直流锅炉给水控制

摘要锅炉超大容量、高参数发展，给水系统采用自动控制系统是必不可少的，它可以减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行。

对于大容量高参数锅炉，其给水系统是非常复杂和比较完善的。

直流锅炉将是国家未来的发展方向，给水系统是其中的重要环节。

随着火电机组容量的提高及参数的增加，机组在启停过程中需要监视的参数及控制的项目越来越多，超临界机组锅炉给水控制系统是超临界机组控制系统中的重点和难点。

近些年来，研究超临界机组给水的文献相应增多，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度也要求越高。

本文介绍了直流锅炉的给水控制策略，包括对直流锅炉的发展历程、应用、结构特点、启动系统、给水控制系统的工作任务；同时还介绍了直流锅炉给水系统的控制原理,介绍了前馈、反馈、串级控制的特点和应用；主要通过对直流锅炉给水控制系统分析与研究，介绍了直流锅炉的给水控制系统的工艺流程，重点介绍了给水控制系统的控制回路，给水信号回路的测量，给水流量的控制回路，以及给水控制回路的指令形成和控制方法，还包括一些辅助回路的控制策略。

最后简略的介绍了直流锅炉给水控制的技术发展。

关键词: 超临界直流锅炉；给水控制系统；前馈-串级控制；给水泵AbstractThe boiler faces, the high parameter development large capacity, uses the automatic control system for the aqueous system is essential, It may reduce the movement personnel's labor intensity, guarantees boiler's safe operation. Regarding the large capacity high parameter boiler, it gives the aqueous system is very complex and perfect. The once-through boiler will be the national future development direction, for the aqueous system is important link. Along with thermal power unit capacity enhancement and parameter increase, unit, in opens stops the parameter which and the control project in the process needs to monitor are getting more and more, the supercritical unit boiler gives the water control system is in the supercritical unit control system's key point and the difficulty. Recent year, studies the supercritical unit to increase correspondingly for the water literature, the thermal power unitis bigger, its equipment structure is more complex, the automation also requests to be higher.This article introduced once-through boiler for the water control policy, including to once-through boiler's development process, applies, the unique feature, the initialize the system, to give the water control system's work mission; Simultaneously also introduced the once-through boiler for aqueous system's control principle, introduced the forward feed, the feedback, the cascade control characteristic and the application; Mainly through to the once-through boiler for the water control system analysis and the research, introduced the once-through boiler gives the water control system's technical process, Introduced with emphasis for the water control system's control loop, for the water signal channel's survey, for the discharge of water control loop, as well as forms for the water control loop's instruction with the control method, but also includes some subsidiary loop's control policy. Finally brief introduction once-through boiler to water control technological development.Key word: Supercritical once-through boiler; Water control system; Forward feed-cascade control; Feed pump目录引言 10.1 论文研究的背景和意义 10.2 国内外研究动态及相关文献综述 20.3 论文的主要工作及难点 30.3.1 论文的主要工作 30.3.2 论文的难点 3第一章超临界机组系统简介 51.1 超临界直流炉特性简介 51.1.1 超临界机组的概况 51.1.2 超临界机组的发展历程 51.1.3 超临界机组在我国的应用 61.1.4 超临界机组的结构特点 71.1.5 超临界机组控制中存在的问题71.2 超临界直流锅炉给水全程控制系统 81.3 超临界直流锅炉给水系统的组成及运行 81.3.1 超临界直流锅炉给水系统的组成 81.3.2 超临界机组锅炉给水系统的运行 91.4 直流锅炉给水控制系统的工作任务 11第二章前馈串级调节系统122.1 前馈控制系统122.1.1 前馈控制概述 122.1.2 前馈控制的特点及结构形式 122.1.3 前馈控制原理 132.2 前馈—反馈控制系统 152.2.1 前馈-反馈控制系统原理152.2.2 前馈-反馈控制的设计原则162.3 串级控制系统172.3.1 PID控制概述172.3.2 串级PID控制 19第三章直流锅炉给水控制系统的分析与研究 233.1 火电厂直流给水系统介绍 233.1.1 直流锅炉给水控制系统介绍 233.1.2 直流锅炉给水控制系统的工艺流程243.1.3 给水系统信号回路的测量243.2 给水流量控制回路253.3 给水流量指令形成回路263.3.1 过热度的控制 263.3.2 主调节器温度给定值的设定 263.4 给水泵控制回路 283.4.1 给水泵的汽蚀及其解决措施 283.4.2 给水泵公用指令形成回路293.4.3 给水泵控制回路303.4.4 电动给水泵流量控制回路323.4.5 给水控制回路总结 323.5 给水阀控制回路 323.5.1 锅炉给水旁路调节阀控制343.5.2 给水泵最小流量再循环阀控制35第四章超临界直流锅炉给水控制技术发展374.1 四回路给水调节控制系统 374.1.1 四回路给水调节控制系统374.1.2 用蒸发器吸热及其焓增控制燃水比384.1.3 采用汽水分离器出口焓值校正燃水比失调 38 4.1.4 结论 394.2 直流炉的给水控制新思路 394.2.1 直流方式下给水的控制思路 394.2.2 直流方式下给水指令的分析 404.2.3 直流方式下的给水控制的投用414.3 基于中间点焓值校正的给水自动控制结构41 4.3.1 蒸发器理论吸热量计算 424.3.2 焓值控制回路 434.3.3 一级减温器前后温差控制回路434.3.4 基于中间点温度校正的给水自动控制结构 43 4.3.5 给水流量自动的超驰控制44结论45参考文献46谢辞48引言随着我国国民经济的高速发展，工农业生产和人民生活对电力的需求不断增长，电力工业通过引进、消化、吸收国外的先进技术和管理经验，得到了迅速的发展。

