600MW超临界机组过热汽温控制系统研究
文献综述
超临界机组是指蒸汽压力提高到22.1MPa及以上的机组。由于超临界压力下无法维持自然循环，即不能采用汽包锅炉，直流锅炉成为唯一型式。直流锅炉作为一个多输入、多输出的被控对象，其主要输出量为汽温、汽压和蒸汽流量（负荷），其主要的输入量是给水量、燃烧率和汽机调门开度。由于是强制循环且受热区段之间无固定界限，一种输入量的扰动将对各输出量产生作用。与汽包炉相比，有很大的区别，超临界锅炉过热汽温控制系统在机组安全经济运行中起着至关重要的作用。其主要任务是维持过热器出口温度在允许的范围之内，并保护过热器，使其管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点，蒸汽温度过高将会使过热器管壁金属强度下降，以致烧坏过热器的高温段，严重影响安全；过热蒸汽温度偏低，则会降低发电机组能量转换效率。据分析，汽温每降低5℃，热经济性将下降1%；且汽温偏低会使得汽轮机尾部蒸汽湿度增大，甚至使之带水，严重影响汽轮机的安全运行[1]。因此，过热汽温控制是锅炉各项控制任务中较困难的一项。本范文由范文同学网(www.lunwentongxue.com)整理，更多范文，请点文档范文范文查看
1 超临界锅炉的过热汽温特性
过热器系统流程图如图1所示。
图1 过热器系统流程图
超临界锅炉的过热器系统采用辐射+对流型式，以辐射为主。过热汽温调节以燃水比为主，减温水为细调。其过热汽温特性表现为辐射特性，且屏式过热器和位于炉膛出口的高温过热器的吸热起主导作用。
假定随负荷的增加，呈对流特性的过热器系统的吸热量不减反增，则必须增加燃水比，即意味着需要增加燃料量。这显然会导致系统的吸热增加，致使主汽温过高，从而被迫大幅度增加减温水量，导致省煤器和水冷壁中工质流量减少，中间点温度升高，进一步被迫增加减温水量，使锅炉进入恶性循环的运行状态。因此，超临界锅炉过热汽温主要呈辐射特性是必然的，也是合理的[2]。
2 超临界锅炉过热汽温特性的影响因素
2.1 煤水比
锅炉煤水比是影响过热汽温最根本的因素，只要燃料、给水比的值不变，过热汽温就不变。只要保持适当的煤水比，在任何负荷和工况下，直流锅炉都能维持一定的过热汽温。
2.2 给水温度
正常情况下，给水温度一般不会有大的变动；但当高压加热器因故障退出运行时，给水温度就会降低。对于直流锅炉而言，若燃料量不变，由于给水温度降低时，加热段会加长、过热段缩短，因而过热汽温会随之降低，负荷也会降低。
2.3 过量空气系数
过量空气系数的变化直接影响锅炉的排烟损失，影响对流受热面与辐射受热面的吸热比例。过量空气系数增大，锅炉排烟损失增大，工质吸热量减少，过热汽温下降，另外，由于对流吸热的比例增大，即再热器吸热量加大，过热器吸热量减少，汽温下降。若需保持过热汽温不变，则需重新调整煤水比。
2.4 火焰中心位置
火焰中心位置变化造成的影响与过量空气系数变化的影响相似。火焰中心移动，再热器吸热量的变化和锅炉效率的变化将引起过热器吸热量的变化。在燃水比不变的情况下，火焰中心上移类似于过量空气系数增加，过热汽温略有下降；反之，过热汽温略有上升。若要保持过热汽温不变，亦需重新调整煤水比。
2.5 受热面沾污或结渣
在煤水比不变的调节下，炉膛水冷壁结渣时，过热汽温会有所降低；过热器结渣或积灰时，过热汽温下降会较明显。前者情况发生时，调整煤水比即可；后者情况发生时，不可随意调整煤水比，必须在保证水冷壁温度不超限的前提下调整煤水比。
对于直流锅炉，在水冷壁温度不超限的条件下，后四种影响过热汽温因素都可以通过调整煤水比来消除。所以，只要控制、调节好煤水比，在相当大的负荷范围内，直流锅炉的过热汽温可以保持在额定值。这一优点是汽包锅炉无法比拟的。
3 过热汽温对象的动态特性
由热工动力学知识可知，过热汽温对象动态特性是主蒸汽流量、主蒸汽压力以及温度的函数。其中蒸汽流量的变化对对象动态特性的影响最大，压力的变化次之，温度的变化影响最小。直流锅炉正常运行时，过热汽温的变化不会很大。在锅炉升降负荷或启停时，蒸汽流量的变化与压力的变化是耦合的，即流量增大，压力上升；流量减少，压力下降[3]。
4 超临界锅炉过热汽温控制原理与控制策略
4.1 控制原理