660MW直流鍋爐主蒸汽溫度控制研究

吳南江

摘要：電廠主蒸汽溫度控制非常重要，其直接影響機組的熱效率，是火力發電廠安全平穩運行的重要保障。現以某660 MW直流鍋爐為例，探討了不同工況干擾下的主蒸汽溫度控制特性，為各電廠的安全、高效生產提供保障。

關鍵詞：主蒸汽溫度;熱效率;蒸汽流量擾動;減溫水流量擾動

0 引言

當前火力發電仍是我國主力發電形式，火力發電過程中能量轉換的關鍵在于蒸汽，其通過直接推動汽輪機旋轉進行能量的轉換，雖然工作效率較低，但已經是我國目前能源結構中的最優選擇[1]。近年來，如何提高鍋爐熱效率已經成為研究的主流方向，除了從煤炭的燃燒、節能等角度考慮，精準控制主蒸汽溫度也成了提高鍋爐熱效率的研究熱點之一。主蒸汽溫度的監測與控制是機組安全平穩運行的重要保證，對于提高電廠的生產效率尤為必要。

若主蒸汽溫度監測控制不當，超過其額定工作值，必然會導致過熱器和汽輪機高壓缸等相關熱部件產生較高的熱應力，提高溫度雖然會提高機組的熱效率，但是較高的熱應力會直接損傷熱部件，對機組的安全穩定運行造成極大的破壞，嚴重時還會引發爆炸等安全事故[2]。同樣，若操作失誤等因素導致主蒸汽溫度降低，會降低機組的熱效率，影響機組出力，也會對機組造成傷害，較低的主蒸汽溫度在做工時必然會導致蒸汽中水分的增加，大量水分在汽輪機做工時會使汽輪機的葉片發生汽蝕等現象，極大地縮短汽輪機葉片的使用壽命。因此，必須要對主蒸汽溫度進行嚴格的監測和控制，使其在額定值附近維持某種動態平衡，既能保證其較高的熱效率，又能減少對機組的損害，保證機組的安全、平穩運行。

本文結合某660 MW直流鍋爐的主蒸汽溫度控制系統，探討了主蒸汽溫度控制對象的特性，為保證國內直流鍋爐主蒸汽溫度控制系統的平穩運行提供參考。

1 主蒸汽溫度參數的重要性

主蒸汽溫度參數是電力生產行業重點關注的參數之一，其對于電力生產的經濟性具有重要意義[3]。主蒸汽溫度參數直接影響蒸汽參數，蒸汽參數直接影響汽輪機效率，而汽輪機效率直接影響機組的熱經濟性，因此，對主蒸汽溫度進行精準監測與控制就顯得尤為重要。

2 主蒸汽溫度控制特性

主蒸汽溫度控制是動態變化的，其原因在于影響主蒸汽溫度的因素較多[4]，例如，鍋爐負荷變化、實際生產中煙氣的流速和煙氣溫度變化、鍋爐給水溫度變化、鍋爐爐膛中燃燒工況的劇烈變化等均會對主蒸汽溫度造成嚴重影響，進而影響機組出力以及機組熱部件的使用壽命。因此，主蒸汽溫度在主蒸汽溫度控制系統的監測與控制下，結合各種不同的干擾工況，最終達到某種動態平衡。

2.1? ? 蒸汽流量擾動

鍋爐負荷是不斷變化的。隨著鍋爐負荷的變化，蒸汽的流速也在不斷變化，通過在過熱管路上設置監測點，可以監測到各個節點處的流速變化，同時，也可以計算出過熱器中的對流系數的變化情況，進而計算出整個蒸汽流量的變化情況[5]。蒸汽流量發生變化，蒸汽溫度也隨之變化，最終達到某種動態平衡。因此，蒸汽溫度的階躍響應具有一定的延遲，但是這種延遲比較小。與此同時，蒸汽溫度升高，蒸汽會將大量的熱量帶走，使得蒸汽溫度與煙氣溫度之間的差值減小，煙氣帶走的熱量便會減少，使其擁有一定的自我調節、自我平衡能力。鍋爐負荷變化雖然可以很好地對主蒸汽溫度進行動態平衡調節，但是不能作為控制主蒸汽溫度的手段，因為鍋爐負荷并不是自動變化的，而是隨著機組人員的調整而調整，調整之后的鍋爐負荷更多的是作為一種外部干擾因素，影響著主蒸汽溫度。

