【文章內(nèi)容簡介】 目的。第三章 超臨界直流爐與汽包爐系統(tǒng)的比較第一節(jié) 給水控制系統(tǒng)直流鍋爐是多變量控制系統(tǒng)，直流鍋爐的控制任務與汽包鍋爐有很大差別，對于直流鍋爐不能象汽包爐那樣，將燃料、給水、汽溫簡單地分為3個控制系統(tǒng)，而是將給水量與燃料量的控制與一次汽溫控制緊密地聯(lián)系在一起，這是直流鍋爐控制最突出的特點。直流鍋爐的給水是在給水泵壓頭作用下，順序地通過加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和過熱區(qū)，一次性地將給水全部變?yōu)檫^熱蒸汽，其循環(huán)倍率等于1。在直流鍋爐中，給水變?yōu)檫^熱蒸汽是一次完成的。這樣，鍋爐的蒸發(fā)量不僅取決于燃燒率，同樣也決定于給水流量。因此，為了滿足負荷變化的需要，給水控制和燃燒率控制是密切相關而不能獨立的。而且當給水流量和燃燒率的比例變化時，鍋爐的各個受熱面的分界就發(fā)生移動。超臨界機組中的給水流量控制回路是控制鍋爐出口主蒸汽溫度的一個最基本的手段。由于超臨界機組采用直流鍋爐，而在直流鍋爐中，給水流量的波動將對機組負荷、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度等機組運行重要過程參數(shù)均產(chǎn)生較大影響。由于機組負荷和主蒸汽壓力已設計有其它控制手段，而一旦給水控制回路如果工作欠佳的話，將導致煤水比動態(tài)失調(diào)。而這時鍋爐出口主蒸汽溫度僅靠噴水減溫控制是無法滿足機組運行對主蒸汽溫度的要求。因此，給水流量調(diào)節(jié)回路起到了控制鍋爐總能力平衡（保持適當?shù)拿核龋┎⒕S持汽水分離器出口蒸汽溫度在一定范圍內(nèi)變化的作用。實際上，給水流量控制回路僅當鍋爐運行在純直流（干態(tài)分離器）工況下才能對鍋爐出口的主蒸汽溫度起到粗調(diào)的作用。為了保證鍋爐本身的安全運行，要求在任何工況下省煤器入口給水流量不低于35%MCR的值。當鍋爐在低負荷下運行（濕式分離器）時，多余的給水流量經(jīng)分離器疏水閥進行再循環(huán)控制。給水流量串級控制的主調(diào)節(jié)器控制水冷壁出口聯(lián)箱給水溫度在其設定值上，副調(diào)節(jié)器則根據(jù)鍋爐總給水量的測量值和測量設定值的偏差輸出給水泵控制指令，分別調(diào)節(jié)三臺給水泵的轉速來滿足機組負荷變化的需求。汽包鍋爐給水自動控制的任務是使鍋爐的給水量適應鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。汽包水位是鍋爐運行中一個重要的監(jiān)控參數(shù)，它反映了鍋爐蒸汽負荷與給水量之間的平衡關系，維持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機安全運行的必要條件。汽包鍋爐給水自動控制的另一任務是要維持給水流量不要過大的頻繁的波動，以保證省煤器、給水管路的安全。一般應限制給水流量波動范圍在額定給水流量的5％10％以內(nèi)。第二節(jié) 汽溫控制系統(tǒng)鍋爐氣溫控制系統(tǒng)包括過熱蒸汽氣溫控制系統(tǒng)和再熱蒸汽氣溫控制系統(tǒng)。一、過熱汽溫度控制系統(tǒng)鍋爐過熱蒸汽溫度是影響機組生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟性的重要參數(shù)。現(xiàn)代鍋爐的過熱器是在高溫高壓的條件下工作的，過熱器出口的過熱蒸汽溫度是機組整個汽水行程中工質(zhì)溫度的最高點，也是金屬的最高點。過熱器采用的是耐高壓的合金鋼材料，過熱器正常運行時的溫度已接近材料所允許的最高溫度。