锅炉设备原理及技术：火电厂锅炉汽温控制
一、锅炉主蒸汽温度控制
主蒸汽温度是锅炉燃烧控制的一项主要参数，温度超温，损坏过热器受热面，影响汽轮机组的寿命及安全性；主蒸汽温度过低，易形成蒸汽带水，对汽轮机组的安全运行造成巨大威胁。
1. 燃水比
直流炉主蒸汽温度的控制主要依靠控制锅炉的燃水比来实现，燃水比控制是否合适是通过中间点温度来反映的，即我们通常所说的分离器出口温度，在机组控制中通过“过热度”这一参数直观的反映中间点温度，这里的“过热度”是指分离器出口蒸汽温度与分离器压力对应下的蒸汽饱和温度的差值。维持足够的过热度是保证主蒸汽温度稳定的重要前提，机组正常运行中该过热度一般控制在12-16℃之间。 过热度的调整通过设定偏置值来实现我们期望达到的分离器出口温度，但由于给水系统的响应需要时间，锅炉自动控制系统不能立即调整至设定值，这时候需要运行人员的人为干预进行快速调整和预判调整。
① 快速调整主要是通过设定给水流量偏置，以使给水流量快速响应，在短时间内改变给水流量，达到调整燃水比的目的。此手段较为快捷，对燃水比调节系统的后续扰动也较大，一般作为紧急情况下的预手段。
② 预判调整是指值班员通过调整BTU（热值校正系数）、过热度偏置设定值等手段提前改变燃水比，实现分离器出口温度的稳定，预判的依据是实际入炉燃料量及热值。当实际入炉燃料量或热值增大或者即将增大时，我们通过上调BTU数值或者减小过热度偏置设定值来减小燃水比，反之亦然。该调整手段的实质是通过值班员的预判调整来减轻锅炉燃烧系统及协调控制系统的迟滞状况，进而减轻直至消除燃水比失衡的现象，使主蒸汽温度维持稳定。
2. 过热减温水
过热器减温水分为一级减温水和二级减温水，主要作用是保证热蒸汽温度不超温，从而保护过热器。减温水的控制主要依靠自动控制，值班员通过设置温度偏置值来控制过热蒸汽温度，一般保持一级减温水开启，二级减温水微开或者关闭，屏过和高过入口有11摄氏度以上的过热度。最大限度避免末级过热器出口蒸汽带水情况发生，保证汽轮机组的安全运行。
3. 燃烧调整
对于燃烧器为前后墙对冲布置的锅炉，炉内热负荷分布受到燃烧器运行方式的影响，一般上层燃烧器运行有利于维持较高的主蒸汽温度，下层燃烧器运行可以保证较高的分离器出口温度。前后墙对冲的燃烧方式因燃烧器喷口无法上下摆动，因而对主蒸汽温度的影响不如四角切圆燃烧方式明显。在燃烧器投退，特别是上层燃烧器投退时，主蒸汽温度的变化较大，因此在投运燃烧器时应该预开减温水，而后根据主蒸汽温度的变化情况控制燃料的增速率，防止过热蒸汽升温速率过快导致超温；退出燃烧器时应缓慢降低燃料量，并相应关小冷一次风和二次风，及时调整其余制粉系统的一次风量及二次风，避免炉内热负荷长时间、大范围分布失衡，保证主蒸汽温度不低温。
主蒸汽温度的控制手段中，燃水比用于主蒸汽温度的粗调控制，减温水用于主蒸汽温度的精调控制。通过控制燃水比控制主蒸汽温度时，应该兼顾减温水量的控制，当燃水比过大时，减温水量相应偏大，汽温的可控裕度减小，超温的可能性就增大了；当燃水比过小时，减温水接近全关，超温的危险性降低，但低温的危险性凸显出来。改变燃烧器运行方式来控制主蒸汽温度则是在燃水比无法起到正常调节作用时采取的手段，例如炉内受热面结焦、掺烧劣质煤等引起的主蒸汽温度持续超温、低温或者偏温情况。
