660MW超超臨界機組汽溫控制的研究

張 嘯

（華電國際十里泉發電廠，山東 棗莊 277100）

0 引言

華電國際十里泉發電廠#8 機組為660MW 超超臨界機組，鍋爐選用DG2002/29.3-Ⅱ13 型超超臨界變壓運行直流爐，采用單爐膛、半露天布置、全鋼構架和全懸吊Π 型結構，尾部采用雙煙道，采用一次再熱方式，燃燒方式選擇前后墻對沖，采用平衡通風方式，排渣采用干除渣。

圖1 #8鍋爐汽水系統Fig.1 #8 Boiler steam water system

汽輪機選用C660/612-28/0.5/600/620 型高效超超臨界汽輪機，該汽輪機采用一次中間再熱方式，工作原理為沖動式，采用單軸連接，排汽方式為四缸四排汽，回熱方式為九級回熱，熱力特性為凝汽式。配有一個單流高壓缸和單流中壓缸，以及兩個雙流低壓缸。機組最大連續出力為711.4MW，閥門全開工況出力為731.3MW，熱耗率驗收工況出力為660 MW，抽汽供熱流量為450t/h 時，機組出力為612.6MW；抽汽供熱流量為700t/h 時，機組出力為557.2MW。

如圖1#8 鍋爐汽水系統所示，在低溫過熱器的出口設置一級減溫水，在高溫過熱器的入口設置二級減溫水，交叉調節，結合水煤比和省煤器下方的過熱煙氣擋板來調節過熱汽溫；在低溫再熱器出口設置再熱器減溫水，交叉調節，結合省煤器下方的再熱煙氣擋板進行調節再熱汽溫。

本文結合目前#8 機組的運行狀況，在深入研究相關理論的基礎上，結合運行經驗，進行#8 機組的汽溫優化調整，實現機組的安全、高效、經濟運行[1,2]。

1 超超臨界機組燃燒理論

#8 爐采用外濃內淡型低NOx 旋流煤粉燃燒器，滿足燃燒穩定、高效、可靠、低NOx 的要求。36 只旋流煤粉燃燒器分3 層前、后墻對沖布置，每層6 只，F 層燃燒器為純氧助燃微油點火油槍，其余層燃燒器均配有一個點火油槍及高能點火器[3]。

爐膛燃燒的配風分為一次風、內二次風、外二次風、中心風。內二次風的風門擋板調節變化范圍為0°～90°，外二次風門的調節范圍為0°～75°，并且設置了限位裝置。將外二次風門關小時，可減小外二次風量，增加外二次風旋流強度；將外二次風門開大時，可增加外二次風量，減小外二次風旋流強度[4]。

兩個二次風箱被對稱布置在鍋爐前后墻上，實現了均勻配風的目的。每層的燃燒器都有一個風室，實現風量的單獨調節。二次風箱設計較低的入口風速，通過風門開度可以調節二次風箱內的風量，在實際的鍋爐運行中無需調整也可保證同一層風室內每個燃燒器得到相同的風量，有利于燃燒器的配風均勻，保證爐膛內火焰均勻，使輸入熱量沿爐寬方向均勻分布。

2 水煤比理論

當直流鍋爐的負荷在30%以上時，此時汽水分離器出口處于微過熱蒸汽，當前鍋爐燃燒所需的燃料量和給水蒸發量的匹配情況可以通過汽水分離器出口汽溫的變化反映，同時也會反映過熱汽溫的變化趨勢。在過熱汽溫的調節中，可以通過水煤比的配置作為過熱蒸汽溫度控制的粗調手段，再配合減溫水控制作為細調手段。從主給水到過熱蒸汽的變化過程中，存在較大的慣性汽溫調節，在排除減溫水調節的影響下，為實現快速調節，采用微過熱蒸汽溫度來反映水煤比配置情況。因此，選擇合適的汽水分離器出口過熱度成為直流鍋爐汽溫調節的關鍵問題。機組過熱度的控制是由水煤比的合理配置來實現，因此水煤比的控制策略對于機組的安全、穩定運行非常重要[5,7]。

超超臨界直流鍋爐在啟動過程中，會先進行濕態運行，此時可以通過水煤比的配置來控制燃料量，進而控制鍋爐過熱蒸汽壓力。隨著燃燒加強，直流鍋爐便會由濕態運行轉為干態運行，在完成轉態以后，可以通過調整水煤比偏置指令來補償熱量的變化，進而可以控制分離器入口蒸汽的過熱度。

