李伯伙

摘要：600MW超臨界直流鍋爐以其啟停速度快、負荷變化快的特點已逐步成為調峰主力機組，所以有必要對該機型的運行特性進行更深入的了解。文章對600MW超臨界直流鍋爐與汽包鍋爐差異進行了比較分析，并提出了該系統(tǒng)的運行控制。

關鍵詞：直流鍋爐；汽包鍋爐；運行控制；汽溫控制；給水控制

中圖分類號：TK229

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)14-0053-02

一、直流鍋爐與汽包鍋爐差異

1.直流鍋爐蒸發(fā)受熱面內工質的流動不像汽包爐那樣，依靠汽水的重度差而形成自然循環(huán)來推動。而是與在省煤器、過熱器中的工質流動一樣，完全依靠給水泵產生的壓頭，工質在此壓頭的推動下順次通過加熱、蒸發(fā)、過熱過程，水被逐漸加熱、蒸發(fā)、過熱，最后形成合格的過熱蒸汽送往汽輪機。

2.鍋爐在直流狀態(tài)運行時，汽水通道中的加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)三部分之間并沒有固定的界線(可以把水在沸騰之前的受熱面稱為加熱區(qū)，水開始沸騰到全部變?yōu)楦娠柡驼羝氖軣崦娣Q為蒸發(fā)區(qū)，蒸汽開始過熱到全部被加熱至額定溫度壓力的過熱蒸汽的受熱面稱為過熱區(qū))。當給水量、空氣量、燃料量和機組負荷有擾動時，此三個區(qū)段就會發(fā)生移動。

3.直流鍋爐的另一個特點是蓄熱能力小。而汽包鍋爐則相反，降壓速度不能過快，因為壓力減小的過快，可能會使下降管中工質發(fā)生汽化而破壞水循環(huán)。由于直流鍋爐的蓄熱能力小。在受到外部擾動時，自行保持負荷及參數(shù)的能力就較差，對擾動較敏感，因此對調節(jié)系統(tǒng)提出更高的要求。但是在主動調整鍋爐負荷時，由于其蓄熱能力小，且允許的壓力降速度快，可以使其蒸汽參數(shù)迅速地跟上工況的需要，所以能較好的適應機組調峰的要求。

4.直流鍋爐在純直流狀態(tài)下工作時，蒸發(fā)區(qū)的循環(huán)倍率等于1，而自然循環(huán)的汽包鍋爐的循環(huán)倍率為3～5。低倍率強制循環(huán)鍋爐的循環(huán)倍率為1.5左右。

5.直流鍋爐的金屬消耗量小。與同參數(shù)的汽包鍋爐相比，直流鍋爐可節(jié)約20％～30％的鋼材。

6.直流鍋爐的設計，不受工質壓力的限制，可以做成亞臨界，超臨界，甚至是超臨界。因此制造、安裝和運輸方便。

7.直流鍋爐啟爐、停爐較快。機組啟動停止一般都受限于壁厚部件的熱應力。自然循環(huán)鍋爐因為有厚壁汽包，啟動時內外壁溫差、上下壁溫差大，應力和汽包內壓力所產生的應力組合成復合應力。因此上水，升壓速度均受到限制。

8.直流鍋爐給水品質要求高，因為在蒸發(fā)區(qū)不排污，除了能溶于蒸汽的鹽分被蒸汽帶走外，給水中所含雜質將全部沉積在管壁上，因此要求水處理嚴格。

9.直流鍋爐工質流動阻力較大。在自然循環(huán)鍋爐中，只有省煤器和過熱器內工質為強迫流動，要消耗給水泵壓頭，蒸發(fā)受熱面內的自然循環(huán)不消耗水泵壓頭。但是直流鍋爐蒸發(fā)受熱面內的工質也是強迫流動，且管徑較小，流速較高，以便得到較大的質量流速來冷卻水冷壁，故要消耗額外的較多的水泵功率。

10.直流鍋爐控制及調節(jié)復雜。由于直流鍋爐受熱面的金屬重量較輕，工質儲存量較小。故金屬及工質的蓄熱能力一般只為汽包鍋爐的1/4～1/2。因此在外界負荷變化時，自適應能力差，汽壓波動幅度較大，壓力波動速度往往超過汽包鍋爐一倍以上。另外由于工況變動引起熱水段、蒸發(fā)段和過熱段之間的調節(jié)互相影響，因此，直流爐的自動調節(jié)系統(tǒng)較復雜，控制技術也較高。

