超临界机组主汽温控制

1、超临界机组主汽温控制超临界机组过热汽温的调节1.1、过热汽温的粗调（即煤水比的调节）对于直流锅炉，控制主蒸汽温度的关键在于控制锅炉的煤水比，而煤水比合适与否则需要通过中间点温度来鉴定。在直流锅炉运行中，为了维持锅炉过热蒸汽温度的稳定，通常在过热区段中取一温度测点，将它固定在相应的数值上，这就是通常所谓的中间点温度。实际上把中间点至过热汽出口之间的过热区段固定，相当于汽包炉固定过热器区段情况类似。在过热汽温调节中，中间点温度实际是与锅炉负荷有关，中间点温度与锅炉负荷存在一定的函数关系，那么锅炉的煤水比B/G按中间点温度来调整，中间点至过热器出口区段的过热汽温变化主要依靠喷水减温调节。对于直流锅炉

2、，其喷水减温只是一个暂时措施，要保持稳定汽温的关键是要保持固定的煤水比。其原因是：从图1可以看出直流炉G=D，如果过热区段有喷水量d，那么直流炉进口水量为(G-d)。如果燃料量B增加、热负荷增加，而给水量G未变，这样过热汽温就要升高，喷水量d必然增加，使进口水量(G-d)的数值就要减少，这样变化又会使过热汽温上升。因此喷水量变化只是维持过热汽温的暂时稳定（或暂时维持过热汽温为额定值），但最终使其过热汽温稳定，主要还是通过煤水比的调节来实现的。而中间点的状态一般要求在各种工况下为微过热蒸汽。图1 超临界压力锅炉工作示意图超临界压力直流锅炉中间点温度选择为内置式分离器的出口温度，以该点作为中间点有

3、以下几方面的好处：(1) 能快速反应出燃料量的变化。当燃料量增加时，水冷壁最先吸收燃烧释放出的辐射热，分离器出口温度的变化比依靠吸收对流热量的过热器快得多。(2) 中间点选在两极减温器之前，基本上不受减温水流量变化的影响，即使发生减温水量大幅度变化，按锅炉给水量=给水泵入口流量-减温水量，中间点温度送出的调节信号仍保证正确的调节方向。(3) 当锅炉负荷大于37%MCR时,分离器呈干态，分离器出口处于过热状态，这样在分离器干态运行的整个负荷范围内，中间点具有一定的过热度，而且该点靠近开始过热的点。从直流锅炉汽温控制的动态特性可知：过热汽温控制点离开工质开始过热点越近，汽温控制时滞越小，即汽温控制

4、的反应明显。根据中间点温度可以控制燃料给水之间的比例。在运行中，当负荷变化时，如煤水比维持或控制得不准确，中间点温度就会偏离设定值。中间点温度的偏差信号指示运行人员或计算机及时调节煤水比，消除中间点温度的偏差。如能控制好中间点温度（相当于固定过热器区段），就能较方便地控制其后各点的汽温值。但需要强调的是，中间点温度的设定值与锅炉特性和负荷有关，如变压运行，饱和温度随压力下降而降低，中间点温度也随之下降（保证有一定的过热度），而不是一个固定值。超临界压力直流锅炉是以锅炉给煤量与总燃料量为基础的函数作为基本的需求信号，再加上燃烧器摆角修正、分离器出口温度修正、分离器出口温度微分信号就产生了给水需求

5、信号。在机组启动状态中，或机组自动启停系统(UAM)在自动方式下，则给水需求信号由自动启停系统发生，其原理如图2所示。图2 给水需求信号原理图分离器出口温度修正，即为中间点温度修正，其作用就是修正煤水比，其修正原理是：对给定的锅炉负荷，其允许的喷水量与分离器出口温度有一定关系。或者说，当喷水量与给水量的比例增加时，说明煤与水的比例中煤多一些，而煤量一多，反应最快的是分离器出口温度。正常的分离器出口温度与分离器压力有一定的函数关系，喷水量与给水量的比例又是锅炉负荷的函数。分离器出口温度修正原理与图3所示。图3分离器出口温度修正原理1.2、过热汽温的细调考虑到实际运行中锅炉负荷的变化，给水温度、燃

