神华国华广投（柳州）发电有限责任公司广西柳州545600
摘要：1000MW超超临界直流炉的汽温控制在火力发电厂的发展中起着很关键的作用,它是保障机组安全稳定运行的一个重要方面,决定着锅炉能否提供合格的蒸汽,本文将从主汽温和再热汽温的影响因数,深入研究主汽温和再热汽温的变化特性,最终分析得出主汽温和再热汽温的控制方法，为运行人员的汽温调整操作提供指导。
关键词：超超临界直流炉；1000MW；煤水比；主汽温；再热汽温；喷水减温
0.概述
直流炉具有蓄热小、汽温汽压受负荷影响大等特点，正常运行中能否保证主、再热汽温稳定将直接影响到锅炉效率和煤耗，甚至影响设备安全。本文以上海锅炉厂生产的SG3091/27.46-M5411000MW超超临界锅炉为例，阐述了在运行过程中积累的主、再热汽温的调整经验。
该锅炉为超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，锅炉采用一次再热、单炉膛单切圆燃烧、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构塔式布置；由上海锅炉厂有限公司引进Alstom-Power公司BoilerGmbh的技术生产。炉膛由膜式水冷壁组成，水冷壁采用螺旋管加垂直管的布置方式；炉膛上部依次分别布置有一级过热器、三级过热器、二级再热器、二级过热器、一级再热器、省煤器。过热器采用三级布置，在每两级过热器之间设置喷水减温，主蒸汽温度主要靠煤水比和减温水控制。再热器两级布置，再热蒸汽温度主要采用燃烧器摆角调节，在再热器入口和两级再热器布置危急减温水。
1.汽温调节的意义和目的
在运行过程中，蒸汽温度将随锅炉负荷、燃料性质、给水温度、过量空气系数、受热面清洁程度的变化而波动，应设法予以调节。汽温高使管壁温度高，金属材料许用应力下降，影响其安全。长期超温运行，将缩短锅炉寿命；汽温降低，机组循效率下降，汽轮机排汽湿度增大，汽温下降10℃，煤耗增大0.2%；对于高压机组，汽温下降10℃，汽轮机排汽湿度约增加0.7%；再热蒸汽温度不稳定，还会引起汽缸与转子的胀差变化，甚至引起振动。综上所述，汽温偏离额定值，对机组运行的经济性、安全性均有不利影响，必须采取可靠的调节手段，维持汽温与额定汽温的差值不大于+5℃和-10℃。
2.影响汽温的因素
煤水比。若给水不变而增大燃料量，由于受热面热负荷q成比例增加，热水段长度和蒸发段长度必然缩短，而过热段长度相应延长，主蒸汽温度就会升高；若燃料量不变而增大给水流量，由于q并未改变，所以热水段长度和蒸发段长度必然延伸，而过热段长度随之缩短，主蒸汽温度就会降低。所以，直流炉以调节煤水比作为基本的调温手段。
给水温度。若给水温度降低，在同样给水量和煤水比的情况下，直流锅炉的加热段将延长，过热段缩短，主蒸汽温度会随之降低；再热器出口汽温则由于汽轮机高压缸排汽温度的下降而降低。因此，当给水温度降低时，必须改变原来设定的煤水比，即适当增大燃料量，才能维持额定汽温。
受热面沾污。炉膛结焦使锅炉传热量减少，排烟温度升高，锅炉效率降低。对工质而言，则1kg工质的总吸热量减少。而工质的加热热和蒸发热之和一定，所以，过热吸热减少，故主蒸汽温度降低。但再热器吸热因炉膛出口烟温的升高而增加，对于再热蒸汽温度，进口再热蒸汽温度的降低和再热器吸热量的增大影响相反，所以变化不大。对流式过热器和再热器的积灰使传热量减小，使主蒸汽温度和再热蒸汽温度降低。在调节煤水比时，若为炉膛结焦，可直接增大煤水比；但过热器结焦，则增大煤水比时应注意监视水冷壁出口温度，在其不超温的前提下来调整煤水比。
