超臨界直流爐汽溫控制策略的研究

趙華

摘 要：隨著超臨界直流爐技術(shù)正逐漸推廣開來，我們?cè)诳吹匠R界直流爐的高轉(zhuǎn)化率和低排污率為人們所津津樂道的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)在超臨界直流爐汽溫調(diào)節(jié)方面，仍然存在許多問題。本文通過對(duì)超臨界直流爐的汽溫控制進(jìn)行了分析，并提出了一些控制策略，通過全方位管理，實(shí)現(xiàn)超臨界直流爐汽溫的穩(wěn)定控制。

關(guān)鍵詞：超臨界;直流爐;汽溫;控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.023

1 超臨界直流爐汽溫控制的重要性

超臨界直流爐正常運(yùn)行中，汽溫在系統(tǒng)運(yùn)行中受機(jī)組負(fù)荷、水煤比、給水溫度、風(fēng)量及燃燒情況等因素的影響而變化，常表現(xiàn)為過熱及再熱階段汽溫在正常溫度范圍內(nèi)的的偏離，甚至大幅度的波動(dòng)，對(duì)超臨界直流爐的設(shè)備安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有較大的影響，同時(shí)影響汽輪機(jī)的使用壽命。汽溫超高易降低金屬設(shè)備強(qiáng)度;超低易增加汽輪機(jī)的汽耗，降低系統(tǒng)效率，同時(shí)易使汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽適度加大，導(dǎo)致出現(xiàn)水蝕和水擊，威脅系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn);大幅度波動(dòng)易導(dǎo)致汽輪機(jī)劇烈振動(dòng)，熱膨脹不均，影響汽輪機(jī)運(yùn)行。

2 超臨界直流爐汽溫特性

由于超臨界直流爐取消了自然循環(huán)鍋爐的汽包，在給水進(jìn)入鍋爐后，水的受熱、蒸發(fā)和水蒸氣的過熱，分別在省煤器、蒸發(fā)受熱面、過熱器間連續(xù)進(jìn)行的，因此在各受熱面之間沒有固定的分界線。

（1）靜態(tài)特性。在其它條件穩(wěn)定時(shí)，直流鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，在鍋爐燃料發(fā)熱量、鍋爐熱效率、給水焓不變的條件下，保持適當(dāng)?shù)乃罕?，主汽溫可保持穩(wěn)定處于長期相對(duì)靜態(tài)。

（2）動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，汽溫受到給煤量、給水量、給水焓等各方面因素影響，在實(shí)際運(yùn)行中，超臨界直流爐的運(yùn)行是個(gè)動(dòng)態(tài)的修正過程，正常運(yùn)轉(zhuǎn)只是絕對(duì)動(dòng)態(tài)中的相對(duì)靜態(tài)。

3 影響鍋爐汽溫調(diào)節(jié)的主要因素

影響超臨界直流爐汽溫變化的因素有許多，主要有水煤比和給水溫度;受熱面清潔情況、過量空氣系數(shù);火焰中心高度等。

（1）水煤比和給水溫度。由于超臨界直流爐在使用時(shí)，去掉了汽包設(shè)備，不能夠通過汽包對(duì)汽溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，只能通過給煤量和給水量來控制主汽溫在穩(wěn)定范圍內(nèi)進(jìn)行粗調(diào)。

控制水煤比的最基本就是通過控制給煤量和給水量。在給水溫度不變的情況下，當(dāng)增加供煤量或減少給水量時(shí)，導(dǎo)致水煤比減小，導(dǎo)致熱水段長度和蒸發(fā)段長度縮短，過熱段長度延長，進(jìn)而導(dǎo)致汽溫的升高;當(dāng)增加給水量或減少供煤量時(shí)，導(dǎo)致水煤比增大，導(dǎo)致熱水段和蒸發(fā)段延長，過熱減少，進(jìn)而導(dǎo)致汽溫的降低。

當(dāng)降低給水溫度時(shí)，將延長加熱段，縮短過熱段，導(dǎo)致主汽溫降低;當(dāng)提高給水溫度時(shí)，將減少熱水段和蒸發(fā)段長度，延長過熱段，導(dǎo)致主汽溫升高。

（2）受熱面清潔情況。當(dāng)直流爐正常運(yùn)行，煤、水正常穩(wěn)定供應(yīng)時(shí)，由于高溫導(dǎo)致爐膛內(nèi)出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，玷污受熱面，增大熱阻，降低鍋爐傳熱效率，最終導(dǎo)排煙熱量流失增大，主汽溫、再熱汽溫的降低。當(dāng)再熱器出現(xiàn)積灰時(shí)，同樣導(dǎo)致熱阻增加，傳熱減少，最終導(dǎo)致汽溫的降低。

