隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，'降低機組每千瓦設(shè)備費用、基建投資、'運行維護管理費用，提高機組的經(jīng)濟效益越來越引起人們的重視。而近一、兩年來，國家采取或正在實行的將廠、網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)的措施，又促使人們盡量采用*技術(shù)，達(dá)到提高機組運行的安全經(jīng)濟性。新建機組的蒸汽參數(shù)提高到超臨界，則是提高機組熱效率的有效方法之一。
　　
　　工業(yè)國家的研究及實踐證明，無論從對電網(wǎng)調(diào)峰要求的適應(yīng)能力（尤其是兩班制調(diào)峰運行），還是機組正常運行時變負(fù)荷能力，快速啟／停能力，可用率以及機組的經(jīng)濟性，超臨界機組都要優(yōu)于亞臨界機組。研究報告表明，對600MW機組，若將蒸汽壓力從亞臨界參數(shù)（16.9Mpa、538℃）提高到超臨界參數(shù)（24.6Mpa、538℃），則機組的熱效率將提高1.7%；若再將再熱蒸汽溫度從538℃提高到566℃，則機組的熱效率又能提高0.8％。
　　
　　因此，有必要對超臨界機組的特點從設(shè)計、制造、運行等方面進(jìn)行研究。近年來，我國先后從美國、德國、前蘇聯(lián)等國引進(jìn)了一批超臨界機組，如石洞口二廠（2×600MW）、營口發(fā)電廠（2×300MW）、綏中發(fā)電廠（2×800MW）等。這些電廠的安裝、調(diào)試及運行對我國研究、設(shè)計、制造超臨界機組將有極大的幫助。
　　
　　本文正是本著這樣的觀點，淺顯地論述超臨界鍋爐所*的與熱工控制有關(guān)的啟動及運行調(diào)節(jié)特點。
　　
　　1、超臨界鍋爐
　　
　　自然循環(huán)鍋爐其蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)的流動是依靠下降管和上升管之間工質(zhì)的密度差來進(jìn)行的。隨著鍋爐容量的增大，特別是壓力的提高，大大增加了自然循環(huán)和汽水分離的困難。因為根據(jù)水蒸汽性質(zhì)，壓力愈高，汽水密度差愈小，所以自然循環(huán)形成就愈困難和愈不可靠，特別當(dāng)壓力達(dá)到甚至超過臨界壓力時，自然循環(huán)無法形成。在此情況下，鍋爐蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)的流動只有依靠外來能量（水泵）來進(jìn)行，超臨界鍋爐就是這種依靠外來能量建立強迫流動的鍋爐。
　　
　　1.1直流鍋爐的工作原理和特點
　　
　　直流鍋爐的工作原理如圖l所示，我們把水在沸騰之前的受熱面稱為加熱段；水開始沸騰（x=0）至全部變?yōu)橛陲柡驼羝▁=1.0）的區(qū)段為蒸發(fā)段，蒸汽開始過熱至額定的過熱溫度稱為過熱段。直流鍋爐蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)的流動全部依靠給水泵的壓頭來實現(xiàn)。給水在給水泵的壓力作用下，順次連續(xù)流過加熱、蒸發(fā)、過熱各區(qū)段受熱面，一次將給水全部加熱成過熱蒸汽。故直流鍋爐在穩(wěn)定流動時給水量應(yīng)等于蒸發(fā)量。直流鍋爐的結(jié)構(gòu)與自然循環(huán)鍋爐不同，它沒有汽包。所以加熱、蒸發(fā)和過熱各區(qū)段之間就不像汽包鍋爐那樣有固定分界點。圖1中的曲線表示沿管子長度工質(zhì)的狀態(tài)和參數(shù)大致的變化情況：在加熱段，水的焓和溫度逐漸增高，比容略有加大，壓力則由于流動阻力而有所降低：在蒸發(fā)段，由于水的蒸發(fā)而使汽水混合物的焓繼續(xù)提高，比容急劇增加，壓力降低較快，相應(yīng)的飽和溫度隨壓力的降低而降低；在過熱段，蒸汽的焓、溫度和比容均在增大，壓力則由于流動阻力較大而突降。在鍋爐運行中，無論何種原因引起工況變動，都可能影響汽水管道內(nèi)各點的工質(zhì)參數(shù)，從而改變了加熱、蒸發(fā)和過熱三區(qū)段的長度。這一情況便決定了直流鍋爐一系列主要的工作特性。其中，直流鍋爐的啟動系統(tǒng)及其蒸汽參數(shù)調(diào)節(jié)的特殊性對機組的控制系統(tǒng)有比亞臨界汽包鍋爐的控制系統(tǒng)更復(fù)雜的要求。　　
　　1.2超臨界鍋爐類型
　　
　　超臨界鍋爐的類型從水冷壁的結(jié)構(gòu)型式分有許多類型。但這里只從與熱工控制有關(guān)的啟動系統(tǒng)型式來分類，即按分離器在正常運行時是參與系統(tǒng)工作，還是解列與系統(tǒng)之外，分為內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)和外置式分離器啟動系統(tǒng)兩大類型。
　　
　　1.2.1外置式分離器啟動系統(tǒng)
　　
