锅炉主蒸汽温度低原因及处理

我厂三期机组主蒸汽温度低原因及处理

近期，我厂#6、7机组机组负荷在50%及以上时经常出现主蒸汽温度低现象，现总结其原因及其处理方向。

一、主蒸汽温度过低的危害

当主蒸汽压力和凝结真空不变，主蒸汽温度降低时，主蒸汽在汽轮机内的总焓降减少，若要维持额定负荷，必须开大调速汽阀的开度，增加主蒸汽的进汽量。一般机组主蒸汽温度每降低10℃，汽耗量要增加1.3%~1.5%。

主蒸汽温度降低时，不但影响机组的经济性，也威胁着机组的运行安全。其主要危害是：

（1）末级叶片可能过负荷。因为主蒸汽温度降低后，为维持额定负荷不变，则主蒸汽流量要增加，末级焓降增大，末级叶片可能过负荷状态。

（2）末几级叶片的蒸汽湿度增大。主蒸汽压力不变，温度降低时，末几级叶片的蒸汽湿度将要增加，这样除了会增大末几级动叶的湿汽损失外，同时还将加剧开几级动叶的水滴冲蚀，缩短叶片的使用寿命。

（3）各级反动度增加。由于主蒸汽温度降低，则各级反动度增加，转子的轴向推力明显增大，推力瓦块温度升高，机组运行的安全可靠性降低。

（4）高温部件将产生很大的热应力和热变形。若主蒸汽温度快速下降较多时，自动主汽阀外壳、调节级、汽缸等高温部件的内壁温度会急剧下降而产生很大的热应力和热变形，严重时可能使金属部件产生裂纹或使汽轮机内动、静部分造成磨损事故；当主蒸汽温度降至极限值时，应打闸停机。

（5）有水击的可能。当主蒸汽温度急剧下降50℃以上时，往往是发生水冲击事故的先兆，汽轮机值班员必须密切注意，当主蒸汽温度还继续下降时，为确保机组安全，应立即打闸停机。

二、引起主蒸汽温度低的因素：

1)水煤比。

在直流锅炉动态分析中，汽轮机调节汽阀的扰动，对直流锅炉是一种典型的负荷扰动。当调节汽阀阶跃开大时，蒸汽流量D和机组输出功率N E立即增加，随即逐渐减少，并恢复初始值，汽轮机阀前压力P T一开始立即下降，然后逐渐下降至新的平衡压力。由于直流锅炉的蓄热系数比汽包锅炉小，所以直流锅炉的汽压变化比汽包锅炉大得多。当负荷扰动时，过热汽温T2近似不变，这是由于给水流量和燃烧率保持不变，过热汽温就基本保持不变。

燃烧率扰动是燃料量、送风量和引风量同时协调变化的一种扰动。当燃烧率B阶跃增加时，经过一段较短的迟延时间，蒸汽流量D会暂时向增加方向变化；过热汽温T2则经过一段较长的迟延时间后单调上升，最后稳定在较高的温度上；汽压P T和功率N E的变化也因汽温的上升而最后稳定在较高的数值。

当燃烧率不变而给水流量增加时，一开始由于加热段和蒸发段的伸长而推出一部分蒸汽，因此蒸汽流量D、汽压P T、功率N E几乎没有迟延的开始增加，但由于汽温T2的下降，最后虽然蒸汽流量D增加，而输出功率N E却有所减少；汽压P T也降至略高于扰动前的汽压，过热汽温T2则经过一段较长的迟延时间后，最后稳定在较低的温度。

给水和燃料复合扰动时的动态特性是两者单独扰动时的动态特性之和，由图2可知，当给水和燃料按比例变化时，蒸发量D立即变化，然后稳定在新的数值上，过热汽温则保持在原来的数值上（额定汽温）。这就是说明严格控制水煤比是直流炉主蒸汽调节的关键。

a—汽机调节汽阀扰动 b—燃料率扰动 c—给水流量扰动

图1 直流锅炉动态特性示意图

图2 燃料与给水比例增加时的动态特性

2)给水温度。

在水煤比保持不变的前提下，给水温度降低，蒸发段后移，过热段减少，过热汽降。给水温度温度降低较多，导致中间点的温度变化较大，引起水煤比的调节，过热汽温会回升甚至会短暂升高超过额定值。