直流锅炉燃烧及给水调整一、直流锅炉给水控制的特点与给水控制对象动态特性1、锅炉启动阶段（湿态运行），为了水冷壁的安全，启动一开始就必须以最小安全流量向锅炉连续上水，同时维持储水罐水位正常，以保证机组的安全运行。

2、转干态以后，蒸发量不仅决定于燃烧率同时也决定于给水流量，给水调节的任务是满足机组负荷的需要同时维持中间点温度有合适的过热度，防止返回湿态和水冷壁及过热器超温，对过主汽温进行粗调。

给水投自动后，锅炉负荷经动态延迟函数器、函数器得出相应锅炉负荷下需要的给水流量再加上经中间点温度修正的信号（机组负荷大于55%时中间点温度给定值被喷水比修正）作为给水流量最终给定值，给水流量测量值（经给水温度修正后）与其给定值的偏差经PID计算后作为给水控制信号送给给水泵转速控制系统。

3、给水流量扰动下的动态特性：给水流量阶跃增加时，蒸发量、汽温、汽压的变化都存在迟延，运行时要注意分析总结了解其动态特性，尤其是对主汽温的延迟较大，这对正常调整和异常工况的处理很有帮助。

二、过热汽温的调节1、蒸汽流量扰动下过热汽温对象的动态特性：燃烧率增加对流式过热器出口的汽温升高，辐射式过热器出口的汽温降低，最终末级过热器出口的汽温仍随着负荷的增加/减少而升高/降低。

当蒸汽流量扰动时，由于过热器上各点的汽温几乎同时变化，因此过热器出口汽温变化的延迟很小，如果蒸汽流量的增加是汽机侧引起的，则在锅炉燃烧率调整之前，过热汽温是随着蒸汽流量的上升而下降，这就是为什么超温的时候开大汽机调门能快速把主汽温度降下来的道理（严重超温时可利用锅炉的蓄热适当加负荷：CCS或TF方式下将滑压开关退出，适当将主汽压力给定值设小，让汽机开调门）。

2、烟气传热量扰动下过热汽温对象的动态特性：沿着过热器整个长度方向上，烟气的传热是同时发生变化的，所以过热汽温的变化很快，迟延时间很小，其动态特性较好，但作为调温手段较困难。

3、减温水量扰动下过热汽温对象的动态延迟和惯性较大，手动操作时不要大起大落。

直流锅炉给水与负荷调整的关系关键词：直流锅炉给水控制负荷调整引言：直流锅炉因其金属耗量少、无厚壁元件、启停速度快、负荷适应性强，逐渐成为我国电力工业发展主流。

由于直流锅炉水冷壁全部由小直径管组成，管壁又薄，所以工质和金属的蓄热能力较小，一般只有汽包锅炉的1/2——1/4，因而当外界负荷变化时，引起的压力变化速度往往是汽包锅炉的的一倍以上。

