锅炉运行调整的任务及蒸汽参数的调节原理

锅炉运行调整的任务及蒸汽参数的调节原理单元制机组是炉一机一电串联构成不可分割的整体，其中任何环节运行状态的变化都将引起其他环节运行状态的改变，因此炉一机一电的运行与调整是相互联系的。在正常运行中各环节的工作有其不同的特点，如锅炉侧重于调整，汽轮机侧重于监视，电气侧重于与单元机组的其他环节以及外界电网的联系。锅炉机组运行的状态决定着整个电厂运行的安全性和经济性，为此，必须认真监视各个重要的运行参数，必要时，对自动调节装置的工作进行及时调整。电站锅炉的产品是过热蒸汽，因此锅炉运行的任务就是要根据用户的要求，提供用户所需的一定压力和温度的过热蒸汽，同时锅炉机组本身还必须做到安全与经济地运行。由于汽轮发电机组的运行状态随时都在随着外界负荷的变化而变化，因而锅炉机组也必然随汽轮发电机组的状态变化相应地进行一系列的调整，使供给锅炉机组的燃料量、空气量、给水量等与外界负荷变化相适应；否则，锅炉的蒸发量和运行参数将难于保证在规定的范围内，严重时将对锅炉机组和电厂的安全与经济产生重大影响，甚至危及设备和人身安全，给国家带来重大损失。即使在外界负荷较稳定的时候，锅炉内部因素的改变，也将引起锅炉运行参数的变化，此时，同样要求锅炉进行必要的调整。由此可见，锅炉机组的运行实际上也是处在不断的调整之中，它的稳定只是维持在一定范围内的相对值。所以，考虑到锅炉运行的安全和经济，就必须随时监视其运行情况，并进行及时的正确的调整。在正常运行过程中，对锅炉进行监视和调整的主要内容有：1）使锅炉参数达到额定值，满足机组负荷要求。2）保持稳定和正常的汽温汽压。3）均衡给煤、给水，维持正常的水煤比。4）保持合格的炉水和蒸汽品质。5）保持良好的燃烧，减少热损失，提高锅炉效率。6）及时调整锅炉运行工况，使机组在安全、经济的最佳工况下运行。第一节直流锅炉蒸汽参数调节的原理直流锅炉的调节任务有很多，如①使蒸发量满足汽轮机的要求；②保持主蒸汽的压力与温度；③保持最佳的风量，使锅炉具有最佳的燃烧效率；④保持一定的炉膛负压；⑤保持汽水流程中某些中间点的温度等。要对直流锅炉进行正确可靠的操作和配用自动调节系统，首先应正确选择调节信号和调节手段。一.主调节信号的选择主调节信号，即是被调参数或被调量。在直流锅炉蒸汽参数调节中被调量为汽压和汽温。但是仅仅把锅炉出口的汽温和汽压作为主调节信号，往往使得调节质量很差，不能稳定地保证它们维持在规定的范围。因此，除了把汽压和汽温作为主信号外，还必须选择一些必要的辅助信号。蒸汽参数调节的主要任务是使燃料输入的热量与蒸汽输出的热量相配合，也即控制燃水比，这通常又可用蒸汽温度间接判断。理想的情况是希望扰动无延迟地反映到调节上，但是由于燃水比与蒸汽温度之间是累积关系，每一工况的扰动要经过一段时间之后才显现出来，即扰动后被调参数蒸汽温度）总有一段延迟时间才开始变化。为了提高调节质量和便于操作人员运行判断，还应选择其他测量值作为主调节信号。直流锅炉主调节信号有：过热器后的烟温、蒸发量、过热器出口压力、各级过热器出口压力。由于电厂燃料的波动很难及时测出燃料在锅炉中放热量的变化，然而调节蒸汽参数时要求能迅速判断燃烧放热量的变化。利用过热器出口的烟温和蒸发量，可以迅速判断出燃料发热量的变化情况。对于一台锅炉来说，过热器出口的烟温和锅炉的蒸发量有关，锅炉负荷升高时，燃料量增加，将引起过热器出口的烟温上升。利用过热器出口的烟温作主调信号的优点在于它的变化延迟很小。但是，蒸发量的变化并不一定是由于燃料量变化所引起的。在汽轮机功率变化时，同样也会引起锅炉蒸发量的暂时增大或减小。因此，要正确判断是燃料扰动引起的还是外界负荷变化引起的，就必须再加入过热器出口压力这一主调信号。由此可见，过热器出口的烟温、锅炉的蒸发量和过热器出口压力三个主调信号，在锅炉带不同负荷时可以用来调整燃料量;当锅炉负荷变动时可以用来调节给水量。