宝鸡660MW超临界直流锅炉特点分析及运行控制(理论)

1、运行操作与控制宝鸡660MW超临界直流锅炉的运行操作与控制【摘要】 超临界直流锅炉以其启停速度快、负荷变化快的特点已逐步成为调峰主力机组，本文针对我司新装机型的运行特性进行了解和探析，针对660MW超临界直流锅炉与汽包锅炉差异进行了比较分析，结合庄河600MW超临界直流锅炉的实习和蚌埠600MW超临界机组仿真操作，提出系统的运行控制方法。【关键词】 直流锅炉；汽包锅炉；运行控制；汽温控制；给水控制一、直流锅炉与汽包锅炉的差异分析1直流炉蒸发受热面内工质的流动不像汽包炉那样，依靠汽水重度差而形成自然循环来推动，而是与在省煤器、过热器中的工质流动一样，完全依靠给水泵产生的压头，工质在此压头的推动下

2、顺次通过加热、蒸发、过热的三个过程，水被逐渐加热、蒸发和过热，最后形成合格的过热蒸汽送往汽轮机。2锅炉在直流状态运行时，汽水通道中的加热区、蒸发区和过热区三部分之间没有固定的界线（可以把水在沸腾之前的受热面称为加热区，水开始沸腾到全部变为干饱和蒸汽的受热面称为蒸发区，蒸汽开始过热到全部被加热至额定温度压力的过热蒸汽的受热面称为过热区）。当给水量、空气量、燃料量和机组负荷有扰动时，此三个区段就会发生移动。3直流炉的另一个特点是蓄热能力小。而汽包锅炉则相反，降压速度不能过快，因为压力减小的过快，可能会使下降管中工质发生汽化而破坏水循环。由于直流锅炉的蓄热能力小，在受到外部扰动时，自行保持负荷及参数

3、的能力就较差，对扰动较敏感，因此对调节系统提出更高的要求。但是，在主动调整锅炉负荷时，由于其蓄热能力小，且允许的压降速度快，可以使其蒸汽参数迅速地跟上工况的需要，所以能较好的适应机组调峰的要求。4直流炉在纯直流状态下工作时，蒸发区的循环倍率等于1，而自然循环的汽包锅炉的循环倍率为35，低倍率强制循环锅炉的循环倍率为1.5左右。5直流炉的金属消耗量小。与同参数的汽包炉相比，直流炉可节约20%30%的钢材。6直流炉的设计，不受工质压力的限制，可以做成亚临界，超临界，甚至是超临界。因此制造、安装和运输方便。7直流炉的启、停较快。机组启动、停止一般都受限于壁厚部件的热应力。自然循环锅炉因为有厚壁汽包，

4、启动时内外壁温差、上下壁温差大，应力和汽包内压力所产生的应力组合成复合应力。因此上水、升压速度均受到限制。8直流炉给水品质要求高，因为在蒸发区不排污，除了能溶于蒸汽的盐分被蒸汽带走外，给水中所含杂质将全部沉积在管壁上，因此要求水处理严格。9直流炉工质流动阻力较大。在自然循环锅炉中，只有省煤器和过热器内工质为强迫流动，要消耗给水泵压头，蒸发受热面内的自然循环不消耗水泵压头。但是直流锅炉蒸发受热面内的工质也是强迫流动，且管径较小，流速较高，以便得到较大的质量流速来冷却水冷壁，故要消耗额外的较多的水泵功率。10直流炉控制及调节复杂。由于直流锅炉受热面的金属重量较轻，工质储存量较小。故金属及工质的蓄热

5、能力一般只为汽包锅炉的1/41/2。因此在外界负荷变化时，自适应能力差，汽压波动幅度较大，压力波动速度往往超过汽包锅炉一倍以上。另外由于工况变动引起热水段、蒸发段和过热段之间的调节互相影响，因此，直流炉的自动调节系统较复杂，控制技术也较高。11直流炉水冷壁的安全性存在一定的问题。自然锅炉，因其循环倍率高，蒸发管中发生第一类传热危机和第二类传热危机的可能性小。直流锅炉蒸发管出口往往是接近饱和，甚至是微过热蒸汽，故管内发生膜态沸腾和结垢的可能性较大。强迫流动的特性常导致并列蒸发管中吸热越多的管子，其工质流量反而越小。目前的的螺旋水冷壁采用整焊膜式水冷壁，各个管带均匀地分布于炉膛四周，在同一高度上的

6、管带受热几乎一样，相邻管带之间外侧管管壁温差较小（30）。由于各管带皆为倾斜上升，从而避免了拉姆辛管圈水平部分的较易发生的汽水分层的现象。同时，低负荷时采用炉水循环泵，建立炉水再循环，水冷壁质量流速的提高，也避免了发生膜态沸腾可能。从而有效的降低了水冷壁管的金属温度保证了安全可靠运行。12直流锅炉设置分离器的目的是为了适应低负荷运行和低负荷运行时的热损失，另一目的是可使过热器干态启动，从而缩短启动时间。13当外界负荷变化，汽门开度发生变化时，锅炉汽压变动很快，波动的幅度也远比汽包炉大；给水量变化时，汽温、汽压、蒸汽量的变化趋势都和汽包锅炉相反，而且影响程度也要大得多。即给水量增大，汽压、汽量明

7、显增大，汽温则显著降低；当燃料量变化时，直流锅炉主要变化的是汽温，故直流锅炉运行特点之一就是必须保持燃水比一定，否则汽温将无法保持正常。二、直流炉的调节特点1、没有水位调节问题,但要控制蒸发段直流锅炉的主要特点是汽水流程中不设置汽包，给水泵强制一定流量的给水进入炉内，一次性地通过省煤器，水冷壁，过热器。他的循环倍率始终为1，与负荷无关。在直流锅炉中，给水加热成蒸汽一次完成，汽水通道可看作由加热段、蒸发段、过热段三部分组成。其中蒸发段是汽、水混合物，随着管道的往后推移，工质由饱和水逐渐被加热成饱和蒸汽。三段受热面没有固定的分界线，随着给水流量,燃烧率的变化前、后移动，使三段受热面的吸热量分配比例

