第六讲 直流炉给水控制系统(12页)

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。在不同负荷时，由于给水温度变化等原因，使三段受热面的吸热量分配比例及与之有关的三段受热面面积之间的比例都发生了变化。

直流炉的工质是一次地通过各受热面的，而三段受热面面积又不是固定不变的，所以当燃水比失调后，三段受热面吸热量比例发生变化，对出口汽温影响很大，对蒸汽压力和流量的影响方式也较为复杂。

当给水流量变化破坏了原来的平衡状态时，例如给水流量减小了，则蒸发段向锅炉汽水流程入口方向移动，汽水流程中各点工质的焓值都有所提高。工质焓值上升是由两个因素引起的：一是因为受热面吸热量不变，而工质流量减少，引起流经本区的工质焓值上升；另一个原因是工质焓值随工质流过的受热面面积增加而增加。所以离锅炉出口越近，工质的焓增越大，汽温变化也越大。

燃水比失调1％，出口汽温变化就可达8～10℃。在运行中，燃水比失调往往会超过1%。此外，因负荷变化等原因使各受热面的吸热比例发生变化，以致单独使用喷水减温的办法是无法将出口汽温校正过来的，更无法保证减温器前各受热面的安全运行。因此，直流炉运行的主要任务之一是调节燃水比为一定值。

第二节直流炉给水系统的被调量和调节变量如前所述，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。即汽包水位作为给水控制系统的被调量。那么在直流炉中，取什么信号作为燃水比的校正信号呢？也就是说直流炉给水控制系统的被调量该如何选取呢？这是设计直流炉给水调节系统时首先要明确的重要问题。

一、给水控制系统的被调量

当发生燃水比失调时，锅炉出口汽温变化曲线的迟延都很大，因此很难用给水流量或燃料流量来直接调节出口汽温。而微过热汽温变化曲线的迟延铰小，所以一般可作为燃水比的校正信号，以间接控制出口汽温。

1．以热量信号为给水控制系统被调量

给水系统工作在机跟炉方式下，负荷指令改变燃料量，给水量作为从动量跟踪燃料量，粗调一次汽温。

热量信号的生成如图4-2所示。

θ1θ2Σn W D P

热量信号

（给水流量给定值）

图4-2 热量信号及其校正

2．以中间点温度值为给水控制系统被调量

中间点温度定值由三部分构成，如图4-3所示。

蒸汽流量中间点压力

中间点温度定值

图4-3 中间点温度定值的形成

（1）中间点压力-饱和温度函数用于将中间点压力转换为相应的饱和温度。

（2）负荷-过热度函数根据不同的负荷确定不同的过热度，如图4-4所示。

高负荷时，过热度低；低负荷时，过热度高。这是因为：高负荷时，过热减温水流量较大，各减温阀门开度达80%以上，降低中间点温度定值，有利于减小减温水流量，以保证汽温调节有一定的调节裕量；低负荷时，适当提高中间点温度，提高过热器入口温度，以防止过热器出口汽温过低。

蒸汽流量

图4-4 负荷-过热度函数曲线

（3）运行人员偏置，用于运行人员根据运行情况调整中间点温度定值。

通过运行人员偏置的设置，防止中间点温度进入饱和区。中间点温度进入饱和区，对负荷控制和给水控制不利，可能会造成负荷、给水大幅度波动。

2．采用中间点焓值作为给水控制系统被调量

采用中间点温度的串级给水控制系统，在稳定负荷时会达到了较好的控制效果。但是当运行人员中间点温度定值偏置较低、且遇到较大幅度减负荷时，由于给水相对燃料有一定滞后，可能造成中间点温度进入饱和区甚至不饱和区。

中间点温度进入饱和区后，在一定范围内加减给水流量（如20t/h），不会造成中间点温度变化。进入不饱和区后，温度/给水流量变化率也较小。因此，一旦中间点进入饱和区或不饱和区，在较长时间内不能退出。

另外，由于中间点温度长时间存在偏差，积分作用逐渐累积，往往会造成退出饱和区时减水过量，中间点温度超温，减温水流量突增，实际负荷超调。为解决这些问题，适应控制系统要求，可采用中间点焓值作为给水控制系统的给定值。

中间点焓值定值是实际负荷的函数。确定负荷-中间点焓值定值函数，主要考虑不同负荷对焓值的要求、中间点温度允许变化范围、负荷变化对中间点压力的影响及不同负荷下减温水流量的均衡关系4个因素，焓值定值应通过试验综合确定。运行人员可以在操作员接口站OIS上，改变焓值定值偏置。不同的磨煤机组合，焓值偏置不同。中间点焓值定值的形成如图4-5 所示。

蒸汽流量

中间点焓值定值

图4-5 中间点焓值定值的形成

二、给水流量的调节变量

调节给水流量的手段有调节阀门、汽轮机带动的水泵（汽动泵）和采用液力联输器的电动泵等几种手段，虽然有的机组只设计—种调节手段，但我国目前通常还都设计调节阀门和调速泵两种调节手段。则相应的调节变量就分别为调节阀门开度和调速泵的转速。

1．调节阀门开度