技术 | 某超临界直流锅炉机组给水全程控制方案

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北极星火力发电网讯:一、现用给水控制方案及其问题概述

某电厂#1、#2机组为600MW超临界机组，现给水控制方案分两段控制:湿态采用给水旁路调门进行单冲量的储水箱水位调节；炉水循环泵出口调门调节省煤器给水流量大于给水本生流量（30%BMCR）；干态控制小汽机进行串级给水自动控制，内回路调节给水流量与锅炉指令形成的燃水比匹配，主回路调节锅炉中间点温度在设定值。

（来源：微信公众号“CAA发电自动化”）

锅炉厂家说明书要求的湿态给水控制方式为：湿态采用给水旁路调门调节省煤器流量大于锅炉给水本生流量，炉水循环泵出口调门调节再循环流量为储水箱水位的比例折线函数值。

现用控制方案存在的问题：一是现给水控制方式与锅炉厂设计要求不一致；二是无给水主路与旁路自动切换逻辑，切换时需人工操作完成，在给水非自动调节状态下易发生给水流量失控突变，造成汽温的大幅波动；三是转态负荷点提高后，在30%BMCR～50%额定负荷间形成给水调节的自动盲区；四是无锅炉干/湿态转换控制逻辑，转换时需运行人员切除给水自动调节回路进行人工转换控制，操作风险较大。

因此，现给水控制方式按锅炉厂说明书要求的控制方式进行修改。在现给水控制方案中，需设计增加锅炉干/湿态切换、给水主路与旁路切换的自动控制逻辑，相应的修改完善原给水调节回路，适应锅炉及其给水系统状态的变化转换给水调节方式，实现给水全程自动控制。

本方案先在#2机组态、调试投用，应用成功后，待#1机组停机检修时再移植投用。

二、给水全程自动控制方案

1.给水全程自动控制原则：全过程在给水自动调节的状态下完成状态切换逻辑控制。以机组负荷（蒸汽流量）为锅炉干/湿态、给水旁路/主路的切换负荷点判断，控制逻辑在相关条件达到且在给水自动调节的状态下时，监控画面(给水控制及锅炉运行方式专用)显示相关切换条件的状态(允许/禁止)，允许状态经运行人员确认后进行自动切换控制。锅炉干/湿态、给水旁路/主路的切换负荷点由运行人员根据机组运行工况在规定的范围内可设定。

工况切换控制前给水自动调节方式巳相应转换完成，且运行稳定。转换前相关给定值跟踪良好，转换时给定值无扰动，转换后按设定速率平稳变化到相关自动方式下的给定值(计算或人工设定)。

注1：干/湿态切换负荷点设定范围30%～40%BMCR(在锅炉运行方式专用画面的锅炉干/湿态转换操作面板设定)；给水旁路/主路切换负荷点设定范围15%～25%BMCR(在锅炉运行方式专用画面的给水控制方式操作面板设定)。

注2：锅炉干/湿态转换操作面板、给水控制方式操作面板可合并组态在锅炉运行方式及给水控制专用监控画面中(增加的)。

注3：锅炉湿态/干态运行方式下，汽泵供水时，采用汽泵调速控制的给水串级自动调节方式。锅炉湿态运行方式下，电泵供水，采用给水旁路调节阀控制的给水串级调节方式。

注4：给水串级调节回路，其内回路调节给水流量在设定值(根据锅炉负荷指令/给水量特性曲线计算的燃水比定值)，设计有蒸汽流量前馈控制；主回路调节锅炉中间点温度在设定值(根据负荷/中间点温度特性曲线计算)，设计有过热蒸汽温度前馈控制（前馈量还可增补各级过热器出口温度）。锅炉点火前，内回路给定值为33%BMCR，主回路输出在跟踪状态。

