第五章：锅炉自动控制系统

1. 第五章：锅炉自动控制系统 曾兴柱 邮箱：lqinggang@163.com 西安电力高等专科学校动力系 2007年12月

2. §5-1：锅炉燃烧控制系统 • 一、燃烧过程调节的任务 • 锅炉燃烧过程调节的目的在于使进入锅炉的燃料的燃烧热量与锅炉的蒸汽负荷要求相适应，同时保证锅炉燃烧过程安全经济地进行。因此，当锅炉的负荷改变时，锅炉将需要进行燃烧的调整。 • 锅炉燃烧调节包括下列几项内容： • 1．燃料量调节 • 燃料量调节的目的是使进入锅炉的燃料燃烧所产生的蒸汽量能与锅炉向外部负荷的供汽量相适应。

3. 当单元机组采取机跟炉负荷调节方式时(即锅炉调负荷、汽轮机调汽压)，可以直接取电网的负荷要求P0作为锅炉的负荷要求信号；当单元机组采取炉跟机负荷调节方式时(即汽轮机调负荷、锅炉调汽压)，由于锅炉出口汽压是表征锅炉生产的蒸汽量与汽轮机耗汽量之间的平衡指标，所以可以取锅炉出口汽压pT作为锅炉的负荷要求信号；当单元机组采取机炉协调负荷调节方式时，可以取来自负荷管理控制部分的信号MB作为锅炉的负荷要求信号。当单元机组采取机跟炉负荷调节方式时(即锅炉调负荷、汽轮机调汽压)，可以直接取电网的负荷要求P0作为锅炉的负荷要求信号；当单元机组采取炉跟机负荷调节方式时(即汽轮机调负荷、锅炉调汽压)，由于锅炉出口汽压是表征锅炉生产的蒸汽量与汽轮机耗汽量之间的平衡指标，所以可以取锅炉出口汽压pT作为锅炉的负荷要求信号；当单元机组采取机炉协调负荷调节方式时，可以取来自负荷管理控制部分的信号MB作为锅炉的负荷要求信号。 • 2．送风量调节 • 燃料量变化时，也应相应地改变进入炉膛的空气量，以保证燃料的完全燃烧和排烟热损失最小。所以送风量调节的目的是保证锅炉燃烧过程的经济性。燃烧过程的经济与否可以从过剩空气系数是否为最佳来衡量。但是到目前为止，过剩空气系数还不能通过仪表直接进行测量，因此通常用测量烟气含氧量这一间接指标来判断燃烧的经济性，或者直接以保持风与燃料比值的办法来保证燃烧的经济性。

4. 3．引风量调节 • 引风量调节的目的是使引风量与送风量相适应，并保持炉膛压力在要求的范围内。因为炉膛压力的高或低，关系着锅炉的安全、经济运行。负压过大，使大量冷风漏入炉膛而降低炉膛温度，并且会增大引风机负荷和排烟热损失；反之，如果炉膛压力大于大气压力，会使炉烟冒出，不仅影响环境卫生，甚至可能影响设备和人身的安全。 • 设置燃烧过程自动调节系统来完成上述三项调节任务时，可以用三个调节器去控制三个调节变量(燃料量、送风量和引风量)以维持三个被调量(机组负荷或汽压、过剩空气系数或最佳烟气含氧量、炉膛负压)。

5. 二、燃烧过程调节的特点 • 燃烧对象的调节量对被调量的这种影响。所以燃烧过程调节对象是一个多输入多输出的多变量相关调节对象。

6. (1)燃烧过程中，汽压PT是锅炉燃料热量与汽轮机需要能量是否平衡的指标；过剩空气系数α是燃料量B和送风量V是否保持适当比例的指标；炉膛负压Sl是送风量V和引风量G是否平衡的指标。因此，虽然对象的几个调节量对几个被调量都有严重影响，但如果在锅炉的运行过程中，严格保持燃料量B、送风量V和引风量G这三个调节量的比例，就能保持汽压PT、过剩空气系统α和炉膛负压Sl基本不变。也就是说，当锅炉的负荷要求变化时，燃烧调节系统应使B、V、G这三个调节量同时按比例地快速改变，以适应外界负荷的需要，并使PT、 α、Sl基本不变；当锅炉的负荷要求不变时，燃烧过程的三个调节系统应能保持各自的调节量稳定不变。

