张赞助

摘  要：在当前社会经济快速发展的进程中，由于工业的发展促使环境污染问题日益严重，因此相关工业企业必须要强化节能减排，尽可能的提高资源利用效率。而超临界直流锅炉凭借着热效率较高、发电煤消耗量少等优势受到广泛的青睐和认可。因此文章主要分析超临界直流锅炉内置式启动系统，简述其核心控制系统，分析其控制特性，旨在进一步提高超临界直流锅炉控制技术水平。

关键词：超临界;直流锅炉;控制技术

中图分类号：TM621.2       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）23-0156-02

Abstract： In the current process of rapid social and economic development， due to the development of industry， the environmental pollution problem is becoming increasingly serious， so related industrial enterprises must strengthen energy conservation and emission reduction and improve the efficiency of resource utilization as much as possible. However， supercritical once-through boilers are widely favored and recognized for their high thermal efficiency and low consumption of electricity-generating coal. Therefore， this paper mainly analyzes the built-in startup system of supercritical once-through boiler， briefly describes its core control system and analyzes its control characteristics， aiming at further improving the control technology level of supercritical once-through boiler.

Keywords： supercritical; once-through boiler; control technology

前言

我国现阶段的超临界机组控制技术有了较大的发展，其能够有效的提高系统运行效率和质量。相比于亚临界锅炉控制机组，有一定的控制优势，最主要体现在直流锅炉以及汽包锅炉的控制技术中。随着当前生产任务的不断增多，控制参数也逐渐提高，致使超临界直流锅炉控制技术较为复杂。而在汽水结构上，超临界锅炉机组有汽包炉和直流炉两种类型，而其中直流炉采用的参数多数为超临界。因此为保障资源合理利用，对超临界直流锅炉控制技术进行研究和分析是十分必要的。

1 内置式启动系统

超临界直流锅炉机组内置式启动系统的原理和过程是通过高加给水的方式，使水经过机组系统中的省煤器，然后流入到水冷壁中。随后汽水混合物在水冷壁的出口位置进行有效分离，其中蒸汽可以经过相应管道而进入到过热器当中，水则流入到贮水罐中。从而在最后环节流经扩容器而进入到系统的疏水箱中，根据水质的差异分别流入到循环水系统或者是凝结水系统中。内置，式启动系统在超临界直流锅炉机组控制发挥了重要作用，首先，其能够建立和启动流量和压力，充分确保给水的连续性，可以保障流经省煤器和水冷壁的水流量和动力较为稳定。其次，内置式启动系统可以利用回收锅炉在启动初期所排出的汽水混合物、蒸汽等实现热量回收。最后一方面，内置式启动系统可以通过启动参数的调整实现燃烧和气温以及水流量的合理调整，并保障各个参数调整的独立性[1]。

2 核心控制系统概述

2.1 分离器液位控制

超临界机组控制技术中的分离器液位控制技术，即是通过控制系统中的溢流门开度，实现分离器液位参数能够保持在正常数据状态下进行运行。所以分离器液位控制系统的主要原理是在直流锅炉湿态以及干态状态下进行运行，在湿态工况下，控制系统内会呈现蒸汽流量少于给水流量的情况，因此汽水分离器可以充分将蒸汽输送到过热器中。对于分离出来的水分则要经过调节门而流入到扩容器，此时如果分离器下端的储水箱液位升高，則会导致蒸汽中含有的水量增加。而如果分离器的液位较低，则会使省煤器出现汽化，导致锅炉的受热面出现安全隐患和威胁。

对分离器液位的有效控制则是在点火前阶段采用常规的PID控制或者是折线函数控制等方法。比如在超临界机组控制技术中，当处于吹管阶段时，则需要按照升压或者减压对折线函数进行控制，或者也可以采用手动控制的方法将溢流阀及时关闭。而在分离器的带负荷阶段中，一旦分离器的出口压力超过了20MPa，则要通过超驰来对贮水箱的溢流门进行关闭。除此之外的所有阶段则需要利用PID控制技术来对分离器的液位进行调节[2]。

2.2 给水控制

超临界机组控制技术的给水控制，通俗来说就是对水流量的调整和控制，在分离器出口温度正常范围内，其主要的控制原理是对锅炉出口主蒸汽温度进行调节，通过两级喷水减温的形式确保煤水比适当，同时促使分离器的出口蒸汽温度在合理范围之内。在超临界直流锅炉机组中控制给水流量主要有三个阶段，其一为旁路门控制，具体是指在给水流量相对较低的情况下，如果给水主路未完全打开，则可以利用旁路门调节和控制给水流量，这种控制方法主要适用于超临界机组初负荷阶段或者是锅炉的冷热态冲洗情况下;其二是电泵控制阶段，具体来说，这一阶段主要发生在给水主路全部打开的状况下，可以通过勺管的开度对电泵实行控制，实现给水流量得到有效调节。在汽泵控制阶段，一般是在超临界直流锅炉机组的负荷允许时，汽泵会立即进入运行状态，可以替代电泵来对给水流量进行控制和调节，此时超临界直流锅炉机组带额定负荷。

