超超臨界直流爐的主汽溫度控制策略

鐘治琨

（江蘇國信靖江發(fā)電有限公司，江蘇泰州 214513）

0 引言

在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，電廠超超臨界直流爐機(jī)組的控制要求越來越高，關(guān)系到電廠的生產(chǎn)效率和發(fā)展水平。在發(fā)電廠的運(yùn)行系統(tǒng)中，超超臨界機(jī)組運(yùn)行過程的穩(wěn)定性將會(huì)對機(jī)組主蒸汽承受的流量負(fù)荷產(chǎn)生一定影響。由于直流爐的輸出負(fù)荷為主汽溫、主汽壓以及主蒸汽流量等，因此在保障直流爐正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上要提高超超臨界機(jī)組的安全性和效率。要充分了解影響主汽溫度控制的因素和難點(diǎn)，然后再根據(jù)實(shí)際情況，采取有效的超超臨界直流爐主汽溫度控制措施及方法，保障其效益。

1 超超臨界直流爐的主汽溫度控制

1.1 影響主汽溫度控制的因素

主蒸汽溫度控制的原理是通過維持過熱器出口的蒸汽溫度在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，對過熱器進(jìn)行保護(hù)，降低管壁的溫度低于工作溫度。因此在某種角度上，主蒸汽溫度也是檢驗(yàn)直流鍋爐運(yùn)行水平和質(zhì)量的指標(biāo)。同時(shí)在火電廠超超臨界直流爐機(jī)組控制過程中，主蒸汽溫度也是一個(gè)比較重要的參數(shù)，能夠?qū)﹄姀S的安全生產(chǎn)系數(shù)以及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生較大影響，是超超臨界機(jī)組安全運(yùn)行的必要參數(shù)保障。但是在實(shí)際主蒸汽溫度控制中，由于被控對象的工藝流程較為復(fù)雜，而且主蒸汽溫度也是一個(gè)具有延遲特點(diǎn)的被控制對象，因此其存在較多的影響因素。

超超臨界直流爐在正常運(yùn)行過程中會(huì)受到主蒸汽的流量負(fù)荷的影響，從而能夠?qū)χ髡羝麥囟鹊淖兓a(chǎn)生一定作用。形成這種現(xiàn)象的主要原因是主汽和煙氣兩個(gè)系統(tǒng)方面。在主汽系統(tǒng)中對溫度產(chǎn)生影響的因素有主蒸汽的流量以及供水溫度、減溫水的流量、控制系統(tǒng)等；在煙氣系統(tǒng)中對主蒸汽溫度影響較大的因素有煙氣量、受熱面污染程度、燃燒器的投用方式等。不過從機(jī)組運(yùn)行方式以及過程看，對直流爐的主汽溫度變化產(chǎn)生作用的主要因素是主蒸汽流量負(fù)荷以及燃燒量的總風(fēng)量。除此之外，內(nèi)部和外部擾動(dòng)因素也會(huì)對主汽溫度產(chǎn)生影響。例如，內(nèi)部因素有機(jī)組的啟停、制粉系統(tǒng)的切換以及有槍投退、爐膛吹灰、煙道吹灰、煤質(zhì)變化等，外部因素則包括機(jī)組負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)等[1]。

1.2 溫度控制的難點(diǎn)

主蒸汽溫度的控制難點(diǎn)有很多，如果按照主汽溫度控制的要求來看，主汽溫度變化的幅度應(yīng)控制在5 ℃以內(nèi)，一旦超過該幅度可能出現(xiàn)直流爐主蒸汽的溫度變化情況。在不穩(wěn)定溫度變化條件下就會(huì)對機(jī)組的運(yùn)行效率造成極大影響，主汽溫度的升高直接使鍋爐受熱面的溫度超出標(biāo)準(zhǔn)，并且造成受熱面材料強(qiáng)度有所下降，甚至?xí)?dǎo)致管子爆破等，對生產(chǎn)造成較大威脅。此外如果主汽溫度相對較低就會(huì)在一定程度上增加汽輪機(jī)的蒸汽消耗，降低機(jī)組效率。如果增大汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽的濕度，則會(huì)加快葉片的水蝕作用，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致對汽輪機(jī)的水沖擊，不利于其安全、穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

