发电厂集控的汽水系统与锅炉控制

浅谈发电厂集控的汽水系统与锅炉控制
摘要：随着我国经济的发展，对能源的需求量也日益增加，发电厂的容量不断提高，这也给发电厂的集控系统提出了更高的要求，本文结合作者自身工作实践，介绍了发电厂的汽水循环系统，详细分析和研究了锅炉的三种控制方式，希望能为广大同行提高有益经验。

关键词：发电厂；集控；汽水系统；锅炉控制
引言
随着我国国民经济的进步和电力工业的飞速发展，现代发电厂正向着规模化和集中控制的方向发展。

大容量和特大容量的发电厂不断增多。

近年来，我国建设的火电厂中，至少为300mw的发电机组，目前还有一批600mw和1000mw的超临界和超超临界机组将投运。

火电厂的工作原理即为利用燃料燃烧所产生的热量来加热锅炉
中的水，使其受热后成为蒸汽和过热蒸汽，这些具有很大热量的蒸汽推动汽轮机转动，产生的动能带动发电机发电。

火电厂的集控运行是指利用计算机、控制、通信、图形显示技术，对火电厂的生产和运行过程进行集中控制，将机、炉、电的控制集合为一体的方法，包括正常情况下的运行状态和参数的监视、紧急情况下的事故处理和启停机控制等。

对于现代火电厂来说，锅炉、汽轮机和发电机是其三大核心设备。

下文中，将就发电厂集控运行中的汽水系统和锅炉控制展开研究。

1 发电厂集控的汽水系统
发电厂主要有三大主系统：燃烧系统、汽水系统和电气系统。

其中，发电厂的汽水系统主要由锅炉、汽轮机、凝汽器、加热器、除氧器等组成，包括给水系统、水冷系统和补水系统三个方面。

汽水系统的循环图如下图1所示：
由省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器等设备组成，汽水系统主要任务是使锅炉中的水汽经过吸收-蒸发-过热处理等环节后，成为过热蒸汽。

如上图1所示，汽水系统主要由汽包、水冷壁、过热器和再热器、省煤器等构成。

锅炉给水后，汽包接收省煤器的来水，锅炉内燃料燃烧产生的高温烟气加热汽包中的水，产生的高温蒸汽经过过热器加热，汽包中出来的饱和蒸汽变为过热蒸汽，推动汽轮机旋转，带动发电机做功，在汽轮机高压缸中，经过膨胀做功的蒸汽再引入再热器，再次升温后送入汽轮机再次做功，达到能量的最大化使用。

汽轮机中的凝汽器则将汽轮机排气口排出的气体经过冷却后凝结
为水，经过低压加热器加热，并经过除氧器除去水中妨碍传热和腐蚀金属的游离氧，再经高压加热器加热后送回锅炉，补充水系统用来在锅炉和汽轮机之间补充工质损失。

经过如图中所示过程后，发电厂就完成了一次完整的汽水循环。

2 发电厂集控的锅炉控制
锅炉是火力发电厂的三大核心设备之一，在发电厂的运行中，燃料首先在锅炉的炉膛中燃烧，成为很高温度的烟气，当烟气从锅炉的水管中流通时，加热了锅炉内的水，使之成为饱和蒸汽，再经过
过热流程，成为过热蒸汽，最后通过管道去推动汽轮机做功。

锅炉根据容量、燃烧方式、循环方式等的区别，又可以分为各种不同类型。

我单位所使用的为哈尔滨锅炉厂生产的2330mw锅炉，使用亚临界参数、一次中间再热、单炉膛、自然循环汽包炉，固态干式排渣。

锅炉的汽包水位是锅炉运行的一个重要参数，反映出锅炉的蒸汽量与给水量的关系。

汽包的水位太高或太低，都会对锅炉的正常运行带来不利影响。

当汽包水位过高时，内部的蒸汽空间变小，产生蒸汽饱和水量大，影响蒸汽质量。

当汽包水位过低时，因补水不及时，蒸汽产生量会急剧加快，造成缺水，干锅，甚至发生爆炸事故。

所以，锅炉的给水自动控制系统是锅炉的控制中的核心环节。

在锅炉的给水控制中，需要注意的是当锅炉中的蒸汽增加时，由于锅炉的汽泡量也随之增加，产生的“虚假水位”现象，“虚假水位”现象可能引起控制系统减少给水量，进而加剧蒸汽和给水量之间的不平衡，带来水位偏差。

