1000MW超超临界锅炉中间点温度和汽温控制

一、中间点温度控制
1.1 中间点温度控制值
    　图 l 给出了 2 种不同型式的l000MW 超超临界锅炉的数值，可以看出，其中X电厂锅炉采用内螺纹管螺旋管圈及光管垂直管屏； Y电厂锅炉采用内螺纹管一次垂直上升管屏及光管垂直管屏。中间点温度控制值在425 ℃~430℃，与600MW超临界锅炉基本相近。文献 【 l ］提出超临界锅炉水冷壁工作压力接近30MPa时，控制下辐射区水冷壁出口工质温度为400 ℃ ，水冷壁出口温度控制在420℃－430 ℃ 是合理的。文献[2]给出的实际运行数据进一步证实了这一结论。这一结论对于现有超超临界锅炉也依然适用。
     
            

1.2 水冷壁出口段置于低温烟道的特点
    　从图1的数据看出，Y电厂锅炉将顶棚管及尾部竖井包墙都作为水冷壁的一部分，中间点温度控制值在锅炉最大连续出力（BMCR）时比 X 电厂锅炉提高5℃。这种系统的特点是：① 超临界锅炉在临界压力以上区域工作时，水冷壁出口工质仍处于大比热区，将水冷壁出口工质置于烟道的低热负荷区，可以避免类膜态沸腾； ② 在亚临界压力范围区域以及低负荷情况下，可缓解蒸发吸热量不足的问题； ③ 高干度区即使出现蒸干现象，也因为管壁热负荷低，可降低管壁温度； ④ 分离器中工质微过热度提高，可避免低负荷时分离器带水运行，也提高了中间点温度作为煤水比调节和汽温调节的参考程度； ⑤ 实际炉膛上部垂直管屏水冷壁出口工质温度仅为421 ℃ ，即位于高热负荷区的水冷壁工质温度较低。据此认为，这种技术更有利于超超临界锅炉的变压运行，也降低了煤质变化导致的辐射一对流传热比例变化而引发的中间点温度不稳定问题。
1.3 分离器压力的控制
   　 图2为两种型式分离器内工质压力随流量的变化，可以看出，在BMCR时，两种不同型式的锅炉分离器压力都控制在28MPa左右。比超临界锅炉提高1~2MPa。在大部分负荷范围内，X电厂锅炉分离器压力比 Y 电厂锅炉分离器压力控制值低2MPa左右，这主要是因为 Y 电厂锅炉水冷壁采用内螺纹管垂直管屏和低质量流速[Y电厂锅炉最大1848kg/(m²s）；最小464kg/kg/(m²s) ］设计以及包墙管、顶棚管的 2 条旁路设计，使水冷壁总阻力降低近1MPa[3]。
二、2 类锅炉各受热面吸热比例
2.1 过热燕汽及再热蒸汽的总吸热量基本相同
   　 图3 、图 4 为过热器和再热器的吸热量数据，可以看出，2个电厂锅炉的过热器和再热器吸热量基本相近，只是过热器吸热量在低负荷时出现5%~15％的差值。主要原因是 X 电厂曲线中不包括顶棚管、包墙管吸热量。可见目前超超临界锅炉在工质侧的设计原则已经大致趋同，表明不同厂商对超临界锅炉的吸热分配基本上形成了共识，但在具体技术和细微之处差别仍然是有的。由图5可见，Y电厂锅炉省煤器出口水温比X电厂低10 ℃ ～ 18 ℃，即控制降低的省煤器出口水温，可以减少省煤器出口的蒸汽含量，减轻内螺纹管垂直管屏水冷壁进口处的流量分配不均。而对于采用螺旋管圈水冷壁的锅炉，由于螺旋管圈具有良好的抗热偏差能力[4]和较高的质量流速[X电厂锅炉最大2500kg/(m²s)；最小750kg/（m²s）]，省煤器出口水温适当提高，有利于缓解水冷壁低负荷蒸发吸热不足的问题，将分离器布置在顶棚和包墙管之前。 
   
2.2 水冷壁的吸热比例占60 ％左右
    　图 6 给出了X电厂锅炉水冷壁和过热器的吸热比例。数据说明，即使控制较低的中间点温度，水冷壁的吸热比例在直流负荷范围内占55％~65%，不仅对中间点温度控制，而且对主汽温控制都起着主导作用。由于水冷壁吸热量的变化主要取决于变压运行中参数的变化和水煤比调节，低负荷时水冷壁工作在亚临界压力范围，需要吸收更多的蒸发热量，吸热比例的变化大致为10%；进入超临界压力范围运行后，水冷壁工质比热随压力和温度升高逐渐减小，尽管蒸汽流量增加，总吸热比例呈下降趋势，但吸热比例的变化大致为3％。掌握水冷壁吸热比例的这一变化特性对于锅炉运行各阶段中间点温度的控制至关重要。
     
