1025t/h锅炉主汽、再热汽温度控制系统
热工部 刘金冰
一．概述
胜利发电厂二期工程锅炉为1025t/h亚临界压力中间再热自然循环锅炉，单炉膛四角切向燃烧，烟气挡板调温，双进双出钢球磨直吹式制粉系统，后屏和高温过热器分别布置在分隔屏之后及炉膛折烟角上方，在水平烟道区域设置高温再热器。后烟井为并联双烟道，后烟井前烟道为低温再热器烟道，后烟道为低温过热器烟道。在低温再热器管组下方布置单级省煤器。再热蒸汽温度视锅炉负荷变化用烟气挡板控制进入再热器烟道的烟气量进行调节。
二．过热蒸汽系统
蒸汽从锅筒引出到炉顶进口集箱，经炉顶进口集箱蒸汽分二路。第一路经前炉顶管至炉顶中间集箱，蒸汽出炉顶中间集箱后分成2路，1路经后烟井前墙至烟井环形下集箱（前），另1路经后炉顶及后烟井后墙至环形下集箱（后）；第二路经连接管引至水平烟道包复两侧墙上集箱，通过水平烟道包复两侧墙进入包复两侧墙下集箱，下行经连接管引入烟井环形下集箱（前）与第一路蒸汽汇合。第一，二路蒸汽汇合在环形下集箱后分别流经后烟井两侧包复及低再悬吊管上行，前者进入两侧包复上集箱后经连接管汇合于隔墙上集箱，后者直接引入隔墙上集箱。全部蒸汽在隔墙上集箱汇集后，经隔墙及低温过热器悬吊管并联下行，前者进入隔墙下集箱后经连接管引入低过进口集箱，后者直接引入低过进口集箱。低过进口集箱后蒸汽在低温过热器管系内加热并引入低温过热器出口集箱，然后经位于集箱中部的三通把蒸汽引往Ⅰ级减温器，通过I级减温器蒸汽再次分成二路至分隔屏连接管道并在炉膛上部形式四片分隔屏。出分隔屏后蒸汽由两根连接管道从左、右两端引向后屏进口集箱，经后屏管来的加热后蒸汽进入后屏出口集箱。后屏出口后蒸汽流经布置在锅炉左、右的Ⅱ级喷水减温器并在锅炉中心由三通再次汇合成一路，使蒸汽得到充分混合后进入高温过热器加热到所需蒸汽温度，引向汽机高压缸。整个过热器系统经过2次充分混合能使两侧汽温偏差降至最小。此外布置在左、右的Ⅱ级喷水减温装置，也能方便地调节左右汽温偏差，增加了运行调节的灵活性。
三．再热蒸汽系统
再热器系统由二级受热面组成，第一级是位于后烟井前烟道的低温再热器，第二级则是位于水平烟道内的高温再热器。汽机高压缸的排汽先经低温再热器管系加热，再经高温再热器管系加热后即由高温再热器出口集箱分二路经由连接管道引至汽机中压缸。在低温再热器进口管道上设置了事故喷水减温器，以防过高温度的汽机高压缸排汽进入低温再热器。再热蒸汽温度的调节采用后烟井出口的烟气调温挡板，还在低温再热器出口管道上设置了微量喷水减温器，以调节再热器出口的左右温度偏差。
四．减温器配置
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1、过热器减温器
Ⅰ级减温器设置在低温过热器的出口管道上，Ⅱ级减温器布置在后屏出口左、右侧管道上，减温器的喷管型式为水平横置于减温器筒体内的多孔笛形管。喷水方向与蒸汽流动方向一致，喷水经笛形管上的小孔喷出后与蒸汽一同沿着减温器筒体流动并雾化混合，使蒸汽减温。
每级减温器的喷水能力按锅炉技术协议要求的最大喷水量设计。喷水量的大小可通过减温器系统中的调节阀进行调节。
2、再热器减温器
布置在锅炉左右两侧再热器进口管道上的事故喷水减温器在正常工况下并不投运，仅在事故工况下，当进口汽温超过340℃时（如汽机高压旁路发生故障）则投入事故喷水减温器。微量喷水减温器两端分别与低再出口集箱和高再进口集箱相接，微量喷水作为调节左右侧再热蒸汽温度偏差的手段，正常工况下喷水量应尽量少投或不投。为确保锅炉安全运行，要求在锅炉低负荷时不要投用微量喷水，尤其禁忌大量喷水，以免因喷水雾化不善而使喷水直接进入高再管子。喷水直接进入受热面管是不允许的，因为这样会引起受热面管子过大的热应力。
五．温度控制系统
本锅炉调温分二大系统，一是过热蒸汽调温系统，另一是再热蒸汽调温系统。过热蒸汽调温系统为喷水减温型式，再热蒸汽调温系统采用烟气调温挡板结构。
1. 过热蒸汽调温系统