由于對主蒸汽溫度控制產(chǎn)生影響的因素較多，所以其溫度控制的難點(diǎn)也相對較多。其中在直流爐主汽溫度控制裝置中，通過增加或者減少噴水量來調(diào)節(jié)主蒸汽溫度，則需要耗費(fèi)大量時(shí)間。尤其對于容量較大、管道較長、參數(shù)較大的機(jī)組，其主蒸汽的受熱面遠(yuǎn)大于蒸發(fā)的受熱面，會(huì)出現(xiàn)溫度控制進(jìn)度出現(xiàn)滯后，難以有效控制主汽溫度。其次是超超臨界直流爐主汽溫度控制的主要因素具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性，因此在主蒸汽流量負(fù)荷增加過程中，直流爐的控制裝置不能夠有效平衡流量負(fù)荷。例如，直流爐的流量負(fù)荷較低時(shí)，一級(jí)和二級(jí)減溫水調(diào)門關(guān)閉就會(huì)使主蒸汽的溫度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，在很大程度上增加主汽溫度控制的難度。另外如果鍋爐過熱器在正常工作狀態(tài)下，鋼材承受溫度的最高溫度調(diào)節(jié)功能較小，就無法保障主汽溫度的變化會(huì)隨升降的幅度而做出調(diào)整。因此主汽溫度的強(qiáng)度和安全性不能夠得到良好保障，使得蒸汽溫度無法控制，可能會(huì)造成過熱器的鋼材損壞。除此之外，主汽溫度控制的難點(diǎn)還包括鍋爐的受熱面結(jié)焦或者鍋爐具有較大的空氣系數(shù)、配風(fēng)不合理、煤水比失衡等[3]。

2 超超臨界直流爐的主汽溫度控制措施分析

2.1 溫度控制裝置減溫

超超臨界直流爐的溫度控制裝置一般可以分為兩大部分，一是煤水比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，二是減溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。煤水比例調(diào)節(jié)是主蒸汽溫度控制的常用措施之一，通過調(diào)節(jié)煤水比來實(shí)現(xiàn)溫度控制。通常是將汽水分離器出口的工質(zhì)溫度充當(dāng)主汽溫度控制的信號(hào)，同時(shí)以噴水減溫作為細(xì)調(diào)手段。這一過程中煤水比是超超臨界直流鍋爐機(jī)組控制溫度的主要裝置，充分保障煤水比的穩(wěn)定合理，能夠有效實(shí)現(xiàn)主汽溫度控制，使其符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。噴水減溫可以在最短時(shí)間內(nèi)，利用最快速度對過熱溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，可以根據(jù)物理學(xué)的原理來安裝超超臨界機(jī)組的溫度調(diào)節(jié)裝置，溫度控制裝置安全結(jié)構(gòu)也相對比較簡單，便于操作運(yùn)行[4]。

另外一方面在給定負(fù)載情況下，煤水比如果出現(xiàn)變化，可能會(huì)對中間點(diǎn)的焓值造成一定影響。這是因?yàn)橹虚g點(diǎn)的溫度能夠比較充分地反應(yīng)煤水比的實(shí)際狀況，比熱蒸汽溫度的反應(yīng)速度要快很多。因此選取中間點(diǎn)的溫度來對煤水比的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，也就等同于熱蒸汽發(fā)揮預(yù)先調(diào)節(jié)的作用。當(dāng)運(yùn)行工況出現(xiàn)變化，則會(huì)根據(jù)中間點(diǎn)的溫度調(diào)節(jié)煤水比，可以降低主蒸汽溫度控制的滯后性，并且也能夠防止鍋爐的水冷壁出現(xiàn)水傳熱的不良現(xiàn)象，確保超超臨界直流爐的主蒸汽溫度得到有效控制。

2.2 溫度控制中串級(jí)控制裝置

在火電廠超超臨界直流鍋爐主汽溫度控制的措施中，串級(jí)控制裝置是一種有效而且應(yīng)用較為普及的方式。使用導(dǎo)前微分補(bǔ)償裝置輔助，通過串級(jí)控制裝置對受熱面積以及加熱管直流爐的溫度變化進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。由于噴水減溫裝置連接加熱管的長度過長，因此在一定程度上減溫之后到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)溫度所需時(shí)間較長，才能夠保障穿出直流鍋爐的出口，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對主汽溫度的控制。同時(shí)串級(jí)控制裝置能夠與導(dǎo)前微分補(bǔ)償裝置，以及主回路之間的信號(hào)相結(jié)合，可以保障其能夠同步傳遞溫度。可以看出導(dǎo)前微分補(bǔ)償裝置在主汽溫度控制串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中具有提高信號(hào)強(qiáng)度的功能和作用，因此可以將信號(hào)控制裝置安裝在串級(jí)控制裝置中，可以促使微分參數(shù)降低為0[5]。

