过热汽温度调节系统

过热汽温度调节系统

一、迟延与惯性

还是咱们前面说的那个水池的例子。当进水量有一个阶跃扰动，流量增大的时候，水位开始增高。水位不是马上达到一个高度的，而是缓慢增高，逐渐接近一个高度。这样的受控对象我们说它具有惯性环节。惯性环节在工程中很普遍，高低加水位都具有这种特性。

还有一种情况，当扰动来临的时候，被调量不是马上受到影响，而是等待一段时间以后才开始变化。这样的受控对象我们说它具有迟延环节。

惯性环节和迟延环节的区别如图所示：

左图是惯性环节，右图是迟延环节。

在实际应用时，我们会发现许多被调对象同时具有迟延和惯性两种特性。可是有些人又往往把迟延和惯性混为一谈。对待迟延和惯性环节，其处理方式是不一样的。所以，咱们专门介绍这两个环节。

二、重要性

汽包压力的重要性在于系统的安全。而过热器温度调节系统的重要性有两个：经济性和安全性。过热汽温是综合了经济性安全性之后权衡的结果。

根据郎肯循环原理，工质温度越高，工质做功能力越强，效率越高。有资料这样叙述其经济性：“对于亚临界、超临界机组，过热汽每降低10℃，发电煤耗将增加约1.0g标煤/（kWh）。再热气温每降低10℃，发电煤耗将增加约0.8g标煤/（kWh）”（注1）。另外一种表述是：“大约每降低5℃，热效率会下降1%”（注2）。对于不同容量的机组，影响情况可能会有所改变。（见浙江省电力试验研究孙长生关于减温水研究的相关论文，暂未找到题目.）

可是蒸汽管道的耐温能力是有限的。蒸汽温度过高会使管道产生高温蠕变甚至破裂。如果蒸汽温度长时间工作在较高的温度，即使当时不产生高温蠕变，也会降低管道的寿命。

所以，力求是蒸汽温度平稳是安全性和经济型的双重要求。

跟汽包水位不一样。汽包水位只要在安全范围之内，保持多高都是无所谓的；而蒸汽温度越准越好，低了影响经济性，高了影响安全性。如果我们能够把蒸汽温度永久的维持在非常平稳的运行水平，那么适当提高蒸汽温度的设定值也是可以的。可是，难！很难！

一、干扰因素

蒸汽温度的干扰因素很多。机组负荷、燃烧状况、蒸发量、烟气温度、火焰中心、烟气流速，烟气流向、减温水、给水量、送风量、炉膛燃烧波动等等，都会对蒸汽温度产生干扰。形成的干扰状况和特点各有不同。有的干扰相当大，有的迟延大，有的惯性大，有的惯性迟延都很大。这个，问题要比汽包水位要复杂。

几十年了，汽包水位早就进化出了三冲量调节系统，堪称经典。可是蒸汽温度调节系统还在问到底是导前微分好呢还是串级好？即使是导前微分和串级也不能彻底解决问题，还不断有新的解决方案出现，还将会有更多方案出现。

上面总结了那么多干扰汽温的因素，其中影响最大而且直接的是机组负荷、烟气传热、减温水量三个因素。下面一一分析：

1、机组负荷

机组负荷增加，锅炉会调节燃烧，使得燃料量增加，燃烧加强，烟气温度升高，烟气流速增加，锅炉吸热增加，蒸汽温度升高。烟温与蒸汽的温度差影响的主要是辐射热吸收。发热量增加，炉膛温度本来就很高，增加的不多，那么温度差也增加的不多。但是蒸汽流量增加会导致温度降低。因为需要加热的工质增多了。因此敷设吸收热量的增加不足以弥补因工质增加导致的温度降低。所以，当机组负荷增加的时候，辐射式过热器温度是降低的。

而蒸汽所能吸收的热量于两个因素有关：烟温与蒸汽的温度差，烟气流速。热负荷增加导致烟气增加，烟气流速增加，对流加强。所以过热器出口汽温会随着机组负荷的增加而增加。

可是辐射区首先接受到锅炉热量的变化，温度增高。迟延较小，惯性较大。

对流区影响到汽温的变化，迟延较大，惯性较大。

综合起来，当机组负荷增加的时候，温度先略有降低，然后又有较大的升高。有迟延，有惯性，有自平衡能力。如下图左边曲线所示：

左侧：机组负荷扰动的阶跃反应曲线。中间：烟气侧传热扰动的

阶跃反应曲线。右侧：减温水量扰动下的阶跃反应曲线。

2、烟气传热量扰动

过热器出口温度的高低取决于两个方面：吸热和供热的平衡。吸热是指蒸汽带走的热量；供热是指烟气工给的热量，广义上讲，应该包括了蒸汽从烟气里吸收的热量。吸热大温度就有降低的趋

势，供热大，温度就有升高的趋势。凡是影响烟气和蒸汽之间热交换的因素，都是对过热汽温的扰动因素。蒸汽侧的扰动稍微简单些。烟气侧的扰动稍微复杂，总的来说，只要影响烟气温度和烟气流速的，都会影响到蒸汽温度。

从烟气侧来说，影响烟气温度和流速变化的因素主要有以下几点：

a、燃料量和送风量的变化。

b、煤种成分的改变。

c、受热面结渣。

d、火焰中心的位移。

所有这些都可以归纳为传热量扰动。克服传热量扰动是我们所有热控人员最为困难的任务。因为锅炉内部可以监测的手段较少，监测到的数据代表性也受影响。

3、减温水量扰动

在所有对汽温的扰动因素里面，减温水的扰动最直接最容易被人认识。为了控制汽温，人们认为最方便的方式也就是减温水流量控制汽温了。但是减温水调节有个缺点：对于一次汽温来说，混合式减温水调节没有大的问题；对于二次汽温来说，混合式减温水调节影响机组的热效率。因为二次汽温如果加入了减温水，这些被给水泵做功了的减温水，没有在高压缸做功，一部分能量被浪费了。因而再热减温水会影响经济性。许多电厂为了克服再热减温水对经济相的影响，就专门设计了另外的控制温度的方式，比如改变喷然器的喷角。这种方式虽然不影响经济性，可是惯性

大，调节起来也不大容易掌握。所以习惯上，人们都乐于使用减温水调节温度。这种方法直观方便。

一般来说，减温水的扰动迟延在30~60秒之间。系统越大，烟道越长，迟延越大。

一般来说，对于减温水调节，最初好的计算和设计是最重要的。我经常见到许多电厂的减温水调节，要么调节门始终工作在很低的区域，有的甚至始终工作在20%以下；要么工作在开度稍高的区域，有的甚至开满了还不能满足要求。这都是初步设计的问题。调节裕度太小。造成系统波动较大，难以抑制。

我们之所以要分析这么详细，就是要分清各个扰动因素或者调节作用对温度的影响状况，对症下药。

比如说吧，有人经过观察，看到机组负荷、喷水后温度、摆动火嘴的角度都对汽温有很大影响，于是把机组负荷、喷水后温度、摆动火嘴的角度等等全部加入副调的测量，然后努力调节副调的比例微分参数。这个思路基本上是正确的，尤其难能可贵的是：他知道了问题的关键在于副调的扰动，副调的关键在于比例微分作用。

可是他忽略了一个重要因素：每种扰动作用到副调上的情况是不一样的。喷水减温影响速度快，迟延小；机组负荷迟延大、惯性大，影响幅度达；摆动火嘴迟延小惯性大，影响幅度大。