关于超临界直流锅炉的给水控制与汽温调节分析

聂心洋

[摘    要]伴随国内经济水平的快速提升，电力生产已然是重中之重的一个环节。早期生产因为技术条件不足，普遍选用参数较低、能耗较大且污染严重的燃煤系统。经过不断发展，当前国内逐步利用效率更高且污染较轻的系统取代传统燃煤机组。随着电力领域的持续前行，超临界直流锅炉也出现在实际生产之中，不同种类的锅炉设备所适用的场合有所差异，同时内部给水控制架构也不尽相同，所以在实际应用过程中始终存在不足之处。本文就针对目前超临界直流锅炉的发展进行研究，对内部控制系统存在的问题提出对应的优化方案。

[关键词]超临界;直流锅炉;给水控制系统;汽温调节

[中图分类号]TM621.2 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–00–03

Analysis on Feed Water Control and Steam Temperature Regulation of

Supercritical Once Through Boiler

Nie Xin-yang

[Abstract]With the rapid improvement of domestic economic level， electric power production has become one of the most important links. Due to the lack of technical conditions in early production， coal-fired systems with low parameters， large energy consumption and serious pollution were generally selected. After continuous development， the current domestic use of higher efficiency and less pollution system to replace the traditional coal-fired units. With the continuous development of the electric power field， supercritical once through boiler also appears in the actual production. Different types of boiler equipment are suitable for different occasions， and the internal water supply control structure is also different， so there are always deficiencies in the actual application process. In this paper， the development of supercritical once through boiler is studied， and the corresponding optimization scheme is proposed for the problems existing in the internal control system.

[Keywords]supercritical; once through boiler; feed water control system; steam temperature regulation

超臨界直流锅炉相较于原有的燃煤系统来说，不管是容量、效率还是环保等方面都有着质的飞跃。其中给水系统主要控制燃水比，进而保证过热装置输出温度满足相应要求，确保机组能够持续稳定的工作，如果给水系统发生异常就有可能造成整个机组出现运行问题，甚至会引起难以弥补的安全事故。

1 给水流量扰动下直流锅炉动态特性

从超临界直流锅炉来看，同原有系统存在较为明显的差别是系统关联度，超临界直流锅炉在运行过程中，某一参数出现变化就有可能会引起系统整体改变。因为缺少汽包模块，使得蒸发区域和受热区域无法明确划定，所以给水系统就可以直接调节系统汽压等参数。

超临界直流锅炉运行过程中主要具有以下动态性能：其一，在锅炉启动时，给水系统中的给水流量同主汽流量保持一致。其二，工况正常时，主汽压力和给水压力之间存在正相关关系，但如果给水流量超过标准范围，就会造成汽温降低，此时两者之间不再具有正相关关系，反而呈现负相关特征。其三，系统在实际运行过程中的功率参数始终处在稳定范围内，虽然初始阶段会因为主汽流量的上升略微提高，但后续会伴随流量下降滑落到稳定区间。此外，因为燃料参数始终维持恒定，所以改变并不明显。其四，由蒸发量和主汽压力造成的给水流量变动会出现延后情况，本质上是因为给水系统同加热区域存在间距，导致无法实时变化，进而引起系统各项参数的反应滞后。

2 给水系统控制策略

2.1 湿态下的给水控制

对于锅炉系统的湿态给水控制来说，可以划分成两个方面进行论述。第一是蒸汽尚未生产时，在锅炉内部添加水如果不进行点火操作，蒸汽无法产生，这个过程中水泵不发挥作用，仅依靠内部循环就能有效调节水位。而一旦启动点火，蒸汽随之出现，跟随蒸汽量的持续上涨，分离器内部水位对应降低，此时就要启动水泵为系统添加水。这一阶段还应当调节好水冷壁的流量数值，以保证机组稳定工作，通常来说流量要维持在600t/h以上，由此满足基本的冷却需要，防止机组温度过高导致异常。不仅如此，由于燃料和蒸汽参数的上升，系统负荷也持续提高，此时要控制好给水量和循环系统的可靠性，保证机组能够发挥出应有作用。

2.2 湿态和干态的转换下的给水控制

超临界直流锅炉不单单具有湿态给水控制，还存在干态特性，机组在初始运行过程中能够自主调节分离器水位，此后伴随运行时间的延长，燃料和蒸汽量都在稳步上升，系统负荷也持续增加，逐步跳转到干态模式，此时需要根据温度来控制水量参数。锅炉在运行开始后，蒸汽量会不断增加，而分离器水量则会相应下降，这时就要提高给水流量，如果分离器输入端的蒸汽干度数值等于1时，设备就会中止运转，而省煤器和锅炉给水量保持一致。之后由于锅炉功率进一步升高，分离器中的蒸汽温度就会超过标准范围，但输出位置的温度仍低于限定区域，所以新生成的蒸汽就发挥出升温的作用。而当分离器输入端温度达到限定值后，系统便完全进入到干态工况，此时给水控制的意义就在于保证燃水比符合预期要求。

