鍛爐給水流量調節控制系統設計

　　汽包鍋爐通過改變燃料量、減溫水量和給水流量控制蒸汽壓力（簡稱汽壓）、蒸汽溫度（簡稱汽溫）和汽包水位，汽壓、汽溫、給水流量控制相對獨立。超臨界機組的直流鍋爐，在通過改變燃料量控制汽壓的同時，通過控制燃水比調節給水流量和調節減溫水量控制蒸汽溫度。本文以某超臨界600MW機組鍋爐為例，介紹鍛爐給水流量調節（簡稱給水調節）及其控制系統。
　　
　　一、給水調節
　　
　　1.1全負荷范圍給水調節
　　
　　某超臨界60OMW機組鍋爐起動系統為帶爐水循環泵的內置式系統（圖1）。在鍋爐負荷小于30%BMCR時，給水控制系統使省煤器流量保持在645t/hzui小值（本生流量）。給水流量隨汽水分離器蒸汽量增大而逐步增大，給水流量與再循環流量之和等于省煤器流量。在鍋爐負荷大于30%BMCR后，汽水分離器下再有水分離，貯水箱水位低到235Omm以下后，停運爐水循環泵，鍋爐進入直流運行工況。
　　
　　在鍋爐起動初期，主給水電動閥關閉，給水流量由給水旁路調節閥控制。電動給水泵改變轉速維持給水旁路調節閥差壓在（0.5~0.9）MPa。當給水旁路調節閥開度增大至75%，鍋爐負荷達15%BMCR時，主給水電動閥打開，給水旁路調節閥關閉，由電動給水泵調速控制給水流量。當鍋爐負荷達20%~25%BMCR時，起動第1臺汽動給水泵，停運電動給水泵。當鍋爐負荷達50%BMCR前，起動第2臺汽動給水泵。
　　
　　1.2起動過程貯水箱水位控制
　　
　　鍋爐負荷小于30%BMCR以下時，直流鍋爐運行工況類同于汽包鍋爐。貯水箱水位由爐水循環泵出口調節閥、低容量溢流電動閥及調節閥、高容量溢流電動閥控制。
　　
　　貯水箱水位計量程為（0~8900）mm。當貯水箱水位高于8160mm時，開啟高容量溢流電動閥;當貯水箱水位低于7450mm或貯水箱壓力達到3.0MPa時，聯鎖關閉高容量溢流閥;當貯水箱水位高于7650mm時，聯鎖開啟低容量溢流電動閥;當貯水箱水位低于6700mm或貯水箱壓力大于20MPa，聯鎖關閉低容量溢流閥;當貯水箱水位在（6700~7650）mm時，根據貯水箱水位通過低容量溢流調節閥控制溢流流量。
　　
　　當貯水箱水位在（2350~6700）mm，由爐水循環泵出口調節閥控制循環流量。貯水箱水位和再循環流量的控制由1套調節系統實現。該系統提供對總給水流量控制系統的前饋信號，限制爐水循環泵調節閥和貯水箱溢流閥的開啟速率，使相互作用減至zui小。　　
　　二、給水調節控制系統
　　
　　2.1四回路給水調節控制系統
　　
　　給水調節原理見圖2。圖中，fQ（x）為基于不同負荷計算單位時間流經蒸發器的水應吸收熱值的一組函數；fh（x）為基于不同負荷計算分離器出口焓應有值（對應于燃水比應有值）的函數;f△t（x）為基于不同負荷計算一級減溫器溫降應有值的函數。　　
　　回路1為省煤器流量控制回路。實際系統大選運算的流量定值并行接至給水旁路調節閥、電動給水泵轉速、2臺汽動給水泵轉速的調節控制回路，通過切換邏輯實現全程給水調節。
　　
　　回路2為燃水比控制主回路。根據給水流量（kg/S）=單位時間流經蒸發器的水應吸收熱值（MJ/s）/蒸發器焓增（MJ/kg）算式，計算出相對一定負荷的單位時間流經蒸發器的冰應吸收熱值（MJ/s）;由省煤器出口工質壓力、溫度，從蒸汽表中查出省煤器出口焓、汽水分離器出口焓與省煤器出口焓之差即蒸發器焓增，作為鍋內水汽流程可觀測的前段過程反饋;給水流量設定值（kg/S）=熱值（MJ/s）/焓增（MJ/kg）。對于一定的負荷，存在一定的吸熱值和焓增，就有一定的給水流量，從而體現燃水比。
　　
　　回路3為燃水比失調校正回路。相對一定的負荷，具有汽水分離器出口焓應有值。汽水分離器出口焓測量值與應有值的偏差（燃水比失調）時，對給水流量進行校正。恰值與負荷相對應時該回路調節器輸出為零。調節器校正輸出設有幅度限制。
　　