3）煤质变化。

大容量超临界压力锅炉对煤种适应性强和其他因素，导致我厂用煤并不是单一的固定煤种，当煤种发生变化时，燃料中的元素构成和发热量都会发生改变，煤质成分的改变会对烟气与工质间的换热特性产生影响，使辐射换热和对流换热的比例发生变化。其中影响较大的是水分、挥发分和灰分。煤中水分、灰分变大，挥发分减小，都会导致燃料着火晚，燃烧和燃尽过程延迟，最高火焰温度位置上移。

发热量降低，当水煤比不变时，使得锅炉输入热量减少，燃料放出的热量和工质需要的热量不匹配，使过热汽温发生变化。

4)过量空气系数。

过量空气系数增大，锅炉保持水煤比保持不变的前提下，锅炉总对流吸热量的增大，由于再热器表现为对流汽温特性，其吸热量会增大，再热汽温升高；由于锅炉送入的燃料量没有变化，输入总热量亦没有变化，再热器系统吸热量增加时，炉膛水冷壁和过热器系统的总吸热量减少，过热汽温会略有下降。

5)火焰中心位置。

对超临界直流锅炉而言，火焰中心上移，使炉膛水冷壁的辐射吸热量减少，炉膛出口烟温升高。对流烟道中的吸热量增加，使过热器、再热器系统吸热量的增加，再热汽温升高；由于炉膛水冷壁的辐射吸热量减少，虽然过热器系统的吸热量有所增加，但炉膛水冷壁和过热器系统的总吸热量减少，过热汽温下降。火焰中心下移时，再热汽温下降，过热汽温升高。

6)受热面沾污或结渣。

受热面沾污或结渣将使受热面吸热量减少，使过热汽温、再热汽温变化。受热面不同部位沾污对汽温的影响是不同的。进入纯直流运行的锅炉，炉膛水冷壁及过热器受热面沾污或结渣时会使一次汽吸热量不足，过热汽温下降。除受热面沾污或结渣时，过热汽温、再热汽温也会受到影响。炉膛内掉渣时，直流运行的锅炉，过热器汽温会升高，再热汽温会下降；

7）变压运行。

大容量超临界锅炉普遍采用变压运行，变压运行时的主蒸汽压力是锅炉负荷的函数，当锅炉负荷降低时，主蒸汽压力下降，与之相应的工质理论吸热量(从给水加热至额定出口汽温所必须吸收的热量)增大，如果水煤比不变，过热器出口焓值降低，过热汽温下降。

三、主蒸汽温度的调节

1）主蒸汽温度的粗调（即水煤比的调节）

对于直流锅炉，控制主蒸汽温度的关键在于控制锅炉的水煤比，而水煤比合适与否则需要通过中间点温度来鉴定。在直流锅炉运行中，为了维持锅炉主蒸汽温度的稳定，通常在过热区段中取一温度测点，将它固定在相应的数值上，这就是通常所谓的中间点温度。实际上把中间点至过热汽出口之间的过热区段固定。在主蒸汽温度调节中，中间点温度实际是与锅炉负荷有关，中间点温度与锅炉负荷存在一定的函数关系，那么锅炉的煤水比B/G按中间点温度来调整，中间点至过热器出口区段的过热汽温变化主要依靠喷水减温调节。对于直流锅炉，其喷水减温只是一个暂时措施，要保持稳定汽温的关键是要保持固定的煤水比。其原因是：从图3可以看出直流炉G=D，如果过热区段有喷水量d，那么直流炉进口水量为(G-d)。如果燃料量B增加、热负荷增加，而给水量G未变，这样过热汽温就要升高，喷水量d必然增加，使进口水量(G-d)的数值就要减少，这样变化又会使过热汽温上升。因此喷水量变化只是维持过热汽温的暂时稳定（或暂时维持过热汽温为额定值），但最终使其过热汽温稳定，主要还是通过煤水比的调节来实现的。而中间点的状态一般要求在各种工况下为微过热蒸汽。

图3 超临界压力锅炉工作示意图

2）主蒸汽温度的细调

考虑到实际运行中锅炉负荷的变化，给水温度、燃料品质、炉膛过量空气系数以及受热面结渣等因素的变化，对过热汽温变化均有影响，因此在实际运行中要保证比值B/G的精确值也是不容易的。特别是燃煤锅炉，控制燃料量是比较粗糙的，这就迫使除了采用B/G作为粗调的调节手段外，还必须采用在蒸汽管道设置喷水减温器作为细调的调节手段。