2.给水旁路/主路切换、锅炉湿/干态转换给水自动调节方式、操作及其控制逻辑：

2.1给水旁路→主路切换控制

(1)切换前工况：机组负荷在0～15%BMCR，锅炉湿态运行方式，电泵运行供水方式，省煤器入口给水流量采用给水旁路调节阀串级给水调节（点火前，给定值为33%BMCR，PV为省煤器入口给水流量；点火后给定值按水煤比计算给定；同时保证锅炉最小给水流量≥30%BMCR流量)。

注1：采用启动循环泵出口调节阀调节再循环流量，给定值根据再循环流量/储水箱水位比例特牲曲线计算。

注2：在上述机组负荷范围内及锅炉湿态运行方式下，如采用汽泵供水运行方式，则锅炉省煤器入口流量采用汽泵转速串级给水调节方式，直接进入第(4)步操作。

(2)电动→汽动给水泵人工切换操作：机组负荷在15～25%BMCR范围内，进行给水旁路/主路切换前，应先完成电动→汽动给水泵人工切换操作。省煤器给水流量在给水旁路调节方式下，启动汽泵(任一台)定速供水，电泵切换为热备用(未供水，出口电动门关闭且再循环阀在最小流量自动控制状态)或停用状态。

(3)给水调节方式人工切换：电动→汽动给水泵人工切换完成后，汽泵运行供水正常，进行给水调节方式人工切换。省煤器给水流量由给水旁路调节阀给水调节方式人工切换为汽泵转速控制给水调节方式(注：给水控制专用画面的省煤器给水流量调节方式操作面板的条件闭锁及方式互锁人工切换操作)。给水调节方式切换完成后是允许进行给水旁路/主路切换的条件之一。

注：给水调节方式切换采用回路输出切换模式；如启动两台汽泵运行则采用分配调节。

(4)给水旁路/主路切换控制：在上述给水系统工况及给水调节方式下，给水旁路/主路切换机组负荷点≥设定值（20%BMCR~30%BMCR内设定）时，给水控制专用画面的给水旁路/主路切换操作面板显示切换条件允许，运行人员确认后，给水旁路调门自动开启至100％，主给水电动阀自动开启至100％（主给水电动为点动方式，自动采用长脉冲开信号)；主给水电动阀全开后，给水旁路调门保持开启状态。

给水旁路/主路切换完成。

给水旁路/主路切换过程中给水量的扰动，通过省煤器给水流量的汽泵给水三冲量调节的内回路给水流量快速定值闭环控制来抑制(内回路的给水流量设定值不会突变)，减小并消除给水量扰动影响。

注1：给水旁路/主路的切换逻辑不断水原则：给水主路电动门开到位后再允许关旁路调门前、后电动门，非逻辑控制，是人工关允许条件。

注2：锅炉最小给水流量闭锁减控制：锅炉点火状态下，给水旁路调门、主给水电动阀及汽泵给水调节转速控制均应有锅炉最小给水流量(本生流量30%BMCR）闭锁减控制逻辑。给水旁路调门前、后电动门应有锅炉给水流量≥最小给水流量(本生流量30%BMCR）允许关的控制逻辑。

2.2给水主路→旁路切换控制

(1)切换前工况：机组负荷在25%BMCR以下，锅炉湿态运行方式，汽泵运行供水，采用汽泵转速控制给水串级调节方式。

(2)给水主路/旁路切换控制：在上述给水系统工况及省煤器给水流量给水调节方式下，且给水主路/旁路切换机组负荷点≤设定值（20%BMCR~30%BMCR内设定）时，给水控制专用画面的给水旁路/主路切换操作面板显示切换条件允许，运行人员确认后，自动联锁开启给水旁路调门及其前、后电动门，给水旁路调门自动开启至100％且其前、后电动门全开后，主给水电动阀自动联关至0％(自动采用长脉冲关信号)。

给水主路/旁路切换完成。

注1：给水主路→旁路切换过程中给水量的扰动，通过省煤器给水流量的汽泵调速给水三冲量调节的内回路给水流量快速定值闭环控制来抑制(内回路的给水流量设定值不会突变)，减小并消除给水量扰动影响。

