主蒸汽母管压力控制分析

摘 要：本文讲述了主蒸汽母管压力控制存在的问题，分析了影响母管蒸汽压力稳定的因素，母管蒸汽压力控制系统工程组成等情况。

关键词：主蒸汽；母管；控制

母管蒸汽压力的自动控制对母管制电厂的安全稳定运行具有重要意义。目前，随着生产生活的需要和电厂自动化水平的不断提高，以热电厂为代表的母管制电厂进行了广泛的新建，其它原有的很多母管制电厂为了提高经济效益也进行了不断的改造。这些电厂在新建和改造的过程中，大量装备了分布式控制系统（DCS）进行监控，由于 DCS 产品种类繁多，既有国外产品，也有很多国内厂家的产品，因而导致在运行过程中出现了多种不同的 DCS 同时存在的情况。DCS 生产厂家由于产品生产方式的不同或出于竞争的目的，使得这些 DCS 产品的通信协议是不兼容或者不公开的，相互之间无法进行联网，而已有控制方案都没有对此种情况的母管蒸汽压力控制做出研究。因此，针对这种情况下的母管蒸汽压力控制，本文提出一套母管蒸汽压力控制系统。

母管蒸汽压力控制之所以是母管制电厂各种控制的重中之重，是因为母蒸汽压力的波动会对母管制机组的运行带来很多严重的问题：

母管蒸汽压力过高会给机组的运行带来很大的危险。压力过大而安全门万一故障不动作，就可能发生爆炸事故，对设备和人身安全带来严重危害；如果安全门动作排出大量蒸汽，也将造成经济上的损失，同时还会引起汽包水位发生较大的波动，以及影响送往汽轮机的蒸汽品质。

母管蒸汽压力过低将使汽耗和煤耗增大，直接影响发电和供热的经济性。当汽压降低到额定值的95%时，汽耗将增加1%左右，并且由于汽压的降低，将使汽轮机轴向推力增加，易造成烧瓦事故。

母管蒸汽压力变化过快会使锅炉水循环恶化。当压力急剧降低时，水在锅炉的下降管中可能发生汽化；而当压力急剧上升时，由于锅炉汽包饱和温度升高，上升管中产生的汽量会减少，对循环不利。

1.影响母管蒸汽压力稳定的因素

母管制机组运行时母管蒸汽压力是否稳定，取决于流入母管的蒸汽总流量和母管外界总负荷两个方面。只有当流入母管的蒸汽总流量等于母管外界总负荷时，母管蒸汽压力才能维持稳定。

母管制电厂在运行过程中，母管蒸汽压力经常会因为扰动而发生波动。影响母管蒸汽压力稳定的扰动有两类：一类为内扰，指机组因为锅炉自身因素而引起的母管蒸汽压力的变化；另一类为外扰，指外界负荷的正常增减及事故情况下的大幅度减负荷。

内扰的主要表现为炉内燃烧工况的变化（如燃烧不稳定等）和锅炉工作情况（如热交换）的不正常。而燃烧不稳定的原因很多，如煤质、入炉粉量、煤粉细度、风粉配合、风量风速变化、炉内结焦、炉内漏风、制粉系统故障、油压、油质、油温变化等。

外扰的主要表现为当外界负荷突然增加，而进入母管的蒸汽流量未及时增加时，母管蒸汽压力将会下降；当外界负荷突然减少时，母管蒸汽压力则上升。此外，在母管制系统中，虽然外界负荷不变，但并列运行锅炉之间的参数变化也将互相影响，如某一台锅炉由于汽压下降，而影响其它锅炉汽压也下降，也属于外扰。

在母管制系统中，当发生内扰时，各种燃烧不稳定的原因都会降低传热效果，影响蒸发量，从而使进出母管的蒸汽流量不平衡而影响母管蒸汽压力的稳定；当发生外扰时，更会首先改变流出母管的蒸汽流量而导致流入流出母管的蒸汽流量不相等而使母管蒸汽压力不稳定。因此，无论是内扰扰动还是外扰扰动都会对母管蒸汽压力的稳定造成影响，是影响母管蒸汽压力稳定的原因所在。所以，要实现母管制机组的安全稳定运行，做好各种扰动下母管蒸汽压力的稳定控制尤为必要和重要。

