摘要：汽包爐的給水控制是相對(duì)獨(dú)立的，而超臨界機(jī)組鍋爐給水控制則是和燃燒、汽溫等系統(tǒng)相互耦合在一起的，因此直流爐的給水控制相對(duì)于汽包爐而言要復(fù)雜些。同時(shí)給水控制系統(tǒng)又是超臨界機(jī)組熱控系統(tǒng)中的重點(diǎn)，對(duì)提高機(jī)組的控制自動(dòng)化程度、減少啟停誤操作、縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間、提高機(jī)組啟停的可靠性具有重要作用，也是實(shí)現(xiàn)機(jī)組級(jí)自啟停（APS）控制的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。本文以某超超臨界600MW機(jī)組為例，介紹鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制。
關(guān)鍵詞：600MW，超臨界，給水，焓，煤水比，自動(dòng)調(diào)節(jié)
一、超臨界機(jī)組給水系統(tǒng)的控制特性
汽包爐通過(guò)改變?nèi)剂狭俊p溫水量和給水流量控制蒸汽壓力(簡(jiǎn)稱(chēng)汽壓)、蒸汽溫度(簡(jiǎn)稱(chēng)汽溫)和汽包水位，汽壓、汽溫、給水流量控制相對(duì)獨(dú)立。而直流爐作為一個(gè)多輸入、多輸出的被控對(duì)象，其主要輸出量為汽溫、汽壓和蒸汽流量（負(fù)荷），其主要的輸入量是給水量、燃燒率和汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度,由于是強(qiáng)制循環(huán)且受熱區(qū)段之間無(wú)固定界限，一種輸入量擾動(dòng)將對(duì)各輸出量產(chǎn)生作用，如單獨(dú)改變給水量或燃料量，不僅影響主汽壓與蒸汽流量，過(guò)熱器出口汽溫也會(huì)產(chǎn)生顯著的變化，所以比值控制(如給水量/蒸汽量、燃料量/給水量及噴水量/給水量等)和變定值、變參數(shù)調(diào)節(jié)是直流鍋爐的控制特點(diǎn)。
實(shí)踐證明要保證直流鍋爐汽溫的調(diào)節(jié)性能，維持特定的煤水比來(lái)控制汽水行程中某一點(diǎn)焓（分離器入口焓）達(dá)到規(guī)定要求，是一個(gè)切實(shí)有效的調(diào)溫手段。當(dāng)給水量或燃料量擾動(dòng)時(shí)，汽水行程中各點(diǎn)工質(zhì)焓值的動(dòng)態(tài)特性相似；在鍋爐的煤水比保持不變時(shí)（工況穩(wěn)定），汽水行程中某點(diǎn)工質(zhì)的焓值保持不變，所以采用微過(guò)熱蒸汽焓替代該點(diǎn)溫度作為煤水比校正是可行的，其優(yōu)點(diǎn)在于：
1) 分離器入口焓（中間點(diǎn)焓）值對(duì)煤水比失配的反應(yīng)快，系統(tǒng)校正迅速；
2) 焓值代表了過(guò)熱蒸汽的作功能力，隨工況改變焓給定值不但有利于負(fù)荷控制，而且也能實(shí)現(xiàn)過(guò)熱汽溫（粗）調(diào)正。
3) 焓值物理概念明確，它不僅受溫度變化影響，還受壓力變化影響，在低負(fù)荷壓力升高時(shí)（分離器入口溫度有可能進(jìn)入飽和區(qū)），焓值的明顯變化有助于判斷，進(jìn)而能及時(shí)采取相應(yīng)措施。
因此，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)煤水比值及隨負(fù)荷變化的焓值校正是超臨界直流鍋爐給水系統(tǒng)的主要控制特征。
二、超臨界機(jī)組給水系統(tǒng)工藝介紹
某電廠2×600MW超超臨界燃煤鍋爐（HG-1792/26.15-YM1），由哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)三菱技術(shù)制造，其形式為超超臨界、П型布置、單爐膛、墻式切園燃燒方式，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)、一次中間再熱。鍋爐采用平衡通風(fēng)、半露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，燃用煙煤。主要參數(shù)見(jiàn)表一：
啟動(dòng)系統(tǒng)配有2只內(nèi)置式分離器，在鍋爐啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，分離器處于濕態(tài)運(yùn)行，同汽包一樣起著汽水分離的作用，此時(shí)適當(dāng)控制分離器水位，通過(guò)循環(huán)回收合格工質(zhì)；當(dāng)鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行階段，分離器處于干態(tài)運(yùn)行，成為（過(guò)熱）蒸汽通道。鍋爐給水系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示，機(jī)組配備有二臺(tái)50%BMCR汽動(dòng)給