11.直流爐水冷壁的安全性存在一定的問題。自然鍋爐，因其循環(huán)倍率高，蒸發(fā)管中發(fā)生第一類傳熱危機和第二類傳熱危機的可能性小。

直流鍋爐蒸發(fā)管出口往往是接近飽和，甚至是微過熱蒸汽。故管內發(fā)生膜態(tài)沸騰和結垢的可能性較大。強迫流動的特性常導致并列蒸發(fā)管中吸熱越多的管子。其工質流量反而越小。目前的螺旋水冷壁采用整焊膜式水冷壁，各個管帶均勻地分布于爐膛四周，在同一高度上的管帶受熱幾乎一樣，相鄰管帶之間外側管管壁溫差較小(30℃)。由于各管帶皆為傾斜上升，從而避免了拉姆辛管圈水平部分的較易發(fā)生的汽水分層的現(xiàn)象。同時，低負荷時采用爐水循環(huán)泵，建立爐水再循環(huán)，水冷壁質量流速的提高，也避免了發(fā)生膜態(tài)沸騰可能。從而有效的降低了水冷壁管的金屬溫度保證了安全可靠運行。

12.直流鍋爐設置分離器的目的是為了適應低負荷運行和低負荷運行時的熱損失，另一目的是可使過熱器干態(tài)啟動，從而縮短啟動時間。

13.當外界負荷變化，汽門開度發(fā)生變化時，鍋爐汽壓變動很快，波動的幅度也遠比汽包爐大；給水量變化時，汽溫、汽壓、蒸汽量的變化趨勢都和汽包鍋爐相反，而且影響程度也要大得多。即給水量增大，汽壓、汽量明顯增大，汽溫則顯著降低；當燃料量變化時，直流鍋爐主要變化的是汽溫，故直流鍋爐運行特點之一就是必須保持燃水比一定，否則汽溫將無法保持正常。

二、直流爐的運行控制

(一)直流鍋爐汽壓控制

機組負荷增加時，汽機調門開大，蒸汽流量立即增加，使得汽輪機功率也同樣立即增加。由于鍋爐給水流量和燃燒率均未變化，蒸汽流量和汽輪機功率的暫時增加是由于蒸汽壓力下降而使鍋爐放出蓄熱引起。由于直流鍋爐蓄熱能力小，壓力下降的速度大一些。穩(wěn)定后汽壓維持在偏低的數(shù)值。

(二)直流鍋爐汽溫控制

直流鍋爐不像汽包鍋爐那樣有汽包可以將蒸發(fā)受熱面和過熱器分開，由于直流鍋爐給水和燃料單一的變化特性決定了將明顯影響汽溫。為此必須保持燃水比不變，但即使保證燃水比作為調溫的基本手段，過熱器之間，往往仍需要噴水減溫，以適應變動工況下調節(jié)汽溫和保護過熱器的需要。運行中應使噴水調節(jié)閥開度處于中間位置，以備工況變動既能開大也能關小。因此，直流鍋爐汽溫控制的基本措施就是保持燃水比，噴水減溫只是臨時措施。通過控制中間點溫度不變，就表示汽溫變化穩(wěn)定。

再熱器溫度的控制采用尾部煙道煙氣擋板和冷再入口事故一級噴水減溫。主要影響因素為再熱器出口汽溫、機組負荷變化速度、噴水減溫及低溫再熱器出口汽溫的變化速度。燃燒率和給水流量的比例變化1％，將使過熱蒸汽溫度變化10℃。

1.過熱汽溫控制。過熱蒸汽溫度是由煤冰比和兩級噴水減溫來控制。噴水取自高加出口，每級減溫器噴水量為該負荷下的3％主蒸汽流量。系統(tǒng)在35％～100％BMCR負荷范圍內維持出口汽溫在℃。在20％BMCR負荷以下不允許投一級噴水。在10％BMCR負荷以下不投二級噴水。如果噴水調節(jié)閥關閉超過10秒之后且過熱汽溫低于控制的目標值，則每個隔離閥自動關閉。若隔離閥關閉則減溫水控制閥自動關閉。在失去控制信號和電源時噴水閥固定不動。

2.再熱汽溫控制?；瑝哼\行時，在50％～100％BMCR負荷之間，再熱器出口蒸汽溫度控制在569+5～10℃。正常運行期間，再熱蒸汽溫度由布置在尾部煙道中的煙氣擋板控制。兩個煙道的擋板以相反的方向動作。煙氣擋板的連桿有一個執(zhí)行

器，可調節(jié)滿行程限制值，使之在關閉位置下至少有10％的煙氣量通過。再熱汽溫偏低時，再熱器煙道擋板向全開位置調整，以減小再熱器煙道阻力，增加通過再熱器煙道煙氣量，提高再熱汽溫。在負荷低于約85％時再熱器擋板全開。過熱器煙道擋板向關閉位置調整可增大過熱器煙道阻力，這樣將增加通過再熱器對流受熱面的煙氣量以提高再熱器出口汽溫。

