超临界直流炉汽温控制策略分析

曹海星++杨瑞

摘 要：随着我国的快速发展，超临界直流炉技术也在逐渐推广开来，超临界直流炉技术是一种高转化率和低排放率的技术，但在目前，此技术还存在着许多问题。为了将超临直流炉技术的缺点最大程度摒弃掉，该文章将针对超临界直流炉技术进行一些分析。

关键词：超临界 直流炉 汽温控制 分析

中图分类号：TK229.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（b）-0028-02

超临界直流炉技术的高转化率和低排放率是人们津津乐道的话题，然而，随着超临界直流炉技术的快速发展，其中存在的问题也逐渐显现。为了将超临界直流炉技术的缺点最大程度摒弃掉，该文章做出了以下研究和分析。

1 超临界直流炉技术汽温控制的必要性及特征

超临界直流炉技术的汽温是受水煤比、机组负荷、风量和燃烧情况等因素影响。汽温过热以及大幅度偏离等因素，会导致超临界直流炉技术汽温在经济和设备安全等方面都受到影响。超临界直流炉技术汽温如果超高会降低金属设备的强度，超临界直流炉技术气温较低又会导致汽轮机的损耗加强，同时，系统的热效率会降低。

超临界直流炉技术突破了传统的自然循环锅炉的汽包，在水进入到锅炉后，因为各种因素的影响，导致各受热面之间分界线不固定。一般来说，超临界直流炉技术汽温的特征有两个：一是，动态特征。机器在运行的过程中，汽温会受到给水量、给煤量等因素的影响，超临界直流炉技术会在运行过程中呈绝对动态的相对静态。二是，静态特征。在锅炉炉膛内的烟温发热量以及锅炉热效率等因素都相对稳定的情况下，而低压负荷性能降低，这将会导致汽温长期处于静态形式。

2 影响直流炉汽温调节的原因

直流炉在运行过程中产生主蒸汽流量负荷，因此，会导致主蒸汽的温度产生变化。主要是因为烟度和蒸汽等因素产生的，蒸汽因素有流量、控制系统和供水温度。而由烟气产生的因素有受热面污染、烟气量等。在机组运行过程中，观察发现，影响直流炉温度的主要因素是材料燃烧量的总风量和直流炉的主蒸汽流量负荷。另外，影响汽温波动的因素也有两个：一是，外部因素的机组低压负荷导致的。二是，由于内部因素的投退油枪、炉膛熄灭、启停、煤质变化以及高加投退等导致的。

影响直流炉汽温调节的原因有许多，但主要的是给水量、给煤比、加大空气系数以及火焰中心高度等。

2.1 给水量和给煤比

一般情况下，直流炉汽温调节不能够通过汽包设备来完成，只能采用给煤比和给水量在一定范围内进行控制。在设备运行过程中，控制一定的给水量和给煤量，在水温度不变的情况下，增加给煤量或者是减少给水量，将在一定程度上使得水煤比减小。在此基础上，也会导致热水和蒸发段长度的增长，同时会导致锅炉内的温度升高。但是，在增加给水量或者减少给煤量的情况下，水煤比增加，也因此会使得热水和蒸发段长度减少，进而导致汽温的降低。

2.2 加大空气系数

当直流炉在运行时，炉膛内的温度升高，空气系数减少时，会使得空气流量在单位时间内减少，空气中心的热量也会减少，导致炉膛内的总热量增加，汽温总体上升。当空气系数的作用相反时，会导致主汽温降低。

当过量空气在改变时，会导致不同再热器的效果不同。使用对流式再热器时，虽然空气系数和对流效果是相等的，但是主汽温值和总体汽温值的数值变化不大，从而可以忽视掉。而使用辐射式再热器时，它的辐射范围受限，所以导致热量的变化不大。

2.3 火焰中心高度

直流炉的加热过程是过热过程，因此，在过热过程中，过热效果至关重要。在其他因素相对的情况下，火焰中心的高度较高时，会使散发能力提升，加热能减少，便会导致汽温降低。将中间点调节之后，中间点的温度会下降，为了将中间点的温度恢复到正常范围，就必须减小系统中的水煤比，以此来恢复系统中的主汽温温度。