8、及与之有关的三段受热面面积的比例却发生了变化。但蒸发段的前移会使过热汽温偏高，蒸发段后移则引起汽问偏低，甚至品质下降,这对机组运行极为不利，所以要控制蒸发段的位置。一般来说,要控制蒸发段出口的微过热汽温,若微过热汽温偏离规定值,则说明由于燃烧率与给水比例不当致使蒸发段发生移动,应及时调节燃烧率和给水流量。直流锅炉各受热段示意图直流锅炉的工质是一次地通过各受热面的。而三段受热面面积又不是固定不变的。所以当燃水比失调后，三段受热面吸热量比例发生变化，对出口汽温影响很大，对蒸汽压力和流量的影响方式也较为复杂。当给水流量变化破坏了原来的平衡状态时，例如给水流量减少了，则蒸发段向锅炉汽水流程入口方向流动

9、，汽水流程中各点工质的焓值都有所提高。工质焓值上升是由两个原因引起的：一是因为受热面吸热量不变，而工质流量减少，引起流经本区的工质焓值上升；另一个原因是工质焓值随工质流过的受热面面积而增加。所以离锅炉出口越近，工质的焓增越大，汽温变化也越大。2、直流锅炉动态特性分析汽轮机调节汽阀的扰动，对直流锅炉是一种典型的负荷扰动。当调节汽阀阶跃开大时，蒸汽流量D和机组输出功率NE立即增加，随即逐渐减少，并恢复初始值，汽轮机阀前压力PT一开始立即下降，然后逐渐下降至新的平衡压力。由于直流锅炉的蓄热系数比汽包锅炉小，所以直流锅炉的汽压变化比汽包锅炉大得多。当负荷扰动时，过热汽温T近似不变，这是由于给水流量和燃

10、烧率保持不变，过热汽温就基本保持不变。燃烧率扰动是燃料量、送风量和引风量同时协调变化的一种扰动。当燃烧率B阶跃增加时，经过一段较短的迟延时间，蒸汽流量D会暂时向增加方向变化；过热汽温T则经过一段较长的迟延时间后上升，最后稳定在较高的温度上；汽压PT和功率NE的变化也因汽温的上升而最后稳定在较高的数值。当燃烧率不变而给水流量增加时，一开始由于加热段和蒸发段的伸长而推出一部分蒸汽，因此蒸汽流量D、汽压PT、功率NE几乎没有迟延的开始增加，但由于汽温T的下降，最后虽然蒸汽流量D增加，而输出功率NE却有所减少；汽压PT也降至略高于扰动前的汽压，过热汽温T2则经过一段较长的迟延时间后，最后稳定在较低的温

11、度。给水和燃料复合扰动时的动态特性是两者单独扰动时的动态特性之和。当给水和燃料按比例变化时，蒸发量D立即变化，然后稳定在新的数值上，过热汽温则保持在原来的数值上(额定汽温)。这就是说明严格控制煤水比是直流炉参数调节的关键。a b c图2-2 直流锅炉动态特性示意图a汽机调节汽阀扰动 b燃料率扰动 c给水流量扰动图23 燃料与给水比例增加时的动态特性三、启动根据锅炉的运行方式、参数可分为三个阶段：第一阶段：启动及低负荷运行阶段；第二阶段：亚临界直流炉运行阶段；第三阶段 ：超临界直流炉运行阶段。每个阶段的调节方法和侧重点有所不同。 1、 第一阶段：锅炉启动及低负荷运行阶段 直流炉，转干态进入直流运

12、行的最低负荷一般在25%35%BMCR之间，在湿态工况下，其运行方式与强制循环汽包炉是基本相同的。此时，汽水分离器及贮水箱相当于汽包。但是，两者容积相差甚远，贮水箱的水位变化速度也就更快。由炉水循环泵将贮水箱的水升压后进入省煤器进口,与给水共同构成最小循环流量，其控制方式较之其它超临界直流锅炉有较大不同（不带炉水循环泵，贮水罐的水经溢流阀直接排放至锅炉疏扩、除氧器、凝汽器等），控制更困难。给水主要用于控制贮水箱水位，炉水循环泵出口调阀控制省煤器入口流量保证锅炉的最小循环流量，贮水箱水位过高时则通过高水位调节阀（HWL）排放至大气式疏水扩容器。 此阶段汽温的调节主要依赖于燃烧控制，通过疏水、增加

13、给煤量及磨煤机的投停层次、调节磨煤机入口一次风压风量、减温水、烟气挡板等手段来调节主再热蒸汽温度。 此阶段水位控制可投自动，但只是单纯的控制一点水位，还没有投三冲量控制，当扰动较大时水位会产生较大的波动，甚至根本无法平衡。此阶段要注意尽量避免太大的扰动，扰动过大及早解除自动，手动控制。炉水循环泵(BCP)出口调阀一般不投自动（以防阀开度过大BCP电机过流），在启动时保持一恒定的给水流量（适当大于最小流量），用给水泵转速和给水调旁来控制贮水箱水位。随启动进展，缓慢增加燃料量，保持适当的升温升压率,贮水箱水位在某一点逐渐下降炉水循环泵出口调阀逐渐关小直至全关,同时，增大给水流量保持省煤器入口流量稳

14、定，当中间点过热度由负值逐渐升高变正，机组即进入直流运行状态，是一个自然而然的过程。此时只要操作均匀缓慢，不使压力出现太大波动，就能实现自然过渡。高水位调节阀（HWL）投入自动，避免人为疏忽造成水位过高，造成顶棚过热器进入水。 1.1 在第一阶段需要掌握好的几个关键点：第一阶段的主要操作：锅炉上水，冷态开式、闭式冲洗；锅炉点火；升温升压和热态冲洗。1.1.1工质膨胀： 工质膨胀产生于启动初期，水冷壁中的水开始受热初次达到饱和温度产生蒸汽阶段，此时蒸汽会携带大量的水进入分离器，造成贮水箱水位快速升高，锅炉有较大排放量，此过程较短一般在几十秒之内，具体数值及产生时间与锅炉点火前压力、温度、水温度、