对于直流锅炉，给水量和燃料量直接影响蒸汽水管道中工质的温度。反过来根据这些温度就可以正确地控制给水量和燃料量的比例，尤其是在锅炉负荷变动时，它们能校正两者的比例关系。但是，仅仅依靠这些温度来实现正确的调节过程在大多数直流锅炉上还是行不通的。因为蒸汽温度的延迟相当大，只有在过热开始截面的工质温度的延迟在30s之内才有可能。因此，直流锅炉的调节过程必须全面使用上述几个主调节信号。直流锅炉调节的另一个特点是锅炉出口和蒸汽水管路所有中间截面的工质焓值的变化是相互关联的。例如，当给水与燃料的比例发生变化时，引起了汽水分界面的移动，因而首先反映的是蒸发区过热段开始截面处的汽温变化，最后导致过热器出口蒸汽温度的变化。因此，直流锅炉的调节质量不仅在于准确地保持给定的蒸发量及额定的汽压和汽温，同时还应该保持住中间工质的截面温度，这样才能稳定锅炉出口温度。所以，在直流锅炉调节中还必须选择适当的中间点温度作为主调节信号。二.蒸汽参数的调节原理锅炉的运行必须保证汽轮机所需要的蒸汽量以及过热蒸汽压力和温度的稳定，锅炉蒸汽参数的稳定取决于：汽轮机功率与锅炉蒸发量的平衡，以及燃料量与给水量的平衡。第一个平衡可稳住汽压，第二个平衡则能稳定汽温。但是由于直流锅炉的加热、蒸发和过热这三个过程无固定的分界面，使得锅炉的汽压、汽温和蒸发量之间又是相互依赖相互关联的，一个调节手段不仅仅只影响一个被调参数。因此，实际上汽压和汽温这两个被调参数的调节不能分开，它们是一个调节过程的两个方面。除了被调参数的相关性，还在于直流锅炉的蓄热能力小，运行工况一旦被扰动，蒸汽参数的变化很快，很敏感。汽压的调节汽压调整实际上就是保持锅炉出力和汽轮机所需蒸汽量的相等。只要时刻保持这个平衡，过热汽压就能稳定在额定数值上。所以汽压的变化是汽轮机负荷或锅炉出力的变动引起的，汽压的变化反映了这两者之间的不平衡。由于直流锅炉的蒸发量等于进人锅炉的给水量，因而只有当锅炉给水量改变时才会引起锅炉负荷的变化。因此，直流锅炉的出力首先应由给水量来保证，然后相应调整燃料量以保持其他参数稳定。在带基本负荷的直流锅炉上，如采用自动调节，往往还可采用调节汽轮机阀门的方法来稳定汽压。过热蒸汽温度的调节直流锅炉蒸汽温度的调节主要是调整燃料量与给水量。但是在实际运行中，由于锅炉效率、燃料发热量和给水焓（取决于给水温度）等也会发生变化，因此，在实际锅炉运行中要保证燃水比的精确值是非常不容易的。燃煤锅炉还由于给煤量和燃料量会发生波动而引起蒸汽温度的变化。因此，这就迫使直流锅炉除了采用燃水比作为粗调的调节手段外，还必须采用喷水减温的方法作为细调手段。有些锅炉也有采用烟气再循环、烟道挡板和摆动燃烧器角度的方法作为辅助调节手段，但国内常用这些方法来调节再热汽温。在运行中，为维持锅炉出口汽温的稳定，通常在过热区段中间部分取一温度测点，将它固定在相应的数值上，这就是通常所说的中间点温度。我国运行人员总结出一条直流锅炉的操作经验：给水调压，燃料配合给水调温，抓住中间点温度，喷水微调。再热汽温的调节直流锅炉再热汽温的调节不同于过热汽温，不能用燃水比来进行调节。对于中间再热锅炉，再热汽温偏离额定值同样会影响机组运行的经济性和可靠性。再热汽温过低，将使汽轮机汽耗量增加；再热汽温过高，也可能会造成金属材料的损坏。特别是再热汽温的急剧改变，将会导致汽轮机中压缸与转子问的膨胀差发生显著的变化，引起汽轮机的剧烈振动和事故，威胁汽轮机的安全。因此，运行中也要采取必要的调节措施，使再热汽温保持在规定的范围内。某电厂600MW机组超临界直流锅炉的再热汽温调节采用分隔烟道的烟气挡板作为主调节手段。汽温监视与调节中应注意的问题1）运行中要控制好汽温，首先要监视好汽温，并经常根据有关工况的改变分析汽温的变化趋势，尽量使调节工作恰当地做在汽温变化之前。