660MW直流锅炉主蒸汽温度控制研究

吴南江

摘要：电厂主蒸汽温度控制非常重要，其直接影响机组的热效率，是火力发电厂安全平稳运行的重要保障。现以某660 MW直流锅炉为例，探讨了不同工况干扰下的主蒸汽温度控制特性，为各电厂的安全、高效生产提供保障。

关键词：主蒸汽温度;热效率;蒸汽流量扰动;减温水流量扰动

0 引言

当前火力发电仍是我国主力发电形式，火力发电过程中能量转换的关键在于蒸汽，其通过直接推动汽轮机旋转进行能量的转换，虽然工作效率较低，但已经是我国目前能源结构中的最优选择[1]。近年来，如何提高锅炉热效率已经成为研究的主流方向，除了从煤炭的燃烧、节能等角度考虑，精准控制主蒸汽温度也成了提高锅炉热效率的研究热点之一。主蒸汽温度的监测与控制是机组安全平稳运行的重要保证，对于提高电厂的生产效率尤为必要。

若主蒸汽温度监测控制不当，超过其额定工作值，必然会导致过热器和汽轮机高压缸等相关热部件产生较高的热应力，提高温度虽然会提高机组的热效率，但是较高的热应力会直接损伤热部件，对机组的安全稳定运行造成极大的破坏，严重时还会引发爆炸等安全事故[2]。同样，若操作失误等因素导致主蒸汽温度降低，会降低机组的热效率，影响机组出力，也会对机组造成伤害，较低的主蒸汽温度在做工时必然会导致蒸汽中水分的增加，大量水分在汽轮机做工时会使汽轮机的叶片发生汽蚀等现象，极大地缩短汽轮机叶片的使用寿命。因此，必须要对主蒸汽温度进行严格的监测和控制，使其在额定值附近维持某种动态平衡，既能保证其较高的热效率，又能减少对机组的损害，保证机组的安全、平稳运行。

本文结合某660 MW直流锅炉的主蒸汽温度控制系统，探讨了主蒸汽温度控制对象的特性，为保证国内直流锅炉主蒸汽温度控制系统的平稳运行提供参考。

1 主蒸汽温度参数的重要性

主蒸汽温度参数是电力生产行业重点关注的参数之一，其对于电力生产的经济性具有重要意义[3]。主蒸汽温度参数直接影响蒸汽参数，蒸汽参数直接影响汽轮机效率，而汽轮机效率直接影响机组的热经济性，因此，对主蒸汽温度进行精准监测与控制就显得尤为重要。

2 主蒸汽温度控制特性

主蒸汽温度控制是动态变化的，其原因在于影响主蒸汽温度的因素较多[4]，例如，锅炉负荷变化、实际生产中烟气的流速和烟气温度变化、锅炉给水温度变化、锅炉炉膛中燃烧工况的剧烈变化等均会对主蒸汽温度造成严重影响，进而影响机组出力以及机组热部件的使用寿命。因此，主蒸汽温度在主蒸汽温度控制系统的监测与控制下，结合各种不同的干扰工况，最终达到某种动态平衡。

2.1    蒸汽流量扰动

锅炉负荷是不断变化的。随着锅炉负荷的变化，蒸汽的流速也在不断变化，通过在过热管路上设置监测点，可以监测到各个节点处的流速变化，同时，也可以计算出过热器中的对流系数的变化情况，进而计算出整个蒸汽流量的变化情况[5]。蒸汽流量发生变化，蒸汽温度也随之变化，最终达到某种动态平衡。因此，蒸汽温度的阶跃响应具有一定的延迟，但是这种延迟比较小。与此同时，蒸汽温度升高，蒸汽会将大量的热量带走，使得蒸汽温度与烟气温度之间的差值减小，烟气带走的热量便会减少，使其拥有一定的自我调节、自我平衡能力。锅炉负荷变化虽然可以很好地对主蒸汽温度进行动态平衡调节，但是不能作为控制主蒸汽温度的手段，因为锅炉负荷并不是自动变化的，而是随着机组人员的调整而调整，调整之后的锅炉负荷更多的是作为一种外部干扰因素，影响着主蒸汽温度。