3 超临界直流炉的温度控制难点

在设备运行过程中，直流炉内的温度要控制在5 ℃范围内，如果超过了5 ℃，就会使直流炉内的温度不稳定，一旦温度产生变化，将会导致机组的运行效率降低。如果直流炉的温度使得各级受热面超温，那将导致运行材料爆炸，这将给生产过程带来极大安全隐患。

影响直流炉温度控制难度加大的因素具体表现为：一是主蒸汽温度的调节，是通过给水量的增加或者减少来控制的，在此过程中，需要花费的周期较长。特别是对于长管道、大容量和增加了参数的机组而言，蒸汽的各级受热面温度升高，导致了温度调节进程产生滞后，从而使得温度的控制难度加大。

二是直流炉的温度控制不稳定，随锅炉的蒸汽流量的减少而减少，增加而增加。传统的控制设备无法控制整个直流炉的蒸汽负荷量，如果锅炉内的负荷温度相对较低，那么蒸汽的温度无法达到额定温度，这也是温度控制的难点之一。

三是过热器在正常的工作范围内时，在靠近钢材料的边缘处对最高温度的调节性过小，导致了温度在变化时无法通过相应的策略对温度进行调整，因此，主蒸汽的温度无法得到有效控制，这样会使得过热器的钢材受到影响。

4 直流炉汽温控制策略

4.1 直流炉的温度控制装置减温

直流炉的温度调节装置由两部分组成，水煤比和水温调节。将水煤比作为首要的调节方式进行研究，发现它的运作过程是用水煤比作为调节汽温、用喷水减温作为调节手段、用汽水分割器出口的公共质量温度作为导前信号等方式进行的。在这个运行过程中，水煤比调试是超临界直流炉汽温的主要调节设备，只有水煤比控制在一定额定值内，才能将直流炉内的汽温控制在规定值内。喷水减温是降低过热温度最好、最快的方式，使用科学的方式安装超临界直流机组调温装置时，安装既方便又快捷。

4.2 温度串级控制设备

串级控制设备在控制受热面积和长管道加热方面是最主要的控制方式，它也是火电厂最为重要的温度调节方式。在串级控制设备当中，因为喷水降温系统的加热管道太长，所以导致了减温之后的温度要在一段时间后才能穿过锅炉的出口，因此，使得主蒸汽的温度产生了变化。串级控制设备和导前微分相结合，能增强主回路和设备之间的信号，以此保障各个装置之间的温度保持恒温。

4.3 过热器温度的变量控制

超临界直流炉机组在运行时，遇到蒸汽低压负荷，这一因素将影响温度的控制失调。在直流炉运行过程中，主蒸汽流量低压负荷性能产生变化时，导致了过热器运行时间加长，使得过热器上的各个温度节点在温度产生变化之前就发生了变化。如果控制系统不能在发生变化前控制各个温度点的变化，那么对于主蒸汽的温度也不能進行调节。为了能够调节主蒸汽的温度，可以采用过热器中的动态数学模式对各个温度点进行计算和测量，估算出温度点的变化量，依据变化量的数据对主蒸汽的温度进行适当调节。这一调节的过程能够有效增加一、二级喷水减温的启动时间，以防主蒸汽的温度变化过大，导致主蒸汽的控制装置滞后。汽温的调节方式由许多因素组成，包括水煤比、入口蒸汽温度过热、中间点的温度和温差以及内外干扰等综合因素组成。

5 结语

超临界直流炉的运行调节过程相当复杂，它的调节需要通过多方面的因素来完成，如果只靠单一的调节方式，对于超临界直流炉的发展是不利的。为了超临界直流炉能更好发展，我国还在不断努力研究当中，相信以后的直流炉技术会越来越好、越来越完善。

参考文献

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[2] 王丕洲.基于Backstepping算法的超临界机组煤水比非线性控制研究[D].华北电力大学，2014.

[3] 张铁松.火电厂超临界直流炉的主汽温度控制策略分析[J].硅谷，2015（2）：232，236.