火电厂超临界直流炉的主汽温度控制策略分析

王少龙

摘要：火电厂能否合理控制直流炉的主蒸汽温度在很大程度上能够决定超临界机组的运行状态，甚至能够关系到整个火电厂的经济效益。超临界锅炉主汽温度通常具有非线性与耦合性的特点，其延时问题与惯性特征向来都是火电厂锅炉控制的难题。如果在控制主蒸汽温度过程中出现了问题，就会大大降低超临界机组的运行效率。本文首先分析了主汽温的基本特性，然后对直流炉主蒸汽温度的主要影响因素进行探究，以此提出科学合理的应对措施。

关键词：超临界直流炉;温度控制;策略

引言

锅炉作为火电厂的重要组成部分，在火力发电的生产流程中扮演着重要的角色。而主蒸汽温度是影响锅炉性能的关键因素，而造成过热器出口的温度超出限定范围的原因有很多，需要进行综合分析。因此，为了保证超临界机组的稳定运行，就必须要严格控制主蒸汽温度。倘若主蒸汽的温度没有得到有效控制，就会加快蒸汽管道与金属材料的老化速度，从而使其寿命受限。一旦出现受热时间过长的情况，就会导致过热器爆炸。当蒸汽温度低于极限值时，整个机组的工作效率都比较低下，进而致使叶片出现破损情况。因此，要想提升超临界机组的工作效率，就必须要严格控制机组的主蒸汽温度。

1.超临界直流炉主汽温的必要性与特性

超临界直流炉中的水煤比和超临界机组的负荷都会在一定程度上决定主蒸汽温度的高低，蒸汽温度过热、偏差大等因素会影响超临界直流炉的技术蒸汽温度，影响经济性和设备安全性。超临界直流炉技术蒸汽温度如果过高会降低金属设备的强度，超临界直流炉技术低温会导致汽轮机损失增加，同时系统的热效率也会降低。超临界直流锅炉技术突破了传统的自然循环锅炉汽包。水进入锅炉后，由于各种因素，受热面之间的边界没有固定。

当燃料量骤然增加时，壁金属的蓄热作用会使得主蒸汽温度在一定延迟后逐渐升高;当燃料量突然下降时，主蒸汽温度在一定延迟后也逐渐降低。当供水量突然增加时，主蒸汽温度在一定延迟后逐渐降低。当主汽温度突然下降时，经过短暂的延迟以后，主汽温度会逐步升高。一旦主汽门开的突然变大，蒸汽流量就会在短时间内发生很大的变化。在变化的初级阶段，由于壁面金属蓄热的补偿，主蒸汽温度没有显著变化。随着蒸汽流量的增加。当燃料量不变时，主蒸汽温度逐渐降低，当主阀开度突然减小时，经过一定的延迟后，主蒸汽温度逐渐升高。但是考虑到冷却水是锅炉的主要来源，而且总量基本保持不变，主蒸汽温度最终会回到初始水平;当冷却水突然下降时，主蒸汽温度在初始阶段迅速上升，最终回到初始水平。

2.影响直流炉主汽温度控制分析

2.1 主蒸汽温度的影响因素

直流炉在运行时的主蒸汽流量负荷在很大程度上决定着主蒸汽的温度，主蒸汽与烟气系统的方向基本是主蒸汽温度的决定性因素。从机组运行方式的角度入手，会发现主蒸汽流量负荷与直流炉燃烧能力的总风量就是主蒸汽温度的变化。与此同时，引起蒸汽温度波动的因素有内部扰动和外部扰动。内部干扰因素包括启停、煤粉系统切换、炉内或烟道吹灰、煤质变化等，外部干扰包括机组负荷波动等。

