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摘要：目前，国际上的超临界火电机组技术已经比较成熟，发展高效超临界火电机组是提高能源利用率的有效途径。超临界锅炉已经成为电站发展的主力，本文对超临界锅炉的汽温特性进行了探索，并提出如何控制超临界锅炉启动过程和变压运行过程中的汽温。
关键词：超临界锅炉；汽温特性；控制
前言
超临界锅炉只有汽水分离器，而没有汽包，它的汽水分离器的储水容量很小，因此启动速度很快。超临界锅炉下降管的数量也比较少，成本更低。相对于亚临界锅炉而言，超临界锅炉的汽温变化特性更加复杂，因此，超临界锅炉汽温的控制和调节过程的难度也随之增加。
1超临界锅炉的汽温特性分析
1.1超临界锅炉的汽温特性
通过对四种不同设计的600MW超临界锅炉进行分析可以看出：再热器系统的汽温特性以对流特性为主，也就是说，在热气系统的汽温特性是由受热面系统布置和调温方式决定的；超临界锅炉的过热汽温特性是辐射特性，超临界锅炉的过热汽温特性主要是由高温过热器和屏式过热器的吸热决定的。运用摆动式燃烧器调节汽温的锅炉和运用烟气挡板调节汽温的锅炉的吸热特性都是辐射特性，并且二者的数值十分接近。不同型超临界锅炉的再热器系统的吸热特性都是以对流为主。再热器系统的变化特性主要会受到受热面系统布置和调温方式的控制[1]。
1.2受热面系统布置于调节方式之间的关系
超临界锅炉的过热器系统以辐射为主，对流为辅。超临界锅炉的主汽温调节以水煤比为主，减温水为辅。再热器系统以对流为主。1000MW超临界锅炉的汽温调节过程中，除了水煤比的变化之外，还运用烟气挡板来调节汽温，同时联合减温水以及摆动式燃烧器等多种方式对汽温进行调节。在这种调节方式中，烟气挡板特性与摆动式燃烧器特性之间发生了互补作用。
2对超临界锅炉汽温特性产生影响的主要因素
2.1中间点温度
中间点温度的控制原则是保持微过热温度，防止超前信号和过热器带水失效。如果中间点温度过高，水冷壁出口管段就会变成过热器，进而对水冷壁的安全运行造成不利影响。
2.2水煤比
水煤比是超临界锅炉主汽温的重要调节手段。为了使水煤比的调节效果更加明显，可以使过热器系统的吸热特性以辐射为主，也就是让水煤比的变化特性决定过热器系统的吸热特性。低负荷时，给水温度相对较低，此时单位质量工质所需的吸热量会增加，从能量平衡关系来看，需要增加燃料量，因此水煤比会降低。而高负荷时的情况则刚好相反[2]。
2.3煤质变化
煤质变化会使水煤比发生变化，并且使对流传热比例、燃烧工况发生变化。煤质变化既会对中间点温度产生影响，也会对过热器的吸热特性产生影响，进而影响超临界锅炉的汽温特性。
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2.4减温水量
运用烟气挡板进行温度调节的超临界锅炉减温水量变化趋势与亚临界锅炉相同，而运用摆动式燃烧器进行温度调节的超临界锅炉减温水量变化趋势却与亚临界锅炉相反。从这里可以看出，以水煤比为主的调节方式可以对超临界直流锅炉的汽温调节特性起到决定作用。如果减温水量过大，过热器和中间点温度的汽温都会受到相应的影响，从对对汽温特性产生影响[3]。
2.5再热汽温调节方式
对于采用烟气挡板进行温度调节的锅炉而言，负荷下降时,再热汽温与过热汽温之间是反向调节的关系。而对于运用摆动式燃烧器进行温度调节的锅炉而言，随着燃烧器摆角向上的变化，再热汽温与过热汽温之间呈现同向调节关系。
2.6运行压力与工质热物理特性