过量空气系数。当增大过量空气系数时，炉膛出口烟温基本不变。但炉内平均温度下降，炉膛水冷壁的吸热量减少，致使过热器进口蒸汽温度降低，虽然对流式过热器的吸热量有一定的增加，但前者的影响更强些。在煤水比不变的情况下，过热器出口温度将降低。若要保持主蒸汽温度不变，也需要重新调整煤水比。随着过量空气系数的增大，辐射式再热器吸热量减少不多，而对流式再热器的吸热器增加；对于显示对流式汽温特性的再热器，出口再热蒸汽温度将升高。
火焰中心高度。当火焰中心升高时，炉膛出口烟温显著上升，再热器无论显示何种汽温特性，其出口汽温均将升高。此时，水冷壁受热面的下部利用不充分，致使1kg工质在锅炉内的总吸热量减少，由于再热蒸汽的吸热是增加的，所以过热蒸汽吸热减少，主蒸汽温度降低。
综上，直流锅炉的给水温度、过量空气系数、火焰中心位置、受热面沾污程度对主蒸汽温度、再热蒸汽温度的影响与汽包锅炉有很大的不同。有些影响是完全相反的。对于直流锅炉，上述后四种因素的影响相对较小，且变动幅度有限，它们都可以通过调整煤水比来消除。
3.主蒸汽温度的调节
主蒸汽温度的粗调。对于直流锅炉，控制主蒸汽温度的关键在于控制锅炉的煤水比，而煤水比合适与否则需要通过中间点温度来判断。在主蒸汽温度调节中，中间点温度实际是与锅炉负荷有关，中间点温度与锅炉负荷存在一定的函数关系，锅炉的煤水比B/G按中间点温度来调整，中间点至过热器出口区段的主蒸汽温度变化主要依靠喷水减温调节。对于直流锅炉，其喷水减温只是一个暂时措施，要保持稳定汽温的关键是要保持固定的煤水比。
主蒸汽温度的细调。运行中锅炉负荷的变化，给水温度、燃料品质、炉膛过量空气系数以及受热面结渣等因素的变化，对主蒸汽温度变化均有影响，因此在运行中要保证煤水比的精确值也是不容易的。特别是燃煤锅炉，控制燃料量是比较粗糙的，这就迫使除了采用煤水比作为粗调的调节手段外，还必须采用在蒸汽管道设置喷水减温器作为细调的调节手段。减温喷水实质上是调整锅炉给水在水冷壁和过热器之间的分配比例，即喷水减温仅仅改变动态中的主蒸汽温度，用于主蒸汽温度的细调。
该锅炉的主蒸汽温度调节方法是采用水煤比进行粗调，二级喷水减温进行细调。第一级喷水减温器装置在第一级过热器与第二级过热器之间的连接管道上；第二级喷水减温器装置在第二级过热器与第三级过热器之间的连接管道上，维持过热器出口汽温在额定值。
4.再热蒸汽温度的调节
再热器进口蒸汽取决于汽轮机高压缸的排汽参数，而高压缸排汽参数随汽轮机的运行方式、负荷大小及工况变化而变化。当汽轮机负荷降低时，再热器入口汽温也相应降低，要维持再热器的额定出口汽温，则其调温幅度大。再热蒸汽压力低，再热蒸汽放热系数低于过热蒸汽，在同样蒸汽流量和吸热条件下，再热器管壁温度高于过热器壁温。由于蒸汽压力低，再热蒸汽的定压比热较过热蒸汽小，在等量的蒸汽和改变相同的吸热量的条件下，再热蒸汽温度的变化就比主蒸汽温度变化大。因此当工况变化时，再热蒸汽温度的变化就比较敏感，且变化幅度也较过热蒸汽为大。反过来在调节再热蒸汽温度时，其调节也较灵敏，调节幅度也较主蒸汽温度大。
再热蒸汽温度调节不宜采用喷水减温方法，机组运行经济性下降。再热器置于汽轮机的高压缸与中压缸之间。因此在再热器喷水减温，使喷入的水蒸发加热成中压蒸汽，使汽轮机的中、低压缸的蒸汽流量增加，即增加了中、低压缸的输出功率。如机组总功率不变，势必要减少高压缸的功率。由于中压蒸汽做功的热效率低，因而使整个机组的循环热效率降低。经验数据，在再热器中每喷入1%MCR的减温水，将使机组循环热效率降低0.1%～0.2%。因此再热蒸汽温度调节方法采用烟气侧调节，即采用摆动燃烧器或分隔烟道等方法。为保护再热器，在事故状态下，使再热器不被过热烧坏，在再热器进口处设置事故喷水减温装置，当再热器进口汽温采用烟气侧调节无法使汽温降低，则要用事故喷水来保护再热器管壁不超温，以保证再热器的安全。