15、投入油枪的数量等有关。此时要及时排水，同时减少给水流量，在工质膨胀阶段附近，应保持燃料量的稳定，此时最好不要增加燃料。锅炉汽水膨胀后，将给水控制从手动限制最小流量转换为自动控制给水流量，蒸发量增加的同时，必须确保省煤器入口流量为30% BMCR（即给水流量和循环流量之和），低于30% BMCR锅炉MFT动作。1.1.2虚假水位： 虚假水位在整个第一阶段都有可能产生，汽压突然下降出现的情况较多，运行中应对虚假水位有思想准备，及时增加给水满足蒸发量的需要，加强燃烧恢复汽压。运行中造成汽压突然下降的原因主要有：汽机调门、高旁突然开大、安全阀动作、汽轮机冲转、阀切换、机组并网，整个过中都有可能造成虚假

16、水位，这一点和汽包炉是基本相同的。 1.1.3增加燃料，启动磨煤机的时机及速度：增加燃料，启动磨煤机时要及时协调沟通，及时增减给水。保持一定的燃水比就基本上能维持汽温的稳定。为保持水位稳定，应避免在低水位时连续增加燃料量或启动磨煤机运行，或者水位很高调节困难时连续减少燃料量或停运磨煤机。 1.1.4 冲转、并网及带初负荷： 机组冲转、并网及带初负荷过程中，要求锅炉负荷增加很快，此时应加强燃烧，及时增加给水。必要时手动关小高旁，稳住汽压避免汽压下降过大。 1.1.5给水主、旁路切换：此时应保持锅炉负荷稳定，切换过程中匀速稳定，保持省煤器入口足够流量及贮水箱水位的稳定，必要时排放多余给水。水位下降

17、时及时提高给水泵转速，适当关小给水泵再循环调门。初次切换，建议切换时就地手动开大给水主电动门，每开一点，就关小一点旁路门，在相当长的时间内保持给水主旁路都有一定的开度，这样调节起来裕度较大，安全性更高，同时感受切换时给水流量、压力、水位的变化程度。 1.1.5 增投制粉系统： 增投制粉系统后负荷会升的很快，贮水箱水位波动很大，很难控制。此时最重要的是要控制好给煤量和一次风量，避免进入炉膛的煤粉过多。同时控制好升负荷速度，及时控制给水，必要时适当减小运行磨煤机的出力。起磨时提前打开主再热蒸汽减温水手动门，必要时联系热工解除减温水负荷闭锁，投入减温水控制汽温，防止超温及主机差胀增大（注意时机，低负

18、荷尽量通过燃烧调整，不建议投入减温水）。 1.1.6 启动并列第二台给水泵： 并列第二台给水泵时，保持锅炉负荷稳定，减少扰动。匀速提高待并泵的转速升高泵出口压力，在泵出口压力接近于母管压力时打开出口电动门开始供水，同时减少另一台泵的转速，降低出口流量，两台泵的增减速度要协调，保持稳定的一个给水流量，加减转速，不可太快、太猛，防止其出口压力激增造成另一台泵出口逆止门关闭给水流量剧减。操作过程中注意监视泵的再循环阀（最小流量阀）自动动作正常，时刻注意给水流量的变化，发现异常及时手动调整。并泵运行时尽量保持两台小机转速相同，偏差不要太大。特别要注意的是任何情况下并泵时都要解除给水泵的自动，防止给水平

19、衡模块起作用造成给水流量剧减。 1.2锅炉点火后要密切监视过热器、再热器的金属壁温和出口汽温，具体应注意以下三点： 1.2.1 出口汽温忽高忽低，说明还有积水，应加强疏水；出口汽温稳定上升，说明积水已经消除。 1.2.2 各受热面的金属壁温在点火后会出现不均匀现象，如水冷壁一般中间温度高，两侧温度低。这时不应再增加燃料，当所有温度均超过该汽压下对应的饱和温度40，以及各管间最大温差在50以内时，才允许增加燃烧强度。 1.2.3 从增加省煤器入口给水流量到贮水箱水位增加要经过比较长的时延，所以在手动控制给水时重在提前干预，根据水位变化速度，蒸汽流量（主汽流量及高旁流量）变化，燃烧情况等提前调节，

20、否则很难调平衡。此时高水位调节阀可投自动，炉水循环泵出口调阀手动保持一定开度，单调给水流量，控制水位，必要时可有一定排放。给水旁路调阀前后保持一定压差，但也不应太高，以免造成调门开度过小工作在非线性区域，使调门工作环境恶劣减少使用寿命。此过程中要始终保持省煤器入口流量在大于锅炉MFT流量以上的一个数值，一般来说高出100t/h就可以。随着负荷逐渐上升，炉水循环泵出口流量逐渐减少直至再循环电动门打开，应注意出口流量突然变化对省煤器入口流量的影响。此阶段给水泵转速还是手动控制，所以要及时调整泵转速。 2、第二阶段：亚临界直流运行阶段 在负荷大于25%35%BMCR以上时锅炉即转入直流运行方式。此后

21、锅炉运行在亚临界压力以下。 锅炉进入直流状态，给水控制与汽温调节和前一阶段控制方式有较大的不同，给水不再控制分离器水位而是和燃料一起控制汽温即控制燃水比B/G。如果燃水比B/G保持一定，则过热蒸汽温度基本能保持稳定；反之，燃水比B/G的变化，则是造成过热汽温波动的基本原因。因此，在直流锅炉中汽温调节主要是通过给水量和燃料量的调整来进行。但在实际运行中，考虑到上述其它因素对过热汽温的影响，要保证B/G比值的精确值是不现实的。特别是在燃煤锅炉中，由于不能很精确地测定送入炉膛的燃料量，所以仅仅依靠B/G比值来调节过热汽温，则不能完全保证汽温的稳定。一般来说，在汽温调节中，将B/G比值做为过热汽温的一

