给水流量的形成过程与问题

由给水流量的形成过程与问题

给水流量在湿态时以控制分离器水箱水位为主，其原理与汽包炉类似，本文主要介绍干态运行时给水流量的形成过程，因其过于复杂，只对正常工况时流量的形成过程进行介绍，不包括水冷壁管出口温度越限等异常工况。

一、焓值控制原理

直流炉在干态运行时，其数学计算依据是把水冷壁的吸热量作为基础，选择分离器出口作为反映燃水比的中间点，可以把水冷壁入口（省煤器出口）到分离器出口（一过进口）这个开口系统看作是一个稳定流动系统，根据稳定流动能量方程，

Q——工质流经开口系统与外界交换的热量；

△H——工质入口到出口总焓增；

m-----工质质量；

h out、h in一出口、入口工质的比焓；

表明了系统从外界吸收的热量用来增加工质的焓。如果考虑时间△t的能量转换，该方程可以简化为：

W为流过水冷壁的给水流量，△h为比焓增。

上式的含义：单位时间工质的吸热量(kJ／s)=给水流量(kg／s)×工质比焓增(kJ／kg)=单位时间工质总焓增(kJ／s)。这样就导出了给水流量、焓增和工质吸热量的关系，依据这个公式即可计算给水流量。

二、给水流量的计算

直流处于干态运行时及核心逻辑为：总燃料量（负荷指令）通过相应的函数F（x）计算出理想的给水流量要求值（燃水比值约为1：8），同时考虑到水冷壁进口给水的焓值偏差对过热蒸汽焓值的影响，对给水流量给定值进行省煤器进口给水与分离器出口的焓差修正，进行动态补偿，形成给水流量基本指令，而后再叠加焓值控制器输出，再经过煤、水交叉限制，最终生成给水流量指令，送至两台给水泵流量控制子回路。教材给出逻辑图如下

可以看出该图是对焓值控制原理的具体实现，但过程有些复杂，下面分别介绍。主要涉及分离器焓值计算、实际焓增与理论焓增计算、工质吸热量计算与给水流量的最终形成。

1、分离器出口焓设定值的计算

根据分离器出口压力计算出对应的焓设定值Hsp，用过热器减温水流量来修正焓设计值，得出修正后的分离器出口焓设定值Hsp_corr。

用过热器减温水流量修正焓设定值的原因：在直流锅炉中，主蒸汽流量等于给水量和过热器减温水之和，当喷水量增加后，流入蒸发器的给水量会相应地减少，反而扩大了燃水比的失调程度。因此，用过热器减温水流量调节器PID1的输出来修正焓设计值。保证在稳态时，过热器的实际减温水流量等于相应负荷下

的减温水的设计值。见原理如图1。

2、实际焓增的计算

把水冷壁看作是一个稳定流动系统，计算其对应焓的变化量。原理如图2所示。

实际焓增△Hact=校正后的分离器出口焓值Hsp_corr减去省煤器出口焓值H1act,同时把分离器出口焓控制回路调节器PID2的输出叠加到实际焓增上，就形成修正后的实际焓增△Hact_corr,稳态时分离器出口焓值H2act就等于校正后的分离器出口焓设计值Hsp_corr.

焓值控制器PID2的参数设定是负荷的函数，不同的负荷，对应不同比例、积分时间和微分时间常数。

分离器出口焓的变化是燃水比失调的快速反映，因此本系统将焓调节器的输出经过动态微分环节引入到燃料主控系统，进行动态解耦。

3、工质吸热量的计算

工质理论吸热量=理论给水流量×工质理论焓增一金属蓄热量的变化。

理论给水量W theory=水煤比函数算出的FWsp-实际减温水流量Wθ_act

工质理论焓值增加量△H theory =分离器出口焓值Hsp_corr-省煤器出口焓H2sp

由于理论给水和理论焓增都是通过负荷指令函数，负荷变化时，炉膛的热负荷的变化相对给水流量的变化惯性和迟延大，所以负荷指令经过一个二阶惯性环节后转化为对应的理论焓值与理论给水量。另外，当分离器压力变化时，还应考虑蒸发器金属的蓄热的变化，要把这部分热量剔除，最后计算出工质焓变化时应该吸收的热量。

直流锅炉的蓄热很小，大约为同容量汽包炉蓄热的1／4左右，压力变化引起金属蓄热的变化比较金属蓄热模型小。

4、给水流量指令的计算

干态给水流量给定值W dry=工质吸热量Q/修正后的实际焓增△Hact_corr

湿态模式通常是机组启动或低负荷阶段，这时的给水流量就是锅炉最小给水流量Wmin

流量指令原理如图4所示。

三、关于焓值偏置与减温修正的区别

在直流锅炉中，主蒸汽流量等于给水量和过热器减温水之和，当喷水量增加后，流入蒸发器的给水量会相应地减少，反而扩大了燃水比的失调程度.减温修正手操器是控制减温水参与给水调节的模块，用来改变给水流量与减温水流量的分配关系。如该手操器不投入自动，则无法对根据分离器出口压力计算出对应的焓设定值进行自动修正，往往造成减温水偏低或者偏高，出现煤水比例失调。

焓值偏置是在已经计算出来的分离器出口设定焓值基础上，通过人为操作直接加减焓值，方便运行人员干预给水调解。

二者都是对分离器出口焓值设定值进行修正，通过逻辑可以看出二者均是通过加减法运算对自动计算的设定焓值进行调节，只是作用的位置由前后区别，产生的效果是一样的。

在减温修正不投入自动的情况下，操作这两个手操器都够该变分离器出口焓值设定。

四、关于实际焓值计算时取点

6月14日6号炉因吹灰导致一过入口偏差大于40度，引起实际焓值跳变。下图是6、7号机组所用逻辑的sama图（已简化），可以看出在实际焓值计算时用一过进口集箱温度取代了分离器出口温度。实际运行中二者温度十分接近，只是分离器出口温度测点比远比一过进口集箱要多。在该温度参与计算前要对信号进行处理，如无坏点且偏差小于40°C（现已改为60）的情况下，取平均值参与计算。

实际焓值计算时用一过进口集箱温度取代分离器出口温度的原因可能是考虑对温度信号处理时因测点过多引起逻辑回路过于复杂？

给水焓值控制图1

五、关于信号的处理

因涉及信号太多以一过进口温度信号处理为例进行说明，一过进口温度由4个测点组成，其处理过程见下图。