　　圖2為LP型直流鍋爐外置式分離器啟動系統(tǒng)。其中過熱器旁路為外置式啟動分離器系統(tǒng)，汽輪機為兩級旁路系統(tǒng)。低溫過熱器與高溫過熱器之間串隔離閥200及其旁路調(diào)節(jié)閥門20l。低溫過熱器進(jìn)口和出口各有一管路通至啟動分離器。低溫過熱器進(jìn)口至啟動分離器管路上裝有節(jié)流管束16、隔離閥門203和節(jié)流調(diào)節(jié)閥門202：低溫過熱器出口至啟動分離器管路上裝有調(diào)節(jié)閥門207。高溫過熱器進(jìn)口、200閥門之后有一管路與啟動分離器汽側(cè)連接，在管路上裝有隔離閥門205。在啟動分離器上還接有汽水工質(zhì)熱量回收系統(tǒng)，汽側(cè)至除氧器調(diào)節(jié)閥門230、至凝汽器調(diào)節(jié)閥門240、至高壓加熱器調(diào)節(jié)閥門220，水側(cè)至除氧器調(diào)節(jié)門231、至凝汽器調(diào)節(jié)閥門241、至地溝調(diào)節(jié)閥門250。
　　
　　外置式分離器啟動系統(tǒng)解決了鍋爐汽輪機啟動工況不同要求的矛盾，它即能保證鍋爐的啟動壓力和啟動流量，又能送給汽輪機需要的一定流量、壓力與溫度的蒸汽，還能回收啟動中排放的工質(zhì)和熱量。外置式分離器只是在啟動初期投入運行（閥門200關(guān)閉，205開啟，202，207調(diào)節(jié)），待發(fā)展到一定階段就要從系統(tǒng)中切除（開200閥門，關(guān)205、202、207閥門），故又稱為"啟動分離器"。
　　
　　圖3為FW型直流鍋爐兩級壓力的外置式分離器啟動系統(tǒng)。它在水冷壁出口和低溫過熱器之間串聯(lián)w、Y減壓閥門，低溫過熱器之與高溫過熱器之間串聯(lián)隔離閥門V，閥門V的進(jìn)口和出口通過P、N閥門與立式啟動分離器連接。分離器水、汽側(cè)還連接熱量和工質(zhì)回收系統(tǒng)。該系統(tǒng)的啟動特點與上述UP型直流鍋爐的外置式分離器系統(tǒng)基本相同。
　　
　　1.2.2內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)
　　
　　1.2.2.1螺旋管圈直流鍋爐內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)
　　
　　螺旋管圈直流鍋爐都設(shè)有內(nèi)置式分離器，螺旋管圈型水冷壁適宜變壓運行，分離器與水冷壁、過熱器之間的連接無任何閥門。在35％MCR負(fù)荷以下，由水冷壁進(jìn)入分離器的為汽水混合物，在分離器中進(jìn)行汽水分離，蒸汽直接送入過熱器，分離器疏水通過疏水系統(tǒng)回收工質(zhì)、熱量或排放大氣、地溝。當(dāng)負(fù)荷>35％MCR時，由水冷壁進(jìn)入分離器的工質(zhì)為蒸汽，分離器只起通道的作用，蒸汽通過分離器進(jìn)入過熱器。
　　
　　分離器疏水系統(tǒng)有三種類型，見圖4，擴容式（a）圖、疏水熱交換器式（b）圖和輔助循環(huán)泵式（c）圖。下面進(jìn)行說明。
　　
　　擴容式疏水系統(tǒng)如圖4（a）所示，分離器疏水水質(zhì)合格時通過AND閥門排入除氧器水箱回收工質(zhì)和熱量：當(dāng)分離器大流量疏水（如工質(zhì)膨脹峰值）或水質(zhì)不合格時疏水通過AA閥門排入大氣式擴容器4，擴容器的疏水可回收入凝汽器或排放地溝。　　
　　1-省煤器、水冷璧；2-低溫過熱器；3-高溫過熱器；4-汽輪機高壓缸；5-汽輪機中低壓缸；6-凝汽器；7-凝結(jié)水泵；9-凝結(jié)水除鹽裝置；10-凝升泵；11-低壓加熱器；12-除氧器及水箱；13-給水泵；14-高壓加熱器；15-啟動分離器；16-節(jié)流管束；17-地溝；18-高壓旁路；19-低壓旁路　　
　　1-省煤器；2-低溫過熱器；3-高溫過熱器；4-再熱器；5-汽輪機；6-凝汽器；7-分離器；8-汽輪機旁路；9-低壓加熱器；10-除氧器；11-給水泵；12-高壓加熱器
　　
　　疏水熱交換器式系統(tǒng)如圖4（b），分離器疏水通過熱交換器加熱給水回收熱量：通過熱交換器后的合格疏水可由AND閥門排人除氧器。除氧器熱量飽和時由AA閥門排入凝汽器，水質(zhì)不合格時也通過AA閥門排入凝汽器；為了適應(yīng)工質(zhì)膨脹峰值大流量疏水的需要，設(shè)置一熱水熱交換器旁路，以減小排放阻力。
　　
　　輔助循環(huán)泵式系統(tǒng)如圖4（c）。分離器疏水質(zhì)量合格時通過輔助循環(huán)泵打入給水系統(tǒng)，維持水冷壁zui低質(zhì)量流速，減少給水流量；當(dāng)疏水不合格時可通過擴容器排放或送入凝汽器。
　　
　　（a）擴容式；（b）疏水熱交換器式；（c）輔助循環(huán)泵式　　
　　1-汽輪機；2-水冷璧；3-分離器；4-擴容器；5-熱交換器；6-再循環(huán)泵；7-過熱器；8-再熱器
　　
　　我國*臺600MW超臨界螺旋管圈型直流鍋爐（石洞口二廠）配置的就是內(nèi)置式分離器擴容式啟動系統(tǒng)，100％MCR高壓旁路和65％MCR低壓旁路，過熱器出口不裝安全閥門，再熱器進(jìn)出口裝100％MCR安全閥門。該系統(tǒng)如圖5所示。　　
　　1-水冷璧；2-汽水分離器；3-低溫過熱器；4-高溫過熱器；5-汽輪機；6-再熱器；7-凝汽器；8-凝結(jié)水泵；9-凝結(jié)水除鹽裝置；10-低壓加熱器；11-除氧器及給水箱；12-給水泵；13-高壓加熱器；14-疏水箱；15-疏水?dāng)U容器；16-汽輪機旁路減溫減壓器，高壓旁路MCR，低壓旁路65%MCR
　　
