第二章 单元机组蒸汽温度控制系统2.1 机组过热器与再热器工艺流程简介某电厂300MW机组过热器和再热器布置流程简图如图 2-max.book118.com的组成及布置由图看出，在水冷壁中产生的蒸汽经过汽包进行汽水分离，干燥后以干饱和蒸汽状态离开汽包进入过热器受热面。HG1025/12.28—YM11型亚临界自然循环锅炉过热器由五个主要部分组成，即末级过热器，后屏过热器，分隔屏过热器，立式低温过热器，水平低温过热器，另外还包括后烟道包墙过热器和顶棚过热器。末级过热器位于水冷壁垂帘管后方的水平烟道内；后屏过热器位于炉膛出口折焰角前方；立式低温过热器位于尾部坚井烟道转向室处。后烟道包墙和顶棚过热器部分由侧墙、前墙、后墙和顶棚组成，形成垂直下行管道，后烟道延伸包墙形成一部分水平管道，炉膛顶棚管形成了炉膛和水平烟道部分的顶棚。max.book118.com 再热器的组成及布置来自汽轮机高压缸排气口的冷再热蒸汽通过位于热回收区底部的再热器入口联箱进入再热器，逆流流经再热器管道排进入位于水平烟道上部的再热器出口联箱，然后由热再热管道返回汽机。某机组的顺流再热器系统为顺流立式布置，主要有三部分组成，即末级再热器（高再），低温再热器（壁再），墙式辐射式再热器（屏再）。其汽温特性与过热器相同。末级再热器位于水平烟道内，在水冷壁悬吊管和水冷壁之间；后屏再热器位于后墙悬吊管和后屏过热器之间；墙式再热器布置在水冷壁前墙和侧水冷壁位于前部的部分。2.2 汽温控制的任务及汽温对象的动max.book118.com 汽温控制的任务及其必要性锅炉生产的蒸汽参数包括汽温和汽压，这两个参数是表征发电机组运行状况的重要指标之一。某电厂300MW机组主汽温额定值为540℃，主汽压力为17.36MPa。一般要求主汽温度在锅炉出力为70%——100%范围内不超过+5℃———-10℃。通常在±5℃范围内波动。max.book118.com象的静态特性当要求锅炉蒸发量增加时，控制系统使燃料量和送风量增加，流过过热器对流过热段的烟量和烟温都增加，使对流过热段出口汽温上升，但此时炉膛汽温基本不变，过热器辐射过热段接受热量基本不变，但此时流过过热器的蒸汽流量增大，故辐射过热段出口汽温下降。过热汽温静态特性如图2-2所示。max.book118.com象的动态特性影响锅炉汽温变化的因素与机组的运行方式，运行状况有关，这些因素从烟气侧来说包括燃烧工况变化、受热面的洁净程度等；蒸汽侧包括蒸汽流量变化、锅炉给水温度变化、减温水流量和减温水焓等。但归纳起来，主要有三个方面：max.book118.com.1蒸汽流量（负荷）扰动下对汽温的影响当锅炉负荷扰动时，蒸汽流量的变化使沿整个过热器管路长度上各点的蒸汽流速几乎同时改变，从而改变过热器的对流放热系数，使过热器各点的蒸汽温度几乎同时改变，因而汽温反应较快。过热器出口汽温的阶跃响应曲线如图2-3所示，其特点是：有滞后、有惯性、有自平衡能力，且τ／Ｔc较小。但由于蒸汽量是由机组负荷决定的，不能用来作为调节气温的手段。max.book118.com.2 烟气侧扰动下过热汽温的动态特性烟气侧对汽温的影响干扰因素较多。由于过热器及再热器是热交换器，其出口汽温反映了蒸汽带走的热量和烟气侧吸收的热量之间的热平衡关系。因此，凡是影响烟气和蒸汽之间换热的因素都是对汽温的扰动因素。烟气侧的扰动主要包括以下几方面：煤质的变化燃煤中的水分和灰分增加时，燃煤的发热量降低，为了保证锅炉蒸发量，必须增加燃料消耗量。因为水分蒸发和灰分本身提高温度均要吸收炉内的热量，故使炉内温度水平降低，炉内辐射传热量减少；炉膛出口烟温升高，水分增加使烟气体积增大，烟气流速增加，使对流传热增加，故使汽温升高。