又由于其蒸发、加热、过热没有固定的界限，所以无论是水、燃料、还是受热面吹灰等扰动，都将导致各区段出口温度的变化和分界线的移动。

因此，需要良好的静态和动态调节特性。

下面我们讨论一下直流锅炉给水的调节：一、直流锅炉的形式：直流锅炉工质流动是依靠给水泵的压头来实现的。

给水在给水泵压头的作用下顺序一次通过加热、蒸发、过热，即水冷壁中工质流量等于蒸发量。

但在启动初期因压力低，工作稳定性差，且给水流量低，容易造成水冷壁局部过热，不能保证水冷壁安全运行，因此直流锅炉必须加装复杂的启动系统。

典型的启动系统主要有以下两种——水冷壁给水泵①水冷壁给水泵②1，系统①依靠给水泵及水冷壁出口电动门调整水冷壁的压力及流量，保证锅炉安全稳定运行。

工质经分离器分离后，蒸汽进入过热器，水排至疏水扩容器。

随着负荷的增加逐渐开满水冷壁出口调整门，关闭分离器放水电动门，变为纯直流运行方式。

这种启动方式要排放大量工质、热量，不经济。

2，系统②启动分离器分离出的水经炉水循环泵并入给水去水冷壁，保证水冷壁有足够的工质冷却。

随着负荷的增加逐渐加大给水量，减少循环水量直至停止炉水循环泵运行变为纯直流运行方式。

二，直流锅炉给水控制：以我厂300MW机组为例，介绍直流锅炉给水控制。

我厂锅炉设备概况，#5、6锅炉为德国Babcock公司设计、制造，部分受热面由武汉锅炉厂分包制造的BLK－1025型亚临界参数、一次中间再热、本生型液态排渣直流锅炉。

该炉采用直吹式制粉系统、旋流燃烧器、双燃烧室、“W”型火焰、100％飞灰复燃、塔式、紧身封闭布置。

关于超临界直流锅炉的给水控制与汽温调节分析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 controlstructure 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。

机组启动过程中，一直强调要尽可能提高除氧器的温度，今天简单学习一下提高除氧器温度的意义。

一、锅炉冷态上水的时候我们都都知道，提高除氧器的温度目的就是为了提高锅炉给水温度。

对于直流锅炉来说，一般规定锅炉上水时的给水温度控制在20～70℃，同时要严格控制进水速度，夏季进水时间不小于1.5小时，冬季进水时间不小于2.5小时，当水温与启动分离器壁温的温差大于50℃时，应适当延长进水时间。

冬季进水流量控制在50t/h，夏季控制在90t/h，当贮水箱见水以后，水位控制在6860～9160mm，进行开式清洗。

这个时候除氧器的温度要求不需要太高，和锅炉金属温度要匹配，也是为了使锅炉缓慢加热、膨胀，防止水冷壁等产生较大的热应力，引起水冷壁漏泄等事故。

二、锅炉点火阶段当锅炉开式循环清洗结束后，就可以启动炉水循环泵进行闭式冲洗，使炉水在省煤器、水冷壁内进行循环，锅炉水冷壁等逐渐受热与给水温度相当。

闭式循环清洗结束后可以开始建立点火流量进行点火。

然后按照冷态启动曲线进行升温升压，这个阶段按照锅炉升温升压的曲线控制。

我们厂的规程规定是：当贮水箱内壁金属温度在100℃以下时，饱和温度升温率不得超过1.1℃/min。

在汽轮机冲转前，饱和温度升高速率不得超过1.5℃/min。

过程饱和温度不可大起大落或者变化幅度过大，严格按照机组升温升压曲线控制，避免管壁内氧化皮剥落。

三、锅炉升温升压阶段在锅炉升温升压这个阶段除氧器的温度控制就显得格外重要了。

因为锅炉点火初期，煤粉燃烧着火不好，燃烧不完全，存在大量的不完全燃烧损失，而且还需要大量的燃油助燃，这个成本还是比较高的，具体可以参考笔记：这个阶段锅炉燃烧的效率是非常低的，如果通过临炉蒸汽进入除氧器加热提高给水温度，对于除氧器这种混合式换热器来说效率会提升很多，减少了锅炉启动过程中燃油、燃煤以及辅机耗电率的消耗，节能效果是非常显著的。

三、提高锅炉给水温度的手段鉴于在机组启动过程中提高给水温度节能效果显著，因此很多电厂采取各种措施来提高给水温度，这里举两个例子。

直流锅炉给水调节系统分析(1)文章出处：黑龙江省电力科学研究院发布时间：2006-03-210 前言直流锅炉给水调节系统的主要任务应是以最快的速度满足汽机所需要的蒸汽量，保持汽水行程某中间点的焓值为给定值，保持蒸汽的参数为给定值，对主蒸汽温度进行粗调，维持锅炉一定的燃水比［1］。

