浅析锅炉启动过程中的汽温控制

浅析锅炉启动过程中的汽温控制

刘登国

(紫光（北京）智控科技有限公司珠海分公司广东珠海519000)

摘要：锅炉是电厂发电机组的重要组成设备，在其启动过程中，对其汽温进行有效控制十分必要。本文结合某电厂燃煤汽轮发电机组实例，对其锅炉启动过程中的汽温控制进行了详细的介绍，以期能为有关需要提供参考。

关键词：锅炉；启动；汽温控制

随着我国电力行业的快速发展，燃煤电厂日益增加，对促进我国国民经济的发展起到重要的促进作用。在燃煤电厂中，锅炉是重要的设备之一，在其启动过程中，蒸汽温度是一个重要的参数，需要对其进行严格的控制，从而确保机组的正常启动。基于此，笔者进行了相关介绍。

1.机组概况

本工程装设1000MW燃煤汽轮发电机组。锅炉为超超临界参数、变压直流炉、前后墙对冲燃烧方式、单炉膛、一次再热、型结构。锅炉最低直流负荷为30%BMCR，本体系统配25%BMCR容量的启动循环泵。

过热汽温调节采用水煤比和二级喷水减温，减温水总管从省煤器出口联箱处引出。再热蒸汽温度的调节是通过布置在低温再热器和省煤器下部的平行烟气挡板来调节。再热器事故喷水减温器仅用于紧急事故工况、扰动工况或其他非稳定工况。再热器事故喷水减温器布置在低温再热器出口集箱至高温再热器进口集箱之间连接管道上。

机组设置一套高压合低压两级串联汽轮机旁路系统，机组的旁路容量按40%BMCR设置。锅炉各负荷段主要参数设计数值见表1。

2.冷热态启动的异同

（1）冷态启动升温过程中，有很明显的汽水膨胀现象，大量的水涌人汽水分离器，导致在分离器至疏水扩容器调节阀（以下简称3A阀）开度均很大的情况下，分离器储水罐液位还是在高位，此时锅炉在保证最低给水流量下运行。而热态启动时，虽然也有膨胀现象，但通过3Ａ阀的调节，完全能维持在正常水位。相反在启动的前期，省煤器和水冷壁内进人相对低温的给水，使得水冷壁内的工质遇冷收缩，使得进人分离器的工质骤减，此时宜引起分离器水位低跳闸炉水循环栗，会影响省煤器进口温度及后续汽温，启动时需特别注意。

表1锅炉各负荷段主要参数设计数值

（2）热态启动，主汽温度有个先降后升的过程。前期需提高加燃料速度.当分离器出口蒸汽温度和压力开始上涨后，控制投燃料速度如同冷态启动一样。尽量控制分离器出口的温升在

2℃/min。

（3）热态启动，较冷态启动需要满足的汽机冲转压力和冲转温度高。因此，在给水量不变的前提下，热态启动比冷态启动在汽机冲转前投入的燃料更多。

（4）汽机冲转前，不管冷热态，都需维持旁路在大开度，冷态在70%以上，热态在60%以上。随着汽机热态冲转前，对冲转压力和冲转温度的较高要求，实际上热态冲转时所需的主汽压力已经接近300MW时的主汽压力

3.湿态时给水温度和再循环流量的控制

（1）在直流炉前期湿态工况下.当燃料量不变，总给水流量不变和高加出口温度不变的前提下，随着再循环量占总的给水流量比重增大，省煤器进口给水温度越高，产汽量越大，越有利于过热器管壁温度的控制。但在热态启动时，在提高再循环流量的同时，需确保省煤器出口工质温度有一定的过冷度，防止水冷壁内两相流发生，恶化对水冷壁面的传热效果。

