(四川中电福溪电力开发有限公司 四川省宜宾市 645100)
摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，火力发电厂建设越来越多。超临界火力发电机组运行过程中各个参数的变化相对于负荷指令存在一定延迟，燃料、给水变化时呈现不同的时间特性，对水煤比和汽温控制影响较大，在控制逻辑中需对参数进行调整。在辅助调峰时段，机组负荷在额定负荷的50%以下，系统的稳裕度进一步下降，需要对参数和机组运行方式进行进一步调整。本文旨在对直流锅炉给水控制系统存在的问题进行分析，提出解决的方法，提高给水系统的稳定性。
关键词：给水控制系统;控制逻辑;振荡;稳定性
引言
随着超临界机组锅炉在近年来电力行业之中的应用，使得电力行业的运行与发展都上升到了一个新的高度。但是在具体的应用过程中，超临界机组锅炉的排烟温度偏高问题也给电力行业带来了很大的困扰。因此，关于超临界机组锅炉运行过程中的排烟温度偏高问题，越来越多人开始对其原因及改进措施加以高度重视。
1直流锅炉给水系统特性及控制策略的分析
1.1水煤比控制
锅炉在运行过程中需严格控制给水流量和给煤流量的平衡，即水煤比(或煤水比)参数的平衡。在给定负荷下，正确的水煤比是蒸汽参数正确、稳定的基本条件，更是设备安全运行的保证。亚临界机组采用汽包锅炉，广义上讲汽包水位控制就是水煤比控制，汽包的容积积分作用会平滑掉瞬态水煤比的偏差。直流锅炉没有汽包环节，且蓄热量小，汽轮机阀位、燃料量、给水流量的改变均会引起锅炉汽水分界面的改变。因此，水煤比是反映工质平衡的重要参数。
1.2中间点温度的分析
超临界直流锅炉的给水控制是整个机组安全运行的关键所在，给水流量在任何时刻都必须保证汽水分离界面的波动要小，这样才能保证锅炉的主蒸汽温度控制，水冷壁温度控制波动小且在设计值附近。由前面的叙述可知，直流锅炉水煤比的正确与否，能够直接从蒸汽参数体现出来，给水控制系统设计的关键点在于寻找一个合适的变量及测点，能够准确、稳定地反应蒸汽参数。大量试验证明，直流锅炉的燃料量或给水量扰动时，汽水行程中各工质焓值的动态特性曲线形状相似，而越接近汽水行程的入口，惯性和滞后越小。因此，对水煤比控制的修正逻辑，都是取微过热蒸汽的焓值（或温度）为反映水煤比是否合适的标志，国产直流锅炉一般将分离器出口温度作为中间点温度，它是锅炉汽水系统中能够较早反映出水煤比失调的信号。在一般情况下，微过热蒸汽之前各受热面的吸热量约占工质总吸热量的60%，这些受热面包括辐射、对流等受热面，具有一定的代表性，且惯性较小，所以选微过热蒸汽焓值或温度作为水煤比信号能获得较好品质。
2原因分析
水冷壁加强筋处的横向裂纹处无塑性变形，且爆口断面锈迹较重，开裂时间较长。判断该处为第一爆口。该爆口起于水冷壁管与加强筋的搭接焊缝处，止于水冷壁光管处，金相检测显示该横向裂纹上部的水冷壁管母材与加强筋的焊缝未实现焊接熔合，而横向裂纹下部的水冷壁管母材与加强筋的焊缝实现了焊接熔合，因此在该处，水冷壁管、焊缝以及加强筋形成了一处“Y”型缺口，当有外力作用于该部位时，将产生严重的应力集中。受热面管在直径方向上受到的力是轴向受力的2倍，因此，在受热面管无缺陷的情况下开裂总是沿着轴向的。但当受热面管表面有宏观缺陷或其他应力集中存在时，裂纹可能沿周向扩展。爆管位置在水冷壁前墙上部靠近炉顶处，该部位水冷壁管与顶棚过热器管通过水冷壁加强筋相连接。按照图纸要求，水冷壁加强筋一端通过前墙水冷壁管子间隙，与紧贴水冷壁管的槽钢相焊，槽钢搁置在水冷壁的支撑板上，加强筋另一端通过圆钢连接的钢板转化后与顶棚过热器管焊接。这样既可以使前墙水冷壁与顶棚过热器间保持相对固定，以及水冷壁的平整性、结构的紧凑性，又可各自热膨胀，相对滑动。
