超超临界直流炉的主汽温度控制策略

2020-02-15钟治琨

设备管理与维修 2020年19期

钟治琨

（江苏国信靖江发电有限公司，江苏泰州 214513）

0 引言

在当前科学技术迅速发展的背景下，电厂超超临界直流炉机组的控制要求越来越高，关系到电厂的生产效率和发展水平。在发电厂的运行系统中，超超临界机组运行过程的稳定性将会对机组主蒸汽承受的流量负荷产生一定影响。由于直流炉的输出负荷为主汽温、主汽压以及主蒸汽流量等，因此在保障直流炉正常运行的基础上要提高超超临界机组的安全性和效率。要充分了解影响主汽温度控制的因素和难点，然后再根据实际情况，采取有效的超超临界直流炉主汽温度控制措施及方法，保障其效益。

1 超超临界直流炉的主汽温度控制

1.1 影响主汽温度控制的因素

主蒸汽温度控制的原理是通过维持过热器出口的蒸汽温度在标准范围内，对过热器进行保护，降低管壁的温度低于工作温度。因此在某种角度上，主蒸汽温度也是检验直流锅炉运行水平和质量的指标。同时在火电厂超超临界直流炉机组控制过程中，主蒸汽温度也是一个比较重要的参数，能够对电厂的安全生产系数以及经济效益产生较大影响，是超超临界机组安全运行的必要参数保障。但是在实际主蒸汽温度控制中，由于被控对象的工艺流程较为复杂，而且主蒸汽温度也是一个具有延迟特点的被控制对象，因此其存在较多的影响因素。

超超临界直流炉在正常运行过程中会受到主蒸汽的流量负荷的影响，从而能够对主蒸汽温度的变化产生一定作用。形成这种现象的主要原因是主汽和烟气两个系统方面。在主汽系统中对温度产生影响的因素有主蒸汽的流量以及供水温度、减温水的流量、控制系统等；在烟气系统中对主蒸汽温度影响较大的因素有烟气量、受热面污染程度、燃烧器的投用方式等。不过从机组运行方式以及过程看，对直流炉的主汽温度变化产生作用的主要因素是主蒸汽流量负荷以及燃烧量的总风量。除此之外，内部和外部扰动因素也会对主汽温度产生影响。例如，内部因素有机组的启停、制粉系统的切换以及有枪投退、炉膛吹灰、烟道吹灰、煤质变化等，外部因素则包括机组负荷出现波动等[1]。

1.2 温度控制的难点

主蒸汽温度的控制难点有很多，如果按照主汽温度控制的要求来看，主汽温度变化的幅度应控制在5 ℃以内，一旦超过该幅度可能出现直流炉主蒸汽的温度变化情况。在不稳定温度变化条件下就会对机组的运行效率造成极大影响，主汽温度的升高直接使锅炉受热面的温度超出标准，并且造成受热面材料强度有所下降，甚至会导致管子爆破等，对生产造成较大威胁。此外如果主汽温度相对较低就会在一定程度上增加汽轮机的蒸汽消耗，降低机组效率。如果增大汽轮机末级蒸汽的湿度，则会加快叶片的水蚀作用，严重的会导致对汽轮机的水冲击，不利于其安全、稳定运行[2]。

由于对主蒸汽温度控制产生影响的因素较多，所以其温度控制的难点也相对较多。其中在直流炉主汽温度控制装置中，通过增加或者减少喷水量来调节主蒸汽温度，则需要耗费大量时间。尤其对于容量较大、管道较长、参数较大的机组，其主蒸汽的受热面远大于蒸发的受热面，会出现温度控制进度出现滞后，难以有效控制主汽温度。其次是超超临界直流炉主汽温度控制的主要因素具有很强的不稳定性，因此在主蒸汽流量负荷增加过程中，直流炉的控制装置不能够有效平衡流量负荷。例如，直流炉的流量负荷较低时，一级和二级减温水调门关闭就会使主蒸汽的温度达不到标准，在很大程度上增加主汽温度控制的难度。另外如果锅炉过热器在正常工作状态下，钢材承受温度的最高温度调节功能较小，就无法保障主汽温度的变化会随升降的幅度而做出调整。因此主汽温度的强度和安全性不能够得到良好保障，使得蒸汽温度无法控制，可能会造成过热器的钢材损坏。除此之外，主汽温度控制的难点还包括锅炉的受热面结焦或者锅炉具有较大的空气系数、配风不合理、煤水比失衡等[3]。

