锅炉蒸汽温度控制系统 2讲解

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实际运行中，用改变燃烧器的倾角来调节再热汽 温的方法存在一些问题： 1）有较大的延迟性； 2 ）由于锅炉燃用灰熔点较低的煤，燃烧器周围 容易结渣，摆动式燃烧器易卡住而不能正常调节； 3 ）如燃烧器下倾角度过大，会使冷灰斗处温度 上升，结渣加剧；严重时曾造成人孔门烧红，整个冷 灰斗封住，锅炉被迫停用的局面。
锅炉蒸汽温度控制系统
§1 概 述
§2 过热蒸汽温度控制策略
§3 过热蒸汽温度控制系统实例 §4 再热蒸汽温度控制策略 §5 再热蒸汽温度控制系统实例
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§1
概
述
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一、蒸汽温度控制的任务 1. 过热蒸汽温度控制的任务 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 温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至烧坏过热器 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。一般规定大容量高参数火力发电机 +5 o 540 组都要求保持过热蒸汽温在 的范围内。 - 10 C
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三、蒸汽温度控制对象的动态特性 1. 过热蒸汽温度对象的动态特性 主要为蒸汽流量、烟气传热量和减温水扰动。 （１）蒸汽扰动下对象的动态特性 引起蒸汽流量变化的原因有二：一是蒸汽母管的压力 变化，二是汽轮机调节汽门的开度变化。结构形式不同的 过热器，在相同蒸汽流量D的扰动下，汽温变化的静态特 性是不同的。对于对流式过热器的出口温度，随着蒸汽流 量D的增加，通过过热器的烟气量也增加，导致汽温升高； 对于辐射式过热器，蒸汽流量D增加时，炉膛温度升高较 少，炉膛辐射给过热器受热面的热量比蒸汽流量的增加所 需的热量要少，因此辐射式过热器的出口汽温反而下降， 对流式过热器和辐射式过热器的出口汽温对负荷变化的反 应是相反的，其静态特性如下。
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2．再热蒸汽温度控制的任务 随着蒸汽压力的提高，为了提高机组热循环的经济性，
减少汽轮机末级叶片中蒸汽湿度，高参数机组一般采用
中间再热循环。将高压缸出口蒸汽引入锅炉，重新加热 至高温，然后再引入中压缸膨胀做功。一般再热蒸汽温 度随负荷变化较大，当机组负荷降低30%时，再热蒸汽 温度如不加以控制，锅炉再热器出口汽温将降低28~35 ℃(相当于负荷每降低10%时，汽温降低10℃)。所以大 型机组必须对再热汽温进行控制。
（4）用控制炉膛和对流受热面的吹灰次数的辅助手 段来维持再热蒸汽温度。 （5）一般，燃烧器摆动设为遥控，不投自动控制。
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§2 过热蒸汽温度控 制策略
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一、过热蒸汽温度串级控制 在大型锅炉中，过热 器管道较长，结构亦复杂， 为了改善控制品质，一般 采用分段控制，即将整个 过热器分成若干段，每段 设置一个减温器，分别控 制各段的汽温，以维持主 汽温为给定值。
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(3) 炉膛火焰中心 炉膛火焰中心的高度对再热汽温有相当显著的影 响，是调节再热汽温的主要手段。当火焰中心抬高时， 炉膛出口温度上升，以对流受热面为主的再热器其进 口烟温升高，吸热量增加，再热汽温提高；反之，再 热器吸热量减少，再热汽温降低。
(4) 受热面结渣
再热器受热面结渣或积灰，吸热量减少，再热汽 温降低。
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有延迟，有惯性， 有自平衡能力。
图1 蒸汽量变化与对流过热器及辐射过热 器出口汽温变化的静态特性
图2 蒸汽量变化对过热器汽温 的影响
实际生产中，通常把两种过热器结合使用，还增 设屏式过热器，且对流方式下吸收的热量比辐射方式 下吸收的热量要多，因此综合而言，过热器出口汽温 是随流量D的增加而升高的。动态特性如图2所示。
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关于中间点温度：
在运行中，煤水比变化时，中间点温度就会偏 离设定点。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， 以便保持过热汽温的稳定。但需强调的是，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（保证一定的过热度），而不是一个固定值；设 计人员已将其特性绘制成曲线，输入计算机进行自 动控制。
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2. 再热汽温的影响因素 (1) 给水温度
给水温度降低时（如高压加热器出系），若锅炉 出力保持不变，则需要增加燃料，以补充因给水温度 降低而减少的热量；这样，炉膛出口烟气量增加，以 对流受热面为主的再热器吸热量增加，导致再热汽温 升高。
(2) 过剩空气系数
过剩空气系数增加，以对流受热面为主的再热器 吸热量增加，再热汽温升高；反之则降低。
注意：蒸汽流量的扰动不能作为调节信号用。
