火电厂直流锅炉给水系统浅析

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。

给水品质要求高，直流锅炉没有汽包，不能进行锅内水处理，给水带来的盐分除一部分被蒸汽带走外，其余将沉积在受热面上影响传热，使受热面的壁温有可能超过金属的许用温度，且这些盐分只有停炉清洗才能除去，因此为了确保受热面的安全，直流锅炉的给水品质要求高，通常要求凝结水进行100%的除盐处理。

直流锅炉给水控制系统的主要功能、任务直流锅炉给水控制系统的主要功能是将除氧器水箱中的主给水通过给水泵提高压力，经过高压加热器进一步加热之后，输送到锅炉的省煤器入口，作为锅炉的给水。

此外，给水系统还向锅炉再热器的减温器，过热器的一、二、三级减温器提供减温水等，用以调节上述设备出口蒸汽的温度。

给水系统的最初注水来自凝结水系统。

给水自动控制系统火电厂单元机组中重要的控制系统之一,通过计算机和DCS与现场实现功能作用，给水是锅炉运行中的一个重要监控参数,给水流量过大,会使饱和蒸汽带水,蒸汽品质恶化,造成过热器积盐结垢,甚至满水事故,威胁汽轮机的安全运行；给水流量过小,会破坏锅炉的正常工作,引起分离器及过热器出口温度过高，造成越温，甚至爆管。

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模块设计也成为控制锅炉出口主蒸汽温度的重要保障。

一旦给水控制不当，将导致锅炉煤水比动态失调，锅炉出口主蒸汽温度变化较大，单一的喷水减温控制无法满足机组运行对主蒸汽温度的理想。

所以给水流量调节回路起到了控制锅炉总能量平衡，并维持汽水分离器出口蒸汽温度在一定范围内变化的作用。

解手动调整时，应注意水煤比与当前负荷相对，避免造成汽温快降或超温，频繁波动.由于锅炉内的压力提高，给水的压力必须大于汽水分离器压力的25%方能注水给锅炉，所以给水只能借助于给水泵供水。

随着单机容量的增大趋势、蒸汽参数的提高，要求给水泵的出力也不断增大，以往的采用电动给水泵外，还应采用汽动给水泵和电泵备用方式。

目前，我国的大型机组多采用引自主汽轮机的抽汽，做为专用小型汽轮机供汽的汽动给水泵汽源。

这种传动方式不仅可以方便地调节给水泵流量，又能提高机组的热经济性。

中小型机组则广泛采用电动给水泵，以大容量同步电动机拖动给水泵，运行维护比较简单方便，造成厂用电率很高。

二、电厂给水控制系统按最大运行流量即锅炉最大连续蒸发量（BMCR）工况时相对应的给水量分析直流锅炉的给水是在给水泵压头作用下，顺序地通过加热区、蒸发区和过热区，一次性的将给水全部变为过热蒸汽，其循环倍率等于1。

