超臨界直流爐汽溫控制策略分析

曹海星++楊瑞

摘 要：隨著我國的快速發展，超臨界直流爐技術也在逐漸推廣開來，超臨界直流爐技術是一種高轉化率和低排放率的技術，但在目前，此技術還存在著許多問題。為了將超臨直流爐技術的缺點最大程度摒棄掉，該文章將針對超臨界直流爐技術進行一些分析。

關鍵詞：超臨界 直流爐 汽溫控制 分析

中圖分類號：TK229.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（b）-0028-02

超臨界直流爐技術的高轉化率和低排放率是人們津津樂道的話題，然而，隨著超臨界直流爐技術的快速發展，其中存在的問題也逐漸顯現。為了將超臨界直流爐技術的缺點最大程度摒棄掉，該文章做出了以下研究和分析。

1 超臨界直流爐技術汽溫控制的必要性及特征

超臨界直流爐技術的汽溫是受水煤比、機組負荷、風量和燃燒情況等因素影響。汽溫過熱以及大幅度偏離等因素，會導致超臨界直流爐技術汽溫在經濟和設備安全等方面都受到影響。超臨界直流爐技術汽溫如果超高會降低金屬設備的強度，超臨界直流爐技術氣溫較低又會導致汽輪機的損耗加強，同時，系統的熱效率會降低。

超臨界直流爐技術突破了傳統的自然循環鍋爐的汽包，在水進入到鍋爐后，因為各種因素的影響，導致各受熱面之間分界線不固定。一般來說，超臨界直流爐技術汽溫的特征有兩個：一是，動態特征。機器在運行的過程中，汽溫會受到給水量、給煤量等因素的影響，超臨界直流爐技術會在運行過程中呈絕對動態的相對靜態。二是，靜態特征。在鍋爐爐膛內的煙溫發熱量以及鍋爐熱效率等因素都相對穩定的情況下，而低壓負荷性能降低，這將會導致汽溫長期處于靜態形式。

2 影響直流爐汽溫調節的原因

直流爐在運行過程中產生主蒸汽流量負荷，因此，會導致主蒸汽的溫度產生變化。主要是因為煙度和蒸汽等因素產生的，蒸汽因素有流量、控制系統和供水溫度。而由煙氣產生的因素有受熱面污染、煙氣量等。在機組運行過程中，觀察發現，影響直流爐溫度的主要因素是材料燃燒量的總風量和直流爐的主蒸汽流量負荷。另外，影響汽溫波動的因素也有兩個：一是，外部因素的機組低壓負荷導致的。二是，由于內部因素的投退油槍、爐膛熄滅、啟停、煤質變化以及高加投退等導致的。

影響直流爐汽溫調節的原因有許多，但主要的是給水量、給煤比、加大空氣系數以及火焰中心高度等。

2.1 給水量和給煤比

一般情況下，直流爐汽溫調節不能夠通過汽包設備來完成，只能采用給煤比和給水量在一定范圍內進行控制。在設備運行過程中，控制一定的給水量和給煤量，在水溫度不變的情況下，增加給煤量或者是減少給水量，將在一定程度上使得水煤比減小。在此基礎上，也會導致熱水和蒸發段長度的增長，同時會導致鍋爐內的溫度升高。但是，在增加給水量或者減少給煤量的情況下，水煤比增加，也因此會使得熱水和蒸發段長度減少，進而導致汽溫的降低。

2.2 加大空氣系數

當直流爐在運行時，爐膛內的溫度升高，空氣系數減少時，會使得空氣流量在單位時間內減少，空氣中心的熱量也會減少，導致爐膛內的總熱量增加，汽溫總體上升。當空氣系數的作用相反時，會導致主汽溫降低。

當過量空氣在改變時，會導致不同再熱器的效果不同。使用對流式再熱器時，雖然空氣系數和對流效果是相等的，但是主汽溫值和總體汽溫值的數值變化不大，從而可以忽視掉。而使用輻射式再熱器時，它的輻射范圍受限，所以導致熱量的變化不大。

2.3 火焰中心高度

直流爐的加熱過程是過熱過程，因此，在過熱過程中，過熱效果至關重要。在其他因素相對的情況下，火焰中心的高度較高時，會使散發能力提升，加熱能減少，便會導致汽溫降低。將中間點調節之后，中間點的溫度會下降，為了將中間點的溫度恢復到正常范圍，就必須減小系統中的水煤比，以此來恢復系統中的主汽溫溫度。