過熱汽溫控制的任務是維持過熱器出口主蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，并對過熱器進行保護，使管壁金屬溫度不超過允許的工作范圍。正常運行時，一般要求過熱器出口蒸汽溫度與額定值偏差不超過177。5℃。正常情況下，給水溫度一般不會有大的變動；但當高壓加熱器因故障退出運行時，給水溫度就會降低。對于直流鍋爐，若燃料量不變，由于給水溫度降低，加熱段加長且過熱段縮短，主汽溫會隨之降低，負荷也會降低。因此，當給水溫度降低時，必須改變原來設定的燃水比，即適當提高煤水比，以使過熱汽溫維持在額定值。燃水比不變的調(diào)節(jié)下，爐膛水冷壁結渣時，主汽溫有所降低；過熱器結渣或積灰時，主汽溫下降明顯。前者發(fā)生時，調(diào)整燃水比就可；后者發(fā)生時，不可隨便調(diào)整燃水比，必須在保證水冷壁溫度不超限的前提下調(diào)整燃水比。過量空氣系數(shù)的變化直接影響鍋爐的排煙損失，同時影響到對流受熱面與輻射受熱面的吸熱比例。當過量空氣系數(shù)增大時，除排煙損失增加、鍋爐效率降低外，爐膛水冷壁吸熱減少，造成過熱器進口溫度降低、屏式過熱器出口溫度降低；雖然對流過熱器吸熱量有所增加，但在燃水比不變的情況下，末級過熱器出口汽溫有所下降。過量空氣系數(shù)減少時，結果與增加時相反。若要保持主汽溫不變，則需要重新調(diào)整燃水比。 當機組負荷或者運行工況變化時，通過調(diào)整燃水比保持中間點溫度的穩(wěn)定，而且保持適當?shù)倪^熱度，能使直流鍋爐和汽包鍋爐具有類似的過熱汽溫特性。例如，給水溫度提高后，加熱段和蒸發(fā)段縮短，分離器汽溫提高，若要保持中間點溫度不變，在燃料量不變的條件下必須增加給水流量，導致過熱汽溫下降。相反，若高壓加熱器解除，給水溫度降低，將導致加熱段和蒸發(fā)段增長。若要保持中間點溫度不變，在給水流量不變的前提下必須增加燃料量，這將使得過熱段的吸熱量增加，使過熱汽溫升高。保持中間點溫度有不大且穩(wěn)定的過熱度，實際上相當于通過燃水比調(diào)節(jié)將中間點至過熱器出口之間的過熱段固定，類似于汽包爐有固定的過熱段一樣。工質(zhì)在分離器前主要吸收液體熱和汽化熱，分離器后吸收過熱熱。顯然，這就是給水控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器根據(jù)中間點溫度校正燃水比的結果。 所以在給水控制系統(tǒng)正常投入的情況下，直流鍋爐可以像汽包鍋爐那樣，用噴水減溫來微調(diào)過熱汽溫。二、再熱汽溫的控制系統(tǒng) 由于蒸汽負荷是由用戶決定的，故不可能用改變蒸汽負荷的方法來控制再熱蒸汽溫度。再熱蒸汽溫度控制也不能像過熱蒸汽溫度控制那樣直接采用噴水減溫為主要手段，這是因為噴入再熱蒸汽中的水汽化后在汽輪機中壓缸和低壓缸中作功，這等于部分的用低壓蒸氣循環(huán)代替高壓蒸汽循環(huán)做功，而低壓蒸氣作功效率較低。因而必然導致整個機組熱經(jīng)濟性的降低。因此，再熱蒸汽溫度控制大都采用改變煙氣流量作為主要控制手段，只有在煙氣側調(diào)溫已達極限時，才輔之以噴水。再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的任務是將再熱蒸汽溫度控制在某個設定值上。并在低負荷、機組甩負荷或汽輪機跳閘時保護再熱器不超溫，使機組安全經(jīng)濟運行。 目前再熱汽溫調(diào)節(jié)可采用的煙氣控制方法有：控制煙氣擋板的位置、采用煙氣再循環(huán)或通過改變擺動燃燒器的傾角來控制再熱汽溫。對其他參數(shù)的影響、運行經(jīng)濟等技術指標而言，改變煙氣擋板位置和調(diào)整燃燒器傾角來控制再熱汽溫的方法優(yōu)于其他方法。