22、个粗调，然后用过热器喷水减温做为汽温的细调手段。对于直流锅炉来说，在本生负荷以上时，汽水分离器出口汽温是微过热蒸汽，这个区域的汽温变化，可以直接反映出燃料量和给水蒸发量的匹配程度以及过热汽温的变化趋势。所以在直流锅炉的汽温调节中，通常选取汽水分离器出口汽温做为主汽温调节回路的前馈信号，此点的温度称为中间点温度。依据该点温度的变化对燃料量和给水量进行微调。直流炉给水指令的控制逻辑是这样的：给水量按照燃水比跟踪燃料量，用中间点温度对给水量进行修正。 直流锅炉一定要严格控制好水煤比和中间点过热度。一般来说在机组运行工况较稳定时只要监视好中间点过热度就可以了，不同的压力下中间点温度是不断变化的，但中间

23、点过热度可维持恒定，一般在10左右（假设饱和温度最高不是374，过临界后仍然上升），中间点过热度是水煤比是否合适的反馈信号，中间点过热度变小，说明水煤比偏大，中间点过热度变大，说明水煤比偏小。在运行操作时要注意积累中间点过热度变化对主汽温影响大小的经验值，以便超前调节时有一个度的概念。但在机组出现异常情况时，如给煤机、磨煤机跳闸等应及时减小给水，保持水煤比基本恒定，防止水煤比严重失调造成主蒸汽温度急剧下降。总之，水煤比和中间点过热度是直流锅炉监视和调整的重要参数。 从转入直流到锅炉满负荷，水燃比因煤质变化、燃烧状况不同、炉膛及受热面脏污程度等不同有较大变化，一般从7.09.0不等。 如果机组协

24、调性能不好，可在锅炉转入直流状态后手动控制，通过手动增减小机转速来调节给水，控制中间点温度。负荷变动过程中，利用机组负荷与主蒸汽流量做为前馈粗调，主蒸汽流量是根据调节级压力计算出来的不是很准确，推荐使用机组负荷做为前馈粗调整用。调整分离器出口温度时，包括调节给水时都要兼顾到过热器减温水的用量，使之保持在一个合适的范围内，不可过多或过少，留有足够的调节余地。同时还要监视好再热汽温度、受热面壁温等，严防超温，汽温也不可过低。 再热汽温主要靠烟气挡板来调整，时滞性较大，一定要提前调整，在投停高加时要加强对主再热汽温的调整。 3第三阶段：超临界直流运行阶段 在机组负荷达75%MCR左右时转入超临界状态

25、。从理论上讲，机组过临界时存在一大比热区，蒸汽参数如比容、比热变化较大，实际运行情况是基本上无明显变化，原因是锅炉的蓄热减缓了影响，而且协调方式下参数的自动调整在一定程度上弥补了波动。第三阶段运行调节情况和第二阶段无明显区别。4 干湿态的转换上图表明，负荷增加，从启动运行方式切换到纯直流锅炉方式后，由水位控制切换到温度控制的过程。I阶段：当燃料量逐渐增加时，随之产生的蒸汽量也增加，从分离器下降管返回的水量逐渐减小，锅炉给水流量逐渐增加，以保证省煤器入口的给水流量保持在某个最小常数值，分离器入口湿蒸汽的焓值增加。点：分离器入口蒸汽干度达到1，饱和蒸汽流入分离器，此时没有水可分离，锅炉给水流量等于

26、省煤器入口的给水流量，但仍保持在某个最小常数值(30BMCR暂定)。阶段：给水流量仍不变，燃烧率继续增加，在分离器中的蒸汽慢慢地过热。分离器出口实际温度仍低于设定值，温度控制还未起作用。所以此时增加的燃烧率不是用来产生新的蒸汽，而是用来提高直流锅炉运行方式所需的蒸汽蓄热。点：分离器出口的蒸汽温度达到设定值，进一步增加燃烧率，使温度超过设定值。阶段：进一步增加燃烧率，给水量也相应增加，锅炉开始由定压运行转入滑压运行。汽温信号通过选大器，温度控制系统投入运行，分离器出口的蒸汽温度由“煤水比”控制。当锅炉主蒸汽流量增加至35BMCR(暂定)，锅炉正式转入干态运行。转干态运行的特征在启动过程中，当以下

27、三个条件满足后，即可认为锅炉转干态成功：集水罐水位逐渐下降，HWL阀开度逐渐关小，直至全关；水冷壁出口工质出现过热度，并逐渐增加；过热度具有增加趋势，当过热度稳定超过5。锅炉干、湿态转换的注意事项锅炉在湿态与干态转换区域运行时，在垂直水冷壁和后墙悬吊管中有可能产生两相流，容易引起水力不均匀性而造成管壁温度超限，所以此时运行人员要注意保持燃料量和汽水分离器水位的稳定，注意调整磨煤机运行方式，适当增加炉膛过剩空气量，以改善管壁温度，并尽可能缩短锅炉在这个区域的运行时间。锅炉转入干态运行，其启动旁路退出后，集水箱的水位逐渐降低，此时应防止由启动系统漏入空气，降低凝汽器的真空而影响机组的正常运行。锅炉

28、转干态运行后，应及时开启调整暖管回路对启动系统进行暖管，确保分离器底部连体球上集水管路水位在4M左右。在干态自动方式时，循环泵自动停，循环泵停运后，电动阀（50HAG21AA010）自动关闭。随即暖管系统投入运行，电动阀（50HAG60AA020/50HAG70AA001）开启，水位（50HAG30CL001/002）由调节阀（50HAG70AA101）自动控制在设定值附近。干、湿态转换的运行经验借鉴在转干态过程中尽量别加给水量，只需保证最小给水流量即可；在点火后可以加较多的煤量，转干态前要减小煤量的增加速度，但不要停止加煤，以控制转干态不能太快也不能太慢；此时一定要监视好集水箱的水位，中间点

29、出现过热度时要控制好过热度；不要使中间点过热度保持过高，一般以10左右为宜。 上图表明，负荷降低，从纯直流锅炉方式切换到启动运行方式后，由温度控制切换到水位控制的过程。I阶段：锅炉负荷指令同时减少燃烧率和给水流量，汽温控制系统自动；当锅炉主蒸汽流量降至40BMCR(暂定)以下，干态信号消失，湿态信号还没有满足(注：满足条件为炉膛有火且给水母管给水量小于30BMCR暂定)。点：给水流量达到最低直流负荷流量(30BMCR暂定)。阶段：给水流量仍不变，燃烧率继续减小，在分离器中的蒸汽过热度降低，开始有水分离出。点：蒸汽过热度完全消失，流入分离器的蒸汽呈饱和状态。III阶段：进一步减小燃烧率，给水流量