水泵和一臺(tái)25%BMCR的電動(dòng)給水泵，電泵轉(zhuǎn)速由液耦調(diào)節(jié)，用于啟動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)給水壓力。啟動(dòng)過(guò)程中，蒸汽加熱除氧器給水，主給水泵的出水經(jīng)高壓加熱器后進(jìn)入省煤器，考慮到低負(fù)荷下直流鍋爐對(duì)重量流速的要求，在啟動(dòng)和低負(fù)荷階段最小給水流量設(shè)置為25%BMCR，流過(guò)水冷壁管的汽水混合物進(jìn)入分離器，分離器貯水箱出來(lái)疏水分兩路，一路進(jìn)入省煤器，另一路經(jīng)擴(kuò)容器擴(kuò)容后進(jìn)入疏擴(kuò)箱，由擴(kuò)疏泵輸送至凝汽器或直接向外排放。隨著循環(huán)加熱的進(jìn)行，當(dāng)給水達(dá)到一定溫度后，鍋爐允許火。鍋爐汽水系統(tǒng)如圖一所示：
三、超臨界機(jī)組給水系統(tǒng)控制方案
第一階段：?jiǎn)?dòng)和低負(fù)荷階段；當(dāng)啟動(dòng)初期在濕態(tài)時(shí)（30％負(fù)荷以下），給水控制系統(tǒng)使省煤器入口流量維持在30％BMCR流量（本生流量）左右，省煤器入口流量為循環(huán)泵出口流量和高加出口流量之和，此時(shí)省煤器流量控制主要依靠循環(huán)泵出口調(diào)閥控制，電泵液耦手動(dòng)控制給水母管壓力，通過(guò)BR閥控制省煤器入口流量穩(wěn)定。汽水分離器起到汽水分離的作用，蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器，水進(jìn)入貯水箱，此時(shí)貯水箱中的水位主要依靠WDC閥1和WDC閥2控制，此次控制貯水箱水位控制如同汽包爐的汽包水位，應(yīng)注意虛假水位的控制。為防止循環(huán)泵（BCP）入口汽化，從高加出口引入一路噴射水，一般維持在1%～3%左右的噴射水量以達(dá)到控制BCP入口的過(guò)冷度的目的。
第二階段：轉(zhuǎn)直流運(yùn)行階段；在負(fù)荷大于25%～35%BMCR 以上時(shí)鍋爐即轉(zhuǎn)入直流運(yùn)行方式。
1、概述：鍋爐進(jìn)入直流狀態(tài)，給水控制與汽溫調(diào)節(jié)和前一階段控制方式有較大的不同，給水不再控制分離器水位而是和燃料一起控制汽溫即控制煤水比WFR。負(fù)荷大于20％后，第一臺(tái)汽泵啟動(dòng)，達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，泵出口壓力達(dá)到預(yù)定壓力后，汽泵可以投入自動(dòng)，并入第一臺(tái)汽泵，并逐步降電泵負(fù)荷轉(zhuǎn)移到汽泵上來(lái)，到40％負(fù)荷左右可以將電泵退出運(yùn)行。電泵退出運(yùn)行后，啟動(dòng)第二臺(tái)汽泵，沖轉(zhuǎn)到預(yù)定轉(zhuǎn)速，泵出口壓力達(dá)到預(yù)定壓力后，投入自動(dòng)，并入第二臺(tái)汽泵，將第一臺(tái)汽泵的部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移到第二臺(tái)汽泵上來(lái)。轉(zhuǎn)直流后，汽水分離器中已沒(méi)有水存在，僅作為一個(gè)蒸汽通道，循環(huán)泵退出運(yùn)行。在本生負(fù)荷以上時(shí)，汽水分離器入口汽溫是微過(guò)熱蒸汽，這個(gè)區(qū)域的汽溫變化，可以直接反映出燃料量和給水蒸發(fā)量的匹配程度以及過(guò)熱汽溫的變化趨勢(shì)。所以在直流鍋爐的汽溫調(diào)節(jié)中，通常選取汽水分離器出口汽溫做為主汽溫調(diào)節(jié)回路的前饋信號(hào)，此點(diǎn)的溫度稱(chēng)為中間點(diǎn)溫度。依據(jù)該點(diǎn)溫度的變化對(duì)燃料量和給水量進(jìn)行微調(diào)。直流鍋爐一定要嚴(yán)格控制好水煤比和中間點(diǎn)過(guò)熱度。
2.給水流量需求指令形成生成；鍋爐給水流量給水控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)向鍋爐給水泵發(fā)出流量需求信號(hào)，使進(jìn)入鍋爐的給水量與離開(kāi)鍋爐的蒸汽量相匹配。當(dāng)與鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)配合時(shí)，給水流量控制系統(tǒng)還需負(fù)責(zé)維持爐膛水冷壁管中的流量不低于最小流量值；給水指令形成回路見(jiàn)圖二所示：