在给水控制中给水流量定值保障机组平稳运行的重要条件，也是给水流量控制中的主要组成部分。对于给水流量的形成需要满足四个基本条件。其一是机组在运行初期必须采用稳定最小流量控制，但不能低于最小流量;其二是要根据实际的给水量和给煤量对水燃比函数进行合理设计，按照机组负荷的变化情况，改变给水流量定值;其三是对分离器出口温度的设置要充分考虑水燃比的科学性和合理性，以便于作为参考机组的设计值。同时要将过热温度控制在10℃-60℃之间;最后为保障给水流量定值的形成，运行人员需要加强监测水燃比，如果出口温度出现过热度不合理，则要及时进行给水流量的调整，通过设置出口温度偏置来保证给水流量的开环调整。

2.3 协调控制

通常情况下，超临界机组直流锅炉的控制技术中不针对汽包环节，原因是由于直流锅炉机组中不存在汽包。因此工质参与做功相对较少、循环速度会明显加快。从而能够有效的保障直流锅炉机组系统中的各项物质和能量，基于物质流的作用而实现平衡。所以为保障超临界直流机组的运行稳定，则要进行协调控制，实现给水流量与主汽流量和机组负荷之间的平衡。对负荷进行调节时，必须要通过改变给水流量和燃料量，即是将燃料和给水比例的大小调整到适当范围，从而确保超临界直流机组物质和能量的平衡。

此外，超临界机组控制技术的协调控制系统可以实现对风量、燃料量和给水流量等要素的控制，同时可以满足电网测量负荷的工作需求。在此基础上可以使直流锅炉所产生的热量与超临界汽轮机消耗的热量形成稳定的平衡关系。但由于超临界机组没有汽包，则需要进一步提高受热面的承受压力来提升工质的换热性能。因为机组水冷壁的管径相对较小，所以在协调控制系统中其工质存储量会出现明显减少的情况。而对于直流锅炉来说，只能借助机组调节功能和快速反应的特点实现协调控制，保障各项主要参数得到合理调整。

3 相关控制特性分析

3.1 汽轮机扰动特性分析

在超临界直流锅炉控制技术和协调控制系统中，汽轮机组的调速汽门擾动特性比较常见，而且超临界汽轮机组的调节汽门开度在一定程度上会使直流锅炉的参数受到较大的影响。因此在实际的控制过程中，调速汽门的扰动特性会增加机前压力和机组负荷。所以为保障超临界机组控制技术的有效实现，则要在超临界机组燃烧率和水燃比不发生变化的情况下，只需增加调速汽门的开度，则能够保障主汽流量得到大量且较快的增加。同时主汽压力出现下降，并缓慢恢复到与给水流量达成平衡的状态下，使较低的压力保持平稳。另外一方面由于主汽流量的增加，会促使过热汽温逐渐下降，但由于水燃比未发生明显更改，则超临界直流锅炉会保持汽温不变。同时主汽流量的增加也会导致机组负荷有所增加，所以在燃料保持不发生变化的基础上，超临界直流锅炉机组功率会得到有效控制，并恢复到原有的正常状态。

3.2 燃料量扰动特性分析

超临界直流锅炉机组控制技术的燃料量扰动特性是指在增加给煤量的同时，也会促使直流锅炉的总风量调整为增加，并且在保障系统中给水流量不发生变化的基础上，实现对机组主要参数的控制和影响;另外由于超临界直流锅炉机组主汽量会随着锅炉发热量的增加而增加，在给水流量不变时，会使其恢复到原始状态和初始参数数值;此外由于水燃比的变小会使主蒸汽温度维持在相对较高的水平上，同时保持调速汽门开度不变的状况下，极有可能因为蒸发量的增加而导致机前压力升高，并且能够保持较高的压力状态。

3.3 给水流量扰动分析

给水流量的扰动特性通常是在燃料量不发生变化、调速汽门工况不变时，增加给水流量就能够对超临界直流锅炉进行控制。并且在给水流量扰动的特性影响下，主汽流量会随着给水流量的增加而不断增加，即使是在高流量状态下，仍然可以继续进行;其次给水流量会影响主汽压力，在超临界直流锅炉的燃烧率不发生变化时，锅炉气温将会出现回落和降低;其三在超临界直流锅炉机组中，过热汽温将会受水燃比的增大而出现降低的情况，并保持在较低状态;另外超临界直流锅炉机组负荷会由于给水流量和主汽流量的增大而增大，不过燃料量并未发生变化，其主要是以内主汽温度过低而使焓值降低导致的扰动。

4 结束语

综上所述，超临界机组的负荷发生变化，具有快速性和机组热惯性较小的特点，因此在对超临界直流锅炉机组进行控制时，需要充分掌握其包含的控制对象，利用主要参数的耦合特点，合理构建和设置控制系统，采取有效控制方法。通过对超临界直流锅炉机组控制的内置式启动系统和核心控制系统的分析，保障其平稳正常运行则要控制分离器的液位、给水流量定值以及协调控制等，并基于汽轮机扰动特性、燃料量扰动特性、给水流量扰动特性等机组负荷进行调节，从而保障机组的安全运行。

参考文献：

[1]惠伟民.660MW超超临界直流锅炉汽温控制策略分析[J].科技风，2019（33）：145.

[2]安子健.东方锅炉1000MW超超临界机组自动控制系统改进设计[D].燕山大学，2018.

[3]李中尧，吴维康，王艳龙.超临界直流炉在运用过程中的相关问题分析与策略探讨[J].建筑工程技术与设计，2018（1）：985.