30、不变，分离器入口蒸汽湿度增加，贮水箱中开始积水，当贮水箱水位上升到一定高度，循环泵启动条件满足，手动或顺控启动循环泵。当给水母管流量小于30%BMCR时，能自动切换为湿态运行，则电动阀（50HAG21AA010）会自动开启；当50HAG23AA010/50HAG24AA020 在全开位且贮水箱水位大于1 米，循环泵自动启动，水位控制开始动作，水位由锅炉给水自动调节。III 阶段以后，随着负荷的降低，蒸汽量减少，母管给水量也减少，当母管给水量减少到5%BMCR 时，保持该值不变。随着蒸汽量减少，贮水箱水位会上升，当贮水箱水位上升到一定高度，调节阀（V-217/V-219）会自动调节贮水箱水位在设

31、定值以内；注意当贮水箱水位上升到MFT 设定值，锅炉跳闸。四、运行控制1、给水控制直流锅炉是多变量控制系统，直流锅炉的控制任务与汽包锅炉有很大差别，对于直流锅炉不能象汽包炉那样，将燃料、给水、汽温简单地分为3个控制系统，而是将给水量与燃料量的控制与一次汽温控制紧密地联系在一起，这是直流锅炉控制最突出的特点。1.1汽水分离器水位控制我司超临界机组采用内置式汽水分离器。锅炉启动点火前,进入分离器的流量保持最低运行负荷35%MCR，参数为除氧器的参数。点火后随燃料量投入的增加，进入分离器的工质压力、温度和干度不断提高，汽水混合物在分离器内实现分离。蒸汽进入过热器系统，饱和水通过汽水分离器排入大气式疏

32、水扩容器实现工质回收。分离器的正常水位由炉水循环泵出口阀，给水调节阀和高水位调节阀来控制，此时分离器的运行为湿态运行，给水控制方式为分离器水位及最小给水流量控制。当水冷壁出口(进入分离器)工质的干度提高到干饱和蒸汽后，汽水分离器就无疏水，变成蒸汽联箱用，锅炉就切换到35%MCR下的干态运行(即：纯直流状态运行)。此后进入分离器的流量随着负荷上升而不断增加，蒸汽温度不断提高，直至MCR负荷。当分离器切换到干态运行后，给水控制的任务由分离器水位控制转变为与燃料量控制配合控制中间点温度及给水流量控制。1.2 给水流量的控制直流锅炉的给水是在给水泵压头作用下，顺序地通过加热区、蒸发区和过热区，一次性地

33、将给水全部变为过热蒸汽，其循环倍率等于1。在直流锅炉中，给水变为过热蒸汽是一次完成的。这样，锅炉的蒸发量不仅取决于燃烧率，同样也决定于给水流量。因此，为了满足负荷变化的需要，给水控制和燃烧率控制是密切相关而不能独立的。而且当给水流量和燃烧率的比例变化时，锅炉的各个受热面的分界就发生移动。超临界机组中的给水流量控制回路是控制锅炉出口主蒸汽温度的一个最基本的手段。由于超临界机组采用直流锅炉，而在直流锅炉中，给水流量的波动将对机组负荷，主蒸汽压力和主蒸汽温度等机组运行重要过程参数均产生较大影响。由于机组负荷和主蒸汽压力已设计有其它控制手段，而一旦给水控制回路如果工作欠佳的话，将导致煤水比动态失调。而

34、这时锅炉出口主蒸汽温度仅靠喷水减温控制是无法满足机组运行对主蒸汽温度的要求。因此，给水流量调节回路起到了控制锅炉总能力平衡(保持适当的煤水比)并维持汽水分离器出口蒸汽温度在一定范围内变化的作用。我司锅炉给水控制系统中,采用两台分别带50%负荷的汽动给水泵作为正常负荷下的供水，省煤器入口的给水流量指令由前馈信号和主调节器PID输出的校正信号两部分叠加而成。前馈信号主要实现锅炉的煤水配比，前馈信号为锅炉主指令信号经动态延时块F(t)后给出省煤器入口给水流量指令的基本值。该值先经过一个滤波环节，目的是为了补偿燃料量和给水流量对水冷壁出口连箱给谁温度的动态特性差异(给水流量对水冷壁出口连箱给水温度的影

35、响比燃料量要快得多)。为了防止总燃料量信号快速波动对给水系统的影响(如一台磨煤机跳闸后快速启动另一台磨煤机)，该值应经过一个速率限制(由模拟量延时块DELAY来实现)，最后加上水冷壁出口联箱给水温度实际运行中，是分离器出口温度，也就是常说的“中间点温度”的微分信号形成给水流量指令的前馈信号。给水流量设计值的另一部分是主调节器PID输出，它根据水冷壁出口联箱给水温度中间点温度和水冷壁出口联箱给水温度中间点温度设定值之间的偏差进行PID运算后得到。通常中间点温度的设定值由以下三部分组成：(1) 根据汽水分离器储水罐压力信号经函数发生器后给出水冷壁出口联箱给水温度设定值的近似值。为了消除汽水分离器储

36、水罐压力信号的高频波动，设定了一个滤波环节；(2) 在上述近似值基础上再加上过热器喷水比率的修正信号，这个修正信号由过热器喷水比率和其设定值的偏差形成。过热器喷水比率的设定值由机组负荷给定负荷信号经函数发生器后给出，过热器喷水比率测量值由过热器喷水的总量除以锅炉总给水量求得。过热器喷水总量为一级和二级过热器喷水量之和。锅炉总给水量为省煤器入口流量加上过热器喷水总量减去分离器疏水量，各流量信号均经过温度校正以求得测量值的准确。为了消除机组给定负荷信号和过热器喷水比率信号的高频扰动，该修正信号还需要经过一个滤波环节。同时为了防止该修正信号动态波动较大而引起分离器的干、湿态切换，过热器喷水比率信号还