6、料品质、炉膛过量空气系数以及受热面结渣等因素的变化，对过热汽温变化均有影响，因此在实际运行中要保证比值B/G的精确值也是不容易的。特别是燃煤锅炉，控制燃料量是比较粗糙的，这就迫使除了采用B/G作为粗调的调节手段外，还必须采用在蒸汽管道设置喷水减温器作为细调的调节手段。超临界锅炉的过热汽温调节方法一般采用水煤比进行粗调，二级喷水减温进行细调。其中第一级喷水减温器装置在前屏过热器与后屏过热器之间，消除前屏过热器中产生偏差；第二级喷水减温器装置在后屏过热器与高温过热器之间，维持过热器出口汽温在额定值。超临界机组屏式过热器汽温调节以屏式过热器入口汽温与锅炉负荷作为基本调节回路，再加上修正信号，通过改变

7、喷水调节器（一级喷水减温）的开度来调节汽温。图4为屏式过热器汽温调节的基本回路。在机组自启停装置（UAM）投自动时，喷水调节阀开度决定于UAM指令。当UAM指令不在自动时则由锅炉负荷的函数得到屏式过热器入口汽温的设定值。当燃烧器倾角变化、屏式过热器入口汽温变化或其它运行工况变化时，则在该入口汽温的设定值上再加上修正信号，实际的屏式过热器入口汽温与设定值的偏差决定喷水减温器的开度。这一屏式过热器汽温调节的修正信号综合了煤水比修正与屏式过热器出口汽温偏差的修正，其中屏式过热器出口汽温的设定值由锅炉负荷函数与高温过热器的喷水函数的差值得到。这样设计的目的是当高温过热器的喷水量大于或小于一定范围后，通

8、过改变屏式过热器的出口汽温，以使高温过热器的喷水量恢复到前述范围内，保证高温过热器有一定的可调范围。而煤水比修正信号是通过前馈方式送到过热器入口汽温设定值修正回路，如图5所示。图4 屏式过热器汽温调节的基本回路图5 屏式过热器入口汽温设定值修正在屏式过热器汽温调节回路中，屏式过热器汽温有一个切换点，它是由于分离器由湿态到干态的切换影响。在启动过程中，分离器由湿态转向干态运行时，用增加燃料量的方法。当炉内燃料量增加时，炉膛出口烟温也增加，使炉膛内单位公斤燃料的放热量反而减少，就是说对于前、后屏过热器，单位公斤燃料的吸热量反而减少。另外，在湿态转换到干态运行过程中，通过前屏过热器的蒸汽流量是增加的

9、，这样屏式过热器的汽温是随着负荷的增加反而减少（相当于辐射过热器的汽温特性），因此屏式过热器入口（后屏入口）汽温有一个下降的过程。当分离器转入干态运行后，也即锅炉转入直流运行，其汽温变化是随着锅炉负荷（燃料量）的增加而增加的。因此分离器由湿态转入干态运行过程中屏式过热器入口汽温有一个明显切换点。超临界机组高温过热器汽温调节 从控制原理来看，高温（末级）过热器的汽温控制回路与屏式过热器的汽温控制回路基本相同，它也是一个基本回路和一个修正回路所组成。在机组自动启停装置(UAM )投自动时，喷水调节阀开度决定于UAM指令。当UAM指令不在自动时则由锅炉负荷的函数得到基本的高温过热器入口汽温的设定值。

10、同样在其它工况变化时，则在这一基本设定值上再加上修正信号。在高温过热器入口汽温曲线上同样有一个切换点，它也是由于分离器由湿态转换到干态运行的影响。主汽温度控制的修正信号，其原理如图6所示，主汽温度设定值的修正参考了锅炉热应力裕度、汽机热应力裕度与汽机需求温度。其中汽机需求温度是在暖机、初负荷阶段使用。正常后，这一信号用主蒸汽温度设定值代替，见图4-6。主汽温度设定值，高温过热器入口汽温设定值均为锅炉负荷的函数，其曲线见图7。图6主汽温度修正信号图7 高温过热器入口、出口温度与锅炉负荷关系2.超临界机组再热汽温控制2.1再热蒸汽温度调节特点1) 再热蒸汽压力低于过热蒸汽，一般为过热蒸汽的1/41

11、/5。由于蒸汽压力低，再热蒸汽的定压比热较过热蒸汽小，这样在等量的蒸汽和改变相同的吸热量的条件下，再热汽温的变化就比过热汽温变化。因此当工况变化时，再热汽温的变化就比较敏感，且变化幅度也较过热蒸汽为大。反过来在调节再热汽温时，其调节也较灵敏，调节幅度也较过热汽温大。2) 再热器进口蒸汽状况决定于汽轮机高压缸的排汽参数，而高压缸排汽参数随汽轮机的运行方式、负荷大小及工况变化而变化。当汽轮机负荷降低时，再热器入口汽温也相应降低，要维持再热器的额定出口汽温，则其调温幅度大。由于再热汽温调节机构的调节幅度受到限制，则维持再热汽温的负荷范围受到限制。3) 再热汽温调节不宜采用喷水减温方法，否则机组运行经

