基于Ovation系统1000MW直流锅炉给水控制系统的分析

【摘 要】本文主要是对基于Ovation系统1000MW直流锅炉给水控制系统的原理以及特点进行了说明和分析，并将其与汽包锅炉进行了一定程度的对比，在文章的最后简要阐述这样一个系统在实际运行过程当中尚存在的问题与不足，并针对性的给出改进意见。

【关键词】超超临界；直流锅炉；给水系统

一、给水控制的特点

直流锅炉与汽包锅炉最大的不同就在于汽包锅炉当中带有汽包，使得主汽温度扰动不大，而直流锅炉就不具备这样一个特点，一旦出现煤量与给水偏差过大的状况就会使得主汽温度大幅变化，在这样一种状况之下锅炉发生爆管的概率将大大增加，当锅炉处于干态运行状态下后，给水控制的任务就主要是保持进入到分离器当中去的蒸汽具有合适的过度热。这样做又两方面的目的，一方面就是继续维持分离器的干态运行，尽可能防止其返回到湿态；另一方面就是要切实控制好分离器出口处蒸汽的过度热，这是为了防止过热器出现超温的状况。除此之外，就是在机组本身的工况发生变化时保证机组整体的安全运行，在这其中尤其要注意给水流量和燃烧率的变化，这样两方面参数的变化将导致锅炉的蒸发段和过热段的受热面随之发生变化，使得蒸汽温度相应大幅变化，从而对整体机组产生较大威胁。正是因为这样，我们才有必要对直流锅炉变工况时的汽温特性进行研究和探索，并在研究的基础之上找出约束和控制的策略来，条件允许的情况下甚至还可以进一步采取措施来对机组的经济运行做出要求并予以实现。

在汽包锅炉当中给水流量发生变化的时候仅仅会影响到汽包水位，但是在燃料量发生变化的时候又仅仅只会影响到蒸汽压力和流量，这也就意味着，在汽包锅炉当中这样一些参数量的变化与控制实际上都是相对独立的。而直流锅炉当中是没有汽包的，因为蒸汽与过热受热面之间基本上都没有非常明确的分界线，这将导致在条件发生变化时锅炉的蒸汽量、汽温和汽压等多方面的参数同步发生变化，彼此之间也就有了牵连和密切的关系，这样一种状况的存在对直流锅炉的控制与管理既有好处也存在不足，好处是为直流锅炉的控制提供了更为灵活的方式，不足就在于复杂性相应的增大。

当超超临界机组在进行起动或者是低负荷运行的时候，必须要在其中投入启动系统，这样一种要求无疑就极大程度的增加了锅炉启动系统对于控制的要求，就直流锅炉而言，通过水冷壁面上的流量一定要达到最低直流负荷，这样一种要求的提出主要是希望能够保证水冷壁在低负荷运行的时候有效的进行冷却处理。启动系统在机组进行启动和停机的过程当中应用，考虑到在此过程当中启动系统需要经历干态和湿态这样两种运行状态，因此就选择使用不同的控制方式来对其进行切换。

循环泵在直流锅炉进行点火之前就应当及时的投入运行，并通过对锅炉母管给水流量的控制来实现对分离器水位的控制。给水的旁路调节阀控制的是分离器的水位，水流量则通过循环泵出口处的调节阀来进行控制，除此之外，循环泵的出口处一般还设置有出口差保护回路。在锅炉点火完成后，省煤器入口处的水流量将保持在某一个最小的常数值上，蒸汽量则是随着燃料量的增加而增加，此时从分离器下降管返回的水量就会不断的减小，锅炉的给水量反而增加，这样就能够保证省煤器入口处的水流量始终都保持在一个最小值上。

燃料的燃烧率不断增加，分离器当中的蒸汽就逐渐过热，但需要注意的是，此时分离器出口处的实际温度仍然是低于设定值的，在这样一种状况之下温度控制就不能够发挥其应有的作用。因此，在这样一种情况下的燃烧率实际上并不是用来产生新的蒸汽热的，而是用来储蓄能够提高直流锅炉运行方式的热量。在分离器出口处的蒸汽温度真正达到设定值之后，燃烧率以及给水量都会相应的增加，锅炉就开始逐渐由定压运行转入到滑压运行当中去。

通过上文当中的说明和分析我们就可以看到，实际上对超超临界锅炉进行给水系统的控制是非常困难和复杂的，在规定的运行工况之下，一方面是要保持好某些具体的比例常数，另一方面还需要在变工况环境下按照既定的规律来改变这样一些比例以达到更宽领域内的自动控制。正是因为这样，我们才应当尽可能的设计出更加完美完善的闭环控制系统来，这样所有的控制功能基本在前馈技术的基础之上就能够完成，并进一步校正控制系统当的增益。