二、主蒸汽压力控制
主蒸汽压力作为锅炉燃烧控制的另一项主参数，过高会使各承压部件应力增加，设备损坏风险升高，汽轮机末几级叶片蒸汽湿度增大，影响叶片寿命；过低机组经济性无法保证外，为维持负荷需增大蒸汽流量，汽轮机组轴向位移增加，动静碰摩的可能性增大。
1. 内驱因素
直流炉转为干态运行后，其主蒸汽压力来源于给水压力，这也是直流炉区别于汽包炉的一个主要特点。直流炉主蒸汽压力的变化必然伴随着给水压力的变化，反之给水压力变化必然引起主蒸汽压力的变化。在锅炉给水控制系统中，分离器出口温度设定值、省煤器入口给水流量的偏置值以及总燃料量能够直接影响给水流量，而当汽机侧阀门开度不变时，给水压力就会随给水流量变化，主蒸汽压力也随之变化，这些能够直接驱使给水压力变化的因素，暂称之为内驱因素。降低分离器出口温度设定值、增加省煤器入口给水流量的偏置值以及增加燃料量，会导致主蒸汽压力升高；反之主蒸汽压力降低。由内驱因素导致主蒸汽压力变化的过程，实际上就是燃水比动态变化过程对主蒸汽压力产生影响的过程，这个过程是旧燃水比平衡向新燃水比平衡变化的过程，这个过程需要的自平衡时间较长，因而对主蒸汽压力影响的时间也较长，在协调控制方式下可能出现压力振荡的现象，不利于安全稳定运行，应该尽量避免因内驱因素导致的压力变化。
举个例子，在磨煤机堵煤后逐渐吹扫通畅的过程中，由于积存在磨煤机里的煤不计入协调控制的总燃料量中，会导致实际入炉煤量高于显示煤量，即实际燃水比上升，过热度上升，此时给水控制系统会增加给水量，给水压力上升，主蒸汽压力上升。若要维持主蒸汽压力，则需开大汽机侧阀门开度，增加机组出力。在这个过程中，不能因为过热度上升而盲目降低分离器出口温度设定值或者增加给水流量偏置值，这样会使给水压力进一步上升，致使主蒸汽压力上升过快而超限。正确的方法是通过上调BTU开大汽机侧以保证主蒸汽压力不超限。
2. 外扰因素
直接引起主蒸汽压力变化的因素，如汽机侧阀门开度的变化、吹灰器的投退、过再热器减温水的加减等，暂称之为外扰因素。它们对主蒸汽压力影响较为直接，也容易进行人为控制，因此调节起来更加快速，对主蒸汽压力的扰动也更小一些。
由外扰因素引起的压力波动，缺乏源动力，非事故情况下不会造成主蒸汽压力超限，可以通过一些小范围调整使压力重新趋向平稳。例如降负荷过程的初始阶段，汽机侧阀门关小，由于锅炉释放蓄热以及燃烧系统的迟滞性，主蒸汽压力会有上升趋势，此时可以投入吹灰器运行，起到缓和乃至抑制压力上升的作用，使降负荷过程平稳过渡到协调控制的正常程序中，这样调整既控制住了主蒸汽压力，又减小了协调控制的后续扰动。 对锅炉主蒸汽压力的控制实际上是协调控制系统闭环反馈控制的一个缩影。
在稳态情况下，主蒸汽压力、汽机侧阀门开度、机组负荷、燃料量、给水流量都是不变的，任意一个参数发生变化就会导致其余参数一起发生变化，直至达到新的稳态。例如：投入吹灰器→机组负荷下降→汽机侧阀门开大→主蒸汽压力下降→燃料量增加→给水流量增加→蒸汽流量增加→机组负荷回升→汽机侧阀门关小→主蒸汽压力上升→燃料量下降→给水流量下降→趋向平稳。在这样一个闭环控制系统里，找到主蒸汽压力变化的原因，认清主蒸汽压力变化的趋势，对症下药，才能安全高效地控制主蒸汽压力。