（2）在湿态中后期时，炉水循环栗出口至省煤器进口调节阀（以下简称360阀）需根据机组产汽量增加逐渐关小，使分离器储水罐液位维持正常，而再循环流量的减少导致的给水温度下降逐渐由增加的燃料量来补偿。这样做的好处还有防止后期炉水循环泵的跳闸，而大幅度的关小360阀，使得给水温度大幅度地快速降低，造成产汽量不足导致过热器管壁温高。

某电厂5号机组推荐的再循环流量随煤量的变化关系曲线如图1所示。

（3）在湿态转干态阶段，在停运再循环系统前，需预判会给给水温度带来的影响，温差控制在30℃以内。湿态转干态时，所有给水都来自于给水泵，因此需先投人高压加热器，使得停运前后的温差在30℃以内。在停运再循环系统过程中，需逐渐关闭360阀，同时逐渐增加煤量，一般给水温度下降10℃，需多消耗31煤。当分离器出口温度达到微过热度后，代表已转为干态运行。转态需坚决，防止时而干态、时而湿态的情况发生。

图1推荐再循环流量随煤量变化关系曲线

4.旁路的控制

（1）高压旁路控制的关键是在汽机冲转前控制升压速率的基础上，保证有足够的蒸汽通流量来冷却壁温，从而使过热汽温得到控制。

（2）当屏过出口汽温超过560℃时，不要忙于减少煤量，需检查旁路的开度。在湿态工况下，降低煤量的同时，会减少锅炉受热面的蒸发量。此时开大旁路，增加通流量，能更好控制汽温上升。

（3）并网后，建议不要过早关闭旁路。旁路关闭后，全部蒸汽进人汽机，尤其是热态启动时，主汽门前压力高，带同样初负荷，需要的蒸汽通流量小，旁路全关后，在其设定值上加1.4MPa，机前压力由汽机调门来控制，当压力上升后，调门打开，机组负荷上升，压力设定值跟随上升，高于实际值后，调门又会关小，负荷下降导致主汽压力设定值下降，压力的波动又会影响产汽量，引起启动分离器的水位波动，使得系统不稳定。

5.干态时水煤比的控制

（1）机组转人干态运行后，水煤比的调整是控制主汽温的关键和最有效的手段。在直流锅炉中，锅炉的蒸发量不仅取决于燃料量的多少，还取决于给水量，任何一方的改变都会影响到一次汽的汽温分布。因此水煤比调整的关键就是建立恰当的一次汽吸热、蒸发、过热段的长度，从而有效控制主汽温度。

一般情况下，在煤质稳定、工况定的情况下，水煤比相差10%，出口汽温相差可达80℃左右。

（2）在煤质稳定的情况下，水煤比是随着机组负荷的上升先下降后上升的。在机组300MW负荷前，需要持续保持最低给水流量来使水冷壁得到冷却，此时随着燃料量的增加，水煤比是降低的。到了300MW负荷后，一方面随着机组负荷的上升，给水压力上升，工质的比热容是降低的，主汽温度达到额定值，单位质量工质所需要的吸收热量更少，另一方面，随着机组负荷的上升，省煤器的进口给水温度上升，进一步降低了单位质量工质受热达到额定温度所需的热量。因此，水煤比随后又随着机组负荷的上升而上升。该电厂机组冷态启动后，推荐的水煤比随机组负荷的变化曲线如图2所示。

图2推荐的水煤比随机组负荷的变化曲线

（3）控制好分离器出口的温度（中间点温度）是水煤比调整的关键。汉川电厂超超临界东方锅炉主要是通过控制屏过出口温度控制在随负荷变化的一个合理值，而且直接作用到燃料上来修正水煤比的控制策略。当时考虑如果控制水冷壁的出口温度，当出现水冷壁的结焦导致出口过热度极低的工况下，此时加煤或者减水，进一步提升了炉膛出口的烟气温度，这对屏式过热器汽温控制是不利的。但在现有的控制策略下，对水冷壁壁面温度的保护就相对缺乏了。对于操作人员来讲，在升降负荷的过程中，在屏过出口温度自动修正的前提下，还需兼顾到中间点温度的变化趋势并及时做出水燃比的调整，使得各部位吸热比例控制在合理值并且有效控制各部位金属壁温的关键。