7. (2)燃烧过程的三个调节系统，虽然必须保持互相间的协调动作，以实现燃烧过程的三项调节操作，但究竟由哪一个调节器去完成哪一项任务，并没有一成不变的规定，一般可以有①、②、③三种组合方案，如图9-2所示。这几种调节方案的最终调节结果并无差别，主要是动作的先后次序略有不同。 (2)燃烧过程的三个调节系统，虽然必须保持互相间的协调动作，以实现燃烧过程的三项调节操作，但究竟由哪一个调节器去完成哪一项任务，并没有一成不变的规定，一般可以有①、②、③三种组合方案，如图9-2所示。这几种调节方案的最终调节结果并无差别，主要是动作的先后次序略有不同。

8. (3)燃烧自动调节系统的方案与锅炉的运行方式以及负荷调度方式等生产工艺有密切的关系。例如母管制还是单元制?带变动负荷还是带固定负荷?锅炉的燃料是油、燃气还是煤粉?若是煤粉炉，则有无中间储粉仓等。设备和工艺条件不同，锅炉的燃烧过程自动调节系统的方案也有所区别。 (3)燃烧自动调节系统的方案与锅炉的运行方式以及负荷调度方式等生产工艺有密切的关系。例如母管制还是单元制?带变动负荷还是带固定负荷?锅炉的燃料是油、燃气还是煤粉?若是煤粉炉，则有无中间储粉仓等。设备和工艺条件不同，锅炉的燃烧过程自动调节系统的方案也有所区别。 • 对于直吹式锅炉，其制粉系统的自动调节也是燃烧自动调节的组成部分。

9. 三、子调节系统结构 • 燃烧自动调节系统包括三个相对独立而又紧密联系的子系统。 • 1．燃料调节子系统 • 燃料调节的任务在于使进入锅炉的燃料量随时与外界负荷要求相适应。因为汽压是锅炉燃料热量与汽轮机需要能量的平衡标志，并且在负荷扰动下汽压具有近乎比例的响应特性，因此汽压可以作为燃料调节系统的被调量。 • 燃料量调节系统大都采用串级系统的结构方案，这是因为这样就可以把燃料量信号作为负反馈信号引入副调节器(燃料调节器)，另一方面，采用串级系统的结构方案，能使燃料调节系统具有根据锅炉运行需要从带变动负荷(或带固定负荷)切换到带固定负荷(或带变动负荷)的功能。

10. 设计燃煤锅炉的燃料调节系统时，必须考虑使系统具有快速消除燃料自发性扰动的措施-引入燃料量的负反馈

11. 2．送风调节子系统 • 送风调节的任务在于保证燃烧过程的经济性，具体地说就是要保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例。送风调节对象近乎比例环节，因此送风调节系统采用以燃烧经济性指标(如烟气氧量)为被调量的单回路结构方案，在原理上看是合适的。但是对氧量的准确、快速、可靠测量至今还不能说达到了十分令人满意的程度，因而限制了这个方案的实际应用。

12. 三种改进方案 • （a）具有氧量校正调节的送风调节系统。 • （b）随负荷变化的氧量校正调节的送风调节系统 • （c）随负荷、燃料品种变化而修正送风量的送风系统

13. 3、引风调节子系统 • 引风调节的任务是保持炉膛负压在规定的范围之内。由于引风调节对象的动态响应快，测量也容易，所以引风调节系统一般只需采取以炉膛负压Sl作被调量的单回路调节系统，如图9-18所示。由于送风量的变化是引起负压波动的主要原因，为了能使引风量快速地跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈信号引入引风调节器，这样当送风调节系统动作时，引风调节系统将立即跟着动作，而不是等炉膛负压偏离给定值后冉动作，从而能便炉腥负荷基本不变。所以引风调节系统引入送风前馈信号以后，将有利于提高引风系统的稳定性和减小炉膛负压的动态偏差。

14. 四、燃烧自动调节系统的基本方案

15. 两个方案的不同点： • 不同点表现在燃烧经济性调节的实现方法上。在(a)所示系统方案中，燃料量和送风量之间的合适比例是通过燃料和送风两个调节器的共同正确动作而间接实现的；在(b)所示系统方案中，燃料量和送风量之间的合适比例是由送风调节器单独实现的。由此可见，在(a)系统中，送风调节器单独投入工作并不能保证燃烧经济性调节的实现，只有当燃料调节器也投入工作的条件下，才能实现燃烧经济性的调节。(a)系统与(b)系统的另一个不同点在于当负荷发生变化时，(a)系统的燃料和送风调节器是同时动作去改变燃料量和送风量的，而(b)系统中送风量的改变落后于燃料量的改变，并且，燃料量的自发性扰动会引起送风调节器不必要的。

