超临界直流锅炉影响汽温的因素分析

超临界直流锅炉影响汽温的因素分析

叶海波

华电能源股份有限公司富拉尔基热电厂

摘要：本文详细探讨了超临界直流锅炉的汽温控制策略与优化方法。研究从控制策略出发，重点分析了煤水比控制、锅炉负荷管理、燃烧优化以及给水温度与流量控制等多种策略的应用。随后，探讨了引入智能控制算法、强化数据分析与监测、人员培训与操作指导以及建立完善的维护体系等优化方法。

关键词：超临界直流锅炉；气温；影响因素

超临界直流锅炉作为现代火力发电系统的核心设备，其汽温控制精度和运行稳定性对于确保整个系统的安全经济运行具有重要意义。随着能源需求的日益增长和环保要求的不断提高，如何优化超临界直流锅炉的汽温控制成为当前研究的热点。

一、汽温控制在超临界直流锅炉运行中的重要性

1.经济性考量：

能源效率：超临界直流锅炉是一种高效的发电设备，其运行效率直接受到汽温的影响。汽温过高或过低都可能导致锅炉的热效率降低，增加燃料消耗，从而降低发电的经济性。

运行成本：汽温的稳定控制有助于减少设备的频繁启停，延长设备使用寿命，减少维护成本。此外，通过优化汽温控制策略，还可以降低燃料成本，提高整个电厂的盈利能力。

2.安全性和稳定性：

防止设备损坏：汽温过高可能导致锅炉受热面材料发生蠕变、疲劳和腐蚀，严重时可能导致管道泄露、爆炸等安全事故。因此，通过控制汽温在合理范围内，可以有效防止设备损坏，确保电厂的安全运行。

维持系统稳定：汽温的波动可能导致蒸汽压力、流量等参数的不稳定，进而影响整个电力系统的稳定性。稳定的汽温控制有助于维持电力系统的稳定运行，避免由于参数波动导致的故障和事故。

3.环境影响：

减少污染物排放：优化汽温控制策略可以减少不完全燃烧产生的污染物排放，如二氧化碳、硫化物等，从而降低对环境的污染。

提高能源利用率：通过精确控制汽温，可以减少能源在转换过程中的损失，提高能源利用率，从而减少对环境的影响。

二、影响超临界直流锅炉汽温的因素分析

1.燃料特性

1.1燃料类型

不同类型的燃料，如煤、油、天然气等，具有不同的热值和化学成分。这些差异会影响燃烧过程中的热量释放速度和总量，从而直接影响锅炉的汽温。例如，高热值的燃料可能导致汽温过高，而低热值的燃料则可能导致汽温过低。

1.2燃料质量

燃料的质量，包括其挥发分含量、灰分含量、水分含量等，也会对燃烧效率和汽温产生影响。挥发分含量高的燃料易于燃烧，可以提供稳定的热量，有利于维持汽温的稳定。而灰分和水分含量高的燃料可能导致燃烧效率降低，影响汽温的控制。

2.给水特性

2.1给水量

给水量的大小直接影响到蒸汽的产生量和汽温。给水量过多可能导致蒸汽温度降低，而给水量过少则可能导致蒸汽温度过高。因此，精确控制给水量是维持汽温稳定的关键。

2.2给水温度

给水温度的变化会直接影响蒸汽温度。给水温度低会导致蒸汽温度降低，反之则可能导致蒸汽温度升高。因此，在锅炉运行过程中，需要根据实际情况调整给水温度，以维持汽温的稳定。

3.风量与配风方式

3.1风量大小

风量的大小影响燃烧过程中的氧气供应和燃烧效率。风量过大可能导致燃烧不稳定，汽温波动大；风量过小则可能导致燃烧不完全，汽温偏低。因此，合理控制风量大小对于维持汽温稳定至关重要。

3.2配风方式

合理的配风方式可以确保燃料充分燃烧，产生稳定的热量。不同的配风方式会对燃烧过程产生不同的影响，从而影响汽温。例如，采用分级配风方式可以促进燃料的完全燃烧，有利于维持汽温的稳定。

4.锅炉负荷

4.1负荷变化

锅炉负荷的变化会导致燃烧状态和蒸汽产生量的变化。负荷增加时，蒸汽产生量增加，可能导致汽温升高；负荷减小时，蒸汽产生量减小，可能导致汽温降低。因此，在锅炉运行过程中，需要根据负荷变化及时调整燃烧和给水参数，以维持汽温的稳定。

