超臨界直流爐汽溫控制策略分析

曹海星++楊瑞

摘 要：隨著我國(guó)的快速發(fā)展，超臨界直流爐技術(shù)也在逐漸推廣開來，超臨界直流爐技術(shù)是一種高轉(zhuǎn)化率和低排放率的技術(shù)，但在目前，此技術(shù)還存在著許多問題。為了將超臨直流爐技術(shù)的缺點(diǎn)最大程度摒棄掉，該文章將針對(duì)超臨界直流爐技術(shù)進(jìn)行一些分析。

關(guān)鍵詞：超臨界 直流爐 汽溫控制 分析

中圖分類號(hào)：TK229.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（b）-0028-02

超臨界直流爐技術(shù)的高轉(zhuǎn)化率和低排放率是人們津津樂道的話題，然而，隨著超臨界直流爐技術(shù)的快速發(fā)展，其中存在的問題也逐漸顯現(xiàn)。為了將超臨界直流爐技術(shù)的缺點(diǎn)最大程度摒棄掉，該文章做出了以下研究和分析。

1 超臨界直流爐技術(shù)汽溫控制的必要性及特征

超臨界直流爐技術(shù)的汽溫是受水煤比、機(jī)組負(fù)荷、風(fēng)量和燃燒情況等因素影響。汽溫過熱以及大幅度偏離等因素，會(huì)導(dǎo)致超臨界直流爐技術(shù)汽溫在經(jīng)濟(jì)和設(shè)備安全等方面都受到影響。超臨界直流爐技術(shù)汽溫如果超高會(huì)降低金屬設(shè)備的強(qiáng)度，超臨界直流爐技術(shù)氣溫較低又會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)的損耗加強(qiáng)，同時(shí)，系統(tǒng)的熱效率會(huì)降低。

超臨界直流爐技術(shù)突破了傳統(tǒng)的自然循環(huán)鍋爐的汽包，在水進(jìn)入到鍋爐后，因?yàn)楦鞣N因素的影響，導(dǎo)致各受熱面之間分界線不固定。一般來說，超臨界直流爐技術(shù)汽溫的特征有兩個(gè)：一是，動(dòng)態(tài)特征。機(jī)器在運(yùn)行的過程中，汽溫會(huì)受到給水量、給煤量等因素的影響，超臨界直流爐技術(shù)會(huì)在運(yùn)行過程中呈絕對(duì)動(dòng)態(tài)的相對(duì)靜態(tài)。二是，靜態(tài)特征。在鍋爐爐膛內(nèi)的煙溫發(fā)熱量以及鍋爐熱效率等因素都相對(duì)穩(wěn)定的情況下，而低壓負(fù)荷性能降低，這將會(huì)導(dǎo)致汽溫長(zhǎng)期處于靜態(tài)形式。

2 影響直流爐汽溫調(diào)節(jié)的原因

直流爐在運(yùn)行過程中產(chǎn)生主蒸汽流量負(fù)荷，因此，會(huì)導(dǎo)致主蒸汽的溫度產(chǎn)生變化。主要是因?yàn)闊煻群驼羝纫蛩禺a(chǎn)生的，蒸汽因素有流量、控制系統(tǒng)和供水溫度。而由煙氣產(chǎn)生的因素有受熱面污染、煙氣量等。在機(jī)組運(yùn)行過程中，觀察發(fā)現(xiàn)，影響直流爐溫度的主要因素是材料燃燒量的總風(fēng)量和直流爐的主蒸汽流量負(fù)荷。另外，影響汽溫波動(dòng)的因素也有兩個(gè)：一是，外部因素的機(jī)組低壓負(fù)荷導(dǎo)致的。二是，由于內(nèi)部因素的投退油槍、爐膛熄滅、啟停、煤質(zhì)變化以及高加投退等導(dǎo)致的。