16. 五、直吹制煤粉炉燃烧自动调节系统 • 1．直吹制锅炉燃烧调节的特点 • 为了节省基建投资和运行费用，现代大型发电机组多采用直吹制粉系统的燃烧方式。直吹制锅炉的燃烧调节具有如下特点： • (1)在直吹制锅炉的运行中，磨煤机及制粉设备与锅炉紧密地联系在一起，如图9-25所示。因此，在直吹制锅炉的运行中，制粉系统也成为燃烧过程自动调节的不可分割的一个组成部分了。

18. (2)在中间煤粉仓制锅炉中，改变燃料调节机构位置(给粉机转速)就能立即改变进入炉膛的煤粉量B，因此中间煤粉仓制锅炉无论在适应负荷变化或消除燃料的自发性扰动方面都比较及时，而在直吹制锅炉中，改变燃料调节机构——给煤机转速后，还需经过磨煤制粉的过程，才能使进入炉膛的煤粉量B发生变化，显然直吹制锅炉在适应负荷变化或消除燃料内扰方面的反应均较慢，从而引起汽压较大的变化。 (2)在中间煤粉仓制锅炉中，改变燃料调节机构位置(给粉机转速)就能立即改变进入炉膛的煤粉量B，因此中间煤粉仓制锅炉无论在适应负荷变化或消除燃料的自发性扰动方面都比较及时，而在直吹制锅炉中，改变燃料调节机构——给煤机转速后，还需经过磨煤制粉的过程，才能使进入炉膛的煤粉量B发生变化，显然直吹制锅炉在适应负荷变化或消除燃料内扰方面的反应均较慢，从而引起汽压较大的变化。 • 因此：①当锅炉负荷变化时，如何能快速改变进入炉膛的煤粉量B；②当锅炉负荷不变化时，如何能及早地发现原煤量B0的扰动就成为组织直吹制锅炉燃烧自动调节系统时的两个需要特别予以考虑的问题。

19. 通过对磨煤机的工作原理及其运行的分析、研究，可以提出解决上述两个问题的措施：通过对磨煤机的工作原理及其运行的分析、研究，可以提出解决上述两个问题的措施： • (1)由于直吹制锅炉在单独改变给煤量B0时并不能快速地使煤粉量B发生变化(因磨煤机有较大的迟延和惯性)，但改变一次风量V1却能迅速改变进入炉膛的煤粉量B0因此，为了提高直吹制锅炉的负荷响应能力，在改变煤量B0时，应该同时改变一次风量V1。 • (2)为及早消除燃料量B0的自发性扰动，首先要及时地发现进入磨煤机中的原煤量B0的变化，即要快速正确地测量出磨煤机中的煤量。进入磨煤机中煤量的测量方法随着磨煤机的类型不同而不同，例如对于中速磨、钢球磨，有提出以磨煤机进出口风压差Δp，的大小来间接代表磨煤机中的煤量多少；也有提出以磨煤机的电动机功率P0大小来代表磨煤机中的煤量等。

20. 2．采用中速磨直吹制锅炉的燃烧自动调节系统

21. 特点： • 当负荷不变时，由于磨煤机差压信号Δpm能及时反映原煤量B0的扰动，所以Δpm的负反馈将使PI3迅速消除原煤量的自发扰动，以保持给煤量稳定不变。 • 送风调节采用蒸汽(负荷)一空气比值调节方案，维持号为一定比值，以保证锅炉燃烧 • 的经济性。其中蒸汽流量信号通道中的乘法器用来将蒸汽流量与送风量信号相乘，相乘结 • 果作为送风调节器PI4的给定值，以修正高负荷时的蒸汽与风量的比值。

22. §5-2：给水控制系统 • 给水控制系统的主要任务： • 超临界发电机组没有汽包，锅炉给水控制系统的主要任务不再是控制汽包水位，而是以汽水分离器出口温度或焓值作为表征量，保证给水量与燃料量的比例不变，满足机组不同负荷下给水量的要求。

