660MW超超臨界直流鍋爐汽溫控制策略研究

沈慶東

摘 ?要：本文將從當前直流鍋爐汽溫的概況出發，闡述控制直流鍋爐汽溫的作用，對超超臨界直流鍋爐的主要汽溫控制舉措進行分析與探究，希望為相關人員提供一些幫助和建議，改善660MW超超臨界直流鍋爐的過熱汽溫問題，從而使直流鍋爐運行經濟性和穩定性得到保證。

關鍵詞：汽溫控制;直流鍋爐;過熱汽溫

引言：

近些年，國內科學技術飛速發展，在已有的超臨界直流鍋爐基礎上，出現了一種大容量、高參數的660MW發電機組，該直流鍋爐具備超過25兆帕的主蒸汽壓力，再熱蒸汽溫度和主蒸汽溫度超過580攝氏度。由于直流鍋爐具有較高的運行參數，調峰要求也相對較高，增加了控制直流鍋爐汽溫的難度，因此，研究超超臨界直流鍋爐的主要汽溫控制具有一定現實意義。

一、當前直流鍋爐汽溫的概況

直流鍋爐汽溫發生改變的因素相對較多，當直流鍋爐運行正常時，其不同受熱面不存在明確界限，過渡段溫度、蒸發段溫度、加熱段溫度的分布存在漸進性的特點。若直流鍋爐中給水和燃料為不均衡比例，那么就會改變各個受熱面之前的平衡狀態，從而改變蒸汽輸出參數。若直流鍋爐減少給水量則會增加直流鍋爐燃燒時間，延長蒸汽過渡段時長，整體擴大過渡面積，導致蒸汽溫度下降困難，提升出汽口部位的蒸汽溫度。相反，若直流鍋爐增加給水量則會整體擴大蒸發段面積，使直流鍋爐里的溫度大幅降低，對出汽口汽溫和鍋爐汽溫產生影響。

二、超超臨界直流鍋爐的主要汽溫控制舉措

進行汽溫控制有利于超超臨界直流鍋爐的穩定運行，提高其經濟性。一般來說，超超臨界直流鍋爐的主要汽溫控制舉措包括調整機組汽溫、控制燃水比、控制過熱汽溫等。

（一）調整機組汽溫的主要方法

1.整體調整過熱汽溫

減溫噴水來自直流鍋爐給水總量，這使得由于煤水比不協調而導致的溫度偏差無法只依靠減溫噴水來充分校正。如果煤水比相對較大，那么要想讓過熱汽溫保持不變就要用到許多減溫水，在這種情況下，煤水比不協調的情況將會加劇，噴水受熱面和工作流量將會大幅減少，導致多段的工質溫度、受熱面金屬溫度升高，這樣一來，非但無法對汽溫進行調節，反而會使水冷壁超溫情況不斷加劇，對直流鍋爐運行的安全性產生影響。

處于給定負荷時，中間點焓值和主蒸汽焓值相同，都會被煤水比所影響。即使煤水比出現了極小的變化，中間點溫度也會受到影響[1]。對于煤水比反映，中間點溫度比熱蒸汽溫度作出的反映更快。從大量直流鍋爐運行經驗能夠得出，中間點每改變1攝氏度，過熱蒸汽將隨之改變5攝氏度至10攝氏度。從這個角度來講，對中間點焓值進行選取來控制煤水比的過程中，能夠產生提前控制過熱蒸汽的功能。一旦工況出現變化，需按照中間點溫度對煤水比進行調整，這樣能夠讓調節汽溫時間滯后大幅減少，并在第一時間對水冷壁整體工質溫度進行控制，避免水冷壁出現傳熱惡化的問題。整體而言，借助煤水比的調整使中間點穩定溫度得到保證，維持適當范圍的過熱度，從本質上講相當于固定過熱器出口、中間點二者的過熱段，讓直流鍋爐具備和汽包爐相近的過熱汽溫性質。由此不難看出，為了使超超臨界直流鍋爐的過熱汽溫始終是額定值，就要將煤水比控制在一定范圍內。

2.詳細調整過熱汽溫

大致穩定中間點的溫度后，直流鍋爐便不會產生較大的過熱汽溫溫差。不過，調節超超臨界直流鍋爐時會受到多種不同的因素所影響，不能只依賴基于煤水比的整體調整，還應通過噴水減溫器展開細致、深入的調整工作。由于噴水減溫器具有較快的反應速度和較小的工作惰性，因此噴水的溫度改變能夠完成于短短幾秒鐘時間。

與此同時，超超臨界直流鍋爐加長了原有的過熱器管道，增加了慣性與滯后，其結構也變得更為復雜，因此需要通過多級減溫噴水的方式加以細調。比如，某發電廠660MW超超臨界直流鍋爐對三級噴水控制系統進行設計，以此來控制過熱汽溫。在后屏過熱器、屏試過熱器、低溫過熱器的后面依次放置三級減溫器，起到了良好的過熱汽溫細調效果。

