第五章-锅炉蒸汽温度控制系统

第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity1第五章锅炉蒸汽温度控制系统§5.1概述§5.2过热蒸汽温度控制策略§5.3过热蒸汽温度控制系统实例§5.4再热蒸汽温度控制策略§5.5再热蒸汽温度控制系统实例第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity2§5-1概述第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity3一、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组都要求保持过热蒸汽温在的范围内。5o10540C+-第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity42．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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity5二、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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity6(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，同时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有所下降。过剩空气系数减小时，结果与增加时相反。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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity7(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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity82.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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity9(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。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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity10(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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity11三、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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity12图5-1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5-2所示。注意：蒸汽流量的扰动不能作为调节信号用。图5-2蒸汽量变化对过热器汽温的影响有延迟，有惯性，有自平衡能力。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity13（２）烟气量扰动下过热汽温对象的动态特性图5-3烟气流量变化对过热汽温的影响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5-3所示。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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity14（３）减温水量扰动下过热汽温对象的动态特性图5-4减温水量变化对过热汽温的影响常用的减温方法有两种：喷水式减温和表面式减温，前者的效果比后者好，喷水式减温器一般装在末级过热器高温段前面，一方面保护了过热器高温段，另一方面又改善了调节性能。这种过热器的安装方法与在饱和侧装设表面式减温器相比，延迟时间能减小1/4。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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity152．再热蒸汽温度控制对象的动态特性图5-5烟气挡板控制再热汽温的动态特性图5-5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：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。4()(1)KWsTs=+第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity16四、蒸汽温度控制方案1．过热汽温的调节超临界600MW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内置式分离器出口温度，即所谓的中间点温度。锅炉负荷大于37％MCR，分离器呈干态，中间点温度为过热温度。从直流锅炉汽温控制的动态特性可知：过热汽温控制点离工质开始过热点越近，汽温控制时滞越小，即汽温控制的反应明显。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity17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。关于中间点温度：第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity18（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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity19（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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity202．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。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。第五章锅炉蒸汽温度控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity21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