过热蒸汽调温系统分二级。Ⅰ级喷水减温器布置在低温过热器出口至分隔屏进口的汇总管道上，藉以控制进入分隔屏的蒸汽温度。Ⅱ级喷水减温器在后屏过热器出口的左右连接管道上，控制高温过热器的出口汽温，以获得所需的过热蒸汽温度。喷水的水源来自高压加热器前的给水管道，系统中的最大喷水量已考虑到锅炉在高加全切下所需的减温水量。
喷水系统进口管道设置一电动闸阀总门，两条喷水支管路上均设置一电动截止阀，在锅炉事故情况下可关闭此阀，以隔绝其后面的气动调节阀。气动调节阀后另设一电动截止阀，在维修调节阀时关闭此阀。锅炉在低负荷及切除高加运行时，过热器的调温应尽量采用Ⅰ级喷水，以保护屏式过热器，避免管壁温度超限。
影响过热蒸汽温度的因素很多，其中主要的有：过热器是一个多容且延迟较大的惯性环节，各种扰动因素之闻相互影响，如蒸汽量、燃烧工况、锅炉给水温度、进入过热蒸汽的热焓，流经过热器的烟气温度及流速的变化等。而对各种不同的扰动，过热蒸汽温度的动态特性也各不相同。因此，过热蒸汽温度控制的主要任务就是：
(1) 克服各种干扰因素，将过热器出口蒸汽温度维持在规定允许的范围内，从而保持 蒸气品质合格：
(2) 保护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。
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串级控制方案
过热器出口蒸汽温度串级控制系统的方框图如下图1所示。采用两级调节器，这两级调节器串在一起，各有其特殊任务，调节阀直接受调节器1的控制，而调节器1的给定值受到调节器2的控制，形成了特有的双闭环系统，由副调节器调节器和减温器出口温度形成的闭环称为副环。由主调节器和主信号—出口蒸汽温度，形成的闭环称为主环，可见副环是串在主环之中。
入口蒸汽减温器过热器出口蒸汽温度温度变送器调节器1温度变送器调节器2M减温水
图1 过热蒸汽温度串级调节系统原理图
调节器2称主调节器，调节器1称为副调节器。将过热器出口蒸汽温度调节器的输出信号，不是用来控制调节阀而是用来改变调节器2的给定值，起着最后校正作用。
串级系统是一个双回路系统，实质上是把两个调节器串接起来，通过它们的协调工作，使一个被控量准确地保持为给定值。通常串级系统副环的对象惯性小，工作频率高，而主环惯性大，工作频率低。为了提高系统的控制性能，希望主副环的工作频率相差三倍以上，以免频率相近时发生共振现象面破坏正常工作。串级控制系统可以看作一个闭合的副回路代替了原来的一部分对象，起了改善对象特征的作用。除了克服落在副环内的扰动外，还提高了系统的工作频率，加快过渡过程。
串级控制由于副环的存在，改善了对象的特性，使等效副对象的时间常数减小，系统的工作频率提高。同时，由于串级系统具有主、副两只控制器，使控制器的总放大倍数增大，系统的抗干扰能力增强，因此，一般来说串级控制系统的控制质量要比单回路控制系统高。
在炉温过热蒸汽温度控制系统中，为了获得更好的控制精度，所以采用串级控制系统以得到良好的控制特性。
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图2 一级减温串级控制系统方框图
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由上图2可知，主控制器(PID1)的输出即副控制器(PID2)的给定，而副控制器的输出直
接送往控制阀。主控制器的给定值是由工艺规定的，是一个定值，因此，主环是一个定值控制系统；而副控制器的给定值是由主控制器的输出提供的，它随主控制器输出变化而变化，因此，副环是一个随动控制系统。
用减温器出口的蒸汽温度作为导前信号。在有关扰动下,尤其是减温水扰动时,减温器出口处的汽温要比过热器出口处的汽温提前反映扰动作用,从而可及时地调整减温水量。因此,采用导前汽温信号构成串级汽温控制系统可以改善汽温控制的品质。