37、需经过速度限制和最大幅度值限制。加上这个修正信号的目的是为了保证机组运行的警觉性并使过热器喷水保持在最合理流量。(3)可根据机组的实际运行情况,在画面上手动对中间点温度进行偏置。中间点温度设定值的后两部分只有当机组负荷大于55%时才起作用。当机组负荷小于55%时，水冷壁出口联箱给水温度设定值仅仅是汽水分离器储水罐压力的函数。实际上，给水流量控制回路仅当锅炉运行在纯直流(干态分离器)工况下才能对锅炉出口的主蒸汽温度起到粗调的作用。为了保证锅炉本身的安全运行，要求在任何工况下省煤器入口给水流量不低于35%MCR的值。当锅炉在低负荷下运行(湿式分离器)时，多余的给水流量经分离器疏水阀进行再循环控制。

38、给水流量串级控制的主调节器控制中间点温度在其设定值上，副调节器则根据锅炉总给水量的测量值和测量设定值的偏差输出给水泵控制指令，分别调节给水泵的转速来满足机组负荷变化的需求。下面分析采用控制给水流量来响应锅炉负荷的变化过程：给水控制系统的主控部分为给水流量与锅炉负荷指令之间偏差的PID调节加上前馈控制，该前馈信号由三部分相加组成：锅炉负荷指令的比例，微分(PD)，给水泵再循环阀门位置信号的函数，给水旁路阀门位置信号的函数，由两台汽动给水泵的转速控制来实现流量的控制。在启、停和低负荷时用给水旁路阀来控制给水流量,为给水流量和锅炉负荷指令之间偏差的PID调节加上锅炉负荷指令的前馈信号(PD)；当给水

39、流量增加到某一定值后，主给水阀开启，给水旁路阀关闭，系统切换到汽泵转速控制的正常运行方式。汽压调节的任务是调节锅炉出力使之与负荷相适应。对于汽包锅炉，锅炉出力的变更是依靠对燃料的燃烧调节(改变燃料量)来达到的，由于汽包有一定的储水容积，而与给水量无直接关系，而给水量按水位进行调节。但对于直流锅炉，其产汽量直接由给水量来定，G=D，因而燃料量变化不能直接引起锅炉出力的变化，只有变动给水量才会引起锅炉蒸发量的变化。显然，当调节给水量以保持压力稳定时，必然引起过热汽温的变化，必须校正过热汽温，也即给水调压，燃料配合给水调温，抓住中间点，喷水微调，这是直流锅炉运行调节的基本原则。1.3 给水泵最小流量

40、控制系统 当汽动给水泵A 或B运行时，为了保证给水泵的安全，在任何工况下都不允许通过给水泵的流量低于最小允许流量。因此，当锅炉负荷很低时，为了保证给水泵出口有足够的流量(应大于泵的最小流量)，给水泵应该保证在最低转速下运行。这时，给水泵出口多余的水则经过与给水泵并联的再循环控制阀又流回到给水泵入口。给水泵最小流量控制回路为一单回路控制系统。汽动给水泵A或B的再循环流量控制系统互相独立，结构完全相同。下面以汽动给水泵A再循环流量控制系统为例加以说明：汽动给水泵A最小允许流量可由运行人员在操作画面上手动设定。为了防止设定值的阶跃突变对控制系统的冲击和运行人员误将设定值操作到合理范围之外，该设定值经

41、过了速率限制和上,下限限制。系统自动时，汽动给水泵A最小允许流量设定值和汽泵A入口流量测定值的偏差经PID调节器进行比例积分运算，其输出作为汽泵A再循环阀门的开度控制指令。汽泵A入口流量测量值还经过汽泵A入口给水温度的修正。给水泵最小流量控制系统仅工作在给水泵启动和低负荷阶段。锅炉给水流量只要大于最小流量定值，给水再循环调节阀门就关闭。最小流量给水再循环调节阀门常设计为反方向动作，即控制系统输出为0时，阀门全开。输出为100%时，阀门全关。这样在失电或失去气源时，阀门全开，可保证设备的安全。1.4 我司锅炉启动分离器水位的监视与给水调整要求1.4.1 启动分离器水位调整的目的，是在锅炉启动和低

42、负荷运行期间，锅炉蒸发量小于锅炉最低直流流量时，使给水量与蒸发量相适应，保证锅炉水循环的稳定，从而保证锅炉运行的安全。1.4.2 锅炉启动及负荷低于30%B-MCR时，启动分离器湿态运行，启动系统处于水位控制方式，保持不低于30%B-MCR的省煤器入口流量；随着蒸发量的增加给水流量上升循环流量下降。转干态后，启动分离器本身仅仅作为一个连接水冷壁和过热器的通道，启动分离器由水位控制模式转变为温度控制模式。1.4.3 转干态前启动分离器内工质为两相，内扰或外扰都会使启动分离器水位发生波动，做好提前控制，维持启动分离器水位稳定。1.4.4 启动分离器贮水箱正常水位为贮水箱下端取样点上1m，水位控制在

43、贮水箱上下端取样点间0-16.8m，达贮水箱上下端取样点间17.5m时高水位报警，达贮水箱上下端取样点间+19.3m时高水位跳闸（MFT）。1.4.5 启动分离器贮水箱水位调整应及时，避免大幅度操作，防止高水位溢流HWL调整门因开度过大造成启动分离器压力下降水位“虚假上升”及大气式扩容器超压。1.4.6 锅炉启动及负荷低于30%B-MCR阶段，锅炉燃烧率的变化应缓慢平稳，尤其在工质膨胀过程中，禁止大幅调节锅炉燃烧率，避免启动分离器水位大幅波动。1.4.7 锅炉负荷高于30%B-MCR方可进行转态操作，以避免因启动分离器水位测量原因导致MFT。1.4.8 给水流量不得长时间小于5%B-MCR，以

