再熱蒸汽

提高蒸汽參數及增加再熱次數是提高機組效率的有效方法，而對耐高温材料的選擇是實現超超臨界機組二次再熱的關鍵。二次再熱可使機組主蒸汽壓力由27 MPa升至35MPa，降低熱耗約為1.0%，再熱蒸汽温度由600℃升至620℃，降低熱耗約為0.5%。在我國，對二次再熱超超臨界機組再熱蒸汽温度控制的研究僅限於仿真研究。

首台投產的二次再熱機組的再熱汽温度控制是基於國外二次再熱超超臨界機組的再熱蒸汽温度控制，結合成熟的超臨界機組再熱蒸汽温度控制策略及燃用褐煤機組再熱蒸汽温度的煙氣再循環控制策略的特點構建的。該控制為在不同負荷、不同速率下的變負荷過程及特殊工況（磨煤機啓/停及RB工況等）下的再熱蒸汽温度控制。以電廠二次再熱超超臨界660MW 機組為對象，探討和研究其再熱蒸汽温度控制策略，以為不同再熱系統結構的二次再熱超超臨界機組的再熱蒸汽温度控制策略的設計提供參考。

二次再熱超超臨界機組與超臨界機組的區別在於在鍋爐側增加了二次再熱系統，從而使得爐內過熱器、再熱器的佈置與常規超臨界機組具有較大差別。

該機組一、二次高温再熱器依次佈置在鍋爐折焰角上方，基本為純對流吸熱方式，鍋爐尾部豎直前煙道佈置有二次低温再熱器，後煙道佈置有一次低温再熱器。鍋爐煙氣再次流經水平煙道的一、二次末級再熱器後，在尾部前煙道中一部分流經一次低温再熱器和前級省煤器，另一部分流經二次低温再熱器和後級省煤器。此外，在省煤器後設置有煙氣再循環煙道，部分煙氣通過煙氣再循環風機進入爐膛底部。

1）再熱系統的各被控對象間相互影響，機組變負荷時整個系統的穩定時間較長。此外，主蒸汽壓力、中間點温度等控制也對再熱蒸汽温度控制產生一定的影響。

2）在再熱蒸汽温度控制系統中具有煙氣再循環擋板、煙氣擋板、燃燒器噴嘴擺角、事故噴水流量等多個控制子系統，使得各設定值不能採用同一個温度設定值和偏置，從而形成了控制的先後順序過程。

3）當出現鍋爐偏燒時，兩側煙道的煙氣温度會出現很大的偏差，特別是在鍋爐熱負荷變化時，温度偏差將更大，從而增大了煙氣流量分配的難度。

4）在吹灰過程中，鍋爐受熱面的換熱量發生改，從而引起其熱負荷分配的變化，特別是在鍋爐水冷壁吹灰過程中再熱蒸汽温度偏低，難以控制。

5）磨煤機啓/停過程是入爐燃料量發生改變的過程，再熱蒸汽温度控制系統需減少磨煤機啓/停過程的參數擾動，以確保主蒸汽温度及一、二次再熱蒸汽温度的可控性。

6）由於二次再熱超超臨界機組的蒸汽參數較高，在機組負荷較大範圍變化中，鍋爐熱慣性較大，導致主蒸汽壓力偏差較大（升負荷時偏低，降負荷時偏高），燃料量隨機組負荷變化的過程中出現非線性變化且波動較大，造成再熱蒸汽温度波動較大。

以電廠二次再熱超超臨界660MW機組為例，探討再熱蒸汽温度控制策略。該機組配置HG－1938/32．45/605/623/623－YM1型直流爐和N660－31/600/620/620凝汽式汽輪機。鍋爐為單爐膛，配有低NOx燃燒器，採用分級配風，牆式切圓燃燒方式。機組的控制系統採用Ovation　DCS，為一體化的控制。

為了避免再熱蒸汽温度與主蒸汽温度互相影響，在快速、穩定控制主蒸汽温度的前提下，投入再熱蒸汽温度控制。再熱蒸汽控制系統通過煙氣再循環系統的低温煙氣調整燃料的放熱量，以增強對流換熱，從而實現對再熱蒸汽温度的有效調節。煙氣再循環系統煙氣再循環率為10%～15%。通過煙氣再循環前、後煙道出口布置的擋板分配流經一、二次低温再熱器的煙氣量，以控制一、二次再熱蒸汽温度的偏差。一、二次再熱系統的吸熱量佔鍋爐總熱量的比例被設計為13%和11%。此外，鍋爐燃燒器噴嘴擺角位置也對再熱蒸汽温度的控制產生一定的影響。一、二次再熱系統中均具有事故噴水系統，以防止再熱系統超温。煙氣流量、主蒸汽温度以及一次再熱蒸汽温度與二次再熱蒸汽温度的相互影響，加之各種工況的變化，使得對鍋爐再熱系統的控制變得非常複雜，因此有必要探究二次再熱蒸汽温度控制的關鍵技術。

1.主要控制策略

由於影響二次再熱超超臨界機組再熱蒸汽温度的因素較多，特別是在機組協調控制方式下，主蒸汽壓力偏差會使得鍋爐主控輸出始終處於變化狀態，導致相應子控制系統（燃料量、總風量、給水流量、過熱度等）的波動，從而造成一、二次再熱系統間吸熱量的變化。因此，獲得良好再熱汽温調節品質的前提是主蒸汽壓力和中間點温度控制的快速性和穩定性（減小鍋爐燃燒變化幅度和縮短變化過程）。