12、济性下降。再热器置于汽轮机的高压缸与中压缸之间。因此在再热器喷水减温，使喷入的水蒸发加热成中压蒸汽，使汽轮机的中、低压缸的蒸汽流量增加，即增加了中、低压缸的输出功率。如果机组总功率不变，则势必要减少高压缸的功率。由于中压蒸汽做功的热效率低，因而使整个机组的循环热效率降低。从实际计算表明，在再热器中每喷入1% MCR的减温水，将使机组循环热效率降低0.1%0.2%。因此再热汽温调节方法采用烟气侧调节，即采用摆动燃烧器或分隔烟道等方法。但考虑为保护再热器，在事故状态下，使再热器不被过热烧坏，在再热器进口处设置事故喷水减温装置，当再热器进口汽温采用烟气侧调节无法使汽温降低，则要用事故喷水来保护再热器

13、管壁不超温，以保证再热器的安全。4) 采用再热器目的是降低汽轮机末几级叶片的湿度和提高机组的热经济性，在超高压和亚临界压力机组中，再热汽温与过热汽温采用相同的温度。而在超临界压力机组，如果再热汽温采用与过热汽温相同值，则汽轮机末几级叶片的湿度仍比较大，则需要采用较高的再热汽温，以减少其末几级叶片的湿度。石洞口二厂超临界压力的1900t/h的直流锅炉，其再热汽温采用569，管材质采用X8CrNiNb1613.5) 再热蒸汽压力低，再热蒸汽放热系数低于过热蒸汽，在同样蒸汽流量和吸热条件下，再热器管壁温度高于过热器壁温。特别CE技术制造600MW的锅炉机组，再热器采用高温布置，均布置于炉膛出口（折焰

14、角上部），其壁温比较高。超临界压力直流锅炉的再热蒸汽温度要求569，这一方面要求采用材质要满足，另一方面在运行中严格控制再热器的壁温。2.2再热汽温调节再热汽温调节主要采用烟气侧调节，再热器进口设置事故喷水减温器作为事故状态下保护再热器，不使其超温破坏。对于超临界机组锅炉的烟气侧调节再热汽温方法主要是摆动燃烧器角度和分隔烟气档板调节。1) 改变燃烧器喷嘴倾角法改变燃烧器喷嘴倾角就改变了火焰中心的位置和炉膛出口的烟气温度，各受热面的吸热比例也相应变化，因此实现了再热汽温的调节。 燃烧器摆角对再热蒸汽温度的影响由于燃烧器摆角对再热汽温产生显著的影响，故在50%以上负荷时，引入二级再热器出口平均温度

15、与设定值的偏差，作为PI调节器的输入，以便在实际再热蒸汽温度偏离设定值时修正燃烧器摆角位置。从图中可以得出，实际再热蒸汽温度大于568时将摆角向下倾斜，用降低烟温的方法使再热汽温下降；当再热汽温小于568时抬高摆角，提高烟温。图5-1 再热蒸汽温度控制回路图2) 分隔烟气挡板调节法分隔烟气挡板调节就是通过改变流过一、二次蒸汽受热面的烟气分配比例调节再热汽温的。3) 喷水减温法再热器的喷水减温调节系统与主蒸汽喷水减温的汽温调节系统相似。不过一般作为事故情况的调节手段。5.3外高桥电厂再热汽温控制系统分析该炉型再热器采用二级布置，均位于锅炉烟道对流区域。受热面呈水平状，其中，一级再热器逆流布置，二

16、级再热器顺流布置。再热蒸汽温度控制采用燃烧器喷嘴摆动调节和喷水调节相结合的方法。燃烧器喷嘴摆动调节范围为±30，喷水调节采用二级6路，即一级再热器前2路喷水减温器。二级再热器前4路喷水减温器。喷水源来自于给泵抽头，喷水压力为160.4bar。再热蒸汽温度控制策略如图5-1所示。减温器1.1和1.2用于一级再热器前2路冷再事故喷水，减温器2.1、2.2、2.3和2.4用于二级再热器前4路再热蒸汽超温喷水。图中虚框1为第1路冷再喷水控制示意图，虚框2为第1路再热喷水控制示意图，虚框3为燃烧器摆角控制示意图。锅炉再热蒸汽温度调节采用改变燃烧器的摆角和调节减温器喷水量相结合的方法来进行。由于