2.2? ? 煙氣傳熱量擾動

煙氣富含大量的熱，這些熱量同樣對主蒸汽溫度有著一定影響。考慮到煙氣傳熱量的影響因素比較多，煙氣的流速過高、溫度過高都會導致煙氣散失的熱量更多，進而影響主蒸汽溫度。而煙氣的流速、溫度等因素又受到過剩空氣系數、火焰燃燒工況，甚至是燃燒器角度變化等因素的影響。因此，與蒸汽流量擾動類似，煙氣傳熱量擾動導致的主蒸汽溫度階躍響應依然具有一定的自我平衡能力，有一定延遲，這樣可以保證在煙氣流速、煙氣溫度受到外界因素影響而發生變化時，主蒸汽溫度可以在一個較小的延遲下隨著煙氣傳熱量的變化而變化。與蒸汽流量擾動相比，煙氣傳熱量擾動可以作為一種控制手段對主蒸汽溫度進行調整，可以通過調整煙氣側的各項指標完成對煙氣流速與煙氣溫度的調整，進一步調整主蒸汽溫度。但是，這種方法實現起來太困難，難以控制的因素較多。

2.3? ? 減溫水流量擾動

減溫水流量擾動是目前最為廣泛的一種調節主蒸汽溫度手段，通過控制減溫水的流量可以有效控制主蒸汽溫度變化，常見的減溫器種類眾多，但電廠常采用噴水式減溫器，主蒸汽減溫水系統如圖1所示。與前文所述的蒸汽流量擾動和煙氣傳熱量擾動類似，減溫水流量擾動對于主蒸汽溫度的調控也具有一定的延遲特性和自我平衡特性。與二者不同之處在于，減溫水流量擾動對主蒸汽溫度調控力度較大，當噴水式減溫器的安裝位置距離過熱器的出口較遠時，延遲時間較長;當噴水式減溫器的安裝位置距離過熱器出口較近時，延遲較短。因此，可以通過控制噴水式減溫器的安裝位置來控制減溫水擾動對主蒸汽溫度的控制。一般情況下，大型直流鍋爐都有比較長的過熱器管路，所以減溫器的安裝位置一般較遠，其延遲較大。減溫噴水器雖然對于主蒸汽溫度的控制延遲比較大，但是其結構非常簡單，便于維護檢修，因而得到了電力生產企業的廣泛使用。

3 結語

主蒸汽溫度控制對提高機組效率至關重要，其溫度過高或者過低均不利于機組運行，影響主蒸汽溫度的因素眾多，主要包括蒸汽流量擾動、煙氣傳熱量擾動和減溫水流量擾動3種，這些擾動對于控制主蒸汽溫度均具有一定的延遲性和自平衡性。其中，減溫水流量擾動控制雖然延遲較大，但減溫噴水器結構簡單，被廣泛應用于電力生產行業，可以實現對主蒸汽溫度的精準控制，進而提高機組熱效率。

[參考文獻]

[1] 孫宇貞，李朵朵，張婷，等.信息熵改進免疫遺傳算法在火電廠主蒸汽溫度控制系統中應用[J].熱力發電，2018，47（8）：97-102.

[2] 蔡利軍，朱豫才，呂霞，等.模型預測控制在超超臨界機組AGC協調控制和主汽溫控制中的應用[J].中國電力，2018，51（7）：68-77.

[3] 賀勇，劉備，崔承剛，等.線性自抗擾控制在火電機組主蒸汽溫度控制中的應用仿真[J].山東工業技術，2018（13）：177-179.

[4] 左為恒，祝維靖，劉百成.一種改進的鍋爐主蒸汽溫度多級智能控制系統的應用研究[J].化工自動化及儀表，2017，47（7）：662-666.

[5] 崔青汝，牛海明.1 000 MW二次再熱火電機組主蒸汽溫度控制策略及工程應用[J].中國電力，2017，50（6）：27-31.