在#8 爐的水煤比控制回路中，采用增量型PID 閉環控制，其傳遞函數如式（1）所示，設定值SP(s)為分離器過熱度，單位為(℃)；測量值P(s)為分離器入口溫度，單位為(℃)；調節偏差為E(s)。

式中，Kp為比例常數，Ti為積分時間常數，Kd為微分比例常數，Td為微分時間常數，MW 為機組負荷，FF(s)為前饋環節傳遞函數。

在#8 爐的水煤比控制回路中，PID 參數如式（3）～式（6）所示。

3 超超臨界機組汽溫的優化調整

合理化的水煤比配置成為超超臨界直流鍋爐穩定燃燒的關鍵。當機組處于穩定運行狀態時，要重點監視汽水分離器出口過熱度的變化，而且壓力不同則汽水分離器出口過熱度就會不同。汽水分離器出口過熱度減小，則說明水煤比較大；汽水分離器出口過熱度增大，則說明水煤比變小。運行人員在操作過程中不斷積累汽水分離器出口過熱度變化對主汽溫影響大小的經驗數值，通過分析和總結可以在調節過程中做到超前調節。但是如果機組出現異常情況時，如給煤機、磨煤機跳閘等，應及時減小給水，保持水煤比基本穩定，防止水煤比嚴重失調，造成主蒸汽溫度急劇下降[8-11]。

#8 爐DCS 實現了高溫再熱器壁溫測點全覆蓋監控，及壁溫最高點優先報警。高溫再熱器共有96 屏，屏設有10根管子，保證對每根管實時進行安全監視，防止因漏檢管屏而發生運行超溫爆管。同時，設計了壁溫最高點優先報警邏輯判斷程序，實現全斷面壁溫監視及最高點優先報警功能，跟蹤、分析機組再熱器壁溫的變化趨勢[2]。

采用“非均衡”運行調整技術，可以減少受熱面管屏間的壁溫熱偏差，提升高溫再熱汽溫至額定溫度，有效預防壁溫超溫。調節方式為：鍋爐在設計制造及運行中肯定會存在一定的溫度偏差，根據每根單管壁溫高低分布情況，通過人為制造煙氣溫度的偏差，使之與蒸汽溫度偏差形成互補，最終使再熱器壁溫分布均衡，保證再熱汽溫穩定在620℃工況下運行，壁溫不超溫(小于644℃)[2]。

按照不同負荷階段逐步將燃燒溫度場調整至非常均勻后，逐漸提升再熱汽溫的過程中，觀察再熱汽溫偏差和各管屏壁溫分布的均勻性。跟據汽溫及壁溫偏差情況，通過針對性調整對應一次風管縮孔開度大小的方法，將爐膛內的燃燒溫度場調整至與管內汽溫相匹配。在多次反復調整過程中，逐漸降低高溫再熱器管屏熱偏差，最終使汽溫及金屬管壁溫度表現為均勻。對各層前后墻的二次風擋板開度進行差異化調整，進一步優化燃燒，滿足汽溫、壁溫的實際需求，實現煙氣放熱量與蒸汽吸熱量相耦合，優化調整后的配風模式[2]。

堅持每2 天對爐膛后部受熱面的長型吹灰器全面吹灰1 次，3 天對爐膛區域的短型吹灰器全面吹灰1 次。同時，結合機組負荷、爐膛出口煙氣溫度、減溫水投用量和受熱面壁溫等實際運行狀況，吹灰器進行選擇性投運，保持各受熱面清潔。盡可能保持墻后磨煤機對沖燃燒方式，需要停運上層磨煤機時，先選擇停運前墻的上層磨煤機[2]。

4 結論

本文針對660 MW 超超臨界機組，在負荷變化較大時，會出現過熱汽溫和再熱汽溫較大波動，為解決上述問題，提高機組的經濟性和安全性，在研究#8 機組減溫水控制、水煤比、煙氣擋板等控制理論的基礎上，通過具體分析，同時結合現場運行經驗，通過合理化的二次配風，設置合理的水煤比，采用非均衡調整的方法，減弱了過熱和再熱汽溫的大幅度波動，實現了機組更加安全、經濟、穩定運行。