该锅炉再热蒸汽温度采用燃烧器摆角、事故喷水减温进行调节。改变燃烧器喷嘴摆角改变火焰中心的位置和炉膛出口的烟气温度，各受热面的吸热比例相应变化，实现了再热蒸汽温度的调节。再热器的喷水减温调节系统与主蒸汽喷水减温的汽温调节系统相似，不过一般作为事故情况的调节手段。由于两级再热器均布置在烟气对流区域，燃烧器摆角的位置对再热蒸汽温度产生很大的影响，所以改变燃烧器摆角作为再热蒸汽温度调节主要手段，事故喷水减温作为启动或变工况运行时的辅助调温手段。对于再热蒸汽温度长期偏高或偏低问题，可通过改变中间点温度设定值的方法加以解决，降低中间点温度，则再热蒸汽温度降低，提高中间点温度，再热蒸汽温度升高。该方法的实质依然是变动煤水比的控制值。
5.汽压、汽温的协调调节
汽压、汽温同时降低。在实际运行过程中，引起锅炉参数（汽温、汽压）变化主要有内扰和外扰两种。外扰即如外界加负荷，在燃料量、喷水量和给水泵转速不变的情况下，汽压、汽温都会降低。运行经验表明，外扰反应最快的是汽压，其次是汽温的变化，且汽温变化幅度较小。此时的温度调节应与汽压调节同时进行，在增大给水量的同时，按比例增大燃料量，保持中间点温度（煤水比）不变。内扰时如燃料量减小，也会引起汽压、汽温降低。但内扰时汽压变化幅度小，且恢复迅速；汽温变化幅度较大，且在调节之前不能自行恢复。在内扰时不应变动给水量，而只需调节燃料量，以稳定参数。
汽压上升、汽温下降。通常，汽压上升而汽温下降是给水量增加的结果。如果给水阀开度未变，则有可能是给水压力升高使给水量增加。更应注意的是，当给水压力上升时，不但给水量增加，而且喷水量也自动增大。因此，应同时减小给水量和喷水量，才能恢复汽压和汽温。
中间点温度偏差大。当中间点的温度保持超出对应负荷下预定值较多时，有可能是给水量信号或磨煤机煤量信号故障导致自控系统误调节而使煤水比严重失调，此时应全面检查、判断给煤量、给水量的其他相关参数信号，并及时切换至手动。因此，即使采用了协调控制，也不能取代对中间点温度和煤水比进行的必要监视。
由此可见，直流炉的汽压、汽温调节是不能分开的，它们只是一个调节过程的两个方面，这也是和汽包炉的重大区别之一。所以，任何一个参数的调整，都需要有系统的思考，不能只为了汽温而调整汽温，而是要调整汽温和汽压的匹配。
6.汽温调节注意事项
汽温调节的基础是燃烧调节，若锅炉燃烧稳定，则可通过上述方法进行汽温调节，否则需要调节锅炉燃烧稳定、燃烧器负荷分配以及二次风量的配匹等。在汽温的监视和调节中需要注意事项有：
1）运行中根据锅炉工况的变化，如负荷升降，制粉系统切换，油枪投退以及锅炉吹灰等情况，分析汽温变化的趋势，提前预判，尽可能使调节动作在汽温变化之前；否则汽温波动就比较大。
2）运行中根据汽温变动的具体特点，采取相应的措施。该锅炉采用水跟煤的控制策略，这有利于主蒸汽温度的控制，但不利于主蒸汽压力的控制。所以负荷变动若过于迅速，则要及时调整中间点温度不要偏离当前负荷对应的值，同时调整燃烧器摆角来调整再热蒸汽温度。
3）调节汽温时，要同时监视要各受热面壁温，避免汽温虽然调节在正常范围内，受热面壁温却超限的情况发生。尤其是在中负荷时（500MW至800MW）时的升降负荷和制粉系统切换以及吹灰程序投入时，该锅炉一过及B墙水冷壁中有部分管壁温度极易超限。