23. 一、超临界机组给水系统的控制特点 • 如下图所示, 在汽包锅炉中, 汽包是水汽通道的缓冲器, 把锅炉的各部分受热面明确分开, 各受热面固定不变, 锅炉的蒸发量决定于吸热量, 而不直接决定于给水流量, 汽包水位的稳定代表着给水流量和蒸汽流量间的物质平衡, 即给水量的调节保证物质平衡, 它可以与锅炉的燃烧调节系统独立开, 不直接接受锅炉主控的指令。汽包锅炉的水位调节可以认为是一个独立的子系统, 与协调系统没有直接的关系。

25. 如上图所示, 与汽包锅炉不同, 超临界直流锅炉没有汽包, 给水是一次性流过加热段、蒸发段和过热段的, 三段受热面没有固定的分界线。当给水流量及燃烧率发生变化时, 三段受热面的吸热比率将发生变化, 锅炉出口温度以及蒸汽流量和压力都将发生变化, 因此给水、汽温、燃烧系统是密切相关的, 不能独立控制, 应该作为整体进行控制。对于超临界直流锅炉而言, 整台锅炉就是一个作为多变量的对象, 而不能象汽包锅炉把给水调节与汽温调节独立开来。 • 超临界直流锅炉随着蒸汽压力的升高, 蒸发段的吸热比例逐渐减少, 而加热段和过热段的吸热比例增加; 以及受热面管径变小, 管壁变厚, 因此, 随着蒸汽压力的升高, 锅炉分离器出口汽温和锅炉出口汽温的惯性增加, 时间常数和延迟时间增加。

26. 保证合适的给水和燃烧率的比例(燃水比) 对超临界直流炉是至关重要的, 燃水比是否合适, 直接反映在过热汽温上, 因此常用过热蒸汽汽温的偏差来校正给水流量与燃烧率的比例, 工程上一般采用能较快反映燃水比的汽水过渡区(分离器)出口处的温度(中间点温度, 也叫微过热温度) 作为燃水比的修正信号。 • 有时使用微过热蒸汽焓替代该点温度作为燃水比校正。当给水量或燃料量扰动时，汽水行程中各点工质焓值的动态特性相似；在锅炉的燃水比保持不变时(工况稳定)，汽水行程中某点工质的焓值保持不变，所以采用微过热蒸汽焓替代该点温度作为燃水比校正是可行的，其优点如下： • (1)分离器出口焓(中间点焓)值对燃水比失配的反应快，系统校正迅速。 • (2)焓值代表了过热蒸汽的作功能力，随工况改变焓给定值不但有利于负荷控制，而且也能实现过热 • 汽温(粗)调正。

27. (3)焓值物理概念明确，用“焓增”来分析各受热面的吸热分布更为科学。它不仅受温度变化的影响，还受压力变化的影响，在低负荷压力升高时(分离器出口温度有可能进入饱和区)，焓值的明显变化有助于判断，进而能及时采取相应措施。 (3)焓值物理概念明确，用“焓增”来分析各受热面的吸热分布更为科学。它不仅受温度变化的影响，还受压力变化的影响，在低负荷压力升高时(分离器出口温度有可能进入饱和区)，焓值的明显变化有助于判断，进而能及时采取相应措施。 • 超临界直流炉在启动或较低负荷时, 其运行方式和汽包炉相似, 它用分离器来分离汽水。在转为纯直流状态运行后, 分离器不再起作用, 给水经省煤器、水冷壁、过热器, 直接变成高温高压的过热蒸汽进入汽轮机。 • 超临界直流锅炉在锅炉点火前就必须不间断地向锅炉进水, 建立足够的启动流量, 以保证给水连续不断地强制流经受热面, 使其得到冷却。为防止低温蒸汽送入汽轮机后凝结, 造成汽轮机的水冲击, 超临界直流炉需要设置专门的启动旁路系统来排除这些不合格的工质。

28. 某厂600MW 超临界机组的锅炉给水系统配置了1 台35% 容量的电动给水泵和2 台50% 容量的汽动给水泵, 给水管路上配有一30% 容量的给水旁路调节阀和一100% 容量的电动截止阀。锅炉启动系统配有4 只汽水分离器, 1个储水箱和锅炉再循环泵。 • 二、锅炉湿态运行时给水控制方案 • 调节给水流量是为了满足产汽量和蒸汽温度控制的要求。在启动和低于本生负荷( 30% BMCR：锅炉最大蒸发量) 运行时, 省煤器和水冷壁必须维持30%BMCR 的最小通流量, 以保证水冷壁在任何时候都能得到足够的冷却。这样就需要锅炉再循环泵从贮水箱将分离器分离出的给水泵入省煤器入口, 再经过水冷壁、折焰角回路、分离器、返回贮水箱。在开始蒸发时, 通过增加给水量和减少循环流量来维持水冷壁30% BMCR 的流量。

