摘要：直流锅炉的工质一次地通过各受热面，汽水通道可分加热段、蒸发段、过热段三部分，而三段受热面面积不固定。汽水分离器及储水箱容积小，超超临界直流锅炉给水控制复杂。通过研究不带循环泵式启动系统控制原理及干湿态转换的机理，总结出超超临界直流炉干湿态转换操作及注意事项，为1000MW直流炉调整提供有效经验，保证机组安全稳定运行。
关键词：直流锅炉；水煤比；给水控制；启动系统控制；干湿态转换。
1.1概述
三门峡电厂三期工程中，锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的超超临界变压运行直流锅炉，采用П型布置、单炉膛、一次中间再热、低NOX主燃烧器和高位燃尽风分级燃烧技术、反向双切圆燃烧方式，炉膛为内螺纹管垂直上升膜式水冷壁，不带循环泵启动系统；调温方式除煤/水比外，还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式。锅炉采用平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。
1.2超超临界直流锅炉的汽水系统特点
直流锅炉的主要特点是汽水流程中不设置汽包，在给水泵的作用下，给水一次性地通过省煤器、水冷壁、过热器。它的循环倍率始终为1，与负荷无关。
在直流锅炉中，给水加热成蒸汽一次完成，汽水通道可看作由加热段、蒸发段、过热段三部分组成。其中蒸发段是汽、水混合物，随着管道的往后推移，工质由饱和水逐渐被加热成饱和蒸汽。三段受热面没有固定的分界线，随着给水流量、燃烧率的变化前、后移动，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的比例却发生了变化。但蒸发段的前移会使过热汽温偏高，蒸发段后移则引起汽温偏低，甚至品质下降，这对机组运行极为不利，所以要控制蒸发段的位置。一般来说，要控制蒸发段出口的微过热汽温，若偏离规定值，则说明由于燃烧率与给水比例不当致使蒸发段发生移动，应及时调节燃烧率和给水流量。
直流锅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。所以当水燃比失调后，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，例如给水流量减少了，则蒸发段向锅炉汽水流程入口方向流动，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原因引起的：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。
1.3超超临界直流锅炉给水控制的特点
直流锅炉在湿态情况下，其给水控制与自然循环汽包炉是基本相同的，控制储水箱水位。直流锅炉进入干态以后，其给水控制是维持合适的水燃比以控制中间点温度（或焓值）。而水燃比又是影响过热汽温的主要因素，水燃比的失衡，将使锅炉出口过热汽温变化剧烈，因此给水控制系统的设计的合理性及控制系统调节品质的好坏直接影响整个机组的安全经济运行。汽包炉的过热汽温控制与给水控制相对独立，影响较小。
2三门峡三期工程超超临界直流炉启动系统介绍
锅炉启动系统为大气扩容式启动系统，二只立式内置式汽水分离器布置于锅炉的后部上方，由后竖井后包墙管上集箱引出的锅炉顶棚包墙系统的全部工质均通过4根连接管送入二只汽水分离器。在启动阶段，分离出的水通过水连通管与一只立式分离器贮水箱相连，而分离出来的蒸汽则送往水平低温过热器的下集箱。除启动前的水冲洗阶段水质不合格时排往扩容器系统外，在锅炉启动期间的汽水膨胀阶段、在渡过汽水膨胀阶段的最低压力运行时期以及锅炉在最低直流负荷运行期间由贮水箱底部引出的疏水均通过三只贮水箱水位调节阀经疏水扩容器送入冷凝器回收。
在锅炉启动期间，锅炉最低直流负荷流量为（25%BMCR），给水流经给水管—省煤器—水冷壁系统，启动初期锅炉保持25%BMCR给水流量，随锅炉出力达到25%BMCR，三只贮水箱水位调节阀全部关闭，锅炉的蒸发量随着给水量的增加而增加。此时，锅炉的给水量等于锅炉的蒸发量，启动系统解列，锅炉从二相介质的再循环模式运行（即湿态运行）转为单相介质的直流运行（即干态运行）。
3超超临界直流炉不带循环泵式启动系统控制及干湿态转换
3.1不带循环泵式启动系统控制原理
直流炉干、湿态转换的过程也是启动系统控制方式的转变，湿转干启动系统控制方式由水位控制切换到温度控制，干转湿启动系统控制方式由温度控制切换到水位控制方式。在湿态运行状态下，给水是通过分离器的水位和蒸汽量来控制，其控制方法类同亚临界自然循环锅炉，分离器的水位需要连续地监视。为了防止启动初期阶段汽水膨胀时分离器水位过高，饱和水进入过热器，除了给水控制水位外，还设置了大气扩容式系统，在扩容器进口设置有三组WDC阀 ，简单疏水启动系统只是工质和热量损失较多。