4.2启动与停运

在锅炉的启动和停运过程中，由于燃烧不稳定和蒸汽量的变化，汽温容易出现波动。因此，在启动和停运过程中需要采取特殊措施来控制汽温的稳定，如采用旁路烟道、调整给水量等。

5.受热面状态

5.1受热面清洁度

受热面上的积灰和结渣会影响热量的传递效率。积灰和结渣严重时会导致受热面热阻增大，热量传递受阻，汽温降低。因此，需要定期对受热面进行清洁和维护，以保持其良好的传热性能。

5.2受热面磨损

受热面的磨损会导致热效率下降。磨损严重时可能导致受热面破裂或脱落，进一步影响汽温的稳定。因此，需要定期检查和维护受热面的状态，及时修复或更换磨损严重的部件。

6.控制系统与自动调节

6.1控制策略

合理的控制策略可以确保锅炉在各种工况下都能保持汽温的稳定。通过采用先进的控制算法和技术手段（如自适应控制、模糊控制等），可以实现对汽温的精确控制。

6.2自动调节能力

锅炉的自动调节能力越强，越能迅速应对各种扰动（如燃料质量变化、负荷波动等），维持汽温的稳定。因此，在锅炉设计和运行过程中需要充分考虑其自动调节能力的需求和配置。

三、汽温控制策略与优化方法

1.汽温控制策略

1.1.煤水比控制：

动态调整：在锅炉运行过程中，煤水比应根据实时的汽温反馈进行动态调整。当汽温上升时，适当减少给水量或增加燃料量，以维持汽温在设定范围内。

前馈控制：考虑到煤质、负荷等因素的变化，可以引入前馈控制，提前预测并调整煤水比，以减少汽温的波动。

1.2.锅炉负荷管理：

负荷预测：通过预测未来的负荷变化，提前调整锅炉的运行状态，确保在各种负荷下都能维持汽温的稳定。

多目标优化：在满足汽温要求的同时，考虑锅炉的经济性、排放等多个目标，进行综合优化。

1.3.燃烧优化：

燃烧器配置：根据燃料特性和锅炉结构，合理配置燃烧器，确保燃料能够均匀、充分地燃烧。

二次风调整：通过调整二次风的风量和风速，控制炉膛内的温度分布，减少热偏差，从而稳定汽温。

1.4.给水温度与流量控制：

给水温度调节：通过调整高压加热器的投入率，控制给水温度，从而实现对汽温的间接控制。

给水流量微调：在维持煤水比不变的前提下，通过微调给水流量，可以实现对汽温的精细控制。

2.优化方法

2.1.引入智能控制算法：

神经网络：利用神经网络强大的学习能力，建立汽温与各种影响因素之间的非线性关系模型，实现对汽温的精确预测和控制。

遗传算法：通过模拟自然界的遗传机制，寻找最优的煤水比、风量等控制参数组合，以达到最佳的汽温控制效果。

2.2.强化数据分析与监测：

实时数据监测：通过安装先进的传感器和监控系统，实时收集锅炉的运行数据，为控制策略的调整提供依据。

数据分析与优化：定期对收集到的数据进行分析，找出影响汽温的关键因素和潜在的优化空间，为后续的控制策略调整提供依据。

2.3.人员培训与操作指导：

技术培训：加强对运行人员的技术培训，提高其对汽温控制策略和优化方法的理解和应用能力。

应急演练：定期进行应急演练，提高运行人员在突发情况下的应对能力，确保锅炉的安全稳定运行。

2.4.建立完善的维护体系：

定期维护：按照规定的时间间隔对锅炉进行定期维护，确保设备的正常运行和性能稳定。

四、结束语

总而言之，通过制定合理的控制策略、引入智能控制算法、强化数据分析与监测、加强人员培训以及建立完善的维护体系，可以有效提高汽温控制精度和运行稳定性。这些优化措施的实施，不仅能够确保锅炉的安全经济运行，还能为现代火力发电系统的持续发展和创新提供有力支持。

参考文献：

[1]田鹏.基于多模型的超临界直流锅炉主汽温度控制系统设计[D].中北大学,2023.

[2]张赞助.超临界直流锅炉的控制技术分析与研究[J].科技创新与应用,2020,(23):156-157.