超临界锅炉变压运行时的负荷通常在63%MCR。当压力的数值从20Mpa将至一半时，汽化潜热由585kJ/kg增加至1315.8kJ/kg，饱和温度则由365.7℃降为311.0℃。这时水冷壁中的工质温度不会随着吸热量的增加产生变化，超临界锅炉汽温变化的特性主要是由运行压力和过热器系统的吸热特性决定的。当负荷达到63%MCR以上时，超临界锅炉就进入了超临界压力运行状态，主汽温度会随着工质热物性、运行压力、中间点温度的变化发生变化。其中，工质热物性与中间点温度的变化对主汽温度的影响更大[4]。
3对超临界锅炉汽温的控制
3.1超临界锅炉稳定负荷时的汽温控制
在对稳定负荷时的超临界锅炉的汽温进行控制时，首先要根据煤质特性对水煤比进行调节，控制好中间点的温度。
3.2超临界锅炉启动时的汽温控制
由于超临界锅炉启动时常常会出现燃烧不完全的现象，这种现象导致超临界锅炉燃烧释放热量不足，水冷壁辐射传热量随之减少，炉膛出口烟温不正常增加，这个过程的发生被称为超温现象。相对于超临界锅炉的正常运行而言，超临界锅炉启动时的汽温控制更加困难，在对启动时的超临界锅炉的汽温进行控制时，最关键的部分是对折焰角上方高温过热器和屏式过热器的控制。在启动过程中，超临界锅炉的流量比较低，而蒸汽参数的变化较大，因此必须对燃料的投入速度精确控制，同时还要对启动系统的疏水量加以控制，防止因疏水量过大导致水量增加快、蒸发量迅速降低现象的出现。如果要阻止蒸发量迅速降低，则必须加快燃料的投入速度，这种变化会导致过热器超温[5]。
3.3超临界锅炉跨越临界压力时的汽温控制
当超临界锅炉变压运行时，它在跨越临界压力或者临界压力附近时工质物性和工质状态的变化程度最大。由于工质具有大比热特性，因此会出现即使燃烧量变化增加，水冷壁出口工质温度的变化却不大的现象。此时水冷壁下辐射区出口位置的工质温度在374.15℃左右，可以将其设定成水煤比调节的导前信号，进而对汽温进行精确控制[6]。
3.4超临界锅炉启动工况向直流运行工况转变时的汽温控制
超临界锅炉启动工况向直流运行工况转变阶段的运行属于定压运行。在这个阶段的初期，分离器出口的蒸汽并没有达到15℃微过热状态，对此，要通过增大燃料量来提高蒸汽的过热度。当分离器出口的蒸汽温度达到15℃时，分离器会转换为干态运行，此时可以将分离器出口的工质温度当成调节汽温的导前温度。
结论：对于调温方式不同的超临界锅炉而言，再热器系统的汽温特性是由受热面系统布置和再热汽温的调节方式决定的，而过热器系统的传热特性主要是辐射特性。超临界锅炉在启动过程和转直流运行过程中的汽温变化控制最难实现。
参考文献：
[1]樊泉桂. 超临界锅炉的汽温特性及控制[J]. 动力工程,2007,01:34-37.
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[3]张艳娟. 超临界锅炉再热汽温控制系统研究[D].华北电力大学（河北）,2009.
[4]韩璞,袁世通,张金营. 超超临界锅炉主汽温控制系统的建模研究[J]. 计算机仿真,2013,12:115-120.
[5]马良玉,盖银平,史振兴. 600MW超临界锅炉过热汽温反馈补偿神经网络逆控制[A]. 中国自动化学会控制理论专业委员会.中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C].中国自动化学会控制理论专业委员会:,2011:6.
[6]邵加晓. 1000MW超超临界机组主汽温控制系统的特性及其控制策略研究[D].山西大学,2011.
作者简介：
于志军（1972-），男，新疆乌鲁木齐市，助理工程师，从事锅炉维护技术管理。
论文作者:于志军
论文发表刊物:《电力技术》2016年第4期
论文发表时间:2016/7/25
标签：锅炉论文; 超临界论文; 特性论文; 工质论文; 温度论文; 系统论文; 过热器论文; 《电力技术》2016年第4期论文;