只要导前汽温发生变化,副调节器PID1就去改变减温水调节阀的开度,改变减温水量,初步维持后段过热器入口(减温器出口)处的汽温,对后段过热器出口主汽温起粗调作用。后段过热器出口主汽温由主调节器PID2控制（细调）。只要后段过热器出口汽温未达到设定值,主调节器PID2的输出就不断地变化,使副调节器不断地去改变减温水量,直到主汽温恢复到主汽温设定值为止。稳态时,减温器出口的汽温,即导前汽温可能与原来数值不同,而主汽温一定等于设定值。
当出现MFT或汽机跳闸，将超驰关闭减温水(最小开度设定)。
串级控制系统中，两个控制器串联工作，以主控制器为主导，保证主变量稳定为目的，两个控制器协调一致，互相配合。若干扰来自副环，副控制器首先进行“粗调”，主控制器再进一步进行“细调”。因此控制质量优于简单控制系统。
串级控制有以下优点：
① 由于副回路的存在，减小了对象的时间常数，缩短了控制通道，使控制作用更加及时；
② 提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性增强了； ③ 对二次干扰具有很强的克服能力，对客服一次干扰的能力也有一定的提高。
2. 再热蒸汽调温系统
再热蒸汽的调温主要靠烟气挡板。微量喷水作为消除汽温偏差的手段。事故喷水只是在非正常工况下控制再热器进口汽温。
2.1 .喷水调温
再热器的减温水水源来自水泵中间抽头，要求压力为8.5～9.5MPa，在喷水总管上设置一电动截止阀，然后分成4个并行回路；2路至再热器进口的事故喷水减温器，在机组事故情况下保护再热器。另2路为微量喷水接往低温再热器出口与高温再热器进口间的微量喷水减温器，控制进入高温再热器两侧的蒸汽温度偏差。为防止汽机水蚀损伤，主燃料切断或汽
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机解列及锅炉负荷低于30%时，应自动关闭总管上的电动截止阀及所有气动喷水调节阀。
尽管喷水减温是一种以牺牲热效率为代价的再热汽温控制手段,但是当档板控制(或燃烧器倾角控制)效果不太理想时,往往采用微量喷水控制方式。当再热汽温高出设定值时,微量喷水投入;若汽温高过设定值更多时, 当再热汽温比设定值高出某设定值时,事故喷水投入。
喷水减温是辅助控制的一种手段。只有在燃烧器倾角压到一定角度之后,且再热汽温仍然较高时（高负荷情况下）,方可投入喷水。也就是说当靠燃烧器倾角已不能控制再热汽温时,减温水才正式承担起控制再热汽温任务;此外,虽然倾角控制指令未降到最低, 减温水作为一种安全措施也将投入。
减温水控制方案中采用了减温器出口的汽温作为导前信号,构成串级控制系统,有利于克服扰动影响。
2.2 烟气调温挡板
烟气调温挡板分别布置在低温再热器烟道和低温过热器烟道下方，每一烟道侧的烟气挡板分左右两组，共4组，型式为分隔仓式。每组挡板由15块组成，通过连杆成一组，为避免磨损，连杆布置在挡板的上方，挡板的动作通过与连杆相连的电动执行机构控制。电动执行机构进口Auma产品，型号SA10.1-GF160-ZG14.1。挡板按下述控制原则：
极限位置保护：挡板平面与水平夹角β的极限位置为15o。
正常带负荷运行：再热汽温用挡板调节。在调节过程中，再热器烟道和过热器烟道的挡板应同时动作，但方向相反，并要求两烟道挡板的角度之和始终为90o。
如果烟道档板不能将再热汽温维持在设定值,那么,当再热汽温超过设定值一定量以后,PID输出开始增加,将对再热器入口施以喷水,以快速降低再热汽温。再热汽温下降到一定值之后,PID的输出减小,直至关闭减温水。
2.3 采用摆动燃烧器控制再热汽温
改变燃烧器倾角是控制再热汽温的一种有效的手段。通过改变燃烧器的倾角,可以改变火焰中心的位置,从而改变炉膛出口烟温,对再热汽温实施调节。（再热汽温设定值是主蒸汽流量的函数,该设定值与再热汽温测量值求偏差后,送控制器，由控制器将再热汽温维持在设定值上。总风量被用作为燃烧器倾角的前馈控制信号。）
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