2.母管蒸汽压力控制系统的功能组成

母管蒸汽压力控制系统在整个电厂的母管蒸汽压力控制中，将起到至关重要的作用，是实现母管蒸汽压力控制的主要部件，并且该系统还是一个通信系统，具有通信的功能。在“锅炉负荷跟随母管压力”这一控制策略下，母管蒸汽压力控制系统的功能包括母管蒸汽压力控制相关量的计算和实现与各台锅炉 DCS 的信息交换两大部分。

母管蒸汽压力控制的实现最重要的是要进行压力控制相关量的计算。这些要计算的内容分为三大方面：母管蒸汽总负荷需求的计算、调压锅炉组总负荷的计算和调压锅炉组总负荷的优化分配。通过这些相关量的计算应得到实现母管蒸汽压力控制各台锅炉所需提供的蒸汽负荷。

母管蒸汽总负荷需求的计算是实现母管蒸汽压力控制的重中之重。母管蒸汽压力经常会因为扰动而发生波动，要想稳定母管的蒸汽压力必须要根据压力的变化情况计算出所需要的母管蒸汽总负荷需求，这是实现母管蒸汽压力控制的最大前提。在获得稳定母管蒸汽压力所需要的母管蒸汽总负荷需求后，需要将这些蒸汽总负荷需求进行优化分配，最终目的就是要将蒸汽总负荷需求分配给各台并列运行的锅炉，使各台锅炉分别承担一定的负荷量。由于在母管制机组中，并列运行的锅炉分为提供固定负荷的锅炉和参与母管蒸汽压力控制的锅炉两种，固定负荷锅炉的蒸汽流量在母管蒸汽压力的变化过程中保持不变，其所提供的蒸汽负荷值为预设值，所以要进行母管蒸汽总负荷需求的分配首先应该获得并列运行锅炉中的调压锅炉组，得到调压锅炉组所应承担的蒸汽总负荷。之后，调压锅炉组的蒸汽总负荷再进一步进行分配而获得各台调压锅炉所应提供的蒸汽负荷值。由于调压锅炉的煤耗特性并不相同，所以调压锅炉组的总负荷在分配时需要进行优化。当调压锅炉的蒸汽总负荷被分配完毕时，所有并列运行的锅炉包括固定负荷锅炉便都获得了所应承担的负荷值。各台锅炉根据分配的蒸汽负荷值调整相应的燃烧状态，便可最终获得母管蒸汽压力的控制。因此，要实现母管蒸汽压力的控制必须完成压力控制相关量三大方面的计算任务。

从实现母管蒸汽压力控制的角度看，母管蒸汽压力控制相关量计算的三大内容是承上启下、一脉相承的。在实际的母管蒸汽压力控制当中，需要逐步进行。第一步，需要根据母管蒸汽压力的波动情况求解出稳定母管蒸汽压力所需要的母管蒸汽总负荷需求。第二步，求解出调压锅炉组的蒸汽总负荷。第三步，将求解出的调压锅炉组的蒸汽总负荷进行优化分配。

由于母管蒸汽压力控制相关量计算的三大内容为实现母管蒸汽压力控制所必须完成的三大任务，而实现母管蒸汽压力控制相关量的计算为母管蒸汽压力控制系统的功能之一。因此，实现母管蒸汽压力的控制，母管蒸汽压力控制系统在压力控制相关量方面的具体功能为：根据母管蒸汽压力的波动情况进行母管蒸汽总负荷需求的求解，获得调压锅炉组并求解调压锅炉组的蒸汽总负荷和进行调压锅炉组蒸汽总负荷的优化分配。

3.结论

母管蒸汽压力的过大、过小和变化过快都对母管制机组的安全稳定运行产生不利影响，应该在母管制机组的运行过程中对母管蒸汽压力施加控制，使其稳定在一定范围内。