44、防止省煤器内工质汽化。1.4.9 锅炉负荷超过25%B-MCR时应进行给水由旁路至主路的切换。在切换时，应密切注意给水压力、省煤器入口流量、启动分离器水位及汽温的变化。1.4.10 投入减温水时，应注意防止减温水量过大造成省煤器入口给水流量过低MFT动作。1.4.11 当锅炉负荷大于50%B-MCR可将另一台汽泵并入给水系统,并泵过程中应注意保持燃烧、给水系统稳定,加强启动分离器出口温度的监视,防止主汽温度大幅波动。1.4.12 锅炉启动系统处于温度控制方式时，应保持锅炉负荷与给水流量的对应关系，防止水煤比失调造成参数的大幅度波动。1.4.13 当一台汽泵跳闸时，可带50%B-MCR负荷。立即

45、将运行泵出力加至最大，同时快速减煤量保持略偏大的水煤比，严密监视中间点温度及过热度，谨防中间点温度高MFT，并控制好汽温。1.4.14 MFT后及时控制给水流量，压力高时贮水箱高水位溢流HWL闭锁开启，谨防启动分离器满水，炉水进入过热器。1.4.15 锅炉运行中须保持省煤器进口给水流量大于582.6t/h；2、过热汽温控制2.1 汽温控制的重要性 (1) 汽温过高，会使锅炉受热面及蒸汽管道金属材料的蠕变速度加快，影响使用寿命。例如12Cr1MoV钢在585时考虑约10万h的持久强度，在593时到3万h就丧失其应有的强度。若受热面严重超温，将会因材料强度的急剧下降而导致管子发生爆破。同时，当汽温

46、过高超过允许值时，还会使汽轮机的汽缸、主汽门、调节汽门、前几级喷嘴和叶片等部件的机械强度降低，部件温差热应力、热变形增大，将导致设备的损坏或使用寿命的缩短。(2) 汽温过低将会使机组热效率降低，使汽耗率增大。汽温过低还会使汽轮机末几级叶片的蒸汽湿度增大，这不仅使汽轮机内效率降低，而且造成汽轮机末几级的浸蚀加剧。由于汽温偏低，使机组的理想焓降减少和内效率的降低，机组的功率会随着汽温的下降而自行降低。如要维持机组功率不变，随着汽温的降低，蒸汽流量会自行增大，调节级理想焓降会减少，末级的理想焓降会增大。这样，末级叶片的弯应力由于流量和理想焓降的增大而明显的增大。如汽温下降幅度越大，调门开度增加越多，

47、蒸汽流量增大，从而使末级叶片弯应力可能超过允许值。因此，汽温下降超过规定值时，不允许机组继续带额定负荷,而需要限制机组的出力。汽温的大幅度的快速下降会使汽机金属部件产生过大的热应力、热变形，甚至会发生动静部件的摩擦，更为严重时会导致汽轮机水击事故的发生，造成通六部分,，推力轴承严重损坏(汽温降低过大会使汽机的轴向推力增大)，对机组的安全运行十分不利的。(3) 过热汽温和再热汽温变化过大，除使管材及有关部件产生蠕变和疲劳损坏外，还将引起汽机差胀的变化，甚至产生机组的振动，危及机组的安全运行。2.2 影响过热汽温的主要因素1.燃料，给水比(煤水比)：超临界直流炉的各级受热面串联连接，给水的加热、汽

48、化和过热三个阶段的分界点在受热面中的位置随工况变化而变化。根据一次工质在稳定工况下的热平衡方程式，且假设二次工质吸热量为0，有：W ( hgr - hgs ) = M*Qar, net*gl (1)式中W 给水流量,等于主汽流量；hgr 过热蒸汽焓；hgs 给水焓；M 燃料量；Qar, net 燃料应用基低位发热量；gl 锅炉效率。经整理得:hgr =M/W *Qar, net*gl + hgs (2)对于一个新工况,有:hgr =M /W*Qar, net *gl + hgs (3)由式(2)和式(3)可知:当M/W =M /W ，即煤水比不变且给水温度不变时：过热蒸汽焓(温度)保持不变；当

49、燃料发热量Qar, net变小时，过热蒸汽焓(温度)随之降低；反之升高；当给水焓hgs降低时，过热蒸汽焓(温度)随之降低；反之升高。2.给水温度正常情况下，给水温度一般不会有大的变动，但当高压加热器因故障退出运行时，给水温度就会降低。对于直流锅炉，若燃料量不变，由于给水温度降低，加热段加长且过热段缩短，主汽温会随之降低，负荷也会降低。因此，当给水温度降低时，必须改变原来设定的燃水比，即适当提高煤水比，以使过热汽温维持在额定值。3.过量空气系数过量空气系数的变化直接影响锅炉的排烟损失，同时影响到对流受热面与辐射受热面的吸热比例。当过量空气系数增大时，除排烟损失增加，锅炉效率降低外，炉膛水冷壁吸热

50、减少，造成过热器进口温度降低，屏式过热器出口温度降低。虽然对流过热器吸热量有所增加，但在煤水比不变的情况下，末级过热器出口汽温有所下降。过量空气系数减少时，结果与增加时相反。若要保持主汽温不变，则需要重新调整燃水比。4.火焰中心高度火焰中心高度变化的影响与过量空气系数变化的影响相似。在煤水比不变的情况下，火焰中心上移类似过量空气系数增加，过热汽温略有下降；反之，过热汽温略有上升。若要保持主汽温不变,则需要重新调整燃水比。5.受热面结渣燃水比不变的调节下，炉膛水冷壁结渣时，主汽温有所降低；过热器结渣或积灰时，主汽温下降明显。前者发生时，调整煤水比就可；后者发生时，不可随便调整煤水比，必须在保证水

51、冷壁温度不超限的前提下调整煤水比。2.3 过热汽温的调节过热器汽温通过水煤比调节和两级喷水来控制，第一级喷水布置在低温过热器出口管道上，第二级喷水布置在屏式过热器出口管道上（交叉），过热器喷水取自省煤器进口管道。2.3.1过热汽温的粗调(即煤水比的调节)对于直流锅炉，控制主蒸汽温度的关键在于控制锅炉的煤水比，而煤水比合适与否则需要通过中间点温度来鉴定。为了维持锅炉过热蒸汽温度的稳定，通常在过热区段中取一温度测点，将它固定在相应的数值上，这就是通常所谓的中间点温度。实际上把中间点至过热器出口之间的过热区段固定，相当于汽包炉固定过热器区段情况类似。在过热汽温调节中，中间点温度实际是与锅炉负荷有关，