2.3 干态时的给水控制

当锅炉处于干态工况后，需要确保给水流量和燃料量的比值处于标准范围内，为系统运行奠定基础。实际运行时，由于给水流量和燃料量间存在非线性关系，所以要调整煤水比进行控制，确定出实时参数，将误差控制在20%以内。不仅如此，中间点温度会随同给水流量的变化发生实时变动，由此就能够利用这一特性将给水流量的变化通过中间点温度显示出来。虽然该反应中延迟较小，但也存在一定误差，因此在实际运行过程中要根据延迟时间确定出最低给水量。

3 异常工况下的给水控制

3.1 RB工况

系统处于RB状态时，超临界直流的负荷和压力参数会显著下滑，期望平稳滑落到预期数值，应当在这一阶段中手动完成给水控制，确保各项参数满足要求。此外，一旦燃料量出现快速下降，就有可能引起机组温度不稳定，甚至造成内火中断。为了规避这一问题，技术人员要设计好助燃方案，确保给水量处于合理范围，防止壁温超出标准区域。RB在启动后会造成汽化点改变，致使过热器无法上升到预期温度，为了避免RB造成的运行问题，需要RB启动后闭合半分钟减温水调门。

3.2 高加解列工况

高加解列状态会引起蒸汽的改变，导致汽轮机额外做功，由此提高系統总负荷。此时给水流量也会相应下降，应当根据转速保证该参数处于标准范围。不仅如此，这一工况会出现水温大幅度降低，蒸汽性能无法满足要求。此时启动主汽调门可以暂时稳定负荷，但无法保证持续稳定。一旦运行过久就会致使汽轮器过负荷，导致气缸和轮子出现明显震动，甚至引发安全事故。所以对于这一工况来说，最有效的方案是给系统减负，确保水煤比的平衡。

3.3 给水流量的超驰控制

利用中间点温度特性能够有效控制给水流量，进而保证超临界直流锅炉稳定工作。但在部分环境中，中间点温度的反应也会存在一定延迟，这就有可能引起超温情况，给系统运行造成较大危害。由此来说，应当通过程序设计来保证给水流量可以在气温超限后给予反馈，保证系统稳定运行。

4 超临界直流锅炉的汽温调节分析

蒸汽参数是锅炉状态最核心的评定指标，主要包含有温度和压力2部分。如果汽温超出标准范围会降低管道和受热面等模块的使用寿命，同时受热面如果温度超标还有可能引起管子破裂。而一旦汽温达不到标准参数，又会造成效率下滑和叶片腐蚀等问题，甚至引起部分金属组件由于热应力而变形，进而出现摩擦问题，造成严重的水冲击事故，损坏设备结构，不利于系统的稳定运转。从实际来说，锅炉运行会随同外界负荷改变出现变化，期望汽温处在标准区间，就应当做好调节分析，确定出行之有效的优化方案。

4.1 过热汽温调节特点

从某厂实际生产来看，控制锅炉汽温是利用水煤比来调节中间点温度，并配合减温设备共同完成，确保汽温反应效率达标。由于部分直流锅炉的负荷恒定，其蒸气主要用于汽温控制，所以在确定好相关参数的比重后就要避免变动。因为燃料量的变动会受到材料性质的影响，所以要优化水煤比。这个过程仅是一种粗调节方式，期望获取精确的汽温变化需要借助减温设备完成。

综合来看，超临界直流锅炉在调整负荷时是通过改变水煤比进而控制汽温，并尽可能消除出现的误差。

4.2 再热汽温调节特点

因为再热蒸气的压力不足且比热容较低，就会使得在同等吸热量的情况下，再热汽温变化程度更大。而在喷水减温阶段，水蒸气又会生成中压蒸气，这时缸中流量上升，带动功率提高。若保证系统总功率恒定，就需要降低高压缸功率，但因为中压蒸气效率不足就会严重限制总效率。一般来说，只有出现异常情况时，才会借助喷水降低再热设备温度。综合分析蒸气、再热蒸气的特性，不难看出引起汽温过热的原因有燃料特性、风量参数以及负荷压力等。因为机组从初始状态稳定运行到满负荷工况要完成干湿态的转变，所以正常运行时也有可能出现异常。

4.3 机组加减负荷时的汽温调整

通过CCS进行负荷调节时，会同时改变给水量和燃料量，尤其是中间点温度变化显著，整体上呈现出骤降的态势，但这部分温度较低的蒸气对管道影响存在延迟。所以负荷变化初始阶段的汽温并不会随之降低，而当燃料发挥作用时，这部分蒸气恰好处于管道位置。伴随负荷的增加，汽流量随之上升，这时因为燃料补充，整体上又表现为上升态势。

在负荷提高时，调门逐步增加，虽然煤量增多，但其发挥效用却有一定的延迟。一旦压力参数同标准范围相偏离，就会使煤量进一步增多。负荷提高到预期值后，蓄热会引起汽压超限，此时CCS的作用是调整参量。所以，为了保证调节过程中不会受到反应延迟造成的温度超标问题，技术人员应当提前调整汽压数值，确保系统可靠。

因为再热设备的本质是对流换热，所以CCS调节负荷时会引起风量、燃料量同时改变，当烟气温度提升后，汽温便会明显提高。再热设备的运行方式单一，只能通过组件的开合度来调整温度，而喷水减温又存在延迟，所以在负荷上升阶段，如果发现超限可能性，就要提前优化。对于负荷降低过程来说，CCS方式需要控制好主汽压力和变化率参数。