现以俄罗斯500MW超临界机组的给水调节系统为例分析直流锅炉给水调节系统的控制特点。

该机组锅炉炉膛为T型结构，具有两个给水流程，对锅炉给水的控制比较复杂，具有一定的代表性。

该直流锅炉流程给水流量调节，是通过控制两个汽泵调速汽门或者通过执行机构控制电泵的液力耦合器以及调节给水调节阀来实现的。

给水系统结构见图1。

图1 给水系统结构图直流锅炉给水调节系统包括调节器设定值形成系统、给水流量分配调节系统(该系统在运行工况允许的情况下，最大限度打开给水调节阀，以保证给水流程中最小程度的节流损失)、电动泵、汽动泵效率调节系统、热量信号形成系统、调节器逻辑信号形成系统和温度校正调节系统。

1 调节器设定值形成系统给水定值信号形成结构见图2，在远程或自动工况下，对积分模块ИHT1.2的控制来实现对Ⅰ流程给水流量设定值的形成。

在自动工况中，积分模块由比例脉冲调节模块ИДС1.1控制。

在汽动泵调节器、电动泵效率调节器和给水调节器处于手动时，相应的定值器转换到跟踪“自身”流程给水流量的随动工况。

微分控制程序：直流锅炉在机组切断高压加热器时，如果锅炉燃料量保持不变，则应减小给水定值。

给水温度降低会使直流锅炉汽水分离面前移，汽水行程某中点的焓值降低，应减小给水流量；反之，给水温度升高时，则应增加给水流量。

图2 Ⅰ流程给水流量定值的形成2 给水调节器给水调节器主要包括流量分配控制模块和调节阀位置调节模块。

如果汽动泵和电动泵的两个效率调节器都被切除，则系统中Ⅰ流程和Ⅱ流程给水调节模块(ΠΠΠ2.4、ΠΠΠ2.8)控制自己的调节阀，按“设定——流量”系统独立工作。

火电厂直流锅炉给水系统浅析摘要：给水控制系统是锅炉运行中一个重要的监控参数，它间接的表示了锅炉蒸汽负荷和给水量之间的平衡关系。

维持给水量正常是保证汽轮机和锅炉安全运行的重要条件。

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，因此直流锅炉的给水流量控制也成为控制锅炉出口主蒸汽温度的一个重要手段。

引言：给水控制运行欠佳，将导致锅炉煤水比动态失调，这样会使锅炉出口主蒸汽温度变化较大，给水量过少，会影响锅炉的正常运行,并使分离器出口温度过高。

给水量过多，会影响汽水分离装置的正常工作，造成汽水分离器出口蒸汽水分过多而使过热器管壁结垢，容易烧坏过热器。

汽水分离器出口蒸汽中水分过多，也会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的安全性和经济性。

一、主给水系统在火力发电厂的作用以前，小机组基本采用汽包炉，其给水控制方案即在低负荷时采用单冲量，高负荷时采用三冲量，而直流炉基本采用给水泵转速控制。

炉给水泵位于除氧器和高压加热器之间，它从除氧器水箱中吸取饱和水，充份高度的物理位置设计，保证入口不发汽蚀，经泵升压后，进入高压加热器使给水进一步加热，而后送入锅炉。

锅炉运行时不断地向外送出大量蒸汽，因此必须连续不断地向它供水，以维持锅炉内工质平衡，以补偿因提供大量蒸汽以及其它方向损失掉的水量。

补充水必须是经过化学处理后软化的纯水，送往除氧器，作为锅炉补充水。

在运行中绝对不允许断水，若发生给水不足就会影响锅炉的正常运行，甚至造成严重后果，为此热工保护系统中加入给水流量低，低低保护来保护运行安全。

给水控制系统的主要功能由锅炉送往汽轮机的蒸汽，在汽轮机中膨胀，推动汽轮机转子转动，得到旋转的机械功，驱动发电机转子旋转，转子上的磁场产生的磁通切割发电机定子绕组而产生电流，完成发电全过程。

进入汽轮机的部分蒸汽从中间抽出送至高压加热器，除氧器与低压加热器去加热凝结水和给水，其余大部分蒸汽在汽轮机中做功后变成乏汽，排放到凝汽器，被循环水冷却而凝结成凝结水，由凝结水泵抽出，经过低压加热器送至除氧器除氧后由给水泵经过高压加热器送入锅炉，完成一个循环，这样周而复始的连续做功发电。

第四章直流炉给水控制系统直流锅炉给水调节系统具有多重控制任务：（1）维持中间点温度等于定值；（2）快速跟随燃料量，保证燃水比，共同满足负荷要求；（3）调整中间点温度，实现过热汽温粗调。