改變煙氣流量的擋板通常平行布置在互相隔開的尾部煙道中。利用這些擋板的不同開度位置改變流經(jīng)兩煙道中的煙氣量調(diào)節(jié)再熱汽溫。再熱汽溫調(diào)節(jié)以噴水作為輔助調(diào)節(jié)手段。當再熱汽溫偏高，用調(diào)節(jié)煙氣擋板或燃燒器傾角的方式還無法控制時，可以利用微量噴水或事故噴水減溫方法來避免再熱蒸汽繼續(xù)超溫。再熱氣溫的控制對于直流爐和汽包爐采用控制煙氣擋板的位置、采用煙氣 再循環(huán)或通過改變擺動燃燒器的傾角來控制再熱氣溫，再輔之以噴水減溫。第三節(jié) 燃燒控制系統(tǒng)鍋爐燃燒自動控制系統(tǒng)的基本任務是使燃料燃燒所提供的熱量適應外界對鍋爐輸出的蒸汽負荷的要求，同時還要保證鍋爐安全經(jīng)濟運行。一臺鍋爐的燃料量、送風量和引風量三者的控制任務是不可分開的，可以用三個控制器控制這三個控制變量，但彼此之間應互相協(xié)調(diào)，才能可靠工作。對給定出水溫度的情況，則需要調(diào)節(jié)鼓風量與給煤量的比例，使鍋爐運行在最佳燃燒狀態(tài)。同時應使爐膛內(nèi)存在一定的負壓，以維持鍋爐熱效率、避免爐膛過熱向外噴火，保證了人員的安全和環(huán)境衛(wèi)生。鍋爐燃燒過程是一個將燃料的化學能轉變?yōu)闊崮?，以蒸汽形式向負荷設備（以汽輪機為代表）。燃燒調(diào)節(jié)是主控制系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，它接受來自主控制系統(tǒng)發(fā)出的鍋爐負荷指令，并將該指令分別送往燃燒、送風調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使燃料和風量按預先設置好的靜態(tài)配合按比例同時動作，以保證合適的風/燃料配比，并通過燃料控制和風量控制的交叉限制作用，滿足增負荷先增風，減負荷先減燃料的生產(chǎn)工藝要求，以保證鍋爐既安全又經(jīng)濟的正常運行。送風調(diào)節(jié)機構的位置指令又作為爐膛壓力控制的前饋信號，實現(xiàn)送風機和引風機的協(xié)調(diào)動作，以減小爐膛壓力波動。從而在外界負荷需求變化時，使燃料、送風和爐膛壓力三個子系統(tǒng)同時成比例的動作，共同適應外界負荷的要求。 直流鍋爐和汽包鍋爐的燃料控制系統(tǒng)的任務是保證進入鍋爐的燃料量隨時與外界負荷要求相適應，控制系統(tǒng)大都設計成串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。燃料控制系統(tǒng)通常包括燃煤控制、燃油控制和磨煤機控制三部分。因為直流爐沒有汽包，“燃水比”對直流爐很重要，通過控制“燃水比”可以調(diào)節(jié)鍋爐的氣溫和爐膛壓力。而汽包爐的溫度、壓力和流量的控制只需要控制燃料進入量和風量的協(xié)調(diào)，鍋爐的水量是在一定范圍內(nèi)變化的，對其影響很小。由于直流爐和汽包爐設計技術和理念有所區(qū)別，所以它們在燃燒過程中壓力、溫度和流量的設計值不一樣，導致給煤系統(tǒng)、送風系統(tǒng)和給水系統(tǒng)的參數(shù)不一樣。直流鍋爐沒有汽包，工質(zhì)一次通過蒸發(fā)部分，即循環(huán)倍率為1。直流鍋爐的另一特點是在省煤器、蒸發(fā)部分和過熱器之間沒有固定不變的分界點，水在受熱蒸發(fā)面中全部轉變?yōu)檎羝?，沿工質(zhì)整個行程的流動阻力均由給水泵來克服。第四節(jié) 超臨界直流爐與汽包爐的比較超臨界直流鍋爐與亞臨界汽包鍋爐，主要由于水汽轉換原理和設備不同，其運行控制有所不同，其主要特點如下。