2 超超临界直流炉的主汽温度控制措施分析

2.1 温度控制装置减温

超超临界直流炉的温度控制装置一般可以分为两大部分，一是煤水比例调节系统，二是减温调节系统。煤水比例调节是主蒸汽温度控制的常用措施之一，通过调节煤水比来实现温度控制。通常是将汽水分离器出口的工质温度充当主汽温度控制的信号，同时以喷水减温作为细调手段。这一过程中煤水比是超超临界直流锅炉机组控制温度的主要装置，充分保障煤水比的稳定合理，能够有效实现主汽温度控制，使其符合相关的标准数值。喷水减温可以在最短时间内，利用最快速度对过热温度进行调节和控制，可以根据物理学的原理来安装超超临界机组的温度调节装置，温度控制装置安全结构也相对比较简单，便于操作运行[4]。

另外一方面在给定负载情况下，煤水比如果出现变化，可能会对中间点的焓值造成一定影响。这是因为中间点的温度能够比较充分地反应煤水比的实际状况，比热蒸汽温度的反应速度要快很多。因此选取中间点的温度来对煤水比的比例进行调节，也就等同于热蒸汽发挥预先调节的作用。当运行工况出现变化，则会根据中间点的温度调节煤水比，可以降低主蒸汽温度控制的滞后性，并且也能够防止锅炉的水冷壁出现水传热的不良现象，确保超超临界直流炉的主蒸汽温度得到有效控制。

2.2 温度控制中串级控制装置

在火电厂超超临界直流锅炉主汽温度控制的措施中，串级控制装置是一种有效而且应用较为普及的方式。使用导前微分补偿装置辅助，通过串级控制装置对受热面积以及加热管直流炉的温度变化进行控制和调节。由于喷水减温装置连接加热管的长度过长，因此在一定程度上减温之后到达标准温度所需时间较长，才能够保障穿出直流锅炉的出口，进而可以实现对主汽温度的控制。同时串级控制装置能够与导前微分补偿装置，以及主回路之间的信号相结合，可以保障其能够同步传递温度。可以看出导前微分补偿装置在主汽温度控制串级调节系统中具有提高信号强度的功能和作用，因此可以将信号控制装置安装在串级控制装置中，可以促使微分参数降低为0[5]。

此外在超超临界直流炉的主蒸汽温度控制中也可以利用常规串级PID 控制系统，其具有结构简单、稳定性较好、运行工作性能可靠、便于调整等优势。在主蒸汽温度控制过程中主要采用数字PID 控制算法，将模拟量转换为数字量，借助计算机进行计算处理，根据采样的数据进行计算，可以得到各项控制参数的合理数值，例如，煤水比、喷水量等，保障超超临界直流炉的主蒸汽温度得到有效控制。

2.3 过热器中点温度的变量控制

超超临界直流炉运行时，由于其所承受的主蒸汽流量负荷能够影响到温度的控制效果。因此一旦主蒸汽流量负荷出现一定变化时，可能就会因过热器过长，导致各点温度在主蒸汽温度发生变化前而产生变化。此时控制系统需要针对各点温度变化的幅度和趋势进行控制，从而做好主蒸汽的温度调节工作。但是这一过程的实现要采用过热器的动态数学模式，准确估算各点温度变化量，然后再进行相应的调节措施。例如，可以增加一级、二级减温水的启动时间，避免主蒸汽温度的变化幅度过大，同时也能够解决主蒸汽温度控制装置存在的滞后性问题。此外利用过热器中点温度的变量控制，还要充分考虑中间点的温度和温差，蒸汽过热度以及煤水比和其他内外干扰因素等。仔细分析、加强判断，以便对超超临界直流炉主蒸汽温度进行控制和调节。

2.4 变化直流炉煤层的投用方式

在超超临界直流炉主蒸汽温度控制中可以利用变化直流炉煤层的投用方式进行调整。首先要保障燃烧器的方向不会发生变化，再适当减少直流炉的煤层投用方式。可以相对降低燃料量以及总风量对超超临界直流炉主蒸汽温度变化的影响和作用。通常情况下投煤方式是利用不同的煤层进行投用，但是该措施会造成锅炉燃烧的火焰中心发生一定偏移，在很大程度上会增加主蒸汽温度控制难度。在此基础上利用上煤层的过程中，必须要适当降低直流锅炉内部的火焰中心点，能够相对有效使水冷壁范围内的辐射区接收到更多热量，从而保障温度升高较为快速，进而提高主蒸汽温度。反之，减少上部煤层的投用量或者停止投用等，更改为下层煤层投用，则会出现辐射区吸收大量温度，超超临界直流炉所接收的热量就会减少，温度逐渐下降，此时继续加大煤量的投入则可以再次升高主蒸汽温度，实现对超超临界直流炉主蒸汽温度控制。