　　系統(tǒng)中AA，AN及ANB閥門用以排放分離器疏水，三閥門的功能有所不同，AA閥門可把大量疏水排入疏水?dāng)U容器，保證膨脹峰值流量排放：AN閥門可輔助AA反門排放疏水，當(dāng)AA關(guān)閉時，AN與ANB共同控制分離器水位；ANB閥門把疏水排入除氧器，回收工質(zhì)和熱量。
　　
　　1.2.2.2FW型直流鍋爐內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)
　　
　　為了適應(yīng)機組帶中間負(fù)荷頻繁啟動的要求，F(xiàn)W型直流鍋爐也有其自己特點的內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)，如圖6所示。　　
　　該系統(tǒng)與圖3一樣，仍有減壓閥門w、Y，但取消了隔絕閥門V。在減壓閥門出口設(shè)置一組內(nèi)置式分離器7，其蒸汽送往過熱器2和3、疏水送入擴容器8，汽水工質(zhì)與熱量回收系統(tǒng)連接于擴容器。該系統(tǒng)同樣在正常運行時分離器不切除而成為通道，該系統(tǒng)閥門少，啟動操作簡單，并容易實現(xiàn)自動化。
　　
　　1-省煤器與水冷璧；2-低溫過熱器；3-高溫過熱器；4-再熱器；5-汽輪機；6-凝汽器；7-內(nèi)置式分離器；8-擴容器；9-凝結(jié)水泵；10-低壓加熱器；11-除氧器及水箱；12-給水泵；13-高壓加熱器；14-凝結(jié)水除鹽裝置；15-汽輪機旁路
　　
　　1.3超臨界鍋爐啟動特點
　　
　　如上所述，超臨界鍋爐與亞臨界自然循環(huán)鍋爐的結(jié)構(gòu)和工作原理不同，因此，啟動方法也有較大的差異。超臨界鍋爐與自然循環(huán)鍋爐相比，有如下啟動特點：
　　
　　1.3.1需要設(shè)置專門的啟動旁路系統(tǒng)
　　
　　直流鍋爐在啟動、停爐或事故情況下，都必須使用啟動旁路系統(tǒng)。其目的在于冷卻鍋爐受熱面、排走不合格的工質(zhì)，回收工質(zhì)和熱量、保護再熱器等，它對直流鍋爐的啟、停，起到安全和經(jīng)濟的保證作用。
　　
　　汽包鍋爐在啟動前，汽包水位保持在點火水位，在相當(dāng)長的升火時間內(nèi)不需要向鍋爐補充給水。水冷壁可依靠工質(zhì)的自然循環(huán)來冷卻：省煤器處在低溫?zé)煹纼?nèi)，不一定需要冷卻，如需要冷卻時，可以開啟省煤器再循環(huán)管上的再循環(huán)門來保護省煤器：過熱器可以用鍋爐產(chǎn)生的蒸汽"排汽冷卻"。由于汽包的水容積大，可允許有較長時間的排汽而不至使水位太低。在冷態(tài)啟動時，汽包鍋爐的工質(zhì)開始是沒有壓力的，隨點火后燃料量的增多，給水開始蒸發(fā)，壓力逐漸升高，所以汽包鍋爐的啟動與升溫升壓同時進(jìn)行的，是一個升溫升壓的過程。
　　
　　直流鍋爐的啟動特點則是在鍋爐點火前就必須不間斷地向鍋爐進(jìn)水，建立起足夠的啟動流量，以保證給水連續(xù)不斷地強制流經(jīng)有關(guān)受熱面，使其得到冷卻。有的直流鍋爐甚至還采用全壓啟動。因此，直流鍋爐的啟動過程實質(zhì)上是工質(zhì)的升溫過程。
　　
　　汽包鍋爐的汽包，在蒸汽生產(chǎn)過程中實際上是加熱、蒸發(fā)和過熱三階段的大致分界點。而直流鍋爐則不同，點火前，直流鍋爐各受熱面內(nèi)全部是水，點火后，隨著燃料量的增加，開始送出的是水，然后是濕蒸汽、飽和蒸汽和過熱蒸汽，zui后過熱度才達(dá)到設(shè)計值。啟動過程中，送出的工質(zhì)狀態(tài)不斷發(fā)生變化，與之相對應(yīng)的鍋爐受熱面由開始時全部作為加熱段，當(dāng)產(chǎn)生蒸汽后，全部受熱面即分成加熱和蒸發(fā)兩區(qū)段，zui后當(dāng)鍋爐出口的蒸汽過熱后，全部受熱面才分成加熱、蒸發(fā)、過熱三區(qū)段。
　　
　　一般高參數(shù)大容量的直流鍋爐都采用單元制系統(tǒng)。在單元制系統(tǒng)啟動中，汽輪機要求暖機、沖轉(zhuǎn)的蒸汽在相應(yīng)的進(jìn)汽壓力下具有50℃以上的過熱度，其目的是防止低溫蒸汽送入汽輪機后凝結(jié)，造成汽輪機的水擊。因此，直流鍋爐啟動過程中zui初排出的熱水、汽水混合物、飽和蒸汽和過熱度不足的過熱蒸汽都不能進(jìn)汽輪機，所以，直流鍋爐就需要設(shè)置專門的啟動旁路系統(tǒng)來排除這些不合格的工質(zhì)。
　　
　　另外，啟動時的熱量損失和凝結(jié)水耗量很大，設(shè)置啟動旁路系統(tǒng)也是為了回收這部熱量和工質(zhì)，同時，在啟動初期還可以通汽冷卻再熱器，使再熱器得到保護。
　　
　　1.3.2需要配置汽水分離器和疏水回收系統(tǒng)
　　
　　超臨界鍋爐運行在正常范圍時，正如其名稱所述，是運行在"純直流"狀態(tài)。鍋爐給水靠給水泵壓頭直接流過省煤器、水冷壁和過熱器。直流運行狀態(tài)的負(fù)荷從鍋爐滿負(fù)荷到直流zui小負(fù)荷，直流zui小負(fù)荷一般為25～45％。
　　
　　低于該直流zui小負(fù)荷，給水流量要保持恒定。例如，在20％負(fù)荷時35％zui小流量意味著在水冷壁出口有20％的飽和蒸汽和15％的飽和水，這種汽水混合物必須在水冷壁出口處分離，而千飽和蒸汽被送入過熱器。因而，在低負(fù)荷時超臨界鍋爐需要汽水分離器和疏水回收系統(tǒng)。
　　