影響直流爐汽溫調(diào)節(jié)的原因有許多，但主要的是給水量、給煤比、加大空氣系數(shù)以及火焰中心高度等。

2.1 給水量和給煤比

一般情況下，直流爐汽溫調(diào)節(jié)不能夠通過汽包設(shè)備來完成，只能采用給煤比和給水量在一定范圍內(nèi)進(jìn)行控制。在設(shè)備運(yùn)行過程中，控制一定的給水量和給煤量，在水溫度不變的情況下，增加給煤量或者是減少給水量，將在一定程度上使得水煤比減小。在此基礎(chǔ)上，也會(huì)導(dǎo)致熱水和蒸發(fā)段長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致鍋爐內(nèi)的溫度升高。但是，在增加給水量或者減少給煤量的情況下，水煤比增加，也因此會(huì)使得熱水和蒸發(fā)段長(zhǎng)度減少，進(jìn)而導(dǎo)致汽溫的降低。

2.2 加大空氣系數(shù)

當(dāng)直流爐在運(yùn)行時(shí)，爐膛內(nèi)的溫度升高，空氣系數(shù)減少時(shí)，會(huì)使得空氣流量在單位時(shí)間內(nèi)減少，空氣中心的熱量也會(huì)減少，導(dǎo)致爐膛內(nèi)的總熱量增加，汽溫總體上升。當(dāng)空氣系數(shù)的作用相反時(shí)，會(huì)導(dǎo)致主汽溫降低。

當(dāng)過量空氣在改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致不同再熱器的效果不同。使用對(duì)流式再熱器時(shí)，雖然空氣系數(shù)和對(duì)流效果是相等的，但是主汽溫值和總體汽溫值的數(shù)值變化不大，從而可以忽視掉。而使用輻射式再熱器時(shí)，它的輻射范圍受限，所以導(dǎo)致熱量的變化不大。

2.3 火焰中心高度

直流爐的加熱過程是過熱過程，因此，在過熱過程中，過熱效果至關(guān)重要。在其他因素相對(duì)的情況下，火焰中心的高度較高時(shí)，會(huì)使散發(fā)能力提升，加熱能減少，便會(huì)導(dǎo)致汽溫降低。將中間點(diǎn)調(diào)節(jié)之后，中間點(diǎn)的溫度會(huì)下降，為了將中間點(diǎn)的溫度恢復(fù)到正常范圍，就必須減小系統(tǒng)中的水煤比，以此來恢復(fù)系統(tǒng)中的主汽溫溫度。

3 超臨界直流爐的溫度控制難點(diǎn)

在設(shè)備運(yùn)行過程中，直流爐內(nèi)的溫度要控制在5 ℃范圍內(nèi)，如果超過了5 ℃，就會(huì)使直流爐內(nèi)的溫度不穩(wěn)定，一旦溫度產(chǎn)生變化，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的運(yùn)行效率降低。如果直流爐的溫度使得各級(jí)受熱面超溫，那將導(dǎo)致運(yùn)行材料爆炸，這將給生產(chǎn)過程帶來極大安全隱患。

影響直流爐溫度控制難度加大的因素具體表現(xiàn)為：一是主蒸汽溫度的調(diào)節(jié)，是通過給水量的增加或者減少來控制的，在此過程中，需要花費(fèi)的周期較長(zhǎng)。特別是對(duì)于長(zhǎng)管道、大容量和增加了參數(shù)的機(jī)組而言，蒸汽的各級(jí)受熱面溫度升高，導(dǎo)致了溫度調(diào)節(jié)進(jìn)程產(chǎn)生滯后，從而使得溫度的控制難度加大。

二是直流爐的溫度控制不穩(wěn)定，隨鍋爐的蒸汽流量的減少而減少，增加而增加。傳統(tǒng)的控制設(shè)備無法控制整個(gè)直流爐的蒸汽負(fù)荷量，如果鍋爐內(nèi)的負(fù)荷溫度相對(duì)較低，那么蒸汽的溫度無法達(dá)到額定溫度，這也是溫度控制的難點(diǎn)之一。