现代锅炉的控制主要有以下三种方式：
（1）单冲量给水控制系统：
单冲量给水控制系统是指变送器将实测的汽包水位信号pid送到调节器，与给定的定值比较偏差，再根据偏差来决定调节信号，并经运算放大器输出信号。

也即单冲量给水控制系统只根据汽包水位pid的变化来控制给水阀门开度，决定水位的给定值。

单冲量给水控制系统控制简单，运行可靠，但是其不能反映出“虚
假水位”的现象，控制器可能反向误动作。

另外，它对蒸汽量和给水量的扰动也不够灵敏，所以，其仅适用于蒸汽量比较稳定的较小容量锅炉。

（2）双冲量给水控制系统
双冲量给水控制系统使用锅炉水位变化量h和蒸汽量信号d这两个变量来协同控制调节器，决定锅炉的进水量。

双冲量给水控制系统弥补了单冲量给水控制系统的不足，当蒸汽量发生变化时，虽然锅炉水位变化量h已经很难测量准确，但蒸汽量信号d将使给水调节阀动作，进而给出控制信号，增加给水量来抵消“虚假水位”影响。

双冲量给水控制系统适用于蒸汽量经常变化的锅炉。

虽然可以抵消“虚假水位”影响，但同单冲量给水控制系统相同，它仍然不能及时反映和补偿给水扰动。

随着现代锅炉向着大容量的方向发展，参数也随之复杂。

一般情况下，锅炉的容量越大，汽包的容量和容许波动的量都越小，当给水量不足引起缺水现象时，更容易发生事故，另外，如果几台较大容量的锅炉并列运行，还可能发生水位控制互相干扰的情况。

这种情况下，双冲量给水控制系统由于不能反映给水量的自发变化和扰动，已经不再适用，在此背景下，产生了三冲量给水控制系统。

（3）三冲量给水控制系统
三冲量给水控制系统又分为单级和串级两种方式。

（a）单级三冲量给水控制系统：
单级三冲量给水控制系统使用汽包水位h为主要控制信号，将蒸汽流量d作为前馈信号，给水量w作为辅助反馈信号，即为三冲量给水控制系统。

三个控制量之间互相反馈，来协调控制。

蒸汽量d发生变化时，调节器随之动作，调节给水量w。

给水量w发生变化时，调节器也随之动作，控制给水量w在合适位置。

（b）串级三冲量给水控制系统：
串级三冲量给水控制系统分为主副两个调节器。

汽包水位h为主调节器的控制信号，用来控制副调节器进行水位校正。

而副调节器除了接收控制信号h以外，还接收给水量w和蒸汽量d这两个控制信号。

这样，当蒸汽量d发生扰动时，副调节器随之动作，控制给水流量w。

当给水量w发生扰动时，副调节器随之动作，使给水量w维持恒定。

三冲量给水控制系统的结构较之前两种复杂，但是它有效的弥补了单冲量和双冲量系统的不足，是目前控制大型容量锅炉最有效的方式，也是目前发电厂最常用的控制方式。

上述各种控制系统中，测量汽包水位的变送器均为三重化，最终的水位信号从中选出一路，当汽包发生故障时，也可由控制人员来决定切换至另一路信号，确保安全稳定运行。

3 结束语
发电厂的汽水系统和锅炉控制是一个极其复杂的系统，实际的电
厂集控运行中，包括锅炉的水位控制、温度控制、节能控制等多个方面，随着计算机、自动控制等4c技术的发展，我国火电厂的集控控制正向着更加智能化的方向发展。