　　圖7所示為SULZER公司的汽水分離器，它是由一個或多個垂直容器組成，當(dāng)運行在低負(fù)荷定流量范圍內(nèi)時，汽水分離器由于分離飽和蒸汽及飽和水，且要維持有一定的液位而工作在"濕態(tài)"：運行在直流工作范圍時，汽水分離器在"干燒"而工作在"干態(tài)"。　　
　　疏水回收系統(tǒng)是超臨界鍋爐在低負(fù)荷工作時必需的另一個部件，它的作用是使鍋爐安全可靠地啟動和熱損失zui小并可顯著地延長分離器疏水閥的壽命。一般有帶低負(fù)荷循環(huán)泵和帶熱交換器兩類疏水回收系統(tǒng)，其疏水合格時送入除氧器回收工質(zhì)和熱量。
　　
　　1.3.3啟動過程中汽、水受熱面要進(jìn)行冷、熱態(tài)清洗
　　
　　汽包鍋爐受熱面在啟動過程中一般不需要進(jìn)行清洗，鍋水中的雜質(zhì)在運行中可以用排污的方法去除，從而保證汽水品質(zhì)；而直流鍋爐在運行中是不能排污的，進(jìn)入直流鍋爐的給水一次被蒸發(fā)成蒸汽，給水中的雜質(zhì)一部分直接溶解于過熱蒸汽中帶往汽輪機，其余部分都沉積在鍋爐受熱面內(nèi)壁，這對鍋爐和汽輪機的安全和經(jīng)濟運行是很不利的。因此，在鍋爐點火前和啟動過程中，直流鍋爐的汽水受熱面都必須在一定流量下進(jìn)行清洗，以保證合格的汽水品質(zhì)。清洗包括啟動點火前的冷態(tài)清洗和啟動過程中的熱態(tài)清洗
　　
　　1.3.4啟動前鍋爐要建立啟動壓力和啟動流量
　　
　　啟動壓力是指直流鍋爐在啟動過程中水冷壁中工質(zhì)具有的壓力。啟動壓力升高，汽水比容差減小，鍋爐水動力特性穩(wěn)定，工質(zhì)膨脹量小，并且易于控制膨脹過程；但啟動壓力愈高，對屏式過熱器和再熱器的保護不利。
　　
　　啟動流量是指直流鍋爐在啟動過程鍋爐的給水量，啟動流量主要與下列因素有關(guān)：
　　
　　●水冷壁管屏中工質(zhì)流動的穩(wěn)定性：啟動流量大，工質(zhì)的質(zhì)量流速也大，這對防止水動力特性不穩(wěn)定、停滯、倒流，膜態(tài)沸騰等不安全因素是有利的。
　　
　　●受熱面的冷卻能力：啟動流量大，對受熱面的冷卻效果好，能夠保證在高熱負(fù)荷區(qū)的受熱面管子不致超溫?fù)p壞。
　　
　　●前屏過熱器的壁溫及主蒸汽溫度的控制：啟動流量大要求燃料量也相應(yīng)增加，但過熱器的通流量是受到汽輪機的進(jìn)汽量和大旁路通流量限制的。如果燃料量增加而過熱器流量無法增加時，前屏過熱器管壁會因冷卻不好而超溫，主蒸汽溫度也難于控制。
　　
　　●啟動損失：啟動流量愈大，給水泵消耗的能量也愈大。啟動分離器的排水量也愈多，既增加了啟動分離器的負(fù)擔(dān)，也增加了凝汽器的負(fù)擔(dān)，同時，由于排水量多，啟動熱損失也增大。
　　
　　●啟動分離器的切除：啟動流量大，在燃料量不變的情況下，將使包覆管出口工質(zhì)的焓值降低，造成包覆管出口王質(zhì)和啟動分離器出口的飽和蒸汽焓差增大，不利于等焓切換，在切除啟動分離器的過程中，容易引起主蒸汽溫度大幅度降低。
　　
　　綜上所述，啟動流量的選擇，在保證水冷壁安全的前提下，應(yīng)盡量選得小一些。一般純直流鍋爐選取的啟動流量為額定蒸發(fā)量的25％～30％。
　　
　　1.3.5啟動過程中的工質(zhì)膨脹
　　
　　直流鍋爐在啟動過程中，隨著加熱的進(jìn)行，出口工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生著變化。直流鍋爐受熱面的加熱、蒸發(fā)、過熱三區(qū)段沒有固定明確的分界點，各段受熱面是在啟動過程中逐漸形成的，整個過程有三個階段。
　　
　　*階段，工質(zhì)加熱階段。在啟動初期，全部受熱面部都起加熱水的作用。這個階段中工質(zhì)溫度逐漸升高，而狀態(tài)未發(fā)生變化。鍋爐出口的熱水量與給水量相等。
　　
　　第二階段，工質(zhì)膨脹階段。隨著爐膛熱負(fù)荷的增大，當(dāng)水冷壁內(nèi)工質(zhì)的溫度達(dá)到飽和溫度時就開始汽化，產(chǎn)生蒸汽，工質(zhì)比容增大很多倍，例如，壓力在6MPa時，蒸汽的比容是水比容的25倍；8MPa時，蒸汽比容是水比容的17.5倍。因此，引起局部壓力升高，將汽化點后管內(nèi)的水迅速排擠出去，使鍋爐出口排出的工質(zhì)流量大大超過給水量（即啟動流量），這種現(xiàn)象稱為工質(zhì)的膨脹。當(dāng)汽化點后受熱面中的水全部被汽水混合物取代后，鍋爐出口流量才回復(fù)到和給水量一致。此時，鍋爐的全部受熱面才分成水的加熱和蒸發(fā)兩個區(qū)段。
　　
　　第三個階段，正常階段。當(dāng)鍋爐出口工質(zhì)變成過熱蒸汽時，鍋爐受熱面就開始形成水的加熱、蒸發(fā)和過熱三個區(qū)段。蒸發(fā)量等于給水量，工質(zhì)出口溫度達(dá)到規(guī)定值。
　　
　　自然循環(huán)鍋爐也有工質(zhì)的膨脹，但由于汽包的作用，膨脹時只引起汽包水位的升高。因此，在鍋爐點火前汽包水位應(yīng)維持較低一些，以防滿水。
　　
　　直流鍋爐在啟動過程中，如果對工質(zhì)的膨脹過程控制不當(dāng)，將會引起鍋爐和啟動分離器超壓。
　　
　　2．超臨界鍋爐的啟動控制
　　
　　如上所述，超臨界鍋爐的啟動控制，關(guān)系到鍋爐的安全和經(jīng)濟性。但是，兩種啟動系統(tǒng)的控制卻是有所不同。
　　
　　2.1外置式分離器啟動系統(tǒng)控制
