660MW超超临界机组汽温控制的研究

张 啸

（华电国际十里泉发电厂，山东 枣庄 277100）

0 引言

华电国际十里泉发电厂#8 机组为660MW 超超临界机组，锅炉选用DG2002/29.3-Ⅱ13 型超超临界变压运行直流炉，采用单炉膛、半露天布置、全钢构架和全悬吊Π 型结构，尾部采用双烟道，采用一次再热方式，燃烧方式选择前后墙对冲，采用平衡通风方式，排渣采用干除渣。

图1 #8锅炉汽水系统Fig.1 #8 Boiler steam water system

汽轮机选用C660/612-28/0.5/600/620 型高效超超临界汽轮机，该汽轮机采用一次中间再热方式，工作原理为冲动式，采用单轴连接，排汽方式为四缸四排汽，回热方式为九级回热，热力特性为凝汽式。配有一个单流高压缸和单流中压缸，以及两个双流低压缸。机组最大连续出力为711.4MW，阀门全开工况出力为731.3MW，热耗率验收工况出力为660 MW，抽汽供热流量为450t/h 时，机组出力为612.6MW；抽汽供热流量为700t/h 时，机组出力为557.2MW。

如图1#8 锅炉汽水系统所示，在低温过热器的出口设置一级减温水，在高温过热器的入口设置二级减温水，交叉调节，结合水煤比和省煤器下方的过热烟气挡板来调节过热汽温；在低温再热器出口设置再热器减温水，交叉调节，结合省煤器下方的再热烟气挡板进行调节再热汽温。

本文结合目前#8 机组的运行状况，在深入研究相关理论的基础上，结合运行经验，进行#8 机组的汽温优化调整，实现机组的安全、高效、经济运行[1,2]。

1 超超临界机组燃烧理论

#8 炉采用外浓内淡型低NOx 旋流煤粉燃烧器，满足燃烧稳定、高效、可靠、低NOx 的要求。36 只旋流煤粉燃烧器分3 层前、后墙对冲布置，每层6 只，F 层燃烧器为纯氧助燃微油点火油枪，其余层燃烧器均配有一个点火油枪及高能点火器[3]。

炉膛燃烧的配风分为一次风、内二次风、外二次风、中心风。内二次风的风门挡板调节变化范围为0°～90°，外二次风门的调节范围为0°～75°，并且设置了限位装置。将外二次风门关小时，可减小外二次风量，增加外二次风旋流强度；将外二次风门开大时，可增加外二次风量，减小外二次风旋流强度[4]。

两个二次风箱被对称布置在锅炉前后墙上，实现了均匀配风的目的。每层的燃烧器都有一个风室，实现风量的单独调节。二次风箱设计较低的入口风速，通过风门开度可以调节二次风箱内的风量，在实际的锅炉运行中无需调整也可保证同一层风室内每个燃烧器得到相同的风量，有利于燃烧器的配风均匀，保证炉膛内火焰均匀，使输入热量沿炉宽方向均匀分布。

2 水煤比理论

当直流锅炉的负荷在30%以上时，此时汽水分离器出口处于微过热蒸汽，当前锅炉燃烧所需的燃料量和给水蒸发量的匹配情况可以通过汽水分离器出口汽温的变化反映，同时也会反映过热汽温的变化趋势。在过热汽温的调节中，可以通过水煤比的配置作为过热蒸汽温度控制的粗调手段，再配合减温水控制作为细调手段。从主给水到过热蒸汽的变化过程中，存在较大的惯性汽温调节，在排除减温水调节的影响下，为实现快速调节，采用微过热蒸汽温度来反映水煤比配置情况。因此，选择合适的汽水分离器出口过热度成为直流锅炉汽温调节的关键问题。机组过热度的控制是由水煤比的合理配置来实现，因此水煤比的控制策略对于机组的安全、稳定运行非常重要[5,7]。

超超临界直流锅炉在启动过程中，会先进行湿态运行，此时可以通过水煤比的配置来控制燃料量，进而控制锅炉过热蒸汽压力。随着燃烧加强，直流锅炉便会由湿态运行转为干态运行，在完成转态以后，可以通过调整水煤比偏置指令来补偿热量的变化，进而可以控制分离器入口蒸汽的过热度。