    　图6的数据还说明，过热器系统的吸热比例占27％~37 ％。由于过热器系统吸热量的变化取决于变压运行中参数的变化，水煤比调节以及烟气挡板开度的调节，即：①负荷降低时为了保证再热汽温的额定值，则过热器侧的吸热比例就随负荷降低呈减少趋势；②低负荷下蒸汽压力低，定压比热小，所需吸热比例相应减少； ③该锅炉主要依靠烟气挡板调节二次汽温，二次汽温与主汽温调节为反向趋势。
               

2.3 分隔屏吸热比例占过热器系统的 50 ％左右
    　图7给出了 X 电厂锅炉各过热器占过热器系统总吸热比例的变化。数据说明，分隔屏过热器吸热比率的变化达到45％~55%，决定了过热器系统的汽温特性以辐射特性为主，这与文献[5]中600MW超临界锅炉的研究结论完全一致。需要注意的是流量偏差和热偏差对分隔屏的壁温偏差会造成较大的影响，即炉膛出口烟温及烟温偏差对于分隔屏的影响将比亚临界锅炉更大。

三、汽温特性及控制
3.1 汽温特性
    　图8、图9给出了2 类锅炉过热器系统和再热器系统的蒸汽焓增。图8显示出2类过热器系统在60%BMCR以上，具有基本相同的汽温特性；而在60%BMCR以下，汽温特性曲线表现出反差，主要是因为X曲线数据中不包含顶棚及包墙管吸热量，且X电厂锅炉分离器温度为425℃，比Y电厂低5℃ ，而出口蒸汽参数相同，即过热器系统应吸收更多的热量。根据图3的数据看出，在30％~60%BMCR的亚临界压力范围内，因为蒸汽压力低，进入顶棚及包墙管的蒸汽处于湿饱和蒸汽区，蒸汽定压比热随压力变化很大。在蒸汽温度390℃、压力20.78MPa变化到启动状态的358℃、10.51MPa时，定压比热相对增加了54.1%，蒸汽焓增提高了54.1% ，由此可导致曲线的反差。即进入这部分吸热量后X曲线数值实际超过了Y曲线。而在进入超临界压力范围后这种影响会逐渐减弱。因此过热汽温特性实际上基本一致，但两者的汽温调节特性略有不同，实际运行中存在一定的差别也是正常的。
          
    再热汽温特性主要表现为对流特性，两者调节特性的变化趋势基本一致。
3.2 汽温控制
    　超临界和超超临界锅炉的汽温调节主要依靠水煤比调节，对于以辐射吸热特性为主的过热器系统，汽温调节应掌握水煤比对主汽温的影响。图10给出2类锅炉水煤比的变化，其中对X电厂锅炉还给出了不同煤质对水煤比调节的影响。超超临界锅炉对煤质变化的适应性在一定程度上也反映出对水煤比调节的适应性。而水煤比调节的要点是在煤质特性变化时，必须首先保证中间点温度和下辐射区水冷壁出口的工质温度不超过设计值。超临界锅炉汽温控制的要点同样适用于超超临界锅炉，参见文献[5]。
              
四、结论
　（l）1000MW超超临界锅炉的中间点温度控制值与超临界锅炉基本相同。
　（2）控制较低的中间点温度或将水冷壁出口段置于热负荷更低的区域有益于锅炉变压运行。
　（3）过热汽温特性主要表现为辐射特性，再热汽温特性主要表现为对流特性。
　（4）对于垂直管屏水冷壁的超超临界锅炉，适当降低省煤器出口水温，有益于流量分配。
　（5）煤质变化是影响水煤比调节的主要因素，且导致的辐射、对流传热比例变化，对锅炉运行特性产生较大程度的影响。

参考文献：
[l]樊泉桂，超临界锅炉水冷壁工质温度控制分析[J] ．动力工程，2006,26（1):38－41
[2]王军．邓仲勇，李铁，等．600MW 超临界锅炉的调试及运行[J]，动力工程，2006，26(1):22-26
[3]车东光，华洪渊．超超临界锡炉设计特点[J]．锅炉制造，2005（4）5－9.
[4]陈端雨，施鸿飞，董厚忱．超超临界压力锅炉的设计探讨[J]．动力工程， 2002,22(4):18831840
[5]樊泉桂．超临界锅炉的汽温特性及控制研究[J]．动力工程，2006,26 ( 4 ).