這是一個(gè)采用中間點(diǎn)焓值控制直流鍋爐給水的方案，鍋爐燃燒需求指令并行的送至燃燒主控和給水流量需求回路，在各個(gè)負(fù)荷下燃料和給水匹配，加入煤水比修正。
回路一是一個(gè)焓值控制校正回路。焓值控制的任務(wù)是保證分離器出口蒸汽焓始終在其微過(guò)熱蒸汽焓（汽水分離器入口）。微過(guò)熱蒸汽焓與過(guò)熱器出口蒸汽焓比較，他們有相似的動(dòng)態(tài)特性曲線，但微過(guò)熱蒸汽焓慣性小，響應(yīng)快，能快速地反映鍋爐煤水比信號(hào)的變化，代表性強(qiáng)，取該點(diǎn)修正煤水比可以獲取較好的控制質(zhì)量。由負(fù)荷指令經(jīng)F（X）1生成一個(gè)不同負(fù)荷下的微過(guò)熱蒸汽的額定焓值，經(jīng)過(guò)一個(gè)多階慣性環(huán)節(jié)，因?yàn)樨?fù)荷指令反映到中間點(diǎn)溫度有一個(gè)鍋爐的慣性環(huán)節(jié)。運(yùn)行過(guò)程因?yàn)槊嘿|(zhì)變化會(huì)引起爐膛熱負(fù)荷變化，也會(huì)反映到溫度變化，所以增加一個(gè)操作人員手動(dòng)修正焓值設(shè)定的接口。過(guò)熱器減溫水校正直流鍋爐的給水流量控制與減溫水總量的控制之間有著必然的聯(lián)系，根據(jù)設(shè)計(jì)在不同的負(fù)荷下，給水流量和減溫水流量有相對(duì)應(yīng)比值，如果實(shí)際減溫水流量發(fā)生偏差時(shí)，焓設(shè)設(shè)定值發(fā)生器就會(huì)自動(dòng)校正焓要求值，改變煤水比，最終給水流量指令使減溫水量逐步消除偏差。負(fù)荷變化時(shí)焓值設(shè)定的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，變負(fù)荷時(shí)，中間點(diǎn)焓值會(huì)有一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化，負(fù)荷穩(wěn)定后會(huì)自動(dòng)消除，加上這個(gè)補(bǔ)償，則會(huì)在變負(fù)荷時(shí)維持焓值設(shè)定值有個(gè)動(dòng)態(tài)的變化，以適應(yīng)變負(fù)荷時(shí)焓值的變化。中間點(diǎn)焓值由中間點(diǎn)壓力和中間點(diǎn)溫度經(jīng)過(guò)焓值生成器生成。
回路二是給水指令形成回路。燃料量（鍋爐指令）經(jīng)F (X)2的函數(shù)變換后，作為給水流量的指令信號(hào)，它代表不同負(fù)荷（燃料量）下對(duì)給水流量的要求。由于汽溫對(duì)給水量的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要比燃燒率快，設(shè)置一個(gè)多階慣性環(huán)節(jié)，使給水遲于燃燒率變化，減小汽溫的動(dòng)態(tài)變化。給水量用分離器出口溫度來(lái)微調(diào)，保證汽溫。給水量需求中增加FQ是為了快速響應(yīng)電網(wǎng)需求而加的。另外給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中設(shè)有煤、水交叉限制回路，用于保證煤水比在安全的范圍內(nèi)。為了防止省煤器出口汽化，增加了省煤器保護(hù)功能；在蒸汽流量小于最小爐膛給水流量時(shí)，爐膛最小給水流量限制程序強(qiáng)制給水流量給定值為爐膛最小給水流量。
3.給水控制回路；給水需求指令和實(shí)際給水流量進(jìn)給水控制器，產(chǎn)生鍋爐給水泵轉(zhuǎn)速指令，經(jīng)過(guò)一個(gè)平衡回路，分配給兩臺(tái)給水泵，當(dāng)兩臺(tái)給水泵都投自動(dòng)時(shí)，可以人工給兩臺(tái)泵設(shè)定偏置。因?yàn)殡姳脼?5％的啟動(dòng)泵，而且電泵和汽泵的出口壓力不一樣，不推薦電泵和汽泵并列運(yùn)行，因此電泵的轉(zhuǎn)速控制有單獨(dú)回路。給水控制回路如圖三：
四、結(jié)論
超（超）臨界機(jī)組的給水控制和亞臨界汽包爐的給水控制有著很大的區(qū)別，超（超）臨界鍋爐給水控制系統(tǒng)的控制任務(wù)是在低負(fù)荷時(shí)保持給水流量不低于最小爐膛給水流量，在鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行時(shí)，保持適當(dāng)?shù)拿核龋@也是超（超）臨界機(jī)組控制過(guò)熱汽溫的最基本的手段。