注2：给水主路/旁路的切换逻辑不断水原则：旁路调门及其前、后电动门开到位后，再联关给水主路电动门。

注3：锅炉最小给水流量闭锁减控制：锅炉点火状态下，给水旁路调门、主给水电动门、汽泵给水调节转速控制均应有锅炉最小给水流量(本生流量30%BMCR）闭锁减控制逻辑。给水旁路调门前、后电动门控制应有锅炉给水流量≥最小给水流量(本生流量30%BMCR）允许关的控制逻辑。

注4：再循环泵启动状态下锅炉最小给水流量应为30%BMCR（锅炉本生流量）再加上3%BMCR（再循环泵过冷水流量）。

(3)旁路/汽泵给水调节方式人工切换：给水主路→旁路切换完成，且在汽泵转速控制省煤器给水流量的给水调节方式下，省煤器给水流量由汽泵转速控制给水调节方式下可人工切换为旁路给水调节方式(注：给水控制画面的锅炉给水调节方式操作面板的条件闭锁、方式互锁人工切换操作及状态显示)。给水调节方式切换后，汽泵定速供水，是允许进行电动→汽动给水泵人工切换条件之一。

旁路/汽泵给水调节方式的切换操作由运行人员根据机组运行工况确定。如不启动电泵而采用汽泵供水降负荷方式，汽泵转速控制省煤器给水流量的给水调节方式可切换也可不切换(注：汽泵低负荷调节特性不良)。

(4)汽动→电动给水泵人工切换操作：旁路/汽泵给水调节方式的切换完成，省煤器给水流量在给水旁路调节方式下，且汽泵定速供水正常，可进行汽动→电动给水泵人工切换操作。人工切换操作：启动电泵供水，汽泵减速降压切换为热备用(未供水，出口电动门关闭且再循环阀在最小流量自动控制状态)。

2.3锅炉湿态→干态转换控制

(1)切换前工况：机组负荷在30%BMCR～45%BMCR范围内；给水主路供水，省煤器给水流量在汽泵(一台或二台)给水自动调节方式下；随着锅炉蒸发量加大，省煤器给水流量增加，储水箱水位下降，锅炉再循环泵出口调门开度及再循环流量减小，再循环泵最小流量阀开启(再循环流量≤7％BMCR)，出口调门关闭，再循环流量为零，再循环泵在最小流量方式运行。中间点温度在饱和状态。

注1：在锅炉湿态(再循环)运行方式，锅炉点火启动后，给水泵供水流量与再循环水流量之和需控制保持省煤器给水流量≥给水本生流量（30%BMCR）。

注2：锅炉干态运行方式下，采用汽泵调速控制的给水串级自动调节方式。内回路调节给水流量在设定值(根据锅炉负荷指令/给水量特性曲线计算的燃水比定值)，设计有蒸汽流量前馈控制；主回路调节锅炉中间点温度在设定值(根据负荷/中间点温度特性曲线计算)，设计有过热蒸汽温度前馈控制。

(2)锅炉湿态/干态转换控制：

在上述工况下，机组负荷≥湿态转干态转换设定点（35%BMCR～45%BMCR内设定），锅炉运行方式及给水控制专用画面的干态/湿态转换操作面板上显示转换条件允许状态，运行人员确认湿态转干态运行方式。随着机组负荷增加，调节给水泵供水流量与负荷相适应，再循环流量会相应减小，储水箱水位相应下降。

锅炉进入干态运行方式，省煤器给水流量≥40%BMCR，且储水箱水位≤2500mm，再循环泵自动联停或者人工停运。

锅炉干态/湿态转换操作面板显示为干态，锅炉湿态转干态运行方式转换控制完成。

锅炉湿态转干态运行方式后，增加锅炉燃料量，中间点蒸汽温度进入过热状态。

2.4锅炉干态→湿态转换控制：

(1)切换前工况：锅炉在干态运行工况。

(2)锅炉干态/湿态转换控制：

在上述工况下，机组负荷≤干态转湿态的转换设定点(采用湿态转干态转换设定负荷值减5%计算得到，面板显示)，锅炉运行方式及给水控制专用画面的湿态/干态转换操作面板上显示转换条件允许，运行人员确认干态转换湿态运行方式。