此外在超超臨界直流爐的主蒸汽溫度控制中也可以利用常規(guī)串級(jí)PID 控制系統(tǒng)，其具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性較好、運(yùn)行工作性能可靠、便于調(diào)整等優(yōu)勢。在主蒸汽溫度控制過程中主要采用數(shù)字PID 控制算法，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理，根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可以得到各項(xiàng)控制參數(shù)的合理數(shù)值，例如，煤水比、噴水量等，保障超超臨界直流爐的主蒸汽溫度得到有效控制。

2.3 過熱器中點(diǎn)溫度的變量控制

超超臨界直流爐運(yùn)行時(shí)，由于其所承受的主蒸汽流量負(fù)荷能夠影響到溫度的控制效果。因此一旦主蒸汽流量負(fù)荷出現(xiàn)一定變化時(shí)，可能就會(huì)因過熱器過長，導(dǎo)致各點(diǎn)溫度在主蒸汽溫度發(fā)生變化前而產(chǎn)生變化。此時(shí)控制系統(tǒng)需要針對各點(diǎn)溫度變化的幅度和趨勢進(jìn)行控制，從而做好主蒸汽的溫度調(diào)節(jié)工作。但是這一過程的實(shí)現(xiàn)要采用過熱器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模式，準(zhǔn)確估算各點(diǎn)溫度變化量，然后再進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施。例如，可以增加一級(jí)、二級(jí)減溫水的啟動(dòng)時(shí)間，避免主蒸汽溫度的變化幅度過大，同時(shí)也能夠解決主蒸汽溫度控制裝置存在的滯后性問題。此外利用過熱器中點(diǎn)溫度的變量控制，還要充分考慮中間點(diǎn)的溫度和溫差，蒸汽過熱度以及煤水比和其他內(nèi)外干擾因素等。仔細(xì)分析、加強(qiáng)判斷，以便對超超臨界直流爐主蒸汽溫度進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

2.4 變化直流爐煤層的投用方式

在超超臨界直流爐主蒸汽溫度控制中可以利用變化直流爐煤層的投用方式進(jìn)行調(diào)整。首先要保障燃燒器的方向不會(huì)發(fā)生變化，再適當(dāng)減少直流爐的煤層投用方式。可以相對降低燃料量以及總風(fēng)量對超超臨界直流爐主蒸汽溫度變化的影響和作用。通常情況下投煤方式是利用不同的煤層進(jìn)行投用，但是該措施會(huì)造成鍋爐燃燒的火焰中心發(fā)生一定偏移，在很大程度上會(huì)增加主蒸汽溫度控制難度。在此基礎(chǔ)上利用上煤層的過程中，必須要適當(dāng)降低直流鍋爐內(nèi)部的火焰中心點(diǎn)，能夠相對有效使水冷壁范圍內(nèi)的輻射區(qū)接收到更多熱量，從而保障溫度升高較為快速，進(jìn)而提高主蒸汽溫度。反之，減少上部煤層的投用量或者停止投用等，更改為下層煤層投用，則會(huì)出現(xiàn)輻射區(qū)吸收大量溫度，超超臨界直流爐所接收的熱量就會(huì)減少，溫度逐漸下降，此時(shí)繼續(xù)加大煤量的投入則可以再次升高主蒸汽溫度，實(shí)現(xiàn)對超超臨界直流爐主蒸汽溫度控制。

3 結(jié)論

對超超臨界直流爐主蒸汽溫度的控制調(diào)節(jié)，即是要掌握其影響因素，然后再合理把握主蒸汽溫度控制的難點(diǎn)，最后采取有效措施?？梢宰畲笙薅忍岣叱R界直流爐的運(yùn)行效率，并且在利用傳統(tǒng)的溫度控制裝置的過程中，也可以充分融合智能化、自動(dòng)化的控制裝置，保障超超臨界直流爐的主蒸汽溫度得到控制和調(diào)節(jié)，滿足各種生產(chǎn)需求。