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（２）烟气量扰动下过热汽温对象的动态特性 引起烟气传热量变化的原因 很多，如给粉机给粉不均匀，煤 中水分的改变，蒸汽受热面结垢， 过剩空气系数改变，汽包给水温 度变化，燃烧火焰中心位置的改 变等。尽管引起烟气传热量变化 的原因很多，但对象特征总的特 点是：有延迟，有惯性，有自平 衡能力。它的特征曲线如图3所 图3 烟气流量变化对过 热汽温的影响 示。 从烟气侧来的扰动量使沿整个长度过热器的传热量 发生变化，汽温变化反应较快，延迟时间有10~20s，可 以用来作为调节量信号。
1. 系统结构
过热蒸汽温度串级控 制的基本结构(最后一级) 如右图所示。
图. 串级控制系统结构图
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原理框图控制系统中起主导作用的被调参 数称为主参数。 副参数(副变量)： 其给定值随主调节器的输出而变化， 能映主信号数值变化的中间参数称为 副参数。这是一个为了提高控制质量 而引起的辅助参数。
炉膛水冷壁结渣，水冷壁吸热量减少，导致炉膛 出口烟温上升，再热器吸热增加，再热汽温提高。
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(5) 过热蒸汽温度和压力 过热蒸汽温度变化会引起高压缸排汽变化。过热汽 温降低，高压缸排汽温度降低；在再热器吸热量不变的 条件下，因再热器进口温度降低，导致再热器出口温度 降低。 过热蒸汽压力的变化也会引起再热汽温的变化。过 热蒸汽压力降低，在过热汽温不变的情况下，过热蒸汽 的焓增大，高压缸排汽温度上升；在再热器吸热量不变 的条件下，因再热器进口温度升高，使再热器出口温度 提高；反之，过热蒸汽压力升高，再热汽温降低。这与 变压运行时，可保持较高再热汽温的原理相同。
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（2）过热汽温的细调 由于锅炉调节中，受到许多因素变化的影响，只靠 煤水比的粗调还不够；另外，还可能出现过热器出口左、 右侧温度偏差。因此，在后屏过热器的入口和高温过热 器（末级过热器）的入口分别布置了一级和二级减温水 （每级左、右各一）。喷水减温器调温惰性小、反应快， 开始喷水到喷水点后汽温开始变化只需几秒钟，可以实 现精确的细调。所以，在整个锅炉负荷范围内，要用一、 二级喷水减温来消除煤水比调节（粗调）所存在的偏差， 以达到精确控制过热汽温的目的。必须注意的是，要严 格控制减温水总量，尽可能少用，以保证有足够的水量 冷却水冷壁；投用时，尽可能多投一级减温水，少投二 级减温水，以保护屏式过热器。
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2．再热汽温的调节 再热汽温的调节采用上、下摆动燃烧器的方法。事 故喷水减温器作为事故情况下保护再热器，也可作为备 用减温器。再热汽温调节时若用减温水降温，这部分水 直接成为中压蒸汽，没有经过高压缸做功，降低了机组 循环热效率，一般不宜采用。
摆动燃烧器调节温度的主要原理是：利用燃烧器的 摆动，改变炉膛火焰中心的高度，使炉膛出口烟温产生 变化，改变辐射受热面和对流受热面的吸热比例，从而 达到调节再热汽温的目的。
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二、影响汽温的主要因素 1. 过热汽温的主要影响因素 (1) 燃料、给水比（煤水比） 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) 给水温度
正常情况下，给水温度一般不会有大的变动；但当 高压加热器因故障出系时，给水温度就会降低。对于直 流锅炉，若燃料不变，由于给水温度降低，加热段加长、 过热段缩短，过热汽温会随之降低，负荷也会降低。
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（3）过热汽温系统分析 图（b)，保持燃水比的 汽温粗调系统采用以微 过热汽温作为校正信号 的串级比值调节系统。 采用响应较快的微过热 汽温作为燃水比控制是 否正确的检查信号。
直流锅炉调节的特点主要反映在燃料量与给水流量的 调节上。其它对于燃烧经济性、炉膛负压及再热汽温等 的调节，则与汽包锅炉设有原则性的差别。
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(5) 受热面结渣
煤水比不变的调节下：炉膛水冷壁结渣时，过热 汽温有所降低；过热器结渣或积灰时，过热汽温下降 明显。前者发生时，调整煤水比就可；后者发生时， 不可随便调整煤水比，必须在保证水冷壁温度不超限 的前提下调整煤水比。
结论：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保持在额定值，这个 优点是汽包锅炉无法比拟的；但煤水比的调整，只有自 动控制才能可靠完成。
对于直流锅炉来说，燃烧器摆动调节再热汽温效果 较明显，并且对过热汽温的影响不大。
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锅炉的再热器受热面为全对流型，随着锅炉负 荷的降低，再热汽温也会降低，也就是说负荷变化 对再热汽温的影响较大，只有在 50 ％～ 100 ％负荷 内，变压运行的条件下维持其额定汽温 569 ℃，在 50％负荷以下时不能达到额定值。 设计的燃烧器摆角范围为±30º ，投入自动控制。
图4 减温水量变化对过热汽 温的影响
特点： 有延迟，有惯性和有自平衡能力，延迟时间约 为30~60s。减温水量是常用的调节量。
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2．再热蒸汽温度控制对象的动态特性 再热蒸汽温度控制对象的动态特性依控制方式的 不同动态特性也不同。 图5是再热汽温动态特性。 当烟气挡板从0％~ 100％ 变化时，再热汽温变化 58℃，滞后时间80s；其 传递函数可用四阶惯性环 节的传递函数表示：