随着机组负荷减小，锅炉进入湿态运行，储水箱水位＞2500mm且锅炉有燃料供给时，再循环泵自动启动或者人工启动。给水泵给水流量＞锅炉给水本生流量（30%BMCR），再循环泵在最小流量方式运行；随着锅炉蒸发量、省煤器给水流量减小，省煤器给水流量≤30%BMCR，锅炉再循环泵出口调门自动开启，控制开度及再循环流量增大（流量定值依据储水箱水位值函数计算），再循环泵最小流量阀开度逐渐减小；再循环流量＞8％BMCR，再循环泵最小流量阀关闭。

锅炉干态/湿态转换操作面板显示为湿态，锅炉干态转湿态运行方式转换控制完成。

锅炉干态转湿态运行方式后，中间点蒸汽温度进入饱和状态。

3.相关状态：

3.1在超临界压力范围内（＞20MPa），储水箱水位可能是满足水位，压力＜20MPa，储水箱应有明显水位；负荷≤30%BMCR时，储水箱应有一个清晰的水位。

3.2再循环流量是由储水箱水位确定（比例折算函数曲线），点火前，给水流量为3%BMCR（最小流量），无蒸发及水损失时，储水箱水位将升高直到循环水流量≥33%BMCR（本生流量）。如产生蒸汽或水损失，储水箱水位下降，循环流量减小，给水流量增加，保证省煤器入口流量≥33%BMCR（本生流量30%BMCR加过冷水流量3%BMCR）。期间，最关键的是再循环流量与储水箱水位应符合函数曲线要求，防止循环泵吸入蒸汽。

3.3省煤器入口流量为给水泵流量与再循环流量之和。点火启动前，给水流量调节目标是省煤器入口流量≥33%BMCR（本生流量）；点火后调节目标是水煤比给定的省煤器入口给水流量，且应≥33%BMCR。

3.4在冷态点火启动时或MFT动作后炉膛吹扫期间，为防止省煤器气化，给水流量应保持3%的最小给水流量供给。

3.5储水箱和过冷水由省煤器入口送出依据储水箱水温及循环泵入口水温的温差控制，温差≥30℃关过冷水阀，≤20℃开过冷水截止阀。过冷水量最大为3%BMCR，是保证循环泵净正吸入压力而设置的，可防止循环泵汽化。

3.6在省煤器入口给水流量带汽或汽化状态下（再循环泵汽化或带汽供水状态），其流量测量值令产生正向误差＞给水流量+再循环流量。

3.7储水箱溢流阀后暖管水、再循环泵的暖泵水均从省煤器出口接出，其电动截止阀控制应符合锅炉厂要求。

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超详细的超临界直流炉MFT、RB、和FCB讲解

直流炉MFT的条件和处理

现代大型直流锅炉自动化程度高且保护装置完善，大多配备由计算机参与控制和保护的燃烧器管理系统（既BMS系统）或炉膛安全监视系统（既FSSS——FURNACE SAFEGUARD SUPERISORY SYSTEM），当锅炉一旦发生威胁设备安全的情况时，为了防止造成设备损坏，计算机系统将发生主燃料切断（既MFT——MASTER FUEL TRIP）的指令进行自动紧急停炉。

1、超临界直流锅炉自动MFT的条件

超临界直流炉超临界直流锅炉自动MFT的条件应根据机组设备的不同特点，按防止造成锅炉设备损坏的原则进行制定，一般情况下，超临界直流炉发生下列情况之一时应自动MFT：