　　
　　"啟動"控制系統(tǒng)包括一大批用來操作這些閥門系統(tǒng)的數(shù)字和調(diào)整控制邏輯。從"擴容器運行"、汽輪機解列到"部分至全部負(fù)荷運行"、擴容器解列的啟動和切換過程，有如下三種運行模式：
　　
　　1．冷清洗一這時候鍋爐不點火。閥門202和241開啟。所有其他的閥門均關(guān)閉。給水流量設(shè)置在大約15％一25％的zui小流量設(shè)定點，給水通過阻尼管道進(jìn)入擴容器。在這種狀況下，按照鍋爐給水泵對給水所施加的功，給水將加熱一段時間，這個操作會使擴容器溢流，為了防止這些水進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)，聯(lián)鎖保持閥門207、230、240和242關(guān)閉。擴容器液位高時聯(lián)鎖動作關(guān)閉205閥門。
　　
　　這個過程的目的是將水清洗到導(dǎo)電度小干1微歐。通過241閥門將全部給水流量導(dǎo)入凝汽器。全部的凝結(jié)水流量都經(jīng)過化學(xué)除鹽裝置處理。這個過程一直持續(xù)到化驗表明水的純度可滿足一下過程的要求為止。2．熱清洗一此時鍋爐可以點火并維持在一個較低燃燒率水平上。煙氣的對流溫度受到監(jiān)控。點火后擴容器中壓力上升，這樣可在不產(chǎn)生擴容器溢流的情況下維持流量。擴容器產(chǎn)生蒸汽后，擴容器液位通過調(diào)整241閥門維持在設(shè)定點上。擴容器水位降低時，205閥門可以在聯(lián)鎖允許的情況下打開，允許打開205閥門的聯(lián)鎖條件是擴容器壓力升高至大約2．07MPa。熱清洗將持續(xù)至工質(zhì)中的懸浮鐵離子降至小于100pph。
　　
　　在對流煙氣溫度達(dá)到149℃時，207閥門打開。這時候工質(zhì)在阻尼管道、一級過熱器和207閥門范圍內(nèi)流動。在煙氣溫度達(dá)到大約204.4℃時，期待已久的203閥門可以打開。這時出于保持水質(zhì)清潔的原因，其溫度不應(yīng)超過287.8℃，在287.7℃以下一定范圍內(nèi)的溫度可以通過控制燃燒率達(dá)到自動控制。
　　
　　在擴容器壓力達(dá)到827.4KPa時，如果需要的話，擴容器就可以向除氧器供汽。達(dá)到2.07MPa時，205閥門打開，使用擴容器蒸汽對二級過熱器進(jìn)行預(yù)熱。同時，蒸汽路線經(jīng)過210閥門。在擴容器壓力達(dá)到3.448MPa時，汽機可以使用分別流經(jīng)220閥門和240閥門進(jìn)入高壓加熱器和除氧器的余汽進(jìn)行沖轉(zhuǎn)。這些蒸汽是來自202閥門工質(zhì)，到擴容器的蒸汽再加上經(jīng)過207閥門來自一級過熱器出口的蒸汽。混合后的蒸汽流經(jīng)205閥門和二級過熱器到達(dá)汽輪機。
　　
　　3．在給水完成*清洗后，啟動階段可以開始了。汽輪機節(jié)流閥開到足以使汽輪機得到加熱并沖轉(zhuǎn)升速的開度。燃燒率調(diào)整到可以維持對流溫度和擴容器壓力。機組達(dá)到同步轉(zhuǎn)速并逐）漸升負(fù)荷。通過打開201閥門，機組的負(fù)荷可以使用流徑201閥門和205閥門并在擴容器壓力降低后的蒸汽維持負(fù)荷。必須注意匹配分別來自205閥門和201閥門蒸汽的焓，以便在升負(fù)荷時獲得平滑的焓升。
　　
　　由于207閥門關(guān)閉，所以201閥門需打開以維持所要求的蒸汽流量。通過201閥門的蒸汽占總量的比例和蒸汽總量均逐漸增加。避免蒸汽在二級過熱器和汽輪機閥門人口處產(chǎn)生焓的波動（表現(xiàn)為溫度的波動）是操作運行中較敏感的一部分。進(jìn)入二級過熱器的蒸汽是來自擴容器和201閥門兩股蒸汽的混合。通過使用240閥門，擴容器壓力可升高到大約6．895MPa的設(shè)定點。由節(jié)流壓力程序去調(diào)整來自201閥門的給水流量命令及設(shè)定點壓力。
　　
　　機組通過201閥門設(shè)定節(jié)流壓力，隨著負(fù)荷的升高，節(jié)流壓力會高于擴容器壓力，逆止閥關(guān)閉，切斷205閥門這條蒸汽路徑。此時汽輪機的全部進(jìn)汽均來自201閥門。同時由于207和205閥門關(guān)閉，擴容器被解列。當(dāng)201閥門的壓力設(shè)定點達(dá)到大約6.895MPa，高于擴容器壓力時，205閥門聯(lián)鎖關(guān)閉。
　　
　　201閥門繼續(xù)增加進(jìn)入汽輪機的流量直至全開。根據(jù)負(fù)荷信號命令200閥門打開。當(dāng)200閥門打開時，201閥門的壓降會很小，所以也使通過201閥門的流量降至很低值，系統(tǒng)將過熱和再熱噴水閥設(shè)定在大約50％的開度，這樣他們可以同時在兩個方向快速降溫。
　　
　　隨著鍋爐的給水流量和燃燒軍的增加，負(fù)荷升高，工質(zhì)壓力和溫度也將升高至設(shè)計值。這時候要特別注意不能讓蒸汽溫度超過界限從而引起汽輪機溫度急劇變化。通過切換閥門組合和控制閥門位置，整個起動過程的幾個階段的操作就自動地完成了。
　　
　　一般的控制回路包含如下的功能：
　　
　　●根據(jù)給水流量要求設(shè)置201閥門壓力的程序
　　
　　●200閥門根據(jù)負(fù)荷由數(shù)字聯(lián)鎖脈沖打開，同時201閥門開到大于預(yù)先限定的開度。