29. 在稳定状态下, 循环流量是由贮水箱水位确定的, 给水泵流量是本生流量与循环流量之间的差值。当蒸发开始后, 水冷壁中的汽水混合物在分离器中分离, 饱和蒸汽进入过热器, 饱和水返回到贮水箱。由于产生蒸汽, 贮水箱水位下降, 循环流量减少, 增加给水流量去维持进入水冷壁的本生流量。 • 当负荷增加到本生负荷时, 贮水箱水位降到最低, 循环泵控制阀关闭, 当循环流量降低到约20% 泵的设计流量时, 最小流量截止阀开启, 泵在最小流量下运行。随后锅炉完全在纯直流状态下运行, 给水流量与蒸汽流量相匹配。

30. 循环泵在45%BMCR 负荷下自动停运或在贮水箱低水位下跳闸, 贮水箱水位由水位控制切换到限制流量模式下运行。循环泵在约35%BMCR 负荷下自动启动, 将汽水分离器分离出来的水泵回省煤器入口。 • 在启动升压和低负荷运行期间, 由于水的膨胀, 水位会升高到超出泵控制范围之外, 开启小溢流阀及其隔离阀以降低水位。如水位继续升高, 还将开启大溢流阀及其隔离阀。大小溢流阀控制范围之间有一个重叠控制区。大小溢流阀的运行条件和控制范围见下图。

31. 启动初期, 汽水膨胀将使水位升高到6400mm 以上。在水位达到6 700 mm 之前, 除了泵保持循环之外, 再没有其它措施去防止水位升高。在6 700mm 和7 650mm 之间, 小溢流阀逐步开启,在7 450mm 和8 160mm 之间大溢流阀开启。为了防止溢流阀在储水箱压力较高时开启将储水箱排空, 大溢流阀将在分离器压力大于5M Pa 时连锁关闭并禁止开启; 当分离器压力大于20 M Pa时, 小溢流阀被连锁关闭并禁止开启。 • 锅炉湿态运行时, 电泵勺管控制给水旁路调门前后差压, 给水旁路调门控制省煤器入口流量为锅炉额定蒸发量的35% , 约为670 t/h。

32. 三、锅炉干态运行时给水控制方案 • 在超临界机组中要保证主蒸汽温度的稳定, 必须要控制汽水流程, 控制蒸发点。一般通过控制燃水比来粗调主蒸汽温度, 通过过热减温水来细调主蒸汽温度。理论和实践证明要保证直流锅炉的过热汽温的稳定, 维持一定的燃水比并且通过控制汽水流程中某一点(通常取分离器出口处) 的焓值为负荷的函数是切实有效的手段。由于该点位于整个汽水流程的前部, 因此该点焓值(温度) 对燃水比失调的反应快, 惯性和迟延时间均较小。当给水量或燃烧率扰动时, 汽水流程中各点工质温度的动态特性相似; 在锅炉的燃水比保持不变时(稳定工况) , 汽水流程中某点工质的焓值就保持不变。对于定压运行锅炉, 由于压力一定, 微过热点的温度就可以代表该点的焓值。对于滑压运行机组, 由于压力变化范围很大(上述机组50%～ 90% 负荷间对应的压力变化为15. 3～ 24. 2M Pa) , 应采用微过热点焓值作为燃水比校正信号。

33. 采用微过热点焓值(或温度) 作为超临界直流炉燃水比失调的校正信号, 还由于该点工质的焓增占锅炉一次蒸汽总焓增的75% 左右, 当负荷或运行工况变化较大时, 虽然微过热点前受热面吸热比例有所变化, 但是其吸热量占所有受热面的总吸热量的比例变化较小。因此微过热点的焓值(或温度) 具有一定的代表性, 保持它不变, 锅炉出口汽温一般也不会有太大的变化。 • 对于没有焓值计算功能的机组控制系统, 仍可以通过采用中间点温度的方法对给水系统进行校正。对作为给水校正用的微过热汽温的过热度的选取有一定的要求, 如果取大了, 燃料- 微过热汽温通道的动态特性变差; 取小了, 虽然该通道的动态特性改善了, 但是微过热汽温H= f (h, p ) 进入了明显的非线性区因此, 微过热点汽温不是常数, 而要随微过热汽压(取分离器出口压力) 的变化而变化。

