超临界机组主汽温控制

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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

2、。对于直流锅炉，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

3、出口温度，以该点作 为中间点有以下几方面的好处：(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

4、始过热点越近，汽温控制时滞越小，即汽温控制的反应明显。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

5、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。总燃料量倾角修正值UAM需求 F(X)喷嘴倾角修正TZUAM投入TTpv省煤器入口流量分离器出口温度前馈分离器出口温度修正YPI给水需求图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

6、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。分离器出口温度修正分离器出口温度C500400380320200919 22分离器压力MPa图3分离器出口温度修正原理12、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

7、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

8、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。锅炉负荷至喷水阀屏过入口汽温F( X )屏过入口汽温负荷喷水量屏过入口汽温修正信号图4屏式过热器汽

9、温调节的基本回路锅炉负荷末级过热器喷水指令图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，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

10、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。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

11、。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。终端过热器出口汽温 修正信号图6主汽温度修正信号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 /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

12、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

13、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

14、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569C，管材质采用X8CrNiNbl613.5）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 C，这一方面要求采用材质要 满足，另一方面在

15、运行中严格控制再热器的壁温。22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

16、得出，实际再热蒸汽温 度大于568 C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 C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

17、嘴摆动调节范围为土 30C, 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

18、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。531燃烧器的摆角控制5311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）。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（

19、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f（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。53125313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

20、蒸汽左右侧温度偏差的绝对值丨T1/3-T2/4丨（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573C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 C附近；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

21、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。532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），或在王蒸汽流量大于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 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

22、 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5C偏置（即573C）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5C （当主蒸汽温度到达额定温度后为实际温度加40C），这种做法在再 热汽温568C以下的稳态时，使再热汽温设定值始终大于实际温度

23、5C，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汽温度的稳定，避免过度振荡。（3）在图5-2中，再热蒸汽升温速率由二级再热器出口联箱应力计算得出，公 式如下：R = KE f（E /E x 100%）（5 i）升温速率2、12丿（51丿充机接受全都憑營踣全关 中崔航冲转温J度再热汽報定温度-頤2 （即5731CHL1 jftAffi偏左许町保ior4踣再热汽管子屮的难低温1号管道再帮痔

24、汽温度哎一崔裁咼温到达鞭定温度540毛输出瓯已点火f 14裁汽流憶A10%恒 未感火一左蒸汽流議A 1曲为!;尤火为0汽机接受全制舷 T 乱旁路全黄邀再热器也1联超限手动方式图5-2再热蒸汽喷水温度设一式中K为可调系数，暂设-0.595； Ei为二级再热器出口联箱中间壁温与内侧壁环再热汽管道哽水温度必疋垃温之差；E2为二级再热器出口联箱升温时的许可壁温温差限值(为负值)，分为极 热态启动、热态启动、稳态启动、冷态启动和负荷运行方式5种状态，其中在负 荷运行时，联箱壁温的温差许可值最小，在极热态启动时次之，冷态启动时联箱 壁温的温差许可值最大，故冷态启动时的升温速率较热态时大；f(E/E2xl0

25、0%) 为E1和E2的函数，曲线如图5-3。从图5-3可以得出，当(E1/E2X1OO%)V95%，即 再热器联箱实际壁温温差小于许可值时，f(E/E2x100%)较大，升温速率也较大。 当再热器联箱实际壁温温差接近或大于许可值时，f(E/E2x100%)变小甚至降至 零，升温速率也迅速减小甚至降至零，阻止再热汽温设定值进一步上升，防止联 箱应力进一步变大，确保设备安全运行。图 5-3 函数 f(E1/E2x100%)升温速率除了受限于再热器联箱应力裕度外！，还与汽机侧部件的应力有关， 两者取最小值，但不允许超过41.5K/min。本再热蒸汽的降温速率与汽机侧部件的应力有关，但不能超过17.5K/min。5.3.3冷再喷水控制冷再喷水控制较为简单(见图5-1中的虚框3)。当再热蒸汽喷水调门2.1或 2.2阀位大于70%时,打开冷再喷水调门，以分担一点喷水量，使二级再热器前的 喷水阀保持一定的调节裕量。但需注意的是,冷再喷水控制必须确保一级再热器 前的蒸汽过热度大于10K以上。