火電廠超臨界直流爐的主汽溫度控制策略分析

王少龍

摘要：火電廠能否合理控制直流爐的主蒸汽溫度在很大程度上能夠決定超臨界機組的運行狀態，甚至能夠關系到整個火電廠的經濟效益。超臨界鍋爐主汽溫度通常具有非線性與耦合性的特點，其延時問題與慣性特征向來都是火電廠鍋爐控制的難題。如果在控制主蒸汽溫度過程中出現了問題，就會大大降低超臨界機組的運行效率。本文首先分析了主汽溫的基本特性，然后對直流爐主蒸汽溫度的主要影響因素進行探究，以此提出科學合理的應對措施。

關鍵詞：超臨界直流爐;溫度控制;策略

引言

鍋爐作為火電廠的重要組成部分，在火力發電的生產流程中扮演著重要的角色。而主蒸汽溫度是影響鍋爐性能的關鍵因素，而造成過熱器出口的溫度超出限定范圍的原因有很多，需要進行綜合分析。因此，為了保證超臨界機組的穩定運行，就必須要嚴格控制主蒸汽溫度。倘若主蒸汽的溫度沒有得到有效控制，就會加快蒸汽管道與金屬材料的老化速度，從而使其壽命受限。一旦出現受熱時間過長的情況，就會導致過熱器爆炸。當蒸汽溫度低于極限值時，整個機組的工作效率都比較低下，進而致使葉片出現破損情況。因此，要想提升超臨界機組的工作效率，就必須要嚴格控制機組的主蒸汽溫度。

1.超臨界直流爐主汽溫的必要性與特性

超臨界直流爐中的水煤比和超臨界機組的負荷都會在一定程度上決定主蒸汽溫度的高低，蒸汽溫度過熱、偏差大等因素會影響超臨界直流爐的技術蒸汽溫度，影響經濟性和設備安全性。超臨界直流爐技術蒸汽溫度如果過高會降低金屬設備的強度，超臨界直流爐技術低溫會導致汽輪機損失增加，同時系統的熱效率也會降低。超臨界直流鍋爐技術突破了傳統的自然循環鍋爐汽包。水進入鍋爐后，由于各種因素，受熱面之間的邊界沒有固定。

當燃料量驟然增加時，壁金屬的蓄熱作用會使得主蒸汽溫度在一定延遲后逐漸升高;當燃料量突然下降時，主蒸汽溫度在一定延遲后也逐漸降低。當供水量突然增加時，主蒸汽溫度在一定延遲后逐漸降低。當主汽溫度突然下降時，經過短暫的延遲以后，主汽溫度會逐步升高。一旦主汽門開的突然變大，蒸汽流量就會在短時間內發生很大的變化。在變化的初級階段，由于壁面金屬蓄熱的補償，主蒸汽溫度沒有顯著變化。隨著蒸汽流量的增加。當燃料量不變時，主蒸汽溫度逐漸降低，當主閥開度突然減小時，經過一定的延遲后，主蒸汽溫度逐漸升高。但是考慮到冷卻水是鍋爐的主要來源，而且總量基本保持不變，主蒸汽溫度最終會回到初始水平;當冷卻水突然下降時，主蒸汽溫度在初始階段迅速上升，最終回到初始水平。

2.影響直流爐主汽溫度控制分析

2.1 主蒸汽溫度的影響因素

直流爐在運行時的主蒸汽流量負荷在很大程度上決定著主蒸汽的溫度，主蒸汽與煙氣系統的方向基本是主蒸汽溫度的決定性因素。從機組運行方式的角度入手，會發現主蒸汽流量負荷與直流爐燃燒能力的總風量就是主蒸汽溫度的變化。與此同時，引起蒸汽溫度波動的因素有內部擾動和外部擾動。內部干擾因素包括啟停、煤粉系統切換、爐內或煙道吹灰、煤質變化等，外部干擾包括機組負荷波動等。