34. 四、600MW 超临界机组给水控制系统的实现 • 1、采用中间点温度的给水控制方案

35. 锅炉转直流运行稳定后,给水控制系统根据锅炉主指令和燃水比计算出给水流量定值, 它代表不同负荷下对给水流量的要求; • 微过热温度(中间点温度) 控制器输出给水流量校正系数(0. 8～ 1. 2) 及时微调给水流量, 最后给水控制器通过两汽泵转速控制和电泵勺管控制省煤器入口流量, 最终保证中间点温度具有一定的过热度, 且在允许范围内变化。 • 分离器出口压力经一阶惯性环节后由f (x ) 计算出微过热温度定值。 • 考虑实际工程设计中微过热温度定值设计与机组实际运行情况的偏差, 特引入一减前后温差控制器, 以保证减温水量和给水量的比例。 • 微过热点温度对燃料率和给水量的响应较慢, 响应时间达2～ 4m in。由于燃烧对温度的动态响应要比给水对温度的动态响应慢得多, 因此控制方案设计中要考虑燃水控制参数的动态补偿。

36. 引入一级减温器前后温差的意义。 • 如果各受热面的吸热比例不变，过热器出口焓值为一常数时，减温器后蒸汽焓值也是一常数，与负荷无关，保持减温器前后温差为一常数，也就间接地保持了减温器前蒸汽温度为一常数，相当于用减温器前微过热汽温作为校正燃水比信号。由于在运行过程中，上、下排喷燃器的切换以及蒸汽吹灰的投入与否，过热器属于对流过热或辐射的吸热特性等诸多因素，锅炉受热面在不同负荷情况下吸热比例变化较大。若要保持微过热段汽温和各级减温器出口汽温为定值，则各级喷水量变化就较大。为了克服这一缺点，采用保持减温器前后温差的调节系统，与直接调节微过热段汽温调节系统相比，虽然其调节品质有所降低，但改善了一级减温器的工作条件。燃水比作为过热蒸汽温度控制的粗调方式，直接影响过热蒸汽温度，而作为喷水减温的辅助手段在调节过热蒸汽温度时，又会反过来影响燃水比。引入减温器前后温差，可将调整燃水比与喷水减温二者协调起来，补偿汽温控制时喷水减温对燃水比的影响，实现燃水比控制与喷水减温控制方式间的解耦作用。由于给水量调整燃水比对汽温的影响滞后较大。且燃水比着重于保持汽温的长期稳定，因此，一级温差偏差对燃水比的校正作用相对较缓慢。

37. 2、采用中间点焓值的给水控制系统

38. 3、采用燃烧器摆角补偿的给水控制

39. 当通过燃烧器摆角或其他手段改变锅炉内各吸热段热量分配比例时，微过热汽温或焓值必然会发生改变，但燃水比未改变，过热汽温保持不变，因此控制系统中对此引起的微过热汽温的变动 加以补偿。由于烟气的流动，扰动引起的锅炉烟气侧各处温度变化的速度很快，从炉膛火焰中心到炉膛出口，经水平烟道、尾部烟道到烟道出口，每部分烟气温度改变只经历1-2 s，这个时间和锅内动态过程时间(各受热面的动态过程时间为几十秒至200 s)相比非常短暂， 可以认为炉膛内烟气热量的变化是同时作用到锅炉各受热面的。所以，补偿燃烧器摆角等热量分配手段引起的微过热汽温改变只需静态补偿即可。

40. §5-3：锅炉过热蒸汽温度控制系统 • 一、 过热蒸汽温度控制的任务 • 过热蒸汽温度控制的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。例如某机组要求控制过热蒸汽温在538～548℃ 的范围内。

41. 二、影响过热蒸汽温度的主要因素 • 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退出运行时，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。

42. 3 、过剩空气系数 • 过剩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。当过剩空气系数增大时，除排烟损失增加、锅炉效率降低外，炉膛水冷壁吸热减少，造成过热器进口温度降低、屏式过热器出口温度降低；虽然对流过热器吸热量有所增加，但在煤水比不变的情况下，末级过热器出口汽温会有所下降。过剩空气系数减小时的结果与增加时的相反。若要保持过热汽温不变，则需重新调整煤水比。 • 4 、火焰中心高度 • 火焰中心高度变化造成的影响与过剩空气系数变化的影响相似。在煤水比不变的情况下，火焰中心上移类似于过剩空气系数增加，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。