　　
　　●通過一個來自對流煙氣的前饋信號、一個來自一級過熱器出口壓力的超馳信號和一級過熱器的出口溫度控制207閥門的打開。
　　
　　●由一級過熱器出口壓力控制202閥門。
　　
　　●由241疏水閥控制擴容器水位。
　　
　　●根據(jù)擴容器水位的前饋信號和自除氧器水位的超馳信號，由230閥門控制除氧器壓力。
　　
　　●由節(jié)流壓力程序通過240閥門確定擴容器壓力設(shè)定點。
　　
　　●根據(jù)擴容器壓力的前饋信號由231閥門控制除氧壓力。
　　
　　●*級高壓加熱器壓力由220閥門控制。
　　
　　2.2內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)控制
　　
　　圖5為石洞口二廠600MW超臨界壓力螺旋管圈型直流鍋爐啟動系統(tǒng)圖。ABB-CE超臨界機組一般設(shè)計為滑壓運行方式。在低負(fù)荷及鍋爐啟動時，鍋爐運行在亞臨界范圍內(nèi)。
　　
　　雖然與蒸汽參數(shù)沒有直接關(guān)系，但是內(nèi)置式汽水分離器運行在濕態(tài)和干態(tài)的控制是不同的，而且隨著壓力升高，濕干態(tài)轉(zhuǎn)換更是內(nèi)置式汽水分離器運行的一個顯著特點。
　　
　　2.2.1內(nèi)置式汽水分離器濕態(tài)運行
　　
　　如前所述，鍋爐負(fù)荷小于35％MCR時，超I臨界鍋爐運行在zui小水冷壁流量，所產(chǎn)生的蒸汽要小于zui小水冷壁流量，汽水分離器濕態(tài)運行，汽水分離器中多于的飽和水通過汽水分離器液位控制系統(tǒng)控制排出。控制簡圖見圖10。　　
　　2.2.2內(nèi)置式汽水分離器干態(tài)運行
　　
　　當(dāng)鍋爐負(fù)荷大于35％以上時，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽大于zui小水冷壁流量，過熱蒸汽流過汽水分離器，此時汽水分離器中沒有水，為干式運行。汽水分離器出口或*級過熱器出口蒸汽溫度，由給水流量/蒸汽溫度控制器以及鍋爐負(fù)荷指令的前饋信號控制，即由汽水分離器濕態(tài)時的液位控制轉(zhuǎn)為蒸汽溫度控制。控制簡圖見圖　　
　　2.2.3汽水分離器"濕干態(tài)"運行轉(zhuǎn)換
　　
　　如前所述，在"濕態(tài)"運行過程中鍋爐的控制方式為分離器水位及維持啟動給水流量；在"干態(tài)"運行過程中鍋爐控制方式為溫度控制和給水流量控制，在兩態(tài)轉(zhuǎn)換過程中可能會發(fā)生蒸汽溫度變化。故分離器兩態(tài)轉(zhuǎn)換過程中必須保持蒸汽溫度穩(wěn)定。
　　
　　圖12表示SULZER公司汽水分離器由"濕"態(tài)（液位控制）到"干"態(tài)（溫度控制）的轉(zhuǎn)換簡圖。根據(jù)SULZER公司的控制概念，"濕干態(tài)"轉(zhuǎn)換時先增加鍋爐的燃燒率，然后增加給水量。在zui小給水流量下燃燒率的增加使飽和蒸汽量增加而飽和水量減少，此時圖10的液位控制器控制汽水分離器的水位。當(dāng)汽水分離器入口"濕蒸汽"的焓值達(dá)到"干"飽和蒸汽焓值時，流進(jìn)汽水分離器得為"干"飽和蒸汽，汽水分離器液位控制閥因沒有飽和水而關(guān)閉。
　　
　　隨著燃燒率的進(jìn)一步增加，使流經(jīng)汽水分離器的蒸汽逐步成為過熱蒸汽，圖11中的溫度控制器因蒸汽溫度未達(dá)到設(shè)定點而不起作用。當(dāng)蒸汽溫度隨著燃燒率持續(xù)增加而超過設(shè)定點，圖11中的溫度控制器起作用，同時流量控制器控制鍋爐給水流量，實現(xiàn)了由濕態(tài)時的液位控制到干態(tài)時得溫度和給水流量控制的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。　　
　　3、超臨界機組的閉環(huán)控制
　　
　　超臨界鍋爐的蓄熱能力相對較小，因此超臨界機組的閉環(huán)控制系統(tǒng)有其自己的特點。主要表現(xiàn)在超臨界鍋爐的給水控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)，以及超臨界機組的機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。
　　
　　3.1超臨界鍋爐的控制特點
　　
　　3.1.1超臨界鍋爐控制與亞臨界汽包鍋爐基本差別
　　
　　從控制的角度來看，超臨界鍋爐和亞臨界直流鍋爐沒有多大差別，因為它們的汽水流程基本相同，其區(qū)別主要在于蒸汽壓力提高。
　　
　　汽包鍋爐中，汽包把汽水流程分隔為三部分，加熱段，蒸發(fā)段和過熱段，三段受熱面的位置和面積是固定不變的。在給水流量變化時，僅影響汽包水位，不影響蒸汽壓力和溫度，而燃料量變化時，僅改變蒸汽流量和蒸汽壓力，對蒸汽溫度影響不大。因此給水、燃燒、蒸汽溫度控制系統(tǒng)是可以相對獨立的。可以通過控制給水流量、燃燒率、噴水流量分別控制汽包水位，蒸汽流量和蒸汽壓力。
　　
　　超臨界鍋爐沒有汽包，又沒有爐水小循環(huán)回路。給水是一次性流過加熱段、蒸發(fā)段和過熱段，三段受熱面沒有固定分界線，當(dāng)給水流量或燃料量發(fā)生變化時，三段受熱面的吸熱比例將發(fā)生變化，鍋爐出口汽溫，以及蒸汽流量和壓力都將發(fā)生變化。因此給水、汽溫，燃燒控制系統(tǒng)是密切相關(guān)，不能獨立的，某一控制系統(tǒng)投入與否將影響另一控制系統(tǒng)的性能，這給控制系統(tǒng)的設(shè)計和整定增加了復(fù)雜性。