第一节直流炉给水系统的特点一、汽包炉给水系统特点在汽包锅炉中，汽包把整个锅炉的汽水流程分隔成三部分，即加热段（省煤器）、蒸发段（水冷壁）和过热段（过热器）。

这三段受热面面积的大小是固定不变的。

汽包除作为汽水的分离装置外，其中的存水和空间容积还作为燃水比失调的缓冲器。

当燃水比（给水跟踪燃料流量的比例关系）失调后，在一段相当长的时间里（非事故的范围内），并不改变原来那三段受热面面积的大小。

例如，增加给水流量，给水量的变化就破坏了原来的平衡状态，汽包水位升高了；但由于燃料流量没有变化，所以蒸发段的吸热量及其产生的蒸汽量可近似认为不变。

因为过热段的受热面是固定的，因此出口汽压、汽温都不会有什么变化，如同燃水比未失调一样。

如果燃料方面的变化破坏了原来的平衡状态，比如燃料量增加，蒸发段就会产生较多的蒸汽，但同时过热段也吸收了较多的热量，所以可使汽温变化不大，然而此时出口蒸汽压力和流量却都增加了。

由于给水流量没有改变，汽包中的部分水变成了多蒸发的那部分蒸汽，所以汽包水位降低了。

从以上所述可以看出，在汽包锅炉中，水位是燃水比是否失调的标志。

用给水流量调节水位，实质上起到了间接保持燃水比不变的作用。

二、直流炉给水系统特点直流炉的汽水流程中既没有汽包，又没有炉水小循环回路。

直流炉是由受热面以及连接这些受热面的管道所组成，图4-1是直流炉汽水流程示意图．给水泵图4-1直流炉汽水流程示意图给水泵强制一定流量的给水进入炉内，一次性流过加热段、蒸发段和过热段，然后去汽轮机。

它的循环倍率始终为1，与负荷无关。

给水泵出口水压通过上述三段受热面里的工质，直接影响出口汽压，所以直流炉的汽压是由给水压力、燃料流量和汽轮机调节汽门共同决定的。

直流炉汽水流程中的三段受热面没有固定的分界线。

云南华电镇雄电厂600MW超临界直流锅炉机组给水全程控制方案云南华电镇雄发电有限公司2012.1.20设计：审核：会审生产单位：建设单位：组态厂家：批准：一、现用给水控制方案及其问题概述镇雄电厂#1、#2机组现给水控制方案分两段控制:湿态采用给水旁路调门进行单冲量的储水箱水位调节；炉水循环泵出口调门调节省煤器给水流量大于给水本生流量（30%BMCR）；干态控制小汽机进行串级给水自动控制，内回路调节给水流量与锅炉指令形成的燃水比匹配，主回路调节锅炉中间点温度在设定值。

锅炉厂家说明书要求的湿态给水控制方式为：湿态采用给水旁路调门调节省煤器流量大于锅炉给水本生流量，炉水循环泵出口调门调节再循环流量为储水箱水位的比例折线函数值。

现用控制方案存在的问题：一是现给水控制方式与锅炉厂设计要求不一致；二是无给水主路与旁路自动切换逻辑，切换时需人工操作完成，在给水非自动调节状态下易发生给水流量失控突变，造成汽温的大幅波动；三是转态负荷点提高后，在30%BMCR～50%额定负荷间形成给水调节的自动盲区；四是无锅炉干/湿态转换控制逻辑，转换时需运行人员切除给水自动调节回路进行人工转换控制，操作风险较大。

因此，现给水控制方式按锅炉厂说明书要求的控制方式进行修改。

在现给水控制方案中，需设计增加锅炉干/湿态切换、给水主路与旁路切换的自动控制逻辑，相应的修改完善原给水调节回路，适应锅炉及其给水系统状态的变化转换给水调节方式，实现给水全程自动控制。

本方案先在#2机组态、调试投用，应用成功后，待#1机组停机检修时再移植投用。

二、给水全程自动控制方案1.给水全程自动控制原则：全过程在给水自动调节的状态下完成状态切换逻辑控制。

以机组负荷（蒸汽流量）为锅炉干/湿态、给水旁路/主路的切换负荷点判断，控制逻辑在相关条件达到且在给水自动调节的状态下时，监控画面(给水控制及锅炉运行方式专用)显示相关切换条件的状态(允许/禁止)，允许状态经运行人员确认后进行自动切换控制。