三、机组正常运行中的汽温调节
汽温调节可以分为烟气侧调整、蒸汽侧的调整，烟气侧的调节过程惯性大，通常情况下需要3-5分钟左右温度才会开始变化；而蒸汽侧的调节相对比较灵敏。因此正常运行过程中，应保持减温水调整门具有一定的开度，一般应大于7%；如果减温器已经关完或开度很小时，由于阀门的特性原因它的调节能力减弱，也就是减温水流量变化相对较小，此时应观察同侧另一级减温水流量是否偏大，并及时对其的减温水流量进行重新分配，另外还可以对燃烧进行调整（在炉膛氧量允许时可适当加大风量，或调整风门使火焰中心上移），使汽温回升、减温器开启。如果各级减温器开度均比较大时（若大于60%），同时也应从燃烧侧调整，或对炉膛进行吹灰，以达到关小各级减温器，使其具有足够的调节余量。
总之，在机组正常运行时，各级减温后的蒸汽温度在不同工况下是不相同的。应加强对各级减温器后蒸汽温度的监视，并做到心中有数，以便在汽温异常时作为调整的参考。建议在负荷发生变化时应将减温水且为手动调整，避免汽温大幅度波动。
四、变工况时汽温的调节
变工况时汽温波动大,影响因素众多,值班员应在操作过程中分清主次因素,对症下药,及早动手,提前预防.必要时采取过调手段处理,不可贻误时机,酿成超温事故。变工况时汽温的变化主要是锅炉的燃烧负荷与汽轮机的机械负荷不匹配所造成的。一般情况下，当锅炉的热负荷大于汽轮机的机械负荷时，汽温为上升趋势，两者的差值越大，汽温的上升速度越快。目前机组在投入BLR方式下运行时，机组负荷变化频繁且幅度较大。下面对几种常见情况分析如下:
1、正常加减负荷时的汽温调节。
正常加负荷时，在汽轮机调门开度增加，锅炉压力下降自调系统开始增加燃料量、风量。而汽温的变化要滞后于燃烧侧的热负荷的增加。对于过热器来说，由于蒸发量的增加，对过热汽温有一定的补偿能力，所以过热汽温的变化是滞后与负荷变化速度的（它随着负荷的增加燃料量、蒸汽压力、蒸汽流量的增加而增快的）。也就是说负荷越低在增减负荷时汽温变化的速度越慢，减温水对其的调整的反应越滞后。此时我们应先将减温水调整门手动开到一个调节敏感区域一般在25%～40%之间或增加减温水量3～4t/h，也可通过自调装臵将温度设定降低2～4℃。这也就是所谓的“提前预控，过调方式” 。
随着燃烧的进一步加强、烟气量的增加，锅炉燃烧产生增量的高温烟气通过各级过热器，使烟气对其的辐射换热和对流换热系数增加，汽温将持续升高。而对于再热器则没有这种补偿能力。因此在加负荷过程中再热汽温的上升速度要比过热汽温的上升速度快。这时我们可以关小再热烟气侧挡板降低其升高的幅度，联合采用适当开启减温水的办法来调节汽温。减负荷过程与此相反。
2、RB动作快速减负荷过程中的汽温调节。
快速减负荷是指机组由于某种原因使汽轮机调门迅速关小。根据前面的分析可得，过再热汽温的上升速度是比较快的。因此，我们在开大减温水的同时，应根据负荷减少情况停运磨煤机(正常次序应该是在决定快减负荷时首先停磨 ),或用开启PVC阀的办法来控制汽温。开排汽时应注意水位变化。
3、启、停磨煤机时对汽温的影响及调整