一般在稳定的工况下，一般中间点温度每变化1℃，在低负荷时，对过热汽温的影响达10℃，高负荷时，对过热汽温影响在5℃左右。该电厂机组推荐分离器出口中间点过热度随机组负荷的变化曲线如图3所示。

（4）当煤质与先前的煤质在热值上有较大的偏差，单纯靠BTU热值自动修正，存在很大的延迟。因此操作人员需及时同燃料运行人员进行沟通.需清楚前后两种煤质发热量相差，然后预估煤量的增加或减少，待实际烧的煤种变化后，及时把BTU切至手动来进行调整。

（5）因为前次停磨未吹扫干净或者磨煤机跳闸后均有大量的剩煤在磨煤机内.磨煤机启动后，剩煤带人炉膛，而这部分煤量不算进总燃料中，实际降低水煤比。因此在启动磨煤机后，先控制较高的水煤比，待对应给煤机投人后，再适当回调水煤比，是在这一时期控制过热器管壁温度的有效调节手段。

（6）到达超临界压力后，工质存在一个大比热容区，在相同的温升下，工质需要吸收更多的热量，工质的导热系数也会下降，最终反映在汽温上会有明显的下降。因此在进入大比热容区后，尽量快速通过，汽温又会恢复常态，不要在此负荷段内过多停留来调整汽温

图3推荐的分离器出口中间点过热度随机组负荷的变化曲线

6.减温水量的控制

（1）在湿态工况下，一、二级减温水量是作为调节过热汽温的主要手段。冷态启动时，过早投人减温水宜使减温后的蒸汽温度大幅波动，甚至进人饱和状态。如果等汽机接近冲转温度再投减温水，没有及时有效的调节，最终导致温度高出冲转温度。再要降下来，就需经历一段很长的过程。一般当机组蒸发量大于最大连续蒸发量10%，即可根据汽温情况逐步投入减温水。

（2）在纯直流干态工况下，只有在保证适当水煤比的前提下，减温水对汽温的控制才有效。减温水喷人的多少可以间接反映出水煤比是否失调。

一般最大减温水流量不宜超过锅炉颔定给水流量的10%。

（3）在直流干态工况下，在调整一级减温水量的同时，需结合各受热面吸热情况和二级减温水流量的变化来进行。比如：在水燃比正常的情况下，水冷壁出口、低过、屏过出口温度较高，而此时主汽温度并不高，二级减温水流量不大。那很有可能一级减温水量喷人的过多，导致进入省煤器的水量减少，此时应该升高屏过进口蒸汽温度设定值，减少一级喷水量。使得各受热面出口温度能维持正常。

（4）操作人员需清楚各负荷阶段汽水流程中各部位参数，尤其是各部位的温差数值，在汽温异常情况下，有助于发现问题出在哪个部位，及时做出调整。

（5）在投减温水自动的前提下，需确保减温水流量计已可靠投人。在一定负荷下，逻辑里面设置有对应的一、二级减温水流量，如果表计流量偏离各自负荷下对应的流量过多.就会重新调整一、二级减温水调节门，已达到保护各级受热面的目的。

7.烟气挡板的控制

（1）调整再热汽侧烟气挡板.还需兼顾对主汽温度的变化影响。如果是此时主汽温度也较低，应该重点考虑如何提高主汽温度，待主汽温度升高后，再热汽温度也会回复到正常调节范围内。

（2）通过及时调整再热器烟气挡板，减少使用再热汽减温水，提高运行经济性。由于再热汽减温水未参与到高压缸的做功，如果通过开大再热器减温水降再热蒸汽温度，会降低机组运行的效率。