在#8 炉的水煤比控制回路中，采用增量型PID 闭环控制，其传递函数如式（1）所示，设定值SP(s)为分离器过热度，单位为(℃)；测量值P(s)为分离器入口温度，单位为(℃)；调节偏差为E(s)。

式中，Kp为比例常数，Ti为积分时间常数，Kd为微分比例常数，Td为微分时间常数，MW 为机组负荷，FF(s)为前馈环节传递函数。

在#8 炉的水煤比控制回路中，PID 参数如式（3）～式（6）所示。

3 超超临界机组汽温的优化调整

合理化的水煤比配置成为超超临界直流锅炉稳定燃烧的关键。当机组处于稳定运行状态时，要重点监视汽水分离器出口过热度的变化，而且压力不同则汽水分离器出口过热度就会不同。汽水分离器出口过热度减小，则说明水煤比较大；汽水分离器出口过热度增大，则说明水煤比变小。运行人员在操作过程中不断积累汽水分离器出口过热度变化对主汽温影响大小的经验数值，通过分析和总结可以在调节过程中做到超前调节。但是如果机组出现异常情况时，如给煤机、磨煤机跳闸等，应及时减小给水，保持水煤比基本稳定，防止水煤比严重失调，造成主蒸汽温度急剧下降[8-11]。

#8 炉DCS 实现了高温再热器壁温测点全覆盖监控，及壁温最高点优先报警。高温再热器共有96 屏，屏设有10根管子，保证对每根管实时进行安全监视，防止因漏检管屏而发生运行超温爆管。同时，设计了壁温最高点优先报警逻辑判断程序，实现全断面壁温监视及最高点优先报警功能，跟踪、分析机组再热器壁温的变化趋势[2]。

采用“非均衡”运行调整技术，可以减少受热面管屏间的壁温热偏差，提升高温再热汽温至额定温度，有效预防壁温超温。调节方式为：锅炉在设计制造及运行中肯定会存在一定的温度偏差，根据每根单管壁温高低分布情况，通过人为制造烟气温度的偏差，使之与蒸汽温度偏差形成互补，最终使再热器壁温分布均衡，保证再热汽温稳定在620℃工况下运行，壁温不超温(小于644℃)[2]。

按照不同负荷阶段逐步将燃烧温度场调整至非常均匀后，逐渐提升再热汽温的过程中，观察再热汽温偏差和各管屏壁温分布的均匀性。跟据汽温及壁温偏差情况，通过针对性调整对应一次风管缩孔开度大小的方法，将炉膛内的燃烧温度场调整至与管内汽温相匹配。在多次反复调整过程中，逐渐降低高温再热器管屏热偏差，最终使汽温及金属管壁温度表现为均匀。对各层前后墙的二次风挡板开度进行差异化调整，进一步优化燃烧，满足汽温、壁温的实际需求，实现烟气放热量与蒸汽吸热量相耦合，优化调整后的配风模式[2]。

坚持每2 天对炉膛后部受热面的长型吹灰器全面吹灰1 次，3 天对炉膛区域的短型吹灰器全面吹灰1 次。同时，结合机组负荷、炉膛出口烟气温度、减温水投用量和受热面壁温等实际运行状况，吹灰器进行选择性投运，保持各受热面清洁。尽可能保持墙后磨煤机对冲燃烧方式，需要停运上层磨煤机时，先选择停运前墙的上层磨煤机[2]。

4 结论

本文针对660 MW 超超临界机组，在负荷变化较大时，会出现过热汽温和再热汽温较大波动，为解决上述问题，提高机组的经济性和安全性，在研究#8 机组减温水控制、水煤比、烟气挡板等控制理论的基础上，通过具体分析，同时结合现场运行经验，通过合理化的二次配风，设置合理的水煤比，采用非均衡调整的方法，减弱了过热和再热汽温的大幅度波动，实现了机组更加安全、经济、稳定运行。