3 超臨界直流爐的溫度控制難點

在設備運行過程中，直流爐內的溫度要控制在5 ℃范圍內，如果超過了5 ℃，就會使直流爐內的溫度不穩定，一旦溫度產生變化，將會導致機組的運行效率降低。如果直流爐的溫度使得各級受熱面超溫，那將導致運行材料爆炸，這將給生產過程帶來極大安全隱患。

影響直流爐溫度控制難度加大的因素具體表現為：一是主蒸汽溫度的調節，是通過給水量的增加或者減少來控制的，在此過程中，需要花費的周期較長。特別是對于長管道、大容量和增加了參數的機組而言，蒸汽的各級受熱面溫度升高，導致了溫度調節進程產生滯后，從而使得溫度的控制難度加大。

二是直流爐的溫度控制不穩定，隨鍋爐的蒸汽流量的減少而減少，增加而增加。傳統的控制設備無法控制整個直流爐的蒸汽負荷量，如果鍋爐內的負荷溫度相對較低，那么蒸汽的溫度無法達到額定溫度，這也是溫度控制的難點之一。

三是過熱器在正常的工作范圍內時，在靠近鋼材料的邊緣處對最高溫度的調節性過小，導致了溫度在變化時無法通過相應的策略對溫度進行調整，因此，主蒸汽的溫度無法得到有效控制，這樣會使得過熱器的鋼材受到影響。

4 直流爐汽溫控制策略

4.1 直流爐的溫度控制裝置減溫

直流爐的溫度調節裝置由兩部分組成，水煤比和水溫調節。將水煤比作為首要的調節方式進行研究，發現它的運作過程是用水煤比作為調節汽溫、用噴水減溫作為調節手段、用汽水分割器出口的公共質量溫度作為導前信號等方式進行的。在這個運行過程中，水煤比調試是超臨界直流爐汽溫的主要調節設備，只有水煤比控制在一定額定值內，才能將直流爐內的汽溫控制在規定值內。噴水減溫是降低過熱溫度最好、最快的方式，使用科學的方式安裝超臨界直流機組調溫裝置時，安裝既方便又快捷。

4.2 溫度串級控制設備

串級控制設備在控制受熱面積和長管道加熱方面是最主要的控制方式，它也是火電廠最為重要的溫度調節方式。在串級控制設備當中，因為噴水降溫系統的加熱管道太長，所以導致了減溫之后的溫度要在一段時間后才能穿過鍋爐的出口，因此，使得主蒸汽的溫度產生了變化。串級控制設備和導前微分相結合，能增強主回路和設備之間的信號，以此保障各個裝置之間的溫度保持恒溫。

4.3 過熱器溫度的變量控制

超臨界直流爐機組在運行時，遇到蒸汽低壓負荷，這一因素將影響溫度的控制失調。在直流爐運行過程中，主蒸汽流量低壓負荷性能產生變化時，導致了過熱器運行時間加長，使得過熱器上的各個溫度節點在溫度產生變化之前就發生了變化。如果控制系統不能在發生變化前控制各個溫度點的變化，那么對于主蒸汽的溫度也不能進行調節。為了能夠調節主蒸汽的溫度，可以采用過熱器中的動態數學模式對各個溫度點進行計算和測量，估算出溫度點的變化量，依據變化量的數據對主蒸汽的溫度進行適當調節。這一調節的過程能夠有效增加一、二級噴水減溫的啟動時間，以防主蒸汽的溫度變化過大，導致主蒸汽的控制裝置滯后。汽溫的調節方式由許多因素組成，包括水煤比、入口蒸汽溫度過熱、中間點的溫度和溫差以及內外干擾等綜合因素組成。

5 結語

超臨界直流爐的運行調節過程相當復雜，它的調節需要通過多方面的因素來完成，如果只靠單一的調節方式，對于超臨界直流爐的發展是不利的。為了超臨界直流爐能更好發展，我國還在不斷努力研究當中，相信以后的直流爐技術會越來越好、越來越完善。

參考文獻

[1] 吳吉.600 MW超臨界直流爐協調控制系統應用[D].華北電力大學，2015.

[2] 王丕洲.基于Backstepping算法的超臨界機組煤水比非線性控制研究[D].華北電力大學，2014.

[3] 張鐵松.火電廠超臨界直流爐的主汽溫度控制策略分析[J].硅谷，2015（2）：232，236.