（3）過量空氣系數(shù)。由于直流爐在運(yùn)行中，爐膛出口溫度不變，當(dāng)過量空氣系數(shù)增加時(shí)，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)空氣流量增加，空氣攜帶的熱總量增加，引起爐內(nèi)總熱量減少，溫度下降，致使主汽溫降低。當(dāng)過量空氣系數(shù)減少時(shí)，作用相反，導(dǎo)致主氣溫升高。

隨著過量空氣系數(shù)的改變，不同的再熱器效果也不同。當(dāng)采用輻射式再熱器時(shí)，由于輻射作用有限，其熱量變化不大。當(dāng)采用對(duì)流式再熱器時(shí)，由于對(duì)流效果與空氣系數(shù)成正比，但總體汽溫變化數(shù)值與主汽溫變化數(shù)值差距較大，可以忽略。

（4）火焰中心高度。由于直流爐主要加熱過程為過熱過程，因此過熱效果尤其重要。根據(jù)能量守恒，過熱加熱能與爐膛散失能之和為全部物料產(chǎn)生能量。而影響散失能的最直接因素即排煙溫度。其他條件固定時(shí)，當(dāng)火焰中心高度偏高時(shí)，導(dǎo)致散失能增加，加熱能減少，最終導(dǎo)致主汽溫的降低。引入中間點(diǎn)溫度控制后，由于中間點(diǎn)溫度降低，為恢復(fù)中間點(diǎn)溫度，導(dǎo)致系統(tǒng)減小水煤比，導(dǎo)致爐內(nèi)溫度繼續(xù)升高，主溫度得到恢復(fù)，但再熱器由于煙氣溫度的提高而提高，最終導(dǎo)致過熱溫度的提高。相反，當(dāng)火焰中心高度偏低時(shí)，同樣由于中間點(diǎn)溫度的作用，最終導(dǎo)致汽溫的降低。

4 汽溫控制策略

（1）以控制水煤比作為粗調(diào)手段，以噴水降溫作為細(xì)調(diào)手段。在超臨界直流爐運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，調(diào)整汽溫的第一個(gè)環(huán)節(jié)，就是通過控制給水量和給煤量的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)的。通過控制水煤比來對(duì)主汽溫進(jìn)行粗調(diào)。實(shí)際操作過程中，通過中間點(diǎn)溫度來確定水煤比，當(dāng)出現(xiàn)汽溫過高或過低，通過調(diào)整中間點(diǎn)溫度，來改變水煤比。通常手段有兩種，一是在保證給水量不變的情況下調(diào)整供煤量，一是在保證供煤量不變的情況下調(diào)整給水量。由于煤量控制不夠精確，通常采區(qū)改變供水的方法來實(shí)現(xiàn)粗調(diào)。

當(dāng)出現(xiàn)主汽溫超溫時(shí)，利用水蒸發(fā)吸熱的物理性質(zhì)，通過使用一級(jí)和二級(jí)減溫水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽溫的細(xì)調(diào);同時(shí)通過一級(jí)減溫水系統(tǒng)中設(shè)定過熱度保護(hù)，控制一級(jí)減溫水流量，從而保證過熱設(shè)備的安全。

（2）通過調(diào)整參數(shù)控制結(jié)焦，加強(qiáng)吹灰控制覆塵。通過采取調(diào)整合理的煤粉細(xì)度，控制煤粉燃燒情況，提升燃煤速度，及時(shí)的控制壁溫，控制爐膛內(nèi)發(fā)生局部溫度過高，發(fā)生結(jié)焦;通過加強(qiáng)設(shè)備的吹灰清潔工作，控制設(shè)備覆塵現(xiàn)象。

（3）使用煙氣擋板控制調(diào)節(jié)過熱汽溫。通過利用再熱煙道和過熱煙道的煙氣分配擋板來控制汽溫。再熱汽溫降低時(shí)，調(diào)大再熱煙氣擋板開度，調(diào)小過熱煙氣擋板開度，導(dǎo)致再熱對(duì)流面上的煙氣流量增加，促使再熱汽溫升高;當(dāng)再熱汽溫超高時(shí)，調(diào)小再熱煙氣擋板，調(diào)大過熱煙氣擋板，導(dǎo)致再熱對(duì)流面上的煙氣流量減小，從而降低再熱汽溫溫度。

（4）建立CCS控制系統(tǒng)。通過建立CCS，協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)，完成子系統(tǒng)間統(tǒng)一管理。當(dāng)感應(yīng)端接收到汽溫異常信息時(shí)，系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行及時(shí)的綜合分析、并正確判斷，做出正確的動(dòng)作，達(dá)到有效的控制和消除汽溫異常，實(shí)現(xiàn)智能化控制。

5 結(jié)語

超臨界直流爐汽溫的調(diào)節(jié)是一個(gè)復(fù)雜的過程，是一個(gè)綜合的過程，單方面的處理，不能滿足未來全方位的發(fā)展，我們?nèi)孕枰诓粩嗟膶?shí)踐和摸索，才能推動(dòng)超臨界直流爐的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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