磨煤机启动时，相当于燃烧侧负荷突然加强，因此过、再热汽温一般为上升趋势，并有可能超温。故在启动磨煤机以前可以先适当的降低汽温，启磨后缓慢提高磨的出力，保持总煤量在小范围内变化，并注意风量的调整，防止缺风运行，保持氧量在4～6%范围内。在启E、C磨时应特别注意主、再热汽温的变化。启E、C磨前,应将主、再热汽温进行“提前预控，采用过调方式”且稳定后再启动磨煤机。磨煤机停运时的情况与此相反。
4、高加投切时对汽温的影响。
高加解列后由于给水温度降低，要维持蒸发量，就必须增加燃料量，故过热汽温为上升趋势。但由于高加解列后各段抽汽要进入汽轮机做功，会使机组负荷突然增加，尤其是在300MW左右时，有可能使锅炉超压，安全门动作，故此时不宜加煤量，相反还应适当减小燃料量，待负荷和压力下降后再加燃料量。同时，应加强对过再热汽温的调整，以防超温，投入高加时应缓慢投入，以防产生较大的扰动。
高加解列后对再热汽温的影响与过热汽温有所不同，由于抽汽量减少，使再汽压力升高流量增大，在燃烧还未变化时，再热汽温暂时下降(约5-10℃)，但随着机组工况趋于稳定，再热汽温随即会迅速上升，监盘人员要做好预想工作，及时进行调整。 同时还要注意各受热面壁温情况，必要时应采取适当降低锅炉火焰中心位臵或降低机组负荷的方式保证锅炉受热面的安全。
5、再热汽温的调节特点及注意事项
由于再热汽的比热相对于过热汽要小，且补偿能力差，故在负荷以及流量发生变化时，易引起再热汽温的大幅度波动，比较难控制。因此，在启、停磨煤机以及加减负荷时，应加强对再热汽温的监视与调整，并对有预见性的变化可以进行适当的超前调整。
再热汽温的调整主要采用烟气挡板调节进行调温微量减温调节为辅。因此，再热汽温的调节不能单纯的依靠减温水进行调节。另外，我们还可以通过改变燃烧侧风煤配比的办法来调整再热汽温。例如，我们可以通过改变各磨煤机的出力（在总煤量不变时）、各二次风的配比等办法来改变火焰中心高度，以达到调节再热汽温的目的。
运行中如果烟气挡板组合角开度过大，携带煤粉的烟气在炉膛内上冲力不足，其在炉膛内的充满度就会降低。会引起锅炉热负荷分布就会不均匀（前屏吸热量减少，后屏和高过吸热量增加）；由于烟气流速相对增加，对烟道内受热面会造成局部过度冲刷；使烟气携带的煤粉在炉膛内的燃尽时间就相对缩短，造成飞回可燃物的升高； 但运行中烟气挡板组合角开度也不可过小，过小的开度会造成炉内空气动力工况破坏。高负荷时易造成烟气充满度过高，锅炉燃烧缺氧；低负荷时易造成炉膛上部温度不足严重时可能引起燃烧不稳负压摆动；过小的烟气挡板开度还会造成吸风机单耗的增加。
合理的烟气挡板开度是保证炉膛在设计额定负荷内良好的充满度，以保证各受热面、受热段受热均匀；保持合理的烟气阻尼，使烟气保持合理的流速和流向，降低锅炉损失并将烟气对受热面管束的磨损控制在合理的范围内。
五、机组滑停过程汽温调节的注意事项
1、机组滑停以前必须对锅炉进行一次全面吹灰，以关小减温器，可以使汽温在下滑过程中较好控制,使滑停过程顺利进行。
2、滑停过程中应尽量依靠减弱燃烧来使汽温下滑，不宜采取开大减温水的方法来下滑汽温，如汽温下降速度较慢或居高不下时，可以加大下层磨的出力减小上层磨的出力，或者停运上层磨，减少磨煤机的运行台数。另一方面可以适当的开大上排二次风档板，关小下层二次风档板的方法使汽温下滑。
3、滑停过程中，应尽可能的保持火嘴集中运行，使燃烧稳定。停磨前应先将磨的煤量减至最小，再停止磨煤机运行。停磨后应适当加大其余磨的出力，保持总磨煤量小幅度变化，以防止汽温下降速度过快。