二、给水控制系统DCS的实现

基于Ovation系统1000MW直流锅炉分离器出口处单位工质的设计焓值应当按照锅炉主控指令以及锅炉本身的设计参数来求得，与此同时还应当将一级过热减温要求的分离器出口处变化的蒸汽焓，在综合考虑这样多个方面之后的焓值才能够作为应用到设计当中去的参数，且应用的实现方式就是T控制器。T控制器的设计值主要是依据一级温度减温器出口处的温度和设计温度得到，在测量值段所的到的就是一级减温器前的实际温度，在这样一种状况下，如果测得的值比设定值小，就说明以及减温器前面的温度相对较低，这就需要继续增加分离器出口处的蒸汽焓。这实际上就是利用以及过热减温器两端的温度对分离器出口处的蒸汽焓设定值进行了修正，经过修正处理之后的分离器出口处蒸汽焓设定值减去省煤器出口处的实际焓值就能够得到这两者之间工质焓增的基本值，而基本值与修正值的和就是此段内的最终焓增。在这其中，为了避免晗值调节器在工作的过程当中丢失掉本生点，就还需要进一步的焓值调节器的输出进行限制和调节，这样也就能够同时利用省煤器流量当中的裕度来对T调节器的输出进行限制。将焓值控制器的输出结果送回到锅炉主控制回路当中去作为前回馈，就能够起到减少然后和给水间的影响。

为了能够保证本生流量（系统内部原有的流量）和循环流量的总和始终不大过给水流量，就需要在设定过程当中对给水流量的最小值进行限制。为了进一步防止给水控制系统和储水箱水位之间相互影响，就还需要将循环水流量的微分信号引入到水流量需求生成回路当中去，在循环水量呈现为增加趋势的时候就相应的减少水量需求，以此来尽可能减少两者之间的相互影响。下文即为该设计方案的逻辑原理图：

三、给水控制系统在运行过程当中出现的问题及处理措施分析

基于Ovation系统1000MW直流锅炉的给水控制系统在一些特殊的状况下容易出现水流量大幅波动的状况，这主要就是指并泵过程或者是汽泵和电泵的负荷转移等状况。直流锅炉如果出现水流量大幅波动的状况的话，就会引发一系列不良的并发症，这主要是因为直流锅炉和汽包炉等大不一样，如在汽包炉当中如果出现水流量大幅变化的状况就可以通过汽包炉的汽包缓冲来对其实现保护，基本上不会影响到汽包炉的正常运行和使用，但是直流锅炉缺乏这样一种有效的保护措施，一旦出现水流量的大幅变化，就会使得锅炉内的汽温、汽压以及负荷稳定性等相应的发生较大变化。在这样一种复杂的状况下，如果还希望尽可能的保证整个机组的稳定运行的话，就需要投入和耗费大量的人力保证整个切换过程的缓慢进行，此时运行人员的劳动强度将是非常之大的。

上述状况的出现主要是由直流锅炉给水控制系统自动非配转速控制指令的结果，在了解这样一种原因之后就可以针对性的对其进行处理。在这里我们给出两个方面的改进意见：一方面就是尽可能的在取消限制作用的瞬间来对副调节器进行跟踪计算，这里所说的跟踪计算，实际上就是采取措施保证副调节器的输出指令和取消限制瞬间各个泵的实际转速指令相一致，通过这样一种处理，基本上就能够保证在取消限制器的瞬间不对整个系统产生太大的干扰。另一方面就是将泵出口处压力和给水母管处压力之间的差值作为基本的逻辑信号，在这样一种情况下，该逻辑信号只要大于零就说明泵上是加油负荷的，而差值小于零即泵没有加载负荷的时候，限制器VL起作用，它的转速指令变化对于处于自动状态之中的泵指令就不会产生影响，在这样一种良好的状况下，运行人员也能够从容调整待并泵的转速，使其较为迅速的带上负荷。而处于自动控制状态当中的给水泵在不经过手动调整的状况下就能不受干扰的控制好实际的给水流量，泵出口逆止门开启的时候，泵带负荷，而限制器不起限制作用。

结语

通过上文当中详尽的分析和说明就可以看到，虽然超超临界机组自动化机系统的实际规模与同容量的汽包炉基本一致，具体来说，就是自动控制与仪表装置等基本上都一样，但是超超临界锅炉的给水系统则明显要复杂的多，正是因为这样，在进行设计的过程当中，就需要自动控制设计人员与锅炉设计人员深入而有效的交流、沟通和配合，尽可能使得双方都能够对自己的设计任务有正确认识，并了解直流锅炉运行的特点，在此基础之上才能够顺利的运用更加先进的自动控制理论和锅炉设计策略。

参考文献

[1]袁刚，韩芹.超临界直流锅炉与汽包锅炉给水控制系统的对比分析[J].锅炉技术，2008（5）

[2]李慧棣，刘文.900MW超临界直流锅炉给水控制系统分析[J].上海电力，2010（2）

[3]邱树良.基于Ovation系统1000MW直流锅炉给水控制系统的分析[J].科技信息，1994-2012

作者简介

陈雪林，1983年1月，男，湖南省岳阳市，助理工程师，本科，研究方向：发电厂热工自动控制。