在直流锅炉中，锅炉的蒸发量不仅取决于燃烧率，也取决于给水流量。

为了满足负荷变化的需要，给水控制和燃烧率控制是密切相关而不能独立的。

当给水流量和燃烧率的比例改变时，锅炉的各个受热面的分界限也不一定，会发生移动。

结合朝阳发电厂给水控制系统设计设置两台50％容量的汽动给水泵和一台30％容量的电动备用给水泵。

每台汽动给水泵配置一台电动给水前置泵。

电动给水泵采用一台与主泵合用同一电动机拖动的前置泵和液力耦合器的可调给水泵，。

在一台汽动给水泵故障时，电动给水泵和另一台汽动给水泵并联运行可以满足汽轮机80％负荷需要。

对于两台50％汽动给水泵，可以考量设置一台35％的启动/备用电动给水泵。

当有一台汽动给水泵故障，则启动电动给水泵，汽轮机仍可带80％以上负荷运行。

但是还应考虑高压厂用电采用6kV等级，给水泵配用的电动机容量受到一定的限制，给水泵的额定容量按给水系统的最大运行流量，再加10％裕量进行选择。

入口流量还应考虑再热器减温水量（中间抽头）及密封水泄漏量。

三、给水控制系统运行阶段的控制直流锅炉中给水控制的任务是保证煤水比，实现过热汽温的粗调,并满足负荷的响应。

给水控制系统,可分为3个运行阶段的控制:1)锅炉启动阶段,从锅炉上水到点火前,根据温度要求，采用给水流量定值控制。

2)带部分负荷阶段,分离器湿态运行,控制分离器水位。

给水流量保持在某个最小常数值,分离器水位由分离器至除氧器或分离器至扩容器的控制阀进行调节,给水系统处于循环方试或水质不良冲洗方式。

3)直流阶段,加强燃烧，增加燃烧率,当锅炉负荷升至30%BMCR时,运行方式从湿态转入干态运行,使分离器中的蒸汽温度达到设定值，开始增加给水流量。

锅炉在干态运行的条件下,给水控制的任务就是要维持进入分离器的蒸汽有合适的过热度，一方面要维持分离器的干态运行,防止其返回湿态，或者反复转换。

另一方面要控制好分离器出口蒸汽的过热度,以防止水冷壁和过热器超温。

当机组工况发生变化,尤其是给水流量或燃烧率扰动时,锅炉的蒸发段和过热段受热面将随之发生变化时,可能引起蒸汽温度剧烈变化,危及机组安全运行。

四、给水回热抽汽系统分析回热是提高机组和全厂热经济性最有效的手段，被绝大多数火电厂的汽轮机作为附属系统所应用。

回热系统既是汽轮机热力系统的基础，也是电厂热力系统的核心，它对机组和电厂的热经济性起着决定性的作用。

给水回热系统是火力发电厂热力系统中的主要系统之一，它对全厂的安全、经济运行影响很大。

大容量机组的高压加热器不能投入运行，会使机组煤耗增大，机组出力降低。

高压加热器解列，可能引起锅炉受热面超温，从而影响设备的安全，保证给水回热加热器的安全运行是很重要的。

低压加热器通常都是随机组同启动和停止的。

当需要在汽轮机运行中投入低压加热器时，应注意抽汽管道和加热器本体的预热及疏水调整工作。

同时应注意低压加热器本体中空气的排放，因这些空气是排向凝汽器的，调整不好会影响凝汽器的真空。

高压加热器考虑到其疏水的排放，通常是在机组带适当负荷时投入，在机组滑参数启动时，也可随同机组启动同时投入。

运行中对高压加热器水位高保护应定期检查、校验，确保其正确投入。

运行中，人为的检测高压加热器钢管泄漏时，应将该加热器退出运行。

理论上回热抽汽的级数越多，汽轮机的热循环过程越接近卡诺循环，其热效率越高。

但回热抽汽的级数受投资和场地的制约，不可能设置很多。

经过综合经济分析，在抽汽级数相同的情况下，抽汽参数对系统热效率有明显的影响。

抽汽参数的安排应当是高焓、低熵的蒸汽少抽，而低焓、高熵的蒸汽则尽可能多抽。

回热系统包括三台高压加热器、四台低压加热器、一台除氧器。

采用七段非调整抽汽，一、二、三级抽汽分别供给三台高压加热器，五、六、七、八级抽汽分别供给四台低压加热器汽源，四级抽汽供汽至除氧器，同时也考虑备用汽源。

从高压缸抽出的一抽供给一号高压加热器，从高压缸排汽抽出的二抽供给二号高压加热器，从中压缸抽出的三抽供给三号高压加热器。

疏水逐级自流方式，一号高压加热器产生的正常疏水流入二号高压加热器再流入三号高压加热器，然后流入除氧器。

当时经济环境，用电量不平衡，电网负荷的峰谷差加大，适应调峰需要，对自动控制中给水控制更是提出了新的更高的要求。

系统准确、灵敏、稳定的同时常规控制设备和控制策略已不能满足工艺对控制质量上的要求。

不断升级集散控制系统的自动检测与报警、自动保护、自动调节等功能，加强工作责任心，是保证机组的安全和经济运行充要条件。

参考文献何方主编.600MW火电机组锅炉培训教材.中国电力出版社,2006年孙奎明主编.热工自动化.中国电力出版社,2007年叶江明主编.电场锅炉原理及设备.中国电力出版社,2006年刘武林主编.锅炉热力过程控制系统.中国电力出版社,2015年《火电厂生产岗位技术问答》编委会著.锅炉运行.中国电力出版社,2020年。