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摘要：600MW超臨界直流鍋爐以其啟停速度快、負(fù)荷變化快的特點(diǎn)已逐步成為調(diào)峰主力機(jī)組，所以有必要對(duì)該機(jī)型的運(yùn)行特性進(jìn)行更深入的了解。文章對(duì)600MW超臨界直流鍋爐與汽包鍋爐差異進(jìn)行了比較分析，并提出了該系統(tǒng)的運(yùn)行控制。
關(guān)鍵詞：直流鍋爐;汽包鍋爐;運(yùn)行控制;汽溫控制;給水控制
一、直流鍋爐與汽包鍋爐差異
1.直流鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)不像汽包爐那樣，依靠汽水的重度差而形成自然循環(huán)來(lái)推動(dòng)。而是與在省煤器、過(guò)熱器中的工質(zhì)流動(dòng)一樣，完全依靠給水泵產(chǎn)生的壓頭，工質(zhì)在此壓頭的推動(dòng)下順次通過(guò)加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱過(guò)程，水被逐漸加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱，最后形成合格的過(guò)熱蒸汽送往汽輪機(jī)。
2.鍋爐在直流狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，汽水通道中的加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)、過(guò)熱區(qū)三部分之間并沒(méi)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(kāi)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(kāi)始過(guò)熱到全部被加熱至額定溫度壓力的過(guò)熱蒸汽的受熱面稱為過(guò)熱區(qū))。當(dāng)給水量、空氣量、燃料量和機(jī)組負(fù)荷有擾動(dòng)時(shí)，此三個(gè)區(qū)段就會(huì)發(fā)生移動(dòng)。
3.直流鍋爐的另一個(gè)特點(diǎn)是蓄熱能力小。而汽包鍋爐則相反，降壓速度不能過(guò)快，因?yàn)閴毫p小的過(guò)快，可能會(huì)使下降管中工質(zhì)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(dòng)時(shí)，自行保持負(fù)荷及參數(shù)的能力就較差，對(duì)擾動(dòng)較敏感，因此對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)提出更高的要求。但是在主動(dòng)調(diào)整鍋爐負(fù)荷時(shí)，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(yīng)機(jī)組調(diào)峰的要求。
4.直流鍋爐在純直流狀態(tài)下工作時(shí)，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(qiáng)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(shè)計(jì)，不受工質(zhì)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(yùn)輸方便。
7.直流鍋爐啟爐、停爐較快。機(jī)組啟動(dòng)停止一般都受限于壁厚部件的熱應(yīng)力。自然循環(huán)鍋爐因?yàn)橛泻癖谄瑔?dòng)時(shí)內(nèi)外壁溫差、上下壁溫差大，應(yīng)力和汽包內(nèi)壓力所產(chǎn)生的應(yīng)力組合成復(fù)合應(yīng)力。因此上水，升壓速度均受到限制。
8.直流鍋爐給水品質(zhì)要求高，因?yàn)樵谡舭l(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(zhì)將全部沉積在管壁上，因此要求水處理嚴(yán)格。
9.直流鍋爐工質(zhì)流動(dòng)阻力較大。在自然循環(huán)鍋爐中，只有省煤器和過(guò)熱器內(nèi)工質(zhì)為強(qiáng)迫流動(dòng)，要消耗給水泵壓頭，蒸發(fā)受熱面內(nèi)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(nèi)的工質(zhì)也是強(qiáng)迫流動(dòng)，且管徑較小，流速較高，以便得到較大的質(zhì)量流速來(lái)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(diào)節(jié)復(fù)雜。由于直流鍋爐受熱面的金屬重量較輕，工質(zhì)儲(chǔ)存量較小。故金屬及工質(zhì)的蓄熱能力一般只為汽包鍋爐的1/4～1/2。因此在外界負(fù)荷變化時(shí)，自適應(yīng)能力差，汽壓波動(dòng)幅度較大，壓力波動(dòng)速度往往超過(guò)汽包鍋爐一倍以上。另外由于工況變動(dòng)引起熱水段、蒸發(fā)段和過(guò)熱段之間的調(diào)節(jié)互相影響，因此，直流爐的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)較復(fù)雜，控制技術(shù)也較高。
11.直流爐水冷壁的安全性存在一定的問(wèn)題。自然鍋爐，因其循環(huán)倍率高，蒸發(fā)管中發(fā)生第一類(lèi)傳熱危機(jī)和第二類(lèi)傳熱危機(jī)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(guò)熱蒸汽，故管內(nèi)發(fā)生膜態(tài)沸騰和結(jié)垢的可能性較大。強(qiáng)迫流動(dòng)的特性常導(dǎo)致并列蒸發(fā)管中吸熱越多的管子，其工質(zhì)流量反而越小。目前的的螺旋水冷壁采用整焊膜式水冷壁，各個(gè)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(cè)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(shí)，低負(fù)荷時(shí)采用爐水循環(huán)泵，建立爐水再循環(huán)，水冷壁質(zhì)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(yùn)行。
12.直流鍋爐設(shè)置分離器的目的是為了適應(yīng)低負(fù)荷運(yùn)行和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的熱損失，另一目的是可使過(guò)熱器干態(tài)啟動(dòng)，從而縮短啟動(dòng)時(shí)間。
13.當(dāng)外界負(fù)荷變化，汽門(mén)開(kāi)度發(fā)生變化時(shí)，鍋爐汽壓變動(dòng)很快，波動(dòng)的幅度也遠(yuǎn)比汽包爐大;給水量變化時(shí)，汽溫、汽壓、蒸汽量的變化趨勢(shì)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(dāng)燃料量變化時(shí)，直流鍋爐主要變化的是汽溫，故直流鍋爐運(yùn)行特點(diǎn)之一就是必須保持燃水比一定，否則汽溫將無(wú)法保持正常。
二、直流爐的運(yùn)行控制
(一)直流鍋爐汽壓控制
機(jī)組負(fù)荷增加時(shí)，汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)大，蒸汽流量立即增加，使得汽輪機(jī)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(jī)功率的暫時(shí)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(guò)熱器分開(kāi)，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(diào)溫的基本手段，過(guò)熱器之間，往往仍需要噴水減溫，以適應(yīng)變動(dòng)工況下調(diào)節(jié)汽溫和保護(hù)過(guò)熱器的需要。運(yùn)行中應(yīng)使噴水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度處于中間位置，以備工況變動(dòng)既能開(kāi)大也能關(guān)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(shí)措施。通過(guò)控制中間點(diǎn)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(jí)噴水減溫。主要影響因素為再熱器出口汽溫、機(jī)組負(fù)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(guò)熱蒸汽溫度變化10℃。
1.過(guò)熱汽溫控制。過(guò)熱蒸汽溫度是由煤/水比和兩級(jí)噴水減溫來(lái)控制。噴水取自高加出口，每級(jí)減溫器噴水量為該負(fù)荷下的3%主蒸汽流量。系統(tǒng)在35%～100%BMCR負(fù)荷范圍內(nèi)維持出口汽溫在℃。在20%BMCR負(fù)荷以下不允許投一級(jí)噴水。在10%BMCR負(fù)荷以下不投二級(jí)噴水。如果噴水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉超過(guò)10秒之后且過(guò)熱汽溫低于控制的目標(biāo)值，則每個(gè)隔離閥自動(dòng)關(guān)閉。若隔離閥關(guān)閉則減溫水控制閥自動(dòng)關(guān)閉。在失去控制信號(hào)和電源時(shí)噴水閥固定不動(dòng)。
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