2.2 控制主蒸汽温度的技术要点

不难看出，主汽温稳态值不变，其它参数不变，水煤比不变。因此，水煤比调节可以作为调节主蒸汽温度的主要手段。锅炉主蒸汽温度是指末级过热器后的蒸汽温度。由于工质进入锅炉后应该贯穿多个受热面，致使主蒸汽温度滞后于燃料和给水的变化，因此在最后一次过热后直接获取蒸汽温度显然不够。针对这一特点，国内外许多学者和专家提出了“中点温度”的概念。以中间温度为控制参数，调节水煤比可以克服大滞后现象。合理的水煤比能够在一定程度上协助锅炉将主汽温保持稳定，一旦将中间温度融入进去就会克服大滞后现象。然而，由于一些大扰动对主蒸汽温度的快速影响，仍然需要快速响应和较大的调节范围。因此，喷雾冷却仍然是稳定超临界直流锅炉主蒸汽温度的重要途径。因此，主蒸汽温度调节的基本思路可以概括为：掌握中间点温度，调节水煤比，调节减温水细。在主汽温控制装置中，通过增加或减少喷水量来调节主汽温需要很长时间。特别是对于容量大、管道长、参数多的机组，蒸汽过热度大于蒸发过热度。温度控制过程将滞后，温度控制难度将再次上升。

直流炉主汽温控制系数不稳定，随着锅炉主蒸汽流量负荷的增加，总控装置无法平衡整个直流炉的主蒸汽流量负荷。当锅炉负荷较低时，一、二次冷却水调节阀关闭时，主蒸汽温度达不到标准温度，再次加大温度控制会比较困难。

当过热器在正常工作范围内时，靠近钢材位置的最高温度调节太小，无法根据温度变化范围进行相应的调节。温度调节的强度和安全性小，蒸汽温度控制不好，容易造成过热器钢件的损坏。另外，锅炉受热面出現结焦、炉内空气系数不平衡、锅炉配风技术不合理、水煤比差距太大等都能决定主汽温的高低。

3.主蒸汽温度的控制策略分析

3.1 控制过热器的有效温度

主蒸汽流量负荷能够在很大程度上决定直流炉的温度，如果流量负荷发生变化，由于过热器长度过长，在主蒸汽温度变化前，过热器上各点的温度都会发生变化。如果控制系统能根据各点的温度变化及时调整，主蒸汽温度就能得到很好的控制。为了实现这一过程，可以利用过热器的动态数学模型来测量和计算各点的温度，即估算各点的温度变化，并根据温度变化范围相应调整主蒸汽温度。通过该调节过程，可增加一、二级减温水的启动时间，合理控制主汽温。值得一提的是，主汽温调节应该将中间点温度、锅炉温差以及内外干扰等影响因素考虑在内，尽早进行预判断，以便及时调整。

3.2 降低温度控制装置的标准温度

超临界直流锅炉减温系统一般都配备了双级喷水式降温装置，在过热器前段预设一层减温器，在最末端的过热器之前增设一级减温器。而冷却水的数量主要是受阀门的开合程度控制的，锅炉控制系统会在合适的时机发出冷却指令，进而控制冷却水阀门的开合程度。

3.3 引入串级控制装置

串级控制装置是火电厂锅炉主蒸汽温度控制的常用装置，它通常配备差动补偿装置来进行辅助工作。串级控制装置在一定程度上能够控制受热面积，并且会从侧面控制主蒸汽温度。喷淋冷却系统连接加热管过长，冷却后达到的温度需要很长时间才能通过锅炉出口，从而影响到喷淋冷却系统。串级控制系统将主电路之间的信号和超前差分补偿装置相结合，保证了主电路与主电路之间的温度同步传输。超前差分补偿装置的优点是可以提高信号接收强度。因此，将该信号控制装置与串级调节装置进行结合，能够有效减小微分参数，其参数值为0。

3.4 合理投用煤炉层

为保证燃烧器方向不变，减少直流炉煤层运行方式，可充分降低燃料和总风量对主蒸汽温度的负面影响。一般情况下，给煤采用不同的煤层，但给煤的结果是火焰燃烧中心发生移动，火焰的运动会影响主蒸汽的温度控制。因此，在应用上煤层进行加热时，需要尽量降低锅炉内火焰的，这样能够在短时间内提高辐射区水冷壁吸收的热量，从而减少上煤层的输入或选择停炉，并切换到下煤层的应用。在改变煤层作业的过程中，辐射区吸收了大量的温度，主蒸汽所吸收的热量减少，导致温度下降。此时，可以通过增加煤的输入量和增加主蒸汽温度来达到调节主蒸汽温度的目的。

结论：

综上所述，本文主要从主蒸汽温度的特性、影响因素和控制措施三个方面入手，系统阐述了超临界直流炉的主蒸汽温度相关事项，并在文末提出有效控制主蒸汽温度的应对措施，希望能够实现火电厂与智能控制装置的有机结合。

参考文献：

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