超临界直流炉汽温控制策略的研究

赵华

摘 要：随着超临界直流炉技术正逐渐推广开来，我们在看到超临界直流炉的高转化率和低排污率为人们所津津乐道的同时，也发现在超临界直流炉汽温调节方面，仍然存在许多问题。本文通过对超临界直流炉的汽温控制进行了分析，并提出了一些控制策略，通过全方位管理，实现超临界直流炉汽温的稳定控制。

关键词：超临界;直流炉;汽温;控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.023

1 超临界直流炉汽温控制的重要性

超临界直流炉正常运行中，汽温在系统运行中受机组负荷、水煤比、给水温度、风量及燃烧情况等因素的影响而变化，常表现为过热及再热阶段汽温在正常温度范围内的的偏离，甚至大幅度的波动，对超临界直流炉的设备安全和经济运行都有较大的影响，同时影响汽轮机的使用寿命。汽温超高易降低金属设备强度;超低易增加汽轮机的汽耗，降低系统效率，同时易使汽轮机末级蒸汽适度加大，导致出现水蚀和水击，威胁系统设备安全运转;大幅度波动易导致汽轮机剧烈振动，热膨胀不均，影响汽轮机运行。

2 超临界直流炉汽温特性

由于超临界直流炉取消了自然循环锅炉的汽包，在给水进入锅炉后，水的受热、蒸发和水蒸气的过热，分别在省煤器、蒸发受热面、过热器间连续进行的，因此在各受热面之间没有固定的分界线。

（1）静态特性。在其它条件稳定时，直流锅炉负荷变化时，在锅炉燃料发热量、锅炉热效率、给水焓不变的条件下，保持适当的水煤比，主汽温可保持稳定处于长期相对静态。

（2）动态特性。当设备运行时，汽温受到给煤量、给水量、给水焓等各方面因素影响，在实际运行中，超临界直流炉的运行是个动态的修正过程，正常运转只是绝对动态中的相对静态。

3 影响锅炉汽温调节的主要因素

影响超临界直流炉汽温变化的因素有许多，主要有水煤比和给水温度;受热面清洁情况、过量空气系数;火焰中心高度等。

（1）水煤比和给水温度。由于超临界直流炉在使用时，去掉了汽包设备，不能够通过汽包对汽温进行调节，只能通过给煤量和给水量来控制主汽温在稳定范围内进行粗调。

控制水煤比的最基本就是通过控制给煤量和给水量。在给水温度不变的情况下，当增加供煤量或减少给水量时，导致水煤比减小，导致热水段长度和蒸发段长度缩短，过热段长度延长，进而导致汽温的升高;当增加给水量或减少供煤量时，导致水煤比增大，导致热水段和蒸发段延长，过热减少，进而导致汽温的降低。

当降低给水温度时，将延长加热段，缩短过热段，导致主汽温降低;当提高给水温度时，将减少热水段和蒸发段长度，延长过热段，导致主汽温升高。

（2）受热面清洁情况。当直流炉正常运行，煤、水正常稳定供应时，由于高温导致炉膛内出现结焦现象，玷污受热面，增大热阻，降低锅炉传热效率，最终导排烟热量流失增大，主汽温、再热汽温的降低。当再热器出现积灰时，同样导致热阻增加，传热减少，最终导致汽温的降低。

（3）过量空气系数。由于直流炉在运行中，炉膛出口温度不变，当过量空气系数增加时，导致单位时间内空气流量增加，空气携带的热总量增加，引起炉内总热量减少，温度下降，致使主汽温降低。当过量空气系数减少时，作用相反，导致主气温升高。

随着过量空气系数的改变，不同的再热器效果也不同。当采用辐射式再热器时，由于辐射作用有限，其热量变化不大。当采用对流式再热器时，由于对流效果与空气系数成正比，但总体汽温变化数值与主汽温变化数值差距较大，可以忽略。

（4）火焰中心高度。由于直流炉主要加热过程为过热过程，因此过热效果尤其重要。根据能量守恒，过热加热能与炉膛散失能之和为全部物料产生能量。而影响散失能的最直接因素即排烟温度。其他条件固定时，当火焰中心高度偏高时，导致散失能增加，加热能减少，最终导致主汽温的降低。引入中间点温度控制后，由于中间点温度降低，为恢复中间点温度，导致系统减小水煤比，导致炉内温度继续升高，主温度得到恢复，但再热器由于烟气温度的提高而提高，最终导致过热温度的提高。相反，当火焰中心高度偏低时，同样由于中间点温度的作用，最终导致汽温的降低。

4 汽温控制策略

（1）以控制水煤比作为粗调手段，以喷水降温作为细调手段。在超临界直流炉运转过程中，调整汽温的第一个环节，就是通过控制给水量和给煤量的调整来实现的。通过控制水煤比来对主汽温进行粗调。实际操作过程中，通过中间点温度来确定水煤比，当出现汽温过高或过低，通过调整中间点温度，来改变水煤比。通常手段有两种，一是在保证给水量不变的情况下调整供煤量，一是在保证供煤量不变的情况下调整给水量。由于煤量控制不够精确，通常采区改变供水的方法来实现粗调。

当出现主汽温超温时，利用水蒸发吸热的物理性质，通过使用一级和二级减温水系统，实现汽温的细调;同时通过一级减温水系统中设定过热度保护，控制一级减温水流量，从而保证过热设备的安全。

（2）通过调整参数控制结焦，加强吹灰控制覆尘。通过采取调整合理的煤粉细度，控制煤粉燃烧情况，提升燃煤速度，及时的控制壁温，控制炉膛内发生局部温度过高，发生结焦;通过加强设备的吹灰清洁工作，控制设备覆尘现象。

（3）使用烟气挡板控制调节过热汽温。通过利用再热烟道和过热烟道的烟气分配挡板来控制汽温。再热汽温降低时，调大再热烟气挡板开度，调小过热烟气挡板开度，导致再热对流面上的烟气流量增加，促使再热汽温升高;当再热汽温超高时，调小再热烟气挡板，调大过热烟气挡板，导致再热对流面上的烟气流量减小，从而降低再热汽温温度。

（4）建立CCS控制系统。通过建立CCS，协调各子系统，完成子系统间统一管理。当感应端接收到汽温异常信息时，系统对运行情况进行及时的综合分析、并正确判断，做出正确的动作，达到有效的控制和消除汽温异常，实现智能化控制。

5 结语

超临界直流炉汽温的调节是一个复杂的过程，是一个综合的过程，单方面的处理，不能满足未来全方位的发展，我们仍需要在不断的实践和摸索，才能推动超临界直流炉的发展。

参考文献：

[1]魏志，高东杰.超临界直流锅炉主汽温控制[J].微计算机信，2008（10）：17-18+61.

[2]付诗琴.直流锅炉主汽温控制系统及其策略研究[D].华北电力大学（北），2009.endprint