三是過熱器在正常的工作范圍內(nèi)時(shí)，在靠近鋼材料的邊緣處對(duì)最高溫度的調(diào)節(jié)性過小，導(dǎo)致了溫度在變化時(shí)無法通過相應(yīng)的策略對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)整，因此，主蒸汽的溫度無法得到有效控制，這樣會(huì)使得過熱器的鋼材受到影響。

4 直流爐汽溫控制策略

4.1 直流爐的溫度控制裝置減溫

直流爐的溫度調(diào)節(jié)裝置由兩部分組成，水煤比和水溫調(diào)節(jié)。將水煤比作為首要的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)它的運(yùn)作過程是用水煤比作為調(diào)節(jié)汽溫、用噴水減溫作為調(diào)節(jié)手段、用汽水分割器出口的公共質(zhì)量溫度作為導(dǎo)前信號(hào)等方式進(jìn)行的。在這個(gè)運(yùn)行過程中，水煤比調(diào)試是超臨界直流爐汽溫的主要調(diào)節(jié)設(shè)備，只有水煤比控制在一定額定值內(nèi)，才能將直流爐內(nèi)的汽溫控制在規(guī)定值內(nèi)。噴水減溫是降低過熱溫度最好、最快的方式，使用科學(xué)的方式安裝超臨界直流機(jī)組調(diào)溫裝置時(shí)，安裝既方便又快捷。

4.2 溫度串級(jí)控制設(shè)備

串級(jí)控制設(shè)備在控制受熱面積和長(zhǎng)管道加熱方面是最主要的控制方式，它也是火電廠最為重要的溫度調(diào)節(jié)方式。在串級(jí)控制設(shè)備當(dāng)中，因?yàn)閲娝禍叵到y(tǒng)的加熱管道太長(zhǎng)，所以導(dǎo)致了減溫之后的溫度要在一段時(shí)間后才能穿過鍋爐的出口，因此，使得主蒸汽的溫度產(chǎn)生了變化。串級(jí)控制設(shè)備和導(dǎo)前微分相結(jié)合，能增強(qiáng)主回路和設(shè)備之間的信號(hào)，以此保障各個(gè)裝置之間的溫度保持恒溫。

4.3 過熱器溫度的變量控制

超臨界直流爐機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，遇到蒸汽低壓負(fù)荷，這一因素將影響溫度的控制失調(diào)。在直流爐運(yùn)行過程中，主蒸汽流量低壓負(fù)荷性能產(chǎn)生變化時(shí)，導(dǎo)致了過熱器運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)，使得過熱器上的各個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)在溫度產(chǎn)生變化之前就發(fā)生了變化。如果控制系統(tǒng)不能在發(fā)生變化前控制各個(gè)溫度點(diǎn)的變化，那么對(duì)于主蒸汽的溫度也不能進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了能夠調(diào)節(jié)主蒸汽的溫度，可以采用過熱器中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模式對(duì)各個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和測(cè)量，估算出溫度點(diǎn)的變化量，依據(jù)變化量的數(shù)據(jù)對(duì)主蒸汽的溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。這一調(diào)節(jié)的過程能夠有效增加一、二級(jí)噴水減溫的啟動(dòng)時(shí)間，以防主蒸汽的溫度變化過大，導(dǎo)致主蒸汽的控制裝置滯后。汽溫的調(diào)節(jié)方式由許多因素組成，包括水煤比、入口蒸汽溫度過熱、中間點(diǎn)的溫度和溫差以及內(nèi)外干擾等綜合因素組成。

5 結(jié)語

超臨界直流爐的運(yùn)行調(diào)節(jié)過程相當(dāng)復(fù)雜，它的調(diào)節(jié)需要通過多方面的因素來完成，如果只靠單一的調(diào)節(jié)方式，對(duì)于超臨界直流爐的發(fā)展是不利的。為了超臨界直流爐能更好發(fā)展，我國(guó)還在不斷努力研究當(dāng)中，相信以后的直流爐技術(shù)會(huì)越來越好、越來越完善。

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