吳南江

摘要：電廠主蒸汽溫度控制非常重要，其直接影響機(jī)組的熱效率，是火力發(fā)電廠安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障?，F(xiàn)以某660 MW直流鍋爐為例，探討了不同工況干擾下的主蒸汽溫度控制特性，為各電廠的安全、高效生產(chǎn)提供保障。

關(guān)鍵詞：主蒸汽溫度;熱效率;蒸汽流量擾動(dòng);減溫水流量擾動(dòng)

0 引言

當(dāng)前火力發(fā)電仍是我國(guó)主力發(fā)電形式，火力發(fā)電過程中能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于蒸汽，其通過直接推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，雖然工作效率較低，但已經(jīng)是我國(guó)目前能源結(jié)構(gòu)中的最優(yōu)選擇[1]。近年來，如何提高鍋爐熱效率已經(jīng)成為研究的主流方向，除了從煤炭的燃燒、節(jié)能等角度考慮，精準(zhǔn)控制主蒸汽溫度也成了提高鍋爐熱效率的研究熱點(diǎn)之一。主蒸汽溫度的監(jiān)測(cè)與控制是機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要保證，對(duì)于提高電廠的生產(chǎn)效率尤為必要。

若主蒸汽溫度監(jiān)測(cè)控制不當(dāng)，超過其額定工作值，必然會(huì)導(dǎo)致過熱器和汽輪機(jī)高壓缸等相關(guān)熱部件產(chǎn)生較高的熱應(yīng)力，提高溫度雖然會(huì)提高機(jī)組的熱效率，但是較高的熱應(yīng)力會(huì)直接損傷熱部件，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成極大的破壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)爆炸等安全事故[2]。同樣，若操作失誤等因素導(dǎo)致主蒸汽溫度降低，會(huì)降低機(jī)組的熱效率，影響機(jī)組出力，也會(huì)對(duì)機(jī)組造成傷害，較低的主蒸汽溫度在做工時(shí)必然會(huì)導(dǎo)致蒸汽中水分的增加，大量水分在汽輪機(jī)做工時(shí)會(huì)使汽輪機(jī)的葉片發(fā)生汽蝕等現(xiàn)象，極大地縮短汽輪機(jī)葉片的使用壽命。因此，必須要對(duì)主蒸汽溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)和控制，使其在額定值附近維持某種動(dòng)態(tài)平衡，既能保證其較高的熱效率，又能減少對(duì)機(jī)組的損害，保證機(jī)組的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

本文結(jié)合某660 MW直流鍋爐的主蒸汽溫度控制系統(tǒng)，探討了主蒸汽溫度控制對(duì)象的特性，為保證國(guó)內(nèi)直流鍋爐主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行提供參考。

1 主蒸汽溫度參數(shù)的重要性

主蒸汽溫度參數(shù)是電力生產(chǎn)行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)之一，其對(duì)于電力生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性具有重要意義[3]。主蒸汽溫度參數(shù)直接影響蒸汽參數(shù)，蒸汽參數(shù)直接影響汽輪機(jī)效率，而汽輪機(jī)效率直接影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，因此，對(duì)主蒸汽溫度進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與控制就顯得尤為重要。

2 主蒸汽溫度控制特性

主蒸汽溫度控制是動(dòng)態(tài)變化的，其原因在于影響主蒸汽溫度的因素較多[4]，例如，鍋爐負(fù)荷變化、實(shí)際生產(chǎn)中煙氣的流速和煙氣溫度變化、鍋爐給水溫度變化、鍋爐爐膛中燃燒工況的劇烈變化等均會(huì)對(duì)主蒸汽溫度造成嚴(yán)重影響，進(jìn)而影響機(jī)組出力以及機(jī)組熱部件的使用壽命。因此，主蒸汽溫度在主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制下，結(jié)合各種不同的干擾工況，最終達(dá)到某種動(dòng)態(tài)平衡。

2.1? ? 蒸汽流量擾動(dòng)

鍋爐負(fù)荷是不斷變化的。隨著鍋爐負(fù)荷的變化，蒸汽的流速也在不斷變化，通過在過熱管路上設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可以監(jiān)測(cè)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的流速變化，同時(shí)，也可以計(jì)算出過熱器中的對(duì)流系數(shù)的變化情況，進(jìn)而計(jì)算出整個(gè)蒸汽流量的變化情況[5]。蒸汽流量發(fā)生變化，蒸汽溫度也隨之變化，最終達(dá)到某種動(dòng)態(tài)平衡。因此，蒸汽溫度的階躍響應(yīng)具有一定的延遲，但是這種延遲比較小。與此同時(shí)，蒸汽溫度升高，蒸汽會(huì)將大量的熱量帶走，使得蒸汽溫度與煙氣溫度之間的差值減小，煙氣帶走的熱量便會(huì)減少，使其擁有一定的自我調(diào)節(jié)、自我平衡能力。鍋爐負(fù)荷變化雖然可以很好地對(duì)主蒸汽溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)，但是不能作為控制主蒸汽溫度的手段，因?yàn)殄仩t負(fù)荷并不是自動(dòng)變化的，而是隨著機(jī)組人員的調(diào)整而調(diào)整，調(diào)整之后的鍋爐負(fù)荷更多的是作為一種外部干擾因素，影響著主蒸汽溫度。