2.2 控制主蒸汽溫度的技術要點

不難看出，主汽溫穩態值不變，其它參數不變，水煤比不變。因此，水煤比調節可以作為調節主蒸汽溫度的主要手段。鍋爐主蒸汽溫度是指末級過熱器后的蒸汽溫度。由于工質進入鍋爐后應該貫穿多個受熱面，致使主蒸汽溫度滯后于燃料和給水的變化，因此在最后一次過熱后直接獲取蒸汽溫度顯然不夠。針對這一特點，國內外許多學者和專家提出了“中點溫度”的概念。以中間溫度為控制參數，調節水煤比可以克服大滯后現象。合理的水煤比能夠在一定程度上協助鍋爐將主汽溫保持穩定，一旦將中間溫度融入進去就會克服大滯后現象。然而，由于一些大擾動對主蒸汽溫度的快速影響，仍然需要快速響應和較大的調節范圍。因此，噴霧冷卻仍然是穩定超臨界直流鍋爐主蒸汽溫度的重要途徑。因此，主蒸汽溫度調節的基本思路可以概括為：掌握中間點溫度，調節水煤比，調節減溫水細。在主汽溫控制裝置中，通過增加或減少噴水量來調節主汽溫需要很長時間。特別是對于容量大、管道長、參數多的機組，蒸汽過熱度大于蒸發過熱度。溫度控制過程將滯后，溫度控制難度將再次上升。

直流爐主汽溫控制系數不穩定，隨著鍋爐主蒸汽流量負荷的增加，總控裝置無法平衡整個直流爐的主蒸汽流量負荷。當鍋爐負荷較低時，一、二次冷卻水調節閥關閉時，主蒸汽溫度達不到標準溫度，再次加大溫度控制會比較困難。

當過熱器在正常工作范圍內時，靠近鋼材位置的最高溫度調節太小，無法根據溫度變化范圍進行相應的調節。溫度調節的強度和安全性小，蒸汽溫度控制不好，容易造成過熱器鋼件的損壞。另外，鍋爐受熱面出現結焦、爐內空氣系數不平衡、鍋爐配風技術不合理、水煤比差距太大等都能決定主汽溫的高低。

3.主蒸汽溫度的控制策略分析

3.1 控制過熱器的有效溫度

主蒸汽流量負荷能夠在很大程度上決定直流爐的溫度，如果流量負荷發生變化，由于過熱器長度過長，在主蒸汽溫度變化前，過熱器上各點的溫度都會發生變化。如果控制系統能根據各點的溫度變化及時調整，主蒸汽溫度就能得到很好的控制。為了實現這一過程，可以利用過熱器的動態數學模型來測量和計算各點的溫度，即估算各點的溫度變化，并根據溫度變化范圍相應調整主蒸汽溫度。通過該調節過程，可增加一、二級減溫水的啟動時間，合理控制主汽溫。值得一提的是，主汽溫調節應該將中間點溫度、鍋爐溫差以及內外干擾等影響因素考慮在內，盡早進行預判斷，以便及時調整。

3.2 降低溫度控制裝置的標準溫度

超臨界直流鍋爐減溫系統一般都配備了雙級噴水式降溫裝置，在過熱器前段預設一層減溫器，在最末端的過熱器之前增設一級減溫器。而冷卻水的數量主要是受閥門的開合程度控制的，鍋爐控制系統會在合適的時機發出冷卻指令，進而控制冷卻水閥門的開合程度。

3.3 引入串級控制裝置

串級控制裝置是火電廠鍋爐主蒸汽溫度控制的常用裝置，它通常配備差動補償裝置來進行輔助工作。串級控制裝置在一定程度上能夠控制受熱面積，并且會從側面控制主蒸汽溫度。噴淋冷卻系統連接加熱管過長，冷卻后達到的溫度需要很長時間才能通過鍋爐出口，從而影響到噴淋冷卻系統。串級控制系統將主電路之間的信號和超前差分補償裝置相結合，保證了主電路與主電路之間的溫度同步傳輸。超前差分補償裝置的優點是可以提高信號接收強度。因此，將該信號控制裝置與串級調節裝置進行結合，能夠有效減小微分參數，其參數值為0。

3.4 合理投用煤爐層

為保證燃燒器方向不變，減少直流爐煤層運行方式，可充分降低燃料和總風量對主蒸汽溫度的負面影響。一般情況下，給煤采用不同的煤層，但給煤的結果是火焰燃燒中心發生移動，火焰的運動會影響主蒸汽的溫度控制。因此，在應用上煤層進行加熱時，需要盡量降低鍋爐內火焰的，這樣能夠在短時間內提高輻射區水冷壁吸收的熱量，從而減少上煤層的輸入或選擇停爐，并切換到下煤層的應用。在改變煤層作業的過程中，輻射區吸收了大量的溫度，主蒸汽所吸收的熱量減少，導致溫度下降。此時，可以通過增加煤的輸入量和增加主蒸汽溫度來達到調節主蒸汽溫度的目的。

結論：

綜上所述，本文主要從主蒸汽溫度的特性、影響因素和控制措施三個方面入手，系統闡述了超臨界直流爐的主蒸汽溫度相關事項，并在文末提出有效控制主蒸汽溫度的應對措施，希望能夠實現火電廠與智能控制裝置的有機結合。

參考文獻：

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