超临界锅炉中间点温度合理控制

超临界锅炉中间点温度合理控制

李纯和姜浩

(山东电力建设第三工程公司，山东青岛，266100)

摘要：超临界锅炉在本生负荷以上运行时，控制主汽温度的主要手段是控制中间点温度，即水冷壁出口工质温度。在现场运行调整时控制中间点温度的主要手段是调整水煤比。中间点温度的变化与单位工质在省煤器、水冷壁中的吸热量有关，本文着重探讨影响单位工质焓增的变化其他因素，以实现对中间点温度的准确调控。

关键词：水煤比；给水温度；风量、风温；辐射份额；炉膛温度；类汽化点；工质焓增、中间点温度。

1影响中间点温度变化因素分析

1.1水煤比对中间点温度影响

在一定压力下，单位工质在省煤器、水冷壁中的吸热量决定了水冷壁出口(分离器内)蒸汽的焓，从而决定了中间点温度。

1.2烟气热能(烟焓)再分配对中间点温度的影响

单位燃料燃烧产生的热能储存在高温火焰及烟气中，以不同的传热形式传递给工质，以辐射形式传递的热量主要是传递给炉膛水冷壁，在亚临界压力下用于锅水的加热、蒸发及加热蒸汽；在超临界压力下用于锅水的加热及蒸汽过热。以对流形式传递的热量主要传给炉膛出口及烟道内过热器、再热器受热面，用于蒸汽的过热、再热，以提高蒸汽温度。若辐射份额Qf小，则水冷壁吸热量减小，加热给水及汽化热量减少，相变点(超临界压力下类汽化点)后移，水冷壁中过热段缩短，水冷壁出口蒸汽焓值h下降，中间点温度下降，反之则反。

1.2.1风量、风温对中间点温度的影响

风量增大、风温降低时，进入炉膛的低温介质多，炉膛理论燃烧温度降低，致使炉膛火焰温度降低，单位燃料热能的辐射份额减少，对流传热份额增加。锅水在水冷壁中吸热量减少，汽化点(类汽化点)后移，水冷壁中过热段缩短，中间点温度下降。

1.2.2火焰中心位置对中间点温度的影响

火焰中心位置与燃料品质，炉膛温度，制粉系统运行方式，一、二次风量、风温、燃烧器配风方式等有关。若燃料品质差，一、二次风量大、温度低，投用上层制粉系统等，都将会引起燃料着火推迟，火焰中心位置上移。

火焰中心上移，将会引起水冷壁的有效吸热面积Fl及火焰与水冷壁间辐射换热的角系数变化，火焰的有效辐射行程发生变化，从公式(4-4)可知，炉膛内辐射吸热量减少，造成水冷壁吸热量减少，相变点(类汽化点)后移，水冷壁中过热段缩短，水冷壁出口蒸汽焓值下降，中间点温度下降。

1.2.3燃料品质对中间点温度的影响

当燃料品质较好时，挥发分高，水分低，煤粉较细等；燃料易于着火燃烧，可控制火焰中心上移。从公式(4-3)、(4-4)及(4-5)可知炉膛温度及辐射份额都相应提高，水冷壁吸热量增加，相变点(类汽化点)前移，水冷壁中过热段加长，水冷壁出口工质焓值上升，中间点温度上升。

1.3总汽化热量变化变化对中间点温度影响

在亚临界压力下，给水在省煤器和水冷壁中被加热到相应压力下的饱和温度所需要的热量称为液体热，用Qyt表示；饱和水在水冷壁中全部汽化所需要的热量称为汽化潜热，用Qr表示；总汽化热量是液体热和汽化潜热之和，用Qzf表示。

2实际运行案例简介

某600MW超临界机组，正常运行参数：主蒸汽压力p1=24.5MPa，主汽温度t1=569℃、再热汽温t2=571℃，水煤比7.6，中间点温度tz在425℃附近。

2.1水煤比变化影响实例

当维持给水流量不变，增加燃料使水煤比维持6.9时，中间点温度升高50℃左右。当维持燃料量不变，减少给水流量使水煤比维持6.8时，中间点温度升高55℃左右。

2.2给水温度变化影响实例

在其他条件不变，当给水温度降低，如高加退出时，给水温度从280℃下降到180℃，给水焓下降448kJ/kg，中间点温度下降将近100℃，分离器进入湿态。

如某次高加保护动作，运行人员没有及时切手动调整给水流量，致使水煤比仍较大，引起中间点温度大幅下降，汽温大幅波动。

2.3风量变化影响实例

风量变化时对中间点温度影响，在负荷、压力不变时，炉膛氧量由2.1%增加至3.5%，再增加到4.5%，分离器过热度由45℃降至40℃，又降至36℃。即氧量增加2.4%，中间点温度下降9℃。