如果等汽温变化以后再采取调节措施，则必然形成较大的汽温波动。应特别注意对过热器中间点汽温的监视，中间点汽温保证了，过热器出口汽温就能稳定。2）虽然现代锅炉一般都装有自动调节装置，但运行人员除应对有关表计加强监视外，还需熟悉有关设备的性能，如过热器和再热器的汽温特性，喷水调节门的阀门开度与喷水量之间的关系，过热器和再热器管壁金属的耐温性能等。以便在必要的情况下由自动切换为远程操作时，仍能维持汽温的稳定并确保设备的安全。3）在进行汽温调节时，操作应平衡均匀。例如对于减温水调节门的操作，不可大开大关，以免引起急剧的温度变化，危害设备的安全。4）由于蒸汽量不均或者受热不均，过热器和再热器总存在热偏差，在并联工作的蛇形管中总可能有少数蛇形管的壁温比平均壁温高，因此运行中不能只满足于平均汽温不超限，而应该在调节上力求做到不使火焰偏斜，避免水冷壁或凝渣管发生局部结渣。注意烟道两侧的烟温变化，加强对过热器和再热器受热面壁温的监视等，以确保设备的安全并使汽温符合规定值。三.直流锅炉蒸汽参数的手动控制直流锅炉的蓄热能力小，工况扰动后被调参数变化往往快而剧烈，因此总觉得手动控制是困难的。但是根据实践经验，如果掌握了它的动态特性，手动控制也是可能的。直流锅炉负荷不变时蒸汽参数的调节对于带固定负荷的直流锅炉，蒸汽参数调节的主要任务是调节汽温，因而在给水量与燃料量比例确定后，操作中应尽量减少燃料量的改变。锅炉运行的表盘上（或控制电脑上）设有过热器后烟气的温度，由于它的数值大小决定于蒸发量，因而过热器后烟气的温度值表示了所必须的燃料量，而这一燃料量是保证蒸汽温度达到给定值。所以运行中可以按过热器后烟气的温度值初步确定出所需要的燃料量，然后再根据过热器区段开始部分截面处的汽温或中间点温度校正燃料量。如燃料量保持越精确，过热器后烟气的温度的变化范围越小。通常带固定负荷时过热器后烟气的温度值可允许变化范围在±（5~7）°C，这时可不进行辅助调节。调节燃料量的主调节信号中，蒸发量和过热器后烟气的温度值的惰性最小，可迅速反映出它与给定值的偏差，因此按这两个信号进行调节可无明显过调而恢复到给定值。但是，如果保持过热器后烟气的温度值而过于细致的调节，往往会导致过调。因此，要十分严格地保证燃料量不变，实际上是难以做到的。为保持燃料量与给水量的比例还需调节给水。当然燃料量越稳定，锅炉给水量的变化越少。此外，燃料量的调节精度还受到燃料种类及其供应系统的限制。因此，为了进一步校正燃料量与给水的比例，可借助于喷水调温。喷水调温的惰性小，可无过调现象。特别是以喷水点后汽温作为调节信号而调节喷水量时，从喷水开始变化到该喷水点汽温开始变化只需要5〜7s，很容易实现细调节。所以，直流锅炉在带不变负荷时，蒸汽参数的调节是借助于喷水调节汽温而尽可能地稳定住燃料量。给水调节只有在喷水量已接近到达它们的限定值时才进行。喷水量不宜过大，因为这意味着喷水点前锅炉的辐射受热面中工质流量的减少，可能使喷水点前温度水平过高。喷水量也不能接近于零，因为这将使工况变动时无法再减少喷水量而失去调节能力。锅炉变负荷时蒸汽参数的调节在锅炉作主动变负荷运行时，调节的任务是在新的出力下确定给水量与燃料量之间必要的比例，以保证锅炉蒸汽参数。在手动控制时，正常的加、减负荷的速度是有限制的，以免调节过程发生振荡。通常每加（减）一次约为10%额定蒸发量，每次间隔5〜7min（必要时可稍快一些）。以10%额定蒸发量均匀变动负荷为例，改变锅炉负荷应先从燃料量的变动开始。由于燃料量所发出的热量的大小，立即反映到过热器后烟温的值，所以可以根据预先在变负荷试验或计算中确定的过热器后烟温的值，来加、减燃料量。然后使给水量变化也在10%额定蒸发量。如在此新工况下，过热器区段开始部分的汽温与规定值有较大偏差，则再对给水量或燃料量进行少量调节。此时，还可用锅炉蒸发量作为信号