（3）调整烟气挡板时，需注意其对过再热汽温度有较大的惯性和迟延。过热器传热面积约占锅炉一次汽水侧总受热面的50%~60%。低温再热器占再热器总受热面的85%。烟气挡板调节动作后，过热、再热汽温变化要延时5~7min。因此，在调整后需观察一段时间，不要过调。

（4）烟气挡板调整时，需同时兼顾两侧的汽温偏差。比如，当低温过热器一侧出口温度高于另一侧时，可以开大温度低一侧的低温过热器烟气挡板，但两侧的烟气挡板开度偏差不宜超过10%，防止由于两侧过热器烟气流量分配偏差而给两侧再热汽温度带来偏差。

（5）在低负荷阶段，由于炉膛火焰中心偏下，为了提高再热汽温度，故再热器烟气挡板在低负荷阶段开度较大。随着机组负荷的上升，炉膛火焰中心的上移，再热器所接受的吸热比例在增大，此时逐步关小再热器烟气挡板，开大过热器烟气挡板。该电厂机组推荐的过热器、再热器烟气挡板开度随机组负荷的变化曲线如图4所示

图4推荐的过热器、再热器烟气挡板开度随机组负荷的变化曲线

8.炉膛火焰中心的控制

（1）在湿态低负荷工况下，通过燃烧调整使炉膛火焰中心偏下，能有效控制屏式过热器管壁温度。因为屏式过热器特性是随着负荷的升高，温度降低，此时使炉膛火焰中心偏下，一方面使得水冷壁能吸收更多的热量，产生足够蒸汽来冷却过热器。另一方面，降低炉膛火焰的中心高度，能够降低炉膛出口烟气温度，很好地控制屏式过热器管壁温度。

（2）在干态工况下，根据各受热面出口温度来调整炉膛火焰中心高度。比如，如果分离器出口过热度不低，而屏过的出口温度低，导致最终主汽温度低，此时可以增加上位磨煤机的运行负荷，或者适当提高炉膛负压，使得炉膛火焰中心上移，提高主蒸汽温度。

9.风量的控制

在低负荷阶段，风量过小，炉内燃烧不充分，燃烧火焰延长，使得屏式过热器容易超温。风量过大，会使炉膛整个温度水平降低，燃烧延后，烟气量增加，使得主要接受对流换热的高温过热器容易超温。因此，在升负荷的过程中，省煤器出口烟气中保持合适的过量空气系数是风量控制的关键。该电厂机组推荐的省煤器出口烟气含氧量与负荷对应关系见表2。

表2推荐的省煤器出口烟气含氧置与负荷对应关系

10.吹灰的控制

（1）在进行水冷壁受热面吹灰的过程中，需根据当时汽温的下降情况分阶段进行炉膛水冷壁吹灰。因为在进行水冷壁吹灰时，炉膛出口温度降低，降低了屏式过热器的辐射吸热量以及高温过热群和高低温再热器的对流吸热量，会使主汽温度和再热汽温度下降。如果此时继续进行吹灰，主再热汽温度还会进一步降低。需等控制系统调整稳定及主、再热汽温度有回升后，再进行下一阶段的水冷壁吹灰。

（2）当燃用挥发份高，灰熔点低的煤种时，应及时进行水冷壁受热面吹灰，增加其吸热量，降低炉膛出口温度，防止水冷壁出口过热度极低的情况下，屏式过热器仍超温的情况出现。

（3）可以进行选择性的吹灰，通过各部位的温差数值，有选择地投人温差较小部位侧的吹灰器，从而减少由于两侧积灰状况不同引起的两侧汽温偏差

11.结语

综上所述，汽轮发电机组启动过程中，需要对蒸汽温度进行严格的控制，结合启动过程中各个阶段的特点，采取相应的措施进行汽温控制，确保蒸汽温度符合要求，从而保障设备的安全及机组启动的经济性。本文结合实例，对锅炉启动中的汽温控制进行了介绍，具有一定的参考价值。

参考文献:

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