　　回路4為一級減溫器溫降校正回路。對應一定的負荷，具有一級減溫器溫降設定值，其溫降測量值與設定值有偏差時，對給水流量進行校正。一級減溫器溫降與負荷對應時該回路調節器輸出為零。調節器校正輸出設有幅度限制。
　　
　　2.2用蒸發器吸熱量及其焓增控制燃水比
　　
　　處于直流狀態下的超臨界鍋爐，設計和運行要求蒸發段處于水冷壁燃燒區上方至汽水分離器之前。如果燃水比失調，蒸發段發生偏移，將使鍋爐出口主蒸汽溫度難以控制。因此，需要可靠地控制燃水比。
　　
　　可以由相對負荷的函數，直接簡單地得出給水流量設定值;采用給水流量設定值二蒸發器應吸熱量/蒸發器熔增測量值運算控制燃水比，提高控制效果。
　　
　　f/Q（x）計算:
　　
　　相對于不同負荷，對蒸汽及噴水流量、汽水分離器及省煤器的焓值，有各個不同的延遲規律和函數關系;蒸汽流量設計值—噴水流量設計值=給水流量設計值，汽水分離器出口焓設計值—省煤器出口焓設計值=蒸發器焓增設計值，給水流量設計值×蒸發器焓增設計值=設計熱增量，設計熱增量—基于貯水箱飽和溫度計算的蒸發器金屬吸熱量=流經蒸發器的水應吸收熱值。計算過程涵蓋了燃料和給水響應時間上的動態配合、蒸發器金屬蓄熱以及高壓加熱器投切對相對負荷修正等因素。
　　
　　在實際運行系統中，用加入了溫差調節器校正作用后的汽水分離器出口焓設定值減去省煤器出口焓測量值表示焓增測量值。
　　
　　省煤器出口給水焓測量值用作燃水比控制的反饋信號，當其增加時，表明給水從煙氣側的吸熱量增加，即燃料量大，因此給水流量也應增加，反之也應減少。燃水比控制回路的省煤器出口焓與燃水比失調校正回路的汽水分離器出口焓，用作燃水比控制與校正的反饋信號，使蒸發器進出口壓力、溫度（水汽流程前段可觀測參數）及早穩定，對主蒸汽溫度控制起到良好的粗調和保證作用。
　　
　　2.3采用汽水分離器出口焓值校正燃水比失調
　　
　　汽水分離器出口微過熱溫度（中間點溫度）能夠反映燃水比的匹配程度。當負荷<30%BMCR時，鍋爐處于汽包爐工況;當負荷在30%~75%BMCR時，鍋爐處于亞臨界直流工況;當負荷>75%RMCR時，蒸發器內水汽分界點壓力達到22.lMPa，鍋爐進入超臨界工況。微過熱溫度在30%一10O%BMCR負荷范圍均能反映燃水比。由文獻[3]可知，微過熱溫度每變化l℃，在低負荷時對鍋爐出口蒸汽溫度影響達1O℃，高負荷時對鍋爐出口蒸汽溫度影響有5℃。分析表明，將微過熱蒸汽焓值用作燃水比的反饋信號其靈敏度和線性度更優，能更好地優化燃水比控制性能。
　　
　　當汽水分離器出口恰測量值比應有值偏高時，表明燃水比偏高，焓值調節器輸出將增大給水量以恢復燃水比。給水流量增大使機前蒸汽壓力和功率瞬間增加，這將使燃料量反饋調節回路減少燃料量，又對汽水分離器出口焓形成擾動，可能出現不穩定工況。從焓值調節器出口引出燃料量調節解藕信號，加到燃料量調節回路，降低給水調節和燃燒調節的相互耦合作用。
　　
　　三、結論
　　
　　通過控制燃水比實現給水調節，是超臨界鍋爐控制蒸汽溫度的主要手段，但對過熱器出口蒸汽溫度影響遲延大。在鍋爐水汽流程末端的過熱蒸汽減溫噴水，能較快地改變過熱器出口蒸汽溫度。給水調節與噴水減溫控制相結合，能使蒸汽溫度控制獲得*整體性能。
　　
　　在給水調節回路4中進一步采用一級減溫器溫降校正給水流量和過熱器流程前期蒸汽溫度對給水調節施加了影響。過熱器輻射和對流受熱面隨負荷變化的溫度特性不同，相對一定負荷，在蒸汽流程前期控制減溫器的溫降，比控制具體點溫度更有利。
　　
　　綜合分析某超臨界60OMW機組的給水控制系統，其以燃水比及一級減溫器溫降調節校正給水流量，以二級減溫器溫降調節一級減溫器噴水流量，zui終根據出口主蒸汽溫度調節二級減溫器噴水流量。隨水汽流程逐級調節蒸汽溫雇，提高了鍋爐出口蒸汽溫度調節的精度和動態性能。
　　
　　將機組負荷、貯水箱水位、給水流量、分離器出口焓值、一級減溫器溫降進行集中對比顯示，有利于掌握這些參數隨負荷變化的規律，可更好地掌握對超臨界鍋爐給水調節工況的監控。