2.4煤质变化影响实例

煤质变化对中间点温度影响，以现场实际案例说明：某日早班机组投用AGC方式运行，在加负荷过程中，运行人员发现给水自动中煤水比修正系数已达低限0.8(该值的限制为0.8－1.2)，随后过热器减温水调门逐步全关，主汽温仍逐步下降，最低达510℃，而此时煤水比修正系数已达低限，给水流量不再降低，运行人员立即解除AGC，解除给水自动，手动降低锅炉给水流量，逐步维持主汽温正常。

该日仅B仓加#1煤场混优煤，其余仓加#4煤场山优煤，优质煤和劣质煤的加仓比例达到1：5，从而导致入炉煤热值偏低，从入炉煤热值分析可知，该日早班入炉煤热值仅为4399.03kcal/kg。早班当负荷达到500MW时总煤量达到259t/h，煤水比修正达到其最低限值。

2.5制粉系统方式变化影响实例

制粉系统运行方式变化影响到炉膛火焰中心位置，从而影响到单位燃料的辐射份额。

如对于对冲燃烧方式锅炉，当下层制粉系统换到上层运行时，火焰中心上移将近5米，中间点温度下降10-12℃。

3建议现场采取的正确调整方法

在正常工况下，水煤比(W/Bj)可以反应燃料燃烧放出热量在炉膛中的辐射份额与水冷壁内工质所需吸热量的比值，控制水煤比可以控制水冷壁出口工质的状态参数，即中间点温度(过热度)，此时的水煤比代表着水冷壁中单位工质的焓增，即确定了水冷壁出口工质的焓值，因此中间点温度也就控制在一定范围。

但在某些特殊工况下，在进行中间点温度调控时，不但要从量的方面(燃料量和给水量)进行分析调控，同样要也要从质的方面进行分析，即从质和量两方面进行全面分析，从而达到精准调控。当水煤比在经验值范围内而中间点过热度出现较大偏差时，要从风量(氧量)、风温、燃料的品质、给水温度、运行压力、燃烧调整方式(火焰中心位置)等方面进行综合分析，来修正水煤比，达到合理控制中间点过热度稳定运行的目的。例如当有油然料投入或煤的品质较好时(与设计煤种比较)，此时单位燃料的发热量增加，在同样的燃料量情况下，炉膛中的辐射传热量份额增加，水冷壁中单位工质吸热量增加，出口工质焓增增加，中间点过热度增大，此时要采用较大的水煤比运行，反之控制较小的水煤比运行。当进入炉膛风量偏大、风温降低时，此时炉膛温度降低，在同样的燃料量情况下，炉膛中的辐射传热量份额减少，水冷壁中单位工质吸热量下降，出口工质焓增较小，中间点过热度下降，此时要进行风量调整，并修正水煤比。当上层磨煤机运行而下层备用或检修时，此时炉膛火焰中心上移，单位燃料在炉膛中的辐射传热量份额减少，水冷壁中单位工质吸热量下降，出口工质焓增减小，中间点过热度下降，此时要控制较小的水煤比运行，反之控制较大的水煤比运行。当给水温度下降时，水冷壁内工质所需吸热量增加，单位工质焓增下降，中间点过热度下降，此时要控制较小的水煤比运行，反之控制较大的水煤比运行。

3结论

根据以上分析及现场实际运行实例可知，影响中间点温度的因素除水煤比外还有其他一些因素，凡是影响单位工质在水冷壁中吸热量的因素都能引起中间点过热度发生变化；保持中间点过热度在一定范围，可以维持过热汽温基本稳定。超临界机组在实际现场运行中，工况是经常变化的，要根据负荷变化，运行压力变化，煤质变化，风量、风温变化，受热面积灰污染情况，给水温度变化，磨煤机运行方式变化等及时调整水煤比，以保证中间点过热度在一定范围，维持主汽温度相对稳定，以保证机组的安全经济运行。

参考文献：

［1］朱全利《超临界机组锅炉设备及系统》【M】，北京：化学工业出版社，2008.

［2］樊泉桂《锅炉原理》【M】，北京：中国电力出版社，2008

作者简介

李纯和，山东电力建设第三工程公司远程监控及仿真技术顾问

姜浩，山东电力建设第三工程公司区域经理、工程师