52、中间点温度与锅炉负荷存在一定的函数关系，那么锅炉的煤水比B/G按中间点温度来调整，中间点至过热器出口区段的过热汽温变化主要依靠喷水减温调节。对于直流锅炉，其喷水减温只是一个暂时措施，要保持稳定汽温的关键是要保持固定的煤水比。其原因是：直流炉G=D，如果过热区段有喷水量d，那么直流炉进口水量为(G-d)。如果燃料量B增加，热负荷增加，而给水量G未变，这样过热汽温就要升高，喷水量d必然增加，使进口水量(G-d)的数值就要减少，这样变化又会使过热汽温上升。因此喷水量变化只是维持过热汽温的暂时稳定(或暂时维持过热汽温为额定值)，但最终使其过热汽温稳定，主要还是通过煤水比的调节来实现的。而中间点的状态一

53、般要求在各种工况下为微过热蒸汽。超临界压力直流锅炉中间点温度选择为内置式分离器的出口温度，以该点作为中间点有以下几方面的好处：(1) 能快速反应出燃料量的变化。当燃料量增加时，水冷壁最先吸收燃烧释放出的辐射热，分离器出口温度的变化比依靠吸收对流热量的过热器快得多。(2) 中间点选在两级减温器之前，基本上不受减温水流量变化的影响，即使发生减温水量大幅度变化，按锅炉给水量=给水泵入口流量-减温水量，中间点温度送出的调节信号仍保证正确的调节方向。(3) 当锅炉负荷大于35%MCR时，分离器呈干态，分离器出口处于过热状态，这样在分离器干态运行的整个负荷范围内，中间点具有一定的过热度，而且该点靠近开始过

54、热的点。从直流锅炉汽温控制的动态特性可知：过热汽温控制点离开工质开始过热点越近，汽温控制时滞越小，即汽温控制的反应明显。根据中间点温度可以控制燃料给水之间的比例。在运行中，当负荷变化时，如煤水比维持或控制得不准确，中间点温度就会偏离设定值。中间点温度的偏差信号指示运行人员或计算机及时调节煤水比，消除中间点温度的偏差。如能控制好中间点温度(相当于固定过热器区段)，就能较方便地控制其后各点的汽温值。但需要强调的是，中间点温度的设定值与锅炉特性和负荷有关，如变压运行，饱和温度随压力下降而降低，中间点温度也随之下降(保证有一定的过热度)，而不是一个固定值。 超临界压力直流锅炉是以锅炉给煤量与总燃料量为

55、基础的函数作为基本的需求信号，再加上燃烧器摆角修正，分离器出口温度修正，分离器出口温度微分信号就产生了给水需求信号。 分离器出口温度修正，即为中间点温度修正。其作用就是修正煤水比，其修正原理是：对给定的锅炉负荷，其允许的喷水量与分离器出口温度有一定关系。或者说，当喷水量与给水量的比例增加时，说明煤与水的比例中煤多一些，而煤量一多，反应最快的是分离器出口温度。正常的分离器出口温度与分离器压力有一定的函数关系，喷水量与给水量的比例又是锅炉负荷的函数。2.3.2过热汽温的细调考虑到实际运行中锅炉负荷的变化，给水温度、燃料品质、炉膛过量空气系数以及受热面结渣等因素的变化，对过热汽温变化均有影响，因此在

56、实际运行中要保证比值B/G的精确值也是不容易的。特别是燃煤锅炉，控制燃料量是比较粗糙的，这就迫使除了采用B/G作为粗调的调节手段外，还必须采用在蒸汽管道设置喷水减温器作为细调的调节手段。过热汽温调节方法是采用水煤比进行粗调，两级喷水减温进行细调。其中第一级喷水减温器装置在低温过热器与屏式过热器之间,消除屏式过热器中产生偏差；第二级喷水减温器装置在屏式过热器与高温过热器之间,维持过热器出口汽温在额定值。2.3.2.1屏式过热器汽温调节调节原理：以屏式过热器入口汽温与锅炉负荷作为基本调节回路，再加上修正信号，通过改变喷水调节器(即：一级喷水减温器)的开度来调节汽温。而且屏式过热器汽温调节的修正信号

57、综合了煤水比修正与屏式过热器出口汽温偏差的修正，其中屏式过热器出口汽温的设定值由锅炉负荷函数与高温过热器的喷水函数的差值得到。目的是当高温过热器的喷水量大于或小于一定范围后，通过改变屏式过热器的出口汽温，以使高温过热器的喷水量恢复到一定范围内，保证高温过热器有一定的可调范围。而煤水比修正信号是通过前馈方式送到过热器入口汽温设定值修正回路。2.3.2.2高温过热器汽温调节调节原理：高温(末级)过热器的汽温控制回路与屏式过热器的汽温控制回路基本相同。3、再热汽温控制影响再热器出口汽温的因素很多，如机组负荷的大小；火焰中心位置的高低；各受热面的积灰的多少；燃料、送风和给水的配比情况等。3.1再热蒸汽温度调节特点1) 再热蒸汽压力低于过热蒸汽，为过热蒸汽的1/41/5。由于蒸汽压力低，再热蒸汽的定压比热较过热蒸汽小，这样在等量的蒸汽和改变相同的吸热量的条件下，再热汽温的变化就比过热汽温变化快。因此当工况变化时，再热汽温的变化就比较敏感，且变化幅度也较过热蒸汽为大。反过来在调节再热汽温时，其调节也较灵敏，调节幅度也较过热汽温大。2) 再热器进口蒸汽状况决定于汽轮机高压缸的排汽参数，而高压缸排汽参数随汽轮机的运行方式，负荷大小及工况变化而变化。当汽轮机负荷降低时，再热器入口汽温也相应降低，要维持再热器的额定出口汽温，则其调温幅度大。由于再热汽