　　
　　汽包鍋爐過熱蒸汽溫度是通過改變蒸發(fā)受熱面和過熱受熱面之間的吸熱比例來實現(xiàn)的。由于受熱面是固定的，噴水可作為主要控制手段，在鍋爐結(jié)構(gòu)確定后，過熱蒸汽溫度的控制范圍受到噴水流量的限制。
　　
　　超臨界鍋爐則不同，它沒有固定的過熱受熱面，進(jìn)入過熱受熱面的工質(zhì)熱焓也是不固定的，過熱蒸汽溫度主要決定于燃料量與給水流量之比率，由于只要這個比例正確，受熱面吸熱量比率總能自動調(diào)正到要求的狀態(tài)，因此可以在很寬的負(fù)荷范圍內(nèi)得到要求的蒸汽溫度。
　　
　　所有鍋爐都要有一個在zui低燃燒率時zui小的水冷壁給水流量，以防止水冷壁過熱。對汽包爐，是通過汽包和水冷壁間強制或自然循環(huán)來保證的，對超臨界鍋爐，用起動旁路系統(tǒng)和少量給水再循環(huán)來實現(xiàn)的，因此在超臨界機組起動和低負(fù)荷運行期間，在汽機負(fù)菏（蒸汽流量）達(dá)到zui小給水流量以前，控制系統(tǒng)必須把蒸汽壓力和給水控制延伸到起動旁路系統(tǒng)伐門。
　　
　　3.1.2超臨界鍋爐控制特點
　　
　　超臨界鍋爐在穩(wěn)定運行期間，必須維持某些比率為常數(shù)，在變動工況時必須使這些比率按一定規(guī)律變化，以便得到穩(wěn)定的控制，而在起動和低負(fù)荷運行時，要求大幅度地改變這些比率，以得到寬范圍的控制。這些比率是：
　　
　　●給水流量／蒸汽流量：因為給水系統(tǒng)和蒸汽系統(tǒng)是直接連通的，給水流量和蒸汽流量比率的偏差過大將導(dǎo)致較大的汽壓波動，又由于超臨界鍋爐存貯能力較小，給水流量與蒸汽流量的比率，在鍋爐負(fù)荷增加時必須限制。
　　
　　●熱量輸入／給水流量（即煤水比）：在穩(wěn)定運行工況，煤水比必須維持不變以保證過熱器出口汽溫為設(shè)計值。而在變動工況下，煤水比必須按一定規(guī)律改變，以便既充分利用鍋爐蓄熱能力，又按要求增減燃料，把鍋爐熱負(fù)荷調(diào)到與新的機組負(fù)荷相適應(yīng)的水平。
　　
　　●噴水流量／給水流量，超臨界鍋爐僅能夠瞬時快速改變汽溫，但不能始終起到維持汽溫的作用，因為過熱受熱面的長度和熱焓都是不固定的。為了保持通過改變噴水流量來校正汽溫的能力，控制系統(tǒng)必須不斷地把噴水流量和總給水流量之比恢復(fù)到設(shè)計的百分?jǐn)?shù)。
　　
　　總之，超臨界鍋爐控制系統(tǒng)要比亞臨界汽包爐更復(fù)雜，在啟動工況下要求更多地采用變參數(shù)、變定值技術(shù)，所有控制功能應(yīng)在前饋技術(shù)的基礎(chǔ)上完成，并要求連續(xù)地校正控制系統(tǒng)的增益。在控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)事先考慮工藝過程內(nèi)部的相互作用，采取合理的前饋、變定值、變增益、變參數(shù)控制策略，而不是象通常那樣，僅根據(jù)偏差采取反饋控制策略。
　　
　　3.2機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)
　　
　　超臨界機組的蓄熱能力相對較小，因而，表現(xiàn)出鍋爐跟隨系統(tǒng)的局限性。解決這個問題需改進(jìn)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。
　　
　　和亞臨界的汽包鍋爐機組一樣，超臨界機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本目標(biāo)是將鍋爐和汽輪發(fā)電機作為一個整體操作運行，鍋爐和汽機的控制指令，既應(yīng)考慮穩(wěn)態(tài)偏差也要考慮動態(tài)偏差。為了在機組負(fù)荷變化時機爐同時響應(yīng)，機組負(fù)荷指令要作為前饋信號分別送到鍋爐和汽機的主控系統(tǒng)，以便將過程控制變量（機組發(fā)電量、蒸汽壓力、煙氣含氧量、爐膛風(fēng)量和蒸汽溫度）維持在一個可接受的限度內(nèi)。
　　
　　圖13所示為一個超臨界機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)框圖。汽輪機調(diào)節(jié)汽門不參與負(fù)荷調(diào)整，相反負(fù)荷由流量來調(diào)整。升負(fù)荷或降負(fù)時，流量由鍋爐給水泵改變。也就是說，代表發(fā)電量命令的ULD信號，直接發(fā)送到汽輪機調(diào)節(jié)汽門，有效地改變機組發(fā)電量的*途徑就是改變鍋爐的能量輸出。　　
　　如果在所要求的輸出和實際的發(fā)電量之間存在偏差，則將偏置鍋爐和汽輪機命令，重新校正由于循環(huán)系統(tǒng)變化后的系統(tǒng)。同樣，節(jié)流壓力誤差用來校正蒸汽生成量和蒸汽使用量之間的平衡。為補償鍋爐和汽輪機不同的響應(yīng)時間，這兩個誤差信號作為一個過渡過程變量使用，以便于利用鍋爐蓄能變化使汽輪機快速響應(yīng)，從而使發(fā)電量誤差減到zui小。
　　