当燃煤的挥发分降低，含碳量增加（例如由烧烟煤该成烧无烟煤或贫煤）或煤粉较粗时，煤粉在炉内的燃尽时间较长，火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，从而使汽温上升。（2）炉内过剩空气系数的变化当送风量和漏风量增加使炉内过剩空气系数增加时，低温空气的吸热及烟气容量的增加将使炉膛温度降低，流经过热器的烟量增加，烟速增高，使对流过热器传热加强，汽温升高。（3）燃烧器运行方式的变化燃烧器运行方式改变，例如，燃烧器从上排切换到下排，或燃烧其的喷口角度改变时，火焰中心位置也会改变，从而引起汽温变化。（4）炉膛负压变化烟气流速或烟温阶跃扰动时汽温的动态特性与图2-3所示基本相同，由于烟气侧的扰动是沿过热器及再热器整个管段长度使烟气传热量同时变化的，所以汽温变化反应较快，因此可以利用烟气侧的扰动，如利用改变烟气流速或烟温来作为调节汽温的手段，例如可以采用烟气旁路、烟气再循环和改变喷燃器角度等办法，但这种控制手段受具体装置结构限制较大，在过热汽温控制中应用较少，通常用于再热汽温控制。max.book118.com.3 减温水流量扰动下对汽温的影响在设计锅炉时，为使锅炉在负荷低于额定值的某个范围内汽温仍能达到给定值，总是使额定负荷下过热汽温高于它的额定值。对于中压锅炉，在额定负荷时，过热汽温比额定值高25～40℃；对于高压缸，则高40～60℃，而后，采用在蒸汽中喷入减温水的办法来控制过热汽温。从锅炉给水中取出减温水喷入减温器与蒸汽混合，水吸收蒸汽热量，从而降低蒸汽温度或增加蒸汽湿度，使过热器出口汽温降低。减温器的安装位置通常在过热器低温段与高温段之间。过热汽温控制对象可分为两部分：过热汽温导前区（主要为减温器）和过热汽温惰性区（过热器受热面）这两部分串联组成对象调节通道，如图2-4(a)所示。当减温水流量扰动时，过热汽温导前区和惰性区的相应曲线可用图2-4(b)表示，从图中可看出，其特点是有迟延、有惯性、有自平衡能力。可见，当负荷扰动或烟气热量扰动时，汽温的反应较快；而减温水量扰动时，汽温的反应较慢。因而从过热汽温控制对象动态特性的角度考虑，改变烟气侧参数（改变烟温或烟气流量）的控制手段是比较理想的（因为负荷信号由用户决定，不能作为控制量），但具体实现较困难，所以一般很少采用。喷水减温对过热器的安全运行比较有利，所以尽管对象的特性不太理想，但还是目前广泛被采用的蒸汽温度控制方法。采用喷水减温时，由于对象控制通道有较大的迟延和惯性以及运行中要求有较小的汽温控制偏差，所以采用单回路控制系统往往不能获得较好的控制品质。针对过热汽温的控制对象控制通道惯性迟延大、被调量信号反馈慢的特点，应该引入能够提前反映扰动的导前信号，构成多回路系统，以改善对象控制通道的动态特性，提高控制系统的质量。目前采用的过热蒸汽温度控制系统主要有串级控制系统和采用导前汽温微分信号的双回路汽温控制系统。max.book118.com调节系max.book118.com温调节系统（1）系统结构及工作原理串级汽温调节系统的工作原理如图2-5所示，这里取减温器后的汽温信号θ2作为串级系统的辅助被调量信号，该信号能够快速反映扰动，只要θ2变化，内回路就立即动作，用副调节器Wa2(s)的输出去控制减温水量，使θ2维持在一定范围内，初步稳定出口汽温θ1 。θ1 的最终校正是通过外回路中主调节器Wa1(s)来完成的，调节过程结束时，应使过热器出口汽温等于其给定值。串级汽温调节系统中内、外两个回路的作用是不同的，内回路的作用在于尽快消除扰动；外回路的作用在于对出口汽温进行最终校正，使其等于给定值。由于内、外回路的调节任务不同，主、副调节器动作规律的选择也有差异，副调节器
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