1) 全部燃料中断时（所谓全部燃料中断应包括燃煤、燃油、燃气、既固体、液体、气体等所有燃料中断）。

2) 锅炉总风量小于额定风量的30-40%时。

3) 全炉膛火焰丧失时。

4) 锅炉的给水量在规定时间内，小于规定值时。

5) 所有吸风机均停止运行时。

6) 所有送风机均停止运行时。

7) 所有一次风机均停止运行且无助燃用的液体或气体燃烧器运行时。

8) 所有回转式空气预热器均停止运行时。

9) 再热器保护动作，引起再热器蒸汽中断（气轮机跳闸、高压旁炉未打开且再热器处烟温超过规定值）时。

10) 火焰检测器冷却风母管压力或冷却风与炉膛差压低于规定值时。

11) 炉膛压力高于或低于规定值时。

12) 汽水分离器出口温度超过允许温度。

13) 过热器出口温度超过允许温度。

14) 汽机跳闸。

15) DCS系统故障。

16) 主蒸汽压力超过高限。

17) 燃油系统油压低。

2、超临界直流锅炉手动MFT的条件

超临界直流锅炉发生下列情况之一时，应即手动MFT紧急停用锅炉：

1) 凡发生达到自动MFT动作条件而保护拒动，或保护因故停用而不动作时。

2) 承压部件（如：水冷壁、屏式过热器、主要汽水管道等）爆破，使工质温度急剧升高，导致管壁严重超温，无法维持锅炉正常运行或威胁人身、设备安全时。

3) 可燃物在烟道内再燃烧，使排烟温度不正常地升高至规定值（如200～250℃）或其他值，或使省煤器出口工质汽化，严重影响水冷壁各管屏流量分配时。

4) 锅炉燃油管道爆破或燃气管道严重泄漏发生火警，且锅炉运行时无法隔绝，危及设备或人身安全时。

5) 锅炉主蒸汽压力超过安全门的起座定值而安全门都不动作，同时汽轮机旁炉和向空排气阀均无法打开时。

6) 锅炉安全门动作后无法使其回座，且压力温度参数变化到运行不允许的范围时。

7) 炉膛内或烟道内发生爆炸，使设备遭到严重损坏时。

8) 计算机和仪表电源失去，使参数无法监视，且5min内未恢复，或计算机和仪表电源失去时机组运行工况不稳时。

3、超临界直流锅炉主燃料跳闸

当由正常连锁装置自动或由操作员手动发出MFT时，所有燃料应立即切除。如果煤粉喷嘴正在运行，磨煤机应立即解列。切除磨煤机时会自动程序切除给煤机和关闭热风门挡板。如果MFT发生时正在燃油，应立即关闭燃油阀和单独的油喷嘴切断阀。

下面的步骤是在紧急状态时的方法：

1) 维持机组预设风量对系统吹扫5min。如果准备热态再次起动，吹扫时的空气流量可以逐步减低到点火风量（30%BMCR）。

2) 所有引风机和送风机部解列后的MFT程序：引风机和送风机出口挡板应打开以使机组处于自然通风状态。开启风机挡板应确定为定时或控制状态以避免在风机降负荷过程中出现炉膛过高负压。风机出口挡板应维持开启状态至少15min。在15min的运转期间，引风机和送风机不应启动。在15min的运转结束后，引风机和送风机可根据相应的启动程序进行启动。如果机组超时无法再次启动，应维持原有通风方式不变。

3) 当机组发生燃料切断时正在燃油运行，应使相应喷嘴切断阀关闭。如果稍后将马上启动，油枪不需要进行清扫。否则油枪应退出、清扫后再重新投入使用。

4）在燃料切断过程中,如果所有辅助电源失去,电源恢复后应启动风机吹扫炉膛5min并转动空气预热器，注意观察空气预热器的相关仪表。

5）当发生燃料切断时，磨煤机正在运行，应继续清除磨煤机内的煤且尽可能按照如下程序进行；

a）关闭所有已停用磨煤机处口门。防止磨煤机再次启动突然炉膛压力升高使炉膛烟气经煤粉管道进入磨煤机。

b）建立足够的点火能量后启动磨煤机。

c）清理磨煤机。

如果由于负荷条件或BMS系统要求，不可能建立所有磨煤机的点火许可条件和清理磨煤机内煤的条件，此时任何无关磨煤机的出口门应打开以允许冷空气流入磨煤机，保持出口门开启状态直到磨煤机具备清理条件后再重新启动。