在此基礎上考慮各種擾動因素，建立再熱蒸汽温度控制前饋，形成煙氣再循環控制策略。

由於存在一、二次再熱2個系統，因此控制系統具有2個目標設定值，從而控制系統需要確保整個再熱系統的吸熱量以及一、二次再熱系統各自的吸熱量。在通過調節煙氣擋板和煙氣再循環擋板開度控制再熱蒸汽温度時，由於整體再熱系統的吸熱量以對流換熱為主，煙氣再循環量對再熱系統吸熱量和鍋爐輻射換熱的影響較為明顯，因此需要對過熱系統和再熱系統進行熱負荷分配。再熱蒸汽温度控制系統通過調節煙氣再循環量控制一、二次再熱蒸汽設定平均值，將一、二次再熱實際温度的平均值作為反饋值。如果考慮一次與二次再熱系統吸熱量的不同，則應在一、二次再熱蒸汽温度設定值與反饋值之間加入權值，使再熱蒸汽温度控制更加精確。

再熱蒸汽温度控制的關鍵在於控制前饋量的設置，以提前消除各種擾動因素的影響。前饋邏輯包括基於機組負荷設定的微分前饋（適應動態過程再熱蒸汽温度的整體變化）、燃料量前饋（適應爐膛燃燒負荷的變化，調整穩態下燃料量波動對再熱蒸汽温度的影響）和煙氣流量及熱量的變化量（抑制對流換熱的影響，其中水平煙道煙氣温度的改變直接影響再熱蒸汽温度）。此外，變參數控制的應用能夠避免在鍋爐不同熱負荷下因煙氣密度的不同而造成的再循環風機出力改變。

煙氣擋板位於煙道豎井省煤器出口處，控制系統通過調節煙氣擋板分配一、二次再熱器之間的煙氣流量控制一、二次再熱蒸汽温度。其設定值為一次再熱蒸汽温度設定值與其實際温度的偏差，反饋值為二次再熱蒸汽温度設定值與其實際温度的偏差。煙氣擋板控制主要是分配一、二次再熱器之間的熱量，防止再熱器超温或温度偏低，使一、二次再熱蒸汽温度平衡。在穩態工況下煙氣擋板的調節速度可相對加快，在動態工況下可相對減小。該控制的關鍵是維持一次與二次再熱蒸汽温度的平衡，由於再熱器換熱過程的熱慣性，因此煙氣擋板調節器必須具有較強的微分作用。

2.輔助控制策略

燃燒器噴嘴擺角控制在再熱蒸汽温度控制中為輔助控制。其採用以機組負荷為基礎的線性開環控制，具有手動偏置調整接口。由於在再熱蒸汽温度低於額定值或設定值時採用煙氣再循環控制，因此燃燒器噴嘴擺角控制能夠使再熱蒸汽温度在控制上具有足夠的調節裕度。

3.事故控制策略

在設計上再熱器不需要噴水減温，但在一、二次再熱蒸汽温度的控制中仍然保留事故噴水控制功能，以防止在機組負荷變化過程中或緊急情況下因煙氣再循環擋板或煙氣擋板控制的滯後性使再熱器超温。事故噴水調節採用典型導前温度串級控制方式。事故減温水系統的投入將降低二次再熱超超臨界機組運行的經濟性，因此在正常工況下事故噴水減温功能不參與再熱蒸汽温度的控制。

在機組整套啓動期間，當機組達到30%負荷後將再熱蒸汽温度的控制投入自動控制方式。通過調節煙氣擋板對一、二次再熱蒸汽温度進行平衡控制。該控制速度快，一、二次再熱蒸汽温度偏差小，且過程穩定。動態工況下再熱蒸汽温度控制系統能夠將一、二次再熱蒸汽温度偏差控制在±3℃以內，在穩態工況下將一、二次再熱蒸汽温度控制在±1℃以內。

煙氣再循環控制系統通過調節再循環風機轉速控制煙氣再循環流量。正常工況下，再循環風機2台運行2台備用，由於由省煤器出口抽取煙氣存在磨損問題，因此在滿足再熱換熱量需求的情況下，應儘可能減少投運再循環風機的台數。

基於國外二次再熱超超臨界機組的再熱蒸汽温度控制，結合成熟的超臨界機組再熱蒸汽温度控制策略及燃用褐煤機組再熱蒸汽温度的煙氣再循環控制策略的特點構建的二次再熱超超臨界機組的再熱蒸汽温度控制策略進行了探討和研究，並分析了其控制難點。結果表明：對於二次再熱超超臨界機組的再熱蒸汽温度控制，在主蒸汽壓力、中間點温度投入自動控制方式後，再投入煙氣擋板、煙氣再循環系統控制，可提高在各種擾動下控制系統對再熱蒸汽温度的調節品質，且能夠滿足機組運行的要求；儘管該控制策略以華能安源電廠二次再熱超超臨界660MW 機組再熱蒸汽温度控制為對象，但其仍可為不同再熱系統結構的二次再熱超超臨界機組再熱蒸汽温度控制策略設計提供參考。