超臨界機組中鍋爐的協(xié)調(diào)比汽包爐更加復雜。鍋爐協(xié)調(diào)的任務是使燃料量、送風量和給水量共同適應負荷的需要?；镜目刂浦笜擞袃蓚€，一個是控制風煤比以保持氧量。一個是控制燃水比以保持中間點蒸汽微過熱度。由于風的動態(tài)特性遠遠快于燃料，而且要求在動態(tài)過程中保證風量大于煤量。因此，只要燃料和風量測量可靠，按靜態(tài)平衡控制風煤比就能保證一定得過?？諝狻Ｋ?，風煤比控制在無論在穩(wěn)定工況還是動態(tài)工況都可以保持穩(wěn)定。而燃水比的控制就復雜得多，直流鍋爐燃水比的變化要引起受熱面分界的變化。直吹式系統(tǒng)燃料量指令的變化到進入爐膛燃料量的變化，以及燃料對溫度的動態(tài)響應比給水要慢得多。因此，必須考慮燃水比在動態(tài)過程中的補償。同時，直流鍋爐蓄熱較小，無法得到類似方法在實際應用中往往造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因為汽溫的變化、尤其是外擾（一次調(diào)頻）引起蒸汽流量和溫度的變化都導致燃料的變化，甚至使燃料控制系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，影響機組運行的穩(wěn)定。這些都是運行中應注意的問題。超臨界機組控制對象的特性使其控制系統(tǒng)與汽包鍋爐相比復雜的多。第一，被調(diào)量相互影響，相互關聯(lián)。被調(diào)量相互影響，控制復雜。汽包鍋爐中，汽包把汽水流程分隔為加熱段、蒸發(fā)段和過熱段，兩段受熱面的位置和面積是固定不變的。在給水流量變化時，僅影響汽包水位，不影響蒸汽壓力和溫度，而燃料量變化時，僅改變蒸汽流量和蒸汽壓力，對蒸汽溫度影響不大。因此給水、燃燒、蒸汽溫度控制系統(tǒng)是可以相對獨立的?？梢詷嫵山o水流量汽包水位、燃燒率汽包壓力、噴水流量蒸汽溫度幾個相對獨立的系統(tǒng)。超臨界鍋爐沒有汽包，又沒有爐水小循環(huán)回路。給水是一次性流過加熱段、蒸發(fā)段和過熱段，三段受熱面沒有固定分界線，當給水流量或燃料量發(fā)生變化時，三段受熱面的吸熱比例將發(fā)生變化，鍋爐出口汽溫，以及蒸汽流量和壓力都將發(fā)生變化。因此給水、汽溫，燃燒控制系統(tǒng)是密切相關，不能獨立的，某一控制系統(tǒng)投入與否將影響另一控制系統(tǒng)的性能，這給控制系統(tǒng)的設計和整定增加了復雜性。超臨界直流鍋爐的協(xié)調(diào)比汽包鍋爐復雜。鍋爐協(xié)調(diào)的主要任務是使燃料量、送風量和給水量共同適應負荷的需要?；究刂浦笜擞袃蓚€，一是控制風煤比以保持氧量：二是控制燃水比以保證中間點蒸汽微過熱度。風的動態(tài)特性快于燃料而且要求動態(tài)過程中風量大于煤量，因此只要燃料和風量測量準確，按照靜態(tài)平衡比例就可以保證一定過量空氣，所以風煤比無論在動態(tài)還是穩(wěn)態(tài)都可以保持穩(wěn)定，但是燃水比控制就比較復雜，第二、過熱汽溫控制必須以保持適當燃水比為前提對于汽包鍋爐，在鍋爐結構確定后，加熱段、蒸發(fā)段和過熱段受熱面是固定的。當燃水比變化時，汽包作為燃水比例失調(diào)的緩沖器，汽包水位可以迅速反應燃水比的變化。根據(jù)汽包水位的變化改變給水流量，使給水量與鍋爐蒸發(fā)量相適應，起到保持燃水比不變的作用。例如，當燃料量不變而給水流量增加時，給水不會被全部蒸發(fā)，將引起汽包水位上升，給水控制系統(tǒng)會自動降低給水流量，使給水流量與燃料燃燒所能產(chǎn)生的蒸發(fā)量相適應。所以，通過鍋爐結構設計，調(diào)整蒸發(fā)受熱面和過熱受熱面之間