（二）控制燃水比的主要方法

1.選擇反饋信號

燃水比反饋信號既可以是中間點焓值，又可以是中間點溫度，在負荷發生改變后，中間點焓值的線性度優勢與靈敏度優勢會表現的更為明顯。除了反映燃水比不協調這一點外，中間點焓值還可以作為過熱蒸汽作功水平的代表。給定焓值在控制負荷的同時，也能夠粗略調整過熱汽溫。由此不難看出，采用中間點焓值能夠使調節燃水比的性能與精度得到保證。

2.設計控制回路

調整燃水比是汽溫保持的最后關卡，但其影響延遲相對較大。而減溫噴水可以使過熱汽溫快速變化，但汽溫在最后無法維持恒定狀態[2]。只有協調、整合以上兩個方法，才可以得到最優的汽溫響應性能與汽溫調整性能。以校正中間點焓值為基礎構建給水控制系統，省煤器到分離器的焓值乘以水流量目標值能夠得到爐膛吸熱量，其目標值由鍋爐金屬儲能加以修正后，除以爐膛焓值并減掉減溫水流量，即可獲得爐膛給水的真實需求值。

與此同時，一級減溫器及其入口汽溫之間的控制偏差即為T控制器偏差值，加權相加兩個不同的控制偏差，用所得的偏差信號對燃水比進行修正。對減溫器溫差信號進行添加是因為其能夠表示適量噴水。按照這一思想進行調整后，燃水比會讓減溫器始終處于已設置好的預定溫差值，確保減溫器能夠在合適的位置運行，適當調整時響因汽溫做出的上下波動，防止減溫器在全關、全開部位時間較長而造成調節滯后的問題。

（三）控制過熱汽溫的主要方法

一般通過PID串級策略來控制過熱汽溫，當處于穩定的工況時，該控制策略能夠讓直流鍋爐運行生產需求基本滿足，當處于鍋爐改變火焰中心、負荷升降幅度大、鍋爐啟停等工況時，經常會有汽溫反調或調節滯后的問題，同時，減溫水執行機構無法作出快速響應，不應頻繁、反復的做出動作，這也使PID串級調節面對擾動幅度突然增大時會減弱控制能力[3]。從這個角度考慮，減溫水控制應以物理機理過程為基礎。在該控制方案中，出口汽溫的調整系數乘以設定偏差值能夠得到調整要求，PID控制器能在出口汽溫出現偏差后根據所得到的調整要求展開一系列調節，使減溫噴水量發生變化，以此來實現進口汽溫變化的目的。

一旦進口汽溫發生變化，利用過熱器能夠使出口汽溫發生變化，再借助模擬過熱器產生的進口汽溫變量，經過PID調節器回路與出口汽溫彼此抵消。若實際過熱器、模擬過熱器二者的特性相接近，那么設定值回路處在動態調整中時便會始終保持恒定狀態，確保系統調節性能的穩定性。除此之外，為了避免因汽溫過低而出現過熱器進水的情況，應通過減溫水壓力測點施加裕量，并將這個裕量當成出口汽溫下限值。

三、汽溫控制在超超臨界直流鍋爐中的應用

某發電廠在調試660MW超超臨界直流鍋爐時采用了以上汽溫控制方案，現場調試與組態十分順利，且控制品質良好。一方面，三級減溫水、燃水比都投入到協調控制和自動控制中，運行方式采用AGC模式，從550MW負荷指令降低到350MW負荷指令的整個過程中，兩側主蒸汽始終將溫度控制于正負3攝氏度的范圍內。另一方面，三級減溫水、燃水比都投入到協調控制和自動控制中，運行方式采用AGC模式，從480MW負荷指令增加到610MW負荷指令的整個過程中，兩側主蒸汽也能夠將溫度控制于正負3攝氏度的范圍內。

結語：

總而言之，研究超超臨界直流鍋爐的主要汽溫控制舉措具有重要的意義。相關人員應對當前直流鍋爐汽溫的概況有一個全面了解，充分把握控制直流鍋爐汽溫的作用，能夠通過調整機組汽溫、控制燃水比、控制過熱汽溫等方式有效控制直流鍋爐汽溫，改善660MW超超臨界直流鍋爐的過熱汽溫問題，從而使直流鍋爐運行經濟性和穩定性得到保證。

參考文獻

[1] 吳壽貴，王紅雨，黨小建，等.某350 MW超臨界直流鍋爐分離器汽溫偏差和汽溫偏低原因分析及調整方法[J].鍋爐技術，2019，49（01）：22-27.

[2] 鄭國寬，袁春江，文巖.600MW級超臨界直流鍋爐啟動過程中壓力與溫度控制探討[J].東北電力大學學報，2019，31（02）：18-21.

[3] 范永勝，徐治皋，陳來九.基于動態特性機理分析的鍋爐過熱汽溫自適應模糊控制系統研究[J].中國電機工程學報，2019，（01）：23-28.

1974501705399