但在实际施工过程中，发生泄露处的加强筋并未穿过水冷壁间隙与槽钢焊接，而是直接焊接在水冷壁管上，这样，原本设计的柔性连接，相对独立的结构便成了刚性连接，完全一体的结构。横向裂纹断口的扫描电镜检测结果显示，断口上有大量细小的疲劳纹，可见该断口是在机械交变载荷的作用下，逐渐发展产生的。断口上大量径向的冲刷沟槽显示，该断口形成后有大量汽水从管内冲出，在断口上冲刷形成了沟槽。
3超临界机组锅炉给水控制系统
3.1加强对磨煤机出口温度的控制
相比较国外的技术而言，我国超临界机组锅炉之中的制粉系统出口温度会偏低一些，因此，要想实现锅炉排烟温度的合理降低，电力企业就应该对磨煤机出口温度加以有效控制。如果出口的温度过低，磨煤机在实际工作过程中就会缺乏足够的干燥动能，进而很容易在出煤时出现出口堵塞情况，很多的煤粉会附着在排风粉管壁上，影响到磨煤机系统的正常使用。如果出口的温度过高，制粉系统则很容易爆炸，进而对生产安全造成威胁。因此在实际的生产过程中，电力企业一定要注重磨煤机出口温度的合理控制，在保障制粉系统安全稳定运行的基础上实现排烟温度的合理降低。
3.2安全措施
（1）施工人员必须保持良好精神状态，严禁酒后、带病、疲劳作业。（2）当作业地点的风力达到五级时，不得吊装受风面积大的物件；当风力达到六级及以上时，不得进行吊装作业。（3）受热面寄存件应采取倒链牵引在钢架上，或用槽钢加固在钢架上，定期检查。（4）进行两车抬吊或吊车负荷达90%以上时，应办理安全施工作业票，并设专人指挥。（5）钢丝绳要防止割磨，有棱角处加垫衬瓦或道木，进行吊装用的钢丝绳安全系数不小于8倍。（6）临时吊耳、加固等应经计算，使用前必须经验收合格。
3.3加强对机组锅炉冷壁给水温度的控制
在超临界机组锅炉的炉膛之内，冷壁受热面并没有汽水混合物的受热段，所以，如果水温升高到了临界点，所有的水都将转化成蒸汽，这就很容易导致临界区域传热恶化的情况发生。所以，电厂一定要将水冷壁进口温度控制在合理的范围之内，让容易出现传热恶化的管段尽量和热负荷最大的区域避开。通常情况下，当给水温度降低10℃时，机组锅炉的排烟温度就可以降低2℃～3℃。但是在此过程中，电厂也应该注意不要一味降低给水温度，虽然通过降低给水温度的方法可以让锅炉排烟温度偏高的问题得到有效解决，但是随着给水温度的降低，锅炉的燃料消耗也会降低。
结语
综上所述，对控制系统的分析属于频域方法，但解析过程物理概念较为清晰，便于在行业内超临界机组给水控制领域借鉴和分析。火力发电机组运行过程中由于各个参数的变化相对于负荷指令均存在一定的迟延，呈现不同的时间特性，控制效果不理想不一定是策略不当或控制参数不合适，有可能只是各子系统或子系统之间在机组负荷变化时响应的速度不同，不能达到时间协调同步。每台机组均有自身的特点和响应特性，只有认真分析各系统的闭环工作周期、响应时间特性等总结规律，在适应现场设备及安全运行的前提下，在控制参数上对稳定性和快速性做出平衡。
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