　　協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計不僅要完成定壓運行，而且還要完成滑壓運行。超臨界直流爐的壓力由汽輪機閥門控制，開始這個閥門作為前壓調(diào)節(jié)閥門方式運行。汽輪機閥門控制的*變量就是節(jié)流壓力。對于大多數(shù)超臨界機組，這個壓力大約為24．13MPa。在正常運行（大于30％）時，這些閥門用于控制鍋爐壓力。閥門關(guān)小壓力升高，閥門開大壓力降低。
　　
　　在定壓運行時，機組啟動后的全部負(fù)荷范圍內(nèi)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將節(jié)流壓力調(diào)整到一個固定的設(shè)定點：機組負(fù)荷升高時，汽輪機調(diào)速器開大。在負(fù)荷產(chǎn)生瞬時波動時，定壓運行方式使鍋爐有能力在不對過多的過程變量進(jìn)行調(diào)整的情況下更有效地做出反應(yīng)。
　　
　　在滑壓運行方式下，節(jié)流壓力按負(fù)荷成直線斜率變化，汽輪機調(diào)速器在整個直線斜率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)固定在一個精細(xì)調(diào)整的開度位置（正常時為90％開）。10％的裕量允許用來緩沖機組負(fù)荷的變化。汽輪機調(diào)速器的位置在機組負(fù)荷按照ULD變化率而改變時會受到暫態(tài)影響。
　　
　　*鍋爐負(fù)菏要求
　　
　　鍋爐負(fù)荷要求來自如圖13所示的能量需求運算，并經(jīng)PID控制作用以維持主蒸汽壓力。能量要求信號經(jīng)過修正。在鍋爐基本方式下，鍋爐負(fù)荷要求由運行人員手動預(yù)置，并且鍋爐基本跟蹤算法為UMS提供變化率和限制功能。當(dāng)在鍋爐基本方式下運行時，這個跟蹤算法也為升負(fù)荷和降負(fù)荷工況時提供負(fù)荷的再平衡功能。在負(fù)荷按斜線變化時，主蒸汽壓力值可以由運行人員調(diào)整。
　　
　　在將鍋爐負(fù)荷要求命令用于給水、燃料和空氣流量控制時，要經(jīng)過RB運算和負(fù)荷限制調(diào)節(jié)器，以確保緊急狀況下能修改鍋爐負(fù)荷要求。如果機組的運行負(fù)荷水平高于由RB運算監(jiān)視的輔機的能力，系統(tǒng)將會發(fā)生RB。這些輔機包括送風(fēng)機、鍋爐給水泵、鍋爐給水前置泵和凝結(jié)水泵。給水／燃燒率命令限制控制器用來保持給水燃燒率需求之間的平衡。根據(jù)這個運算所采取的任何校正動作將通過邏輯與鍋爐基本跟蹤或汽機調(diào)速器控制策略（取決于運行方式）結(jié)合在一起，去維持給水和燃燒率需求之間的平衡。
　　
　　*燃燒串需求命令
　　
　　如圖13所示，燃燒率命令來自于鍋爐負(fù)荷命令，并經(jīng)一個串級控制回路修正以維持過熱器出口平均溫度，水冷壁出口溫度作為這種控制方式內(nèi)部回路的一個過程變量。過熱器出口汽溫沒定點是受運行人員調(diào)整的高限限制的汽輪機*級壓力的函數(shù)。
　　
　　一個自適應(yīng)調(diào)整算法用來按照具體的熱量對PID運算的內(nèi)部回路修改比例系數(shù)并重新設(shè)置增益。汽輪機*級壓力前饋具有斜線調(diào)整功能并用在PID運算的外環(huán)。
　　
　　在使用燃燒率命令對燃料和風(fēng)量進(jìn)行控制之前，一個命令限制控制器用來保持燃料與風(fēng)量之間的平衡；根據(jù)這種運算所采取的任何一個校正動作將通過邏輯運算后與鍋爐負(fù)荷限制控制器相連，以維持給水和燃燒率之間的平衡。
　　
　　*蒸汽溫度控制
　　
　　直流鍋爐從水到飽和蒸汽再到過熱蒸汽是一個閉合回路，實際上，整個鍋爐的受熱面劃分為爐膛受熱面部分和過熱器受熱面部分，這兩部分受熱面在運行中的受熱區(qū)域經(jīng)常發(fā)生改變。所以蒸汽溫度控制和鍋爐控制必須融合在一起。
　　
　　通過使用并行的流量控制回路，鍋爐負(fù)荷命令改變?nèi)剂希伎諝夂徒o水流量。這個命令信號是由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提供的。通過調(diào)整風(fēng)量和燃料量的比例控制鍋爐燃燒。對于四角噴燃爐的磨煤機組，蒸汽溫度控制通過控制燃燒器擺角和對過熱器和再熱器噴水減溫得以實現(xiàn)。超臨界壓力直流爐的過熱器出口溫度由燃燒率控制，燃燒率升高時過熱器出口溫度升高，燃燒率降低時過熱器出口汽溫降低。雖然這是一種很有效的控制過熱器汽溫的辦法，但對于平穩(wěn)運行來說其校正溫度偏差的響應(yīng)時間太長。為在工況瞬變時獲得對蒸汽溫度控制的快速響應(yīng)，采用了常規(guī)的在過熱器各級之間使用噴水減溫的并行控制。但zui終溫度控制還是通過平衡燃燒率和給水量完成的。
　　
　　4、結(jié)束語
　　
　　通過二十幾年來技術(shù)引進(jìn)和不斷的研究和開發(fā)，我國在亞臨界機組的控制技術(shù)方面正在跟上世界控制技術(shù)的發(fā)展。但在超臨界機組及其控制技術(shù)方面我們遠(yuǎn)遠(yuǎn)地落后。我們應(yīng)該以積極的態(tài)度去探索和研究超臨界機組的特性和控制技術(shù)，為我國在不久的將來能設(shè)計、制造、安裝和運行自己的超臨界機組，打下良好的基礎(chǔ)。