从水位控制到温度控制的切换过程在维持省煤器和蒸发器最小流量的同时，对于燃烧率的控制也是很重要的，在湿态运行期间，省煤器和蒸发器中的流量保持恒定值，此时燃烧率要渐渐地增长以满足产汽量的要求。当负荷增长时，为了维持分离器中的压力，燃烧率也要相应增长，在整个湿态运行过程中，分离器中的压力需要一直监视，而燃烧率的增长通过分离器出口的温度来体现。最低直流负荷是启动系统的隔离点和锅炉进入干态运行的起始点，在此负荷以下，当燃烧率增长的时候，省煤器和蒸发器中的流量却是固定不变的。在最低直流负荷点，燃烧率和给水量达到一个预先设定的点。当逼近最低直流负荷时，分离器水位消失进入干态，此时蒸汽温度控制投入使用。在切分期间，以分离器出口蒸汽温度作为导前控制点，为了避免温度控制失效重新使启动系统投入运行，分离器出口蒸汽焓值要保持一定的过热度是很重要的，同时锅炉负荷应按升速率直接通过最低直流负荷点。
3.2湿态转干态
由锅炉给水自动控制分离器水位，负荷逐渐增加，一直到纯直流负荷方式后切换到温度自动控制方式的过程。
在第一阶段以前，按照冷态、温态、热态及极热态启动方式，顺序启动锅炉及相关的锅炉辅机，启动系统投运，分离器水位由控制锅炉母管给水流量来实现。
第一阶段:省煤器入口的给水流量保持在某个最小常数值，一般650t/h至700t/h；当燃料量逐渐增加时，随之产生的蒸汽量也增加，从分离器下降管返回的水量逐渐减小，锅炉给水流量应逐渐增加，以保证省煤器入口的给水流量保持在某个最小常数值，此时分离器入口的湿蒸汽的焓值增加。
分离器入口蒸汽干度达到1，饱和蒸汽流入分离器，此时没有水可分离，锅炉给水流量等于省煤器入口的给水流量，但仍保持在某个最小常数值。
切换阶段:省煤器入口的给水流量仍不变，燃烧率继续增加，在分离器中的蒸汽慢慢地过热(此时分离器压力不变)，分离器出口实际温度仍低于设定值，温度控制还未起作用。所以此时增加的燃烧率不是用来产生新的蒸汽，而是用来提高直流锅炉运行方式所需的蒸汽蓄热。
分离器出口的蒸汽温度达到设定值，进一步增加燃烧率，使温度超过设定值。
第二阶段:进一步增加燃烧率，给水量也相应增加，锅炉开始由定压运行转入滑压运行，温度控制系统投入运行，由“水煤比”控制分离器出口的蒸汽温度及低过出口的一级喷水减温器的前后温差，该温差是锅炉负荷的函数，当锅炉主蒸汽流量增加至设定值，锅炉正式转入干态运行。
3.3干态转湿态
随负荷降低，从纯直流锅炉方式后切换到启动运行方式，由温度控制切换到水位控制的过程。
第一阶段:锅炉负荷指令同时减少燃烧率和给水流量，锅炉处于滑压运行，温度控制系统投入运行；当锅炉主蒸汽流量降至设定值以下，干态信号消失。
给水流量达到最低直流负荷流量。
切换阶段: 给水流量仍不变，燃烧率继续减小，在分离器中的蒸汽过热度降低，开始有水分离出。
蒸汽过热度完全消失，流入分离器的蒸汽呈饱和状态，由“水燃比”控制分离器出口的蒸汽温度及分隔屏出口的一级喷水减温器的前后温差回路切除。
第二阶段:进一步减小燃烧率，给水流量不变，分离器入口蒸汽湿度增加，分离器中开始积水，当分离器水位上升到一定高度，给水母管流量小于设定值时，控制系统能自动切换为湿态运行，溢流阀会自动或手动开启；当在全开位且分离器水位大于6-9米，水位控制开始动作，水位由锅炉给水自动调节。
第二阶段以后，随着负荷的降低，蒸汽量减少，母管给水量也减少。从理论上讲，当产汽量为零时给水母管给水可为零，但实际应用中，母管给水量应保持约为35%BMCR不变，直到停炉。当分离器水位上升到一定高度,调节阀会自动调节分离器水位在规定值以内。
4干态、湿态转换注意事项
4.1直流炉转态过程要迅速，尽量缩短此状态运行时间，防止干态与湿态来回切换。
4.2直流炉湿态转干态时，要严格监视主再热器壁温和水冷壁壁温（特别是水冷壁壁温），防止超温。
4.3直流炉干、湿态转换时，增减煤量时要及时增减给水，控制好水燃比，防止汽温大幅度波动。
参考文献：
1.锅炉原理（第二版）主编 樊泉贵 中国电力出版社 2014.02
2.1000MW超超临界机组干湿态转换过程及风险控制 张伟 宁献武 王磊 东北电力技术 2009.07
3.电站锅炉运行与燃烧调整（第二版） 主编 黄新元 中国电力出版社出版 2007.02
4.电厂锅炉原理及设备（第三版） 主编 叶江明 中国电力出版社 2010.01
作者简介：朱学丰，男，大学本科，助理工程师，集控技师，从事火电集控运行。