4）调节汽温时，操作要平稳均匀，如减温水调门的操作、给水流量偏置的设定、燃烧器摆角摆动，二次风门偏置的设定等；切忌大开大关，或者偏置设定量过大，而又不及时修正，避免汽温急剧变化，危及设备安全。
5）过热器一、二级减温水必须配合使用，分配合理。保持一级减温水的流量比二级减温水量要大一些；同时，要保持各级减温水均有一定的余量。若设备没有问题，则需要看机组煤水比是否在正常值，给水流量和煤量与当前的负荷是否对应；若这些都没问题，则检查锅炉制粉系统运行方式是否合理，锅炉燃烧是否正常等。
6）运行中如果中间点温度急剧上升或者下降，则立刻检查煤水比、给水系统和制粉系统是否运行正常。中间点温度上升过快，通过焓值偏置设定或给水偏置设定，迅速增加给水流量，此时注意以锅炉不超压为准。如果是中间点温度下降较快，则调整相反。当然，调整燃料量也可以调整中间点温度，燃料量的调整会使锅炉燃烧发生变化，只有在给水调节难以调整时，方可考虑。
7）汽温调整时要注意调整左右两侧的温差，特别是机组在中低负荷的时候，火焰容易偏斜，此时需要调整各二次风门的开度，尤其是SOFA上两层风门、COFA风门的开度对偏差调整比较明显，同时需要调整各投运煤粉层的端部二次风和偏置二次风的开度，具体的开度要根据制粉系统投入来调整。
8）在调整燃烧器摆角时，切忌大幅度摆动，因燃烧器摆角对锅炉的燃烧影响比较大。该炉型燃烧器摆角DCS上可以在0至100%间摆动，调整燃烧器时要注意相同层的摆角要一致。
9）锅炉点火初期，汽温的控制主要受燃烧率的增加速度影响，在启动制粉系统时，要相应的退出大油枪的运行，通常一只油枪约为2T/h油，计算成等量的煤量为4T/h。故在点火初期启动B制粉系统时，投退油枪和增加煤量的操作应同时进行，保持总燃料量不变，使汽温和壁温不来回波动。锅炉点火后，应密切注意各受热面汽温、壁温的变化，壁温会出现不均匀的现象，水冷壁壁温一般是中间高，两侧低，此时，最好不要增加燃料量，将温度提高至比当前压力对应的饱和温度高40℃，管壁之间的温度偏差小于50℃，方可继续增加燃料。
10）该炉型受热面的布置特点是：一、三级过热器布置在炉膛的上部，主要吸收炉膛内的辐射热，二级过热器布置在两级再热器之间，主要靠对流传热吸收热量。一级再热器呈纯对流特性，二级再热器呈半辐射半对流特性。相应受热面的汽温特性可以参考《锅炉说明书》中的汽温与负荷的特性曲线。
7.结语
保持锅炉蒸汽温度稳定，对机组安全性、经济性影响非常关键，为了确保机组安全稳定运行，需要使用科学的调整方式，按照恰当的规则，进行合理地调整。超超临界直流锅炉过热汽温和再热汽温的变化影响因素很多,调节过热汽温和再热汽温的方法和手段也很多,其主要还是在于水煤比的控制，保持稳定的分离器出口过热度。本文提到的汽温调整要点可以有效稳定超超临界直流炉主、再热汽温，整体提高锅炉参数水平，对同类型锅炉的调整具有借鉴价值。
参考文献
[1]李成俊.600MW四角切圆燃烧锅炉炉膛出口热偏差研究[D].哈尔滨工业大学,2015.
[2]田登峰,方庆艳,谭鹏,张成,陈刚,钟礼今,张殿平,王国强.燃烧器上摆角度对四角切圆锅炉再热蒸汽温度偏差影响的数值模拟[J].化工学报,2015,6607:2702-2708.
[3]郭增辉.浅析四角切圆燃烧锅炉热偏差产生的原因及治理措施[J].机电信息,2013,36:48-49.
[4]《电站锅炉运行与燃烧调整》，黄新元编著，中国电力出版社.
[5]《1000MW级锅炉说明书》和《燃烧器说明书》，上海锅炉厂.