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摘要：600MW超臨界直流鍋爐以其啟停速度快、負(fù)荷變化快的特點已逐步成為調(diào)峰主力機(jī)組，所以有必要對該機(jī)型的運行特性進(jìn)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(jìn)行了比較分析，并提出了該系統(tǒng)的運行控制。
關(guān)鍵詞：直流鍋爐;汽包鍋爐;運行控制;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(zhì)流動一樣，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(jī)。
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(dāng)給水量、空氣量、燃料量和機(jī)組負(fù)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(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，在受到外部擾動時，自行保持負(fù)荷及參數(shù)的能力就較差，對擾動較敏感，因此對調(diào)節(jié)系統(tǒng)提出更高的要求。但是在主動調(diào)整鍋爐負(fù)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(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，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，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、安裝和運輸方便。
7.直流鍋爐啟爐、停爐較快。機(jī)組啟動停止一般都受限于壁厚部件的熱應(yīng)力。自然循環(huán)鍋爐因為有厚壁汽包，啟動時內(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(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)流動阻力較大。在自然循環(huán)鍋爐中，只有省煤器和過熱器內(nèi)工質(zhì)為強(qiáng)迫流動，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，且管徑較小，流速較高，以便得到較大的質(zhì)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(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，自適應(yīng)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(diào)節(jié)互相影響，因此，直流爐的自動調(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(jī)和第二類傳熱危機(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，低負(fù)荷時采用爐水循環(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)荷運行和低負(fù)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(dāng)外界負(fù)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(yuǎn)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(dāng)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(jī)組負(fù)荷增加時，汽機(jī)調(diào)門開大，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(diào)溫的基本手段，過熱器之間，往往仍需要噴水減溫，以適應(yīng)變動工況下調(diào)節(jié)汽溫和保護(hù)過熱器的需要。運行中應(yīng)使噴水調(diào)節(jié)閥開度處于中間位置，以備工況變動既能開大也能關(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(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%，將使過熱蒸汽溫度變化10℃。
1.過熱汽溫控制。過熱蒸汽溫度是由煤/水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(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噴水。在10%BMCR負(fù)荷以下不投二級噴水。如果噴水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉超過10秒之后且過熱汽溫低于控制的目標(biāo)值，則每個隔離閥自動關(guān)閉。若隔離閥關(guān)閉則減溫水控制閥自動關(guān)閉。在失去控制信號和電源時噴水閥固定不動。
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