2.2? ? 煙氣傳熱量擾動(dòng)

煙氣富含大量的熱，這些熱量同樣對(duì)主蒸汽溫度有著一定影響?？紤]到煙氣傳熱量的影響因素比較多，煙氣的流速過高、溫度過高都會(huì)導(dǎo)致煙氣散失的熱量更多，進(jìn)而影響主蒸汽溫度。而煙氣的流速、溫度等因素又受到過?？諝庀禂?shù)、火焰燃燒工況，甚至是燃燒器角度變化等因素的影響。因此，與蒸汽流量擾動(dòng)類似，煙氣傳熱量擾動(dòng)導(dǎo)致的主蒸汽溫度階躍響應(yīng)依然具有一定的自我平衡能力，有一定延遲，這樣可以保證在煙氣流速、煙氣溫度受到外界因素影響而發(fā)生變化時(shí)，主蒸汽溫度可以在一個(gè)較小的延遲下隨著煙氣傳熱量的變化而變化。與蒸汽流量擾動(dòng)相比，煙氣傳熱量擾動(dòng)可以作為一種控制手段對(duì)主蒸汽溫度進(jìn)行調(diào)整，可以通過調(diào)整煙氣側(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)完成對(duì)煙氣流速與煙氣溫度的調(diào)整，進(jìn)一步調(diào)整主蒸汽溫度。但是，這種方法實(shí)現(xiàn)起來太困難，難以控制的因素較多。

2.3? ? 減溫水流量擾動(dòng)

減溫水流量擾動(dòng)是目前最為廣泛的一種調(diào)節(jié)主蒸汽溫度手段，通過控制減溫水的流量可以有效控制主蒸汽溫度變化，常見的減溫器種類眾多，但電廠常采用噴水式減溫器，主蒸汽減溫水系統(tǒng)如圖1所示。與前文所述的蒸汽流量擾動(dòng)和煙氣傳熱量擾動(dòng)類似，減溫水流量擾動(dòng)對(duì)于主蒸汽溫度的調(diào)控也具有一定的延遲特性和自我平衡特性。與二者不同之處在于，減溫水流量擾動(dòng)對(duì)主蒸汽溫度調(diào)控力度較大，當(dāng)噴水式減溫器的安裝位置距離過熱器的出口較遠(yuǎn)時(shí)，延遲時(shí)間較長(zhǎng);當(dāng)噴水式減溫器的安裝位置距離過熱器出口較近時(shí)，延遲較短。因此，可以通過控制噴水式減溫器的安裝位置來控制減溫水?dāng)_動(dòng)對(duì)主蒸汽溫度的控制。一般情況下，大型直流鍋爐都有比較長(zhǎng)的過熱器管路，所以減溫器的安裝位置一般較遠(yuǎn)，其延遲較大。減溫噴水器雖然對(duì)于主蒸汽溫度的控制延遲比較大，但是其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，便于維護(hù)檢修，因而得到了電力生產(chǎn)企業(yè)的廣泛使用。

3 結(jié)語

主蒸汽溫度控制對(duì)提高機(jī)組效率至關(guān)重要，其溫度過高或者過低均不利于機(jī)組運(yùn)行，影響主蒸汽溫度的因素眾多，主要包括蒸汽流量擾動(dòng)、煙氣傳熱量擾動(dòng)和減溫水流量擾動(dòng)3種，這些擾動(dòng)對(duì)于控制主蒸汽溫度均具有一定的延遲性和自平衡性。其中，減溫水流量擾動(dòng)控制雖然延遲較大，但減溫噴水器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被廣泛應(yīng)用于電力生產(chǎn)行業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主蒸汽溫度的精準(zhǔn)控制，進(jìn)而提高機(jī)組熱效率。

[參考文獻(xiàn)]

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[5] 崔青汝，牛海明.1 000 MW二次再熱火電機(jī)組主蒸汽溫度控制策略及工程應(yīng)用[J].中國(guó)電力，2017，50（6）：27-31.