每次另外磨煤机投运或退出、已停用磨煤机的清理应再次采取临时隔离措施。

（1）如果磨煤机继续运转，当磨煤机电流下降时应启动相关给煤机。当给煤机启动时，开启热风隔绝门并使磨煤机上升到正常的运行温度。一定负荷下的磨煤跳闸操作程序应是在相关给煤机启动前只维持冷风运转。

（2）如果磨煤机不能继续运转，应在完全清空磨煤机后停。磨煤机出口门应保持开启以允许冷风通过磨煤机。

6）在紧急跳闸情况下磨煤机内的剩余燃料可能会导致自燃。如果机组不能在合理时间内（45min）重新启动应清空磨煤机，然后使磨煤机冷却到环境温度首动停运。如果不能进行这些操作，隔绝磨煤机并关闭所有进出口门防止炉膛烟气进入。

7）解列后操作程序

MFT后炉膛必须立即吹扫。尽可能快地清空磨煤机。

在打开汽轮机进汽阀前，启动点火阶段必须恢复燃料系统。必须重新设定启动程序。

注意：应密切关注蒸汽带水情况以防炉水进入汽轮机，例如

（1）不明原因的主汽温和再热汽温突然降低。

（2）由于水击引起的蒸汽管的振动。

（3）汽轮机监视仪表显示异常振动和不均匀膨胀。必须准备防止汽轮机进水的必要处理方法。

在机组重新启动阶段，对汽轮机故障和锅炉水进入汽轮机必须特别注意。在主蒸汽管和冷再管可能会有水凝结、启动分离器的异常高水位也会使炉水进入过热器、减温器的不正常打开和喷水控制阀泄漏也会导致炉水进入过热器或再热器。必须防止由于疏忽导致的炉水进入蒸汽管的情况。在开启汽轮机截止阀前必须对蒸汽管疏水。

4、RB、FCB及燃烧的切投控制

当发生电力系统事故而使主开关跳闸时，汽轮发电机应实现无负荷运行或带厂用电运行；当汽轮发电机故障跳闸，机组应实现停机不停炉的运行方式，既具有FCB（Fast CutBack）功能，维持锅炉最低负荷运行，蒸汽经汽机旁路系统进入凝汽器。待事故原因消除后，机组可以进行热态启动，从而可迅速并网发电。锅炉在低负荷运行时，要切除部分煤粉燃烧器，为稳定炉内煤粉燃烧，还要投运部分点火油枪。当发生FCB时，哪些煤粉燃烧器应保留，哪些煤粉燃烧器应切除，投运哪些油枪助燃，按原来燃烧器运行工况进行预先设定的切投工况，并应由FSSS自动完成投切燃烧器的工作。

锅炉主要辅机发生故障时，机组也应紧急降至运行辅机所能允许的负荷（RB）运行。这时锅炉也应切除部分燃烧器，按炉内稳定燃烧要求，决定是否要投油枪助燃等。当发生RB时，机组协调控制系统快速选择维持运行辅机所能允许的相应负荷，机组运行方式切换到汽机跟踪负荷不可调的运行方式。FSSS自动选择最佳燃烧器运行层数，并快速切除部分煤粉燃烧器，并根据炉内燃烧稳定要求，决定是否要投运部分油枪助燃。

对于RB工况，送风机一台脱扣、或汽动给水泵一台脱扣（电动泵自启动失败），均为50%RB。当送风机脱扣引起50%RB，燃料缩减速度要求快些，同时快速停运磨煤机（中速磨直吹式系统）或停运给粉机（中间储仓式制粉系统）；如由汽动给水泵引起的50%RB则不需要快速停运磨煤机，而可先停给煤机（中速直吹式制粉系统），既按正常停运制粉系统操作进行。50%RB的燃烧器切除、保留的工况。