4、滑停过程如果投油，在撤油时应逐支撤出,不允许一次多支撤出,防止汽温下降速度超限。
5、滑停至给水主、旁路或电、汽泵进行切换时。如果由于操作不当,我们应考虑暂缓减负荷,通过燃烧侧调整或利用随着时间延续炉膛蓄热的减少降低汽温,关闭减温水后再切换。防止由于切换时给水压力的突增 ,导致减温水流量突增，使汽温产生突降(低负荷下蒸汽流量很小,减温水量稍增就可能造成汽温突降,因此,大家在负荷越低的情况下使用减温水一定要小心)。另外,建议给水主、旁路切换在40～60MW负荷进行。如果时间不允许,而减温水门未关完,我们也可先全关闭各减温水调门及总门，待主付阀切换完毕 ,给水压力稳定时，再根据汽温情况来决定是否开减温水总门。如果此时汽温下降速度较快时，应及时关小汽轮机调门或减负荷至零。但应注意水位变化。
六、滑参数启动过程中的汽温调节及注意事项
1、对于打过水压后的锅炉，由于过热器及再热器中存着较多的积水，此时启动存在着汽包压力上升快，而汽温上升速度慢，为了使汽温与汽压相匹配，必须在点火前全开过热器及再热器，主、再汽管道所有疏水门，进行充分疏水；点火后及时开启Ⅰ、Ⅱ级旁路，使过、再热器中的积水及时排走。点火初期可以适当提高火焰中心高度，使过、再热器中的积水尽快蒸发掉。保证过、再热汽温与压力的匹配关系。
2、对于极热态机组，当汽机调跳闸，锅炉灭火后，应立即关闭所有减温水调门及总门，并开启排汽电动门或旁路门（汽机允许条件下）。锅炉在点火前尽量开大旁路门降压（汽机允许条件下），吹扫完毕后应立即启动A磨，以减小炉膛热损失，可适当增加给煤量，保持较高的火焰中心高度，并保持较高的氧量值，以使汽温尽快达到冲转参数，并严密监视屏过壁温，决不允许超温。
3、在机组启动初期低负荷时，投入减温水时，应注意一级减温器后的温度以及事故喷水后的温度应高于对应的过、再热汽压力下的饱和温度，以防过、再热器积水振动，甚至出现爆管。
4、滑参数启动过程中，旁路阀切换为主阀后，给水泵转速下降会使减温水压力降低，汽温上升速度加快。如果在主、旁路阀切换后短时间内启启动磨,会使汽温上升速度更快，故建议在启动过程中，主、旁路阀未切换以前，尽量不要投减温水，如汽温上升速度过快时，最好采用调整燃烧的办法来调整汽温。
七、锅炉低负荷情况下投减温水时注意事项
锅炉在低负荷运行（锅炉启动初期或滑停末期）调节汽温时，是不宜多使用减温水的，更不宜大幅度地开或关减温水门。这是因为，在低负荷时，蒸汽流量较小，汽温较低，流经减温器及过热器的蒸汽流速很低，如果这时使用较大的减温水量，水滴雾化不好，蒸发不完全，使得在某些蒸汽流速较低的蛇形管圈内积水，局部过热器管可能出现水塞。另外没有蒸发的水滴，不可能均匀地分配到各过热器管中去，各平行管中的工质流量不均，导致热偏差加剧，有可能使过热器管损坏，影响运行安全。更为严重时，如果此时汽轮机冲车或突升负荷还会将大量的水带入汽轮机造成水冲击，造成更大的危害和损失。
另外，在锅炉低负荷一般情况下减温水和蒸汽压差很大，此时开启减温水还会造成减温水调节阀和减温水喷嘴过度冲刷，造成损坏。
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