2.2    烟气传热量扰动

烟气富含大量的热，这些热量同样对主蒸汽温度有着一定影响。考虑到烟气传热量的影响因素比较多，烟气的流速过高、温度过高都会导致烟气散失的热量更多，进而影响主蒸汽温度。而烟气的流速、温度等因素又受到过剩空气系数、火焰燃烧工况，甚至是燃烧器角度变化等因素的影响。因此，与蒸汽流量扰动类似，烟气传热量扰动导致的主蒸汽温度阶跃响应依然具有一定的自我平衡能力，有一定延迟，这样可以保证在烟气流速、烟气温度受到外界因素影响而发生变化时，主蒸汽温度可以在一个较小的延迟下随着烟气传热量的变化而变化。與蒸汽流量扰动相比，烟气传热量扰动可以作为一种控制手段对主蒸汽温度进行调整，可以通过调整烟气侧的各项指标完成对烟气流速与烟气温度的调整，进一步调整主蒸汽温度。但是，这种方法实现起来太困难，难以控制的因素较多。

2.3    减温水流量扰动

减温水流量扰动是目前最为广泛的一种调节主蒸汽温度手段，通过控制减温水的流量可以有效控制主蒸汽温度变化，常见的减温器种类众多，但电厂常采用喷水式减温器，主蒸汽减温水系统如图1所示。与前文所述的蒸汽流量扰动和烟气传热量扰动类似，减温水流量扰动对于主蒸汽温度的调控也具有一定的延迟特性和自我平衡特性。与二者不同之处在于，减温水流量扰动对主蒸汽温度调控力度较大，当喷水式减温器的安装位置距离过热器的出口较远时，延迟时间较长;当喷水式减温器的安装位置距离过热器出口较近时，延迟较短。因此，可以通过控制喷水式减温器的安装位置来控制减温水扰动对主蒸汽温度的控制。一般情况下，大型直流锅炉都有比较长的过热器管路，所以减温器的安装位置一般较远，其延迟较大。减温喷水器虽然对于主蒸汽温度的控制延迟比较大，但是其结构非常简单，便于维护检修，因而得到了电力生产企业的广泛使用。

3 结语

主蒸汽温度控制对提高机组效率至关重要，其温度过高或者过低均不利于机组运行，影响主蒸汽温度的因素众多，主要包括蒸汽流量扰动、烟气传热量扰动和减温水流量扰动3种，这些扰动对于控制主蒸汽温度均具有一定的延迟性和自平衡性。其中，减温水流量扰动控制虽然延迟较大，但减温喷水器结构简单，被广泛应用于电力生产行业，可以实现对主蒸汽温度的精准控制，进而提高机组热效率。

[参考文献]

[1] 孙宇贞，李朵朵，张婷，等.信息熵改进免疫遗传算法在火电厂主蒸汽温度控制系统中应用[J].热力发电，2018，47（8）：97-102.

[2] 蔡利军，朱豫才，吕霞，等.模型预测控制在超超临界机组AGC协调控制和主汽温控制中的应用[J].中国电力，2018，51（7）：68-77.

[3] 贺勇，刘备，崔承刚，等.线性自抗扰控制在火电机组主蒸汽温度控制中的应用仿真[J].山东工业技术，2018（13）：177-179.

[4] 左为恒，祝维靖，刘百成.一种改进的锅炉主蒸汽温度多级智能控制系统的应用研究[J].化工自动化及仪表，2017，47（7）：662-666.

[5] 崔青汝，牛海明.1 000 MW二次再热火电机组主蒸汽温度控制策略及工程应用[J].中国电力，2017，50（6）：27-31.