17、两级再热器均布置在烟气对流区域，燃烧器摆角的位置对再热蒸汽温度产生很大的影响，所以改变燃烧器摆角作为再热蒸汽温度调节主要手段，二级再热器前4路喷水减温器作为启动或变工况运行时的辅助调温手段，一级再热器前2路喷水减温器作为事故喷水。5.3.1燃烧器的摆角控制5.3.1.1负荷对燃烧器摆角的影响在虚框1中，稳态时燃烧器摆角位置主要由燃烧率决定，燃烧率经过函数f1(x)计算后作为燃烧器摆角位置的设定值，一定的燃烧率对应一定的摆角位置，根据ALSTOM提供的数据，50%负荷以下为10°，70%负荷时为1°，90%负荷时为2°，100%负荷时为0°(即水平位置)。

18、f2(x)为燃烧率的一阶微分(其中系数Kp取负值)，作为负荷大于50%时燃烧率变化时燃烧器摆角位置指令的前馈信号。由于f2(x)函数中乘了一个负的系数，故在升负荷时f2(x)为负数；而负荷越高，经过f1(x)计算后燃烧器摆角的位置越低，如果再加上负的前馈信号f2(x)，燃烧器摆角的位置更加低，这样，抵消了由于燃烧率的增加引起的烟气温度的上升，可以防止负荷增加瞬间再热蒸汽超温。反之，在减负荷瞬间可以防止再热蒸汽降温。一阶微分函数f2(x)中的时间T是一个与负荷有关的函数，负荷越高，时间T越小。稳态时由于给水跟随燃烧率作了相应变化，过热汽温和再热汽温均趋于稳定，f2(x)为0，不再起前馈作用。5.

19、3.1.25.3.1.3抵消热偏差的方法虚框1中有一个比较特殊的功能，即对再热汽温热偏差的控制。如图5-1所示，当再热蒸汽左右侧温度偏差的绝对值T1/3-T2/4（热偏差)大于10K时，PI调节器输出正值，抬高燃烧器摆角，将左右侧再热蒸汽温度都提高，依靠喷水调节使温度较高的一侧多喷点水(使再热汽温维持在573附近)，温度较低的一侧少喷点水甚至不喷水，将两侧热偏差缩小至限值10K以内。但如果此时引起热偏差的原因未消除，摆角仍将保持较高的位置，仅仅依靠增加温度较高侧的喷水量来抵消热偏差。只有当热偏差原因消除后，温度稍高的一侧由于热量的减少和喷水量的减少互相抵消，仍将维持在再热蒸汽喷水设定值573附

20、近；而汽温稍低的一侧由于热量的增加而使再热汽温上升，提高了再热蒸汽两侧的平均温度，使PI调节器的入口偏差出现负值，从而使再热器摆角向下倾斜回复至原位置。再热汽温喷水控制 (1) 锅炉正常运行时，再热蒸汽温度主要由燃烧器摆角调节。但再热汽温超限时依靠喷水调节。图5-2为产生再热蒸汽喷水温度设定值的详细逻辑。从图5-2可以看出，在汽机接受全部蒸汽且旁路全关时(由于本汽机采用高中压缸联合冲转方式，旁路参与压力调节，故冷态启动时本工况点发生在28%机组负荷以后，极热态启动时发生在33%机组负荷以后)，或在主蒸汽流量大于10%且二级再热器出口联箱应力超限时，再热蒸汽喷水温度设定值受一定的升温率或降温率限

21、制。而在主蒸汽流量10%以下，或在10%28%(或33%)负荷但二级再热器出口联箱应力不超限的工况时，再热蒸汽喷水温度设定值不受升温率或降温率限制，即速率限制器的输出跟踪输入。(2) 再热蒸汽喷水温度设定值由图5-2中标有符号、的信号取小值得到。信号的含义是在汽机接受全部蒸汽且旁路全关(28%或33%负荷)之前设定值选中压缸冲转温度；在汽机接受全部蒸汽且旁路全关之后选再热蒸汽额定温度加5偏置(即573)作为再热蒸汽温度设定值。信号作用是防止4根再热蒸汽管道的最大热偏差超过许可值。信号作用是再热蒸汽温度设定值不允许超过实际温度加5(当主蒸汽温度到达额定温度后为实际温度加40)，这种做法在再热汽温568以下的稳态时，使再热汽温设定值始终大于实际温度5，确保喷水阀全关。而当温度快速上升时，由于设定值须按照一定的升温率“缓慢”变化，短时间内温度设定值小于实际温度，使喷水阀打开进行喷水降温，这样可以阻止再热汽温的快速上升，还可以防止由于汽温变化过快引起再热器出口联箱出现较大的应力。同时也确保了再热蒸