43. 5、 受热面结渣 • 煤水比不变的调节下，炉膛水冷壁结渣时，过热汽温会有所降低；过热器结渣或积灰时，过热汽温下降较明显。前者情况发生时，调整煤水比就可；后者情况发生时，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。 • 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。此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。

44. 三、 过热蒸汽温度控制策略 • 600 Mw 超l临界发电机组锅炉过热汽温的调节是以调节煤水比为主，用一、二级减温水作细调。 • 1 、过热汽温粗调(煤水比的调节) • 煤水比的调节的主要温度参照点是中间点(即内置式分离器出口处)焓值(或温度)。锅炉负荷大于40％MCR时，分离器呈干态，中间点温度为过热温度。具体控制思路见锅炉给水控制系统部分。 • 2、 过热汽温细调 • 由于锅炉调节中受影响的因素很多，只靠煤水比的粗调是不够的；而且，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处和高温过热器(末级过热器)的入口处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。必须注意的是，要严格控制减温水总量，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。

45. （1） 屏式过热器出口温度控制系统 • 某机组的屏式过热器出口温度控制系统(又称一级减温控制系统)如图所示。该系统由A(左)侧和B(右)侧2套系统构成。2套系统的结构相似，都采用温差串级控制策略。

46. A(左)二级减温器入口温度与A(左)二级减温器出口温度的温差信号作为主调节器的过程被控量，主调的输出作为副调节器的给定值，过热器A(左)一级减温器出口温度为副调节器的被调量，形成串级调节系统，产生一级喷水减温器的喷水指令去控制过热器A(左)一级减温器入口水调节门，使进、出二级减温器的温差随负荷(蒸汽流量)而变化。 • 这可防止负荷增加时一级喷水量的减少和二级喷水量的大幅度增加，从而使一级和二级喷水量相差不大，各段过热器温度相对比较均匀。设定值可由运行人员手动设定或由修正后的蒸汽流量经f( x)形成。

47. 蒸汽流量、总风量、燃烧器倾角(燃料指令)经动态滤波处理后，加到主调节器的输出，作为前馈量，其目的是当负荷变化引起烟气侧扰动时，及时调整喷水量，消除负荷扰动，减小过热汽温波动。蒸汽流量、总风量、燃烧器倾角(燃料指令)经动态滤波处理后，加到主调节器的输出，作为前馈量，其目的是当负荷变化引起烟气侧扰动时，及时调整喷水量，消除负荷扰动，减小过热汽温波动。 • 例如：由于再热汽温主要是采用燃烧器摆角控制。 • 当燃烧器摆角发生变化时，将破坏过热汽温调节的平衡，因此在给水控制和减温水控制中采用燃烧器摆角对控制信号进行修正。其修正的目的是，当燃烧器摆角向上摆动时，减少给水量，增加减温水量，而摆角向下摆动时，刚好相反。 • 为了保证机组的经济性，防止过多喷水，由汽水分离器出口压力经f(x)形成饱和温度，再加上10℃的过热度后作为喷水的最低温度限。

48. （2）末级过热蒸汽温度控制系统 • 调节原理和屏式过热器出口温度控制系统基本相同。

49. 四、超临界机组给水-汽温控制整体策略原理

50. §5-4再热汽温自动调节系统 • 一、概述 • 再热循环可以降低汽轮机尾部叶片处的蒸汽湿度、降低汽耗、提高电厂的热循环效率，所以单元机组普遍采用中间再热技术。 • 在锅炉运行中，再热器出口温度更容易受到负荷、燃烧工况等生产干扰的影响而发生变化，并且变化的幅度也较大，这是由于再热器与过热器的结构特点不同所致。因为在再热器中的工质流速较低，为了启动及停炉时的保护需要，一般都将再热器布置在较低的烟温区。因此，再热器通常具有纯对流式的汽温静态特性。 • 当负荷变化时，再热汽温会产生较大的变化，将可能造成汽轮机中压缸转子与汽缸之间产生较大的相对变形，引起汽轮机的剧烈振动。再热汽温调节系统的任务是保持再热器 • 出口汽温为给定值。