當再熱汽溫升高時過熱器煙道擋板將開啟。在過熱器煙道擋板開度低于72％時，再熱器煙道擋板維持在原來位置。當過熱器煙道擋板開度超過72％時，兩套擋板將同時操作。如果再熱器汽溫繼續(xù)升高，那么過熱器煙道擋板完全開啟，再熱器擋板向關閉方向動作。這將減少再熱器煙道的煙氣量，使再熱器溫升減小。過熱器煙道擋板在再熱器煙道擋板開度超過72％之前在原位置不動。推薦在分隔煙道擋板失去控制信號或電源時擋板固定不動。

煙氣擋板系統(tǒng)的響應有一定的滯后性，在瞬變狀態(tài)或需要時，可以投布置在冷再管道上的減溫器噴水減溫。如果再熱器煙道擋板完全關閉并且再熱出口汽溫繼續(xù)升高(例如在擾動運行狀態(tài)下)，那么在額定目標值以上5℃時減溫器截止閥將自動開啟，且減溫器用于控制末級再熱器出口汽溫。噴水水源取自給水泵的中間抽頭。減溫器的隔離閥在負荷低于50％BMCR(271kg/s)時，在任何情況下都不應使用。

(三)直流鍋爐燃燒控制

1.設計煤粉燃燒器共30只，分三層前后墻對沖布置。每臺磨煤機對應前后墻一層六只燃燒器。制粉系統(tǒng)為六臺HP磨正壓直吹系統(tǒng)。燃燒控制系統(tǒng)調節(jié)鍋爐燃料和燃燒空氣的總供給，在特定的范圍內維持燃料的燃燒。

2.中心風的調整：中心風由二次風道提供并從每個二次風擋板前引出。中心風引入每臺燃燒器的中心風管以防止熱煙氣回流，并為油燃燒器提供一定比例的燃燒空氣。擋板位置在試運期間根據負荷和風壓來設定。

3.在煤粉燃燒器上方共設置了10個燃燼風噴嘴，前后墻各為5只，燃燼風保證NOX排放控制在設計要求的范圍之內。在正常運行期間，燃燒器和燃燼風噴口的總風量應滿足燃料燃燒要求爐膛出口的過量空氣。在BMC情況下，爐膛出口的過量空氣系數(shù)是1.19，燃燒器區(qū)域的過量空氣系數(shù)為1.05。爐膛出口(省煤器)氧量信號用于調整所要求的總風量。

燃燒器區(qū)域的過量空氣系數(shù)是隨鍋爐負荷變化的，并受投運磨煤機數(shù)量的影響。燃燒器區(qū)域的風量是指經過燃燒器進入鍋爐的風量，包括運行燃燒器的一次風，二次風，未運行燃燒器的漏風／冷卻風和所有燃燒器的中心風。停運燃燒器的漏風聆卻風量約為BMCR負荷下該風室二次風量的12％。停運燃燒器的漏風量是由二次風擋板最小位置決定的，并隨著該負荷下熱二次風道與爐膛負壓之間的壓差而變化。根據氧量信號操縱燃燒器風室風量和燃燼風量兩者的比例，使燃燼風系統(tǒng)旋轉趨勢最小。

(四)直流鍋爐給水控制

鍋爐給水系統(tǒng)配置了一臺35％容量的電動泵和兩臺50％容量的汽動泵。首先用電動給水泵進行鍋爐啟動，用給水操縱臺中的啟動控制閥調整給水流量。一旦該閥開啟約75％，給水操縱臺中的主管路隔離閥緩慢開啟并切換到單獨由給水泵轉速控制。當主隔離閥完全開啟時，啟動控制閥緩慢關閉。MFT時給水控制閥和隔離閥關閉，汽動給水泵甩負荷，運行人員啟動電動給水泵，必要時可以打開啟動控制閥。

兩臺汽動泵運行時，一臺泵甩負荷，備用泵自動啟動，負荷降低至80％。燃燒率、減溫水量、汽機調節(jié)閥開度保持不變的情況下，給水流量擾動增加時，由于直流鍋爐中工質是一次強迫通過受熱面的，在達到穩(wěn)定流動后，進入的給水量應等于送出的蒸汽流量，故給水流量增加時蒸汽流量也是增加的，其延遲很小。

但是因為爐內供熱量未變，給水量增加使得加熱區(qū)和蒸發(fā)區(qū)變長而過熱區(qū)變短，增加的給水量先要填補加熱區(qū)的增長的空間，而且增加的水量變成蒸汽要經過共質流動及傳熱過程，所以蒸汽流量是逐漸上升的。由于燃燒率沒有變動，而給水量的增加使過熱區(qū)減少了，同時蒸汽流量增加，從而使過熱汽溫在經過一段較長的遲延后，單調下降。最后穩(wěn)定在一個較低的溫度。實際顯示給水量變化1％，過熱汽溫度變化10％左右。

三、結語

600MW超臨界直流鍋爐以其啟停速度快、負荷變化快的特點已逐步發(fā)展成為我國調峰主力機組，對該機型的運行特性應更深入的了解，在實際運行中更為合理和精確的控制機組運行。