火电厂锅炉再热汽温优化控制仿真

张一宁

摘要：本文采用定性及半定量的分析方法，研究了变负荷过程中主燃烧区、燃尽区燃烧比例的变化原因、趋势以及对再热汽温特性的影响，提出了二次风挡板变负荷动态附加开度的概念，并进行了工程应用，取得了显著效果。

关键词：　空气分级燃烧；再热汽温；动态附加开度

中图分类号：ＴＫ２２９　　　文献标识码：Ｂ　

1.影响主燃烧区、燃尽区燃烧比例的因素分析　　

在空气分级燃烧条件下，燃料的燃烧过程主要在主燃烧区、燃尽区２个空间内完成。由于烟煤燃烧速度很快，因而影响主燃烧区、燃尽区燃烧比例的决定因素是主燃烧区、燃尽区配风比例，亦即ＳＯＦＡ占总风量的比例。在给定氧量设定值和ＳＯＦＡ风量比例条件下，不同负荷点主燃烧区、燃尽区燃烧份额的变化情况。可以看出，当机组负荷升高，运行氧量设定值逐渐降低，主燃烧区燃烧份额减少、燃尽区燃烧份额增加，导致炉膛火焰中心升高，当机组负荷连续变化时，这种变化会对主再热蒸汽温度带来一定影响^[1]。

在给定负荷和氧量设定值下，增加主燃烧区配风比例，主燃烧区燃烧份额增加时，下炉膛火焰温度升高，炉膛出口烟气温度下降，反应在锅炉运行参数变化趋势上是汽压升高，汽温下降，反之亦然，理论分析与实际燃烧试验结果是一致的。

2.变负荷过程中主燃烧区、燃尽区燃烧比例的变化　　

在机组变负荷过程中，为了快速响应电网ＡＧＣ指令变化的需要，在机组接收ＡＧＣ变负荷指令后，机组燃料主控调整给煤机出力进而改变进入磨煤机的燃料量，制粉系统按照风煤比曲线调整磨煤机入口的热风挡板开度，同步改变一次风量。在机组变负荷初期，进入炉膛的燃料量改变实际是通过改变一次风的燃料携带量完成的，因此从机组接收到ＡＧＣ变负荷指令到一次风量开始调整之间，延迟时间很短^[2]。

锅炉的总风量包括了一次风量与二次风量之和，二次风量的调整是通过改变送风机出力来完成的，由于送风机出口至燃烧器之间存在体积庞大的风箱和管道，导致炉膛－风箱差压的改变需要一定的时间，因此二次风量调整的速率滞后于一次风量的调整速率。由于锅炉设计二次风量占了总风量的７０％以上，一次风量占总风量的２５％，因此二次风量调整滞后导致了锅炉总风量的调整滞后。

总风量调整滞后在运行参数上表现为，在机组连续加负荷过程中，炉膛实际运行氧量会低于同负荷稳定工况下的氧量设定值；在机组连续减负荷过程中，实际运行氧量会高于同负荷稳定工况下的氧量设定值。

在机组变负荷过程中，进入主燃烧区的总煤量Ｍｔ可以分为两部分，Ｍｔ＝Ｍｂ＋ΔＭ，Ｍｂ为机组当前功率在稳定工况下对应的基准燃料量，ΔＭ为改变机组功率的所需增加或减少燃料量；相应变负荷过程中进入主燃烧区的空气量Ｑｔ也可以分为两部分，Ｑｂ＋ΔＱ，Ｑｂ为提供Ｍｂ燃料量的燃烧空气量，ΔＱ是提供给ΔＭ的燃烧空气量。以下以机组加负荷过程为例说明风量调整滞后对燃烧份额分配的影响。设连续加负荷过程中，ΔＭ平均为Ｍ的５％，根据运行氧量与设定氧量偏差值计算，在连续加负荷过程中，ΔＱ不超过ΔＭ燃烧所需总风量的５０％。根据表２列出了Ｍｂ与ΔＭ在主燃区、燃尽区的燃烧份额以及Ｍｔ的燃烧份额^[3]。

高负荷运行时炉膛出口的过量空气量通常在１５％～２０％，当采用空气分级燃烧后，主燃烧器区域处于一定程度缺氧燃烧状态，有相当份额的燃料将在燃尽区燃烧。为了说明空气分级燃烧对锅炉不同区域燃烧份额、燃烧温度、炉膛出口烟温的影响，对ＳＯＦＡ风量比例分别为０％和３０％的２种工况进行半定量对比分析，２种工况的炉膛运行氧量保持一致。

由于送风系统调整滞后，新增加的燃料量ΔＭ在主燃烧区的燃烧份额不超过５０％，ΔＭ的大部分在燃尽区完成，导致主燃烧区燃烧份额下降与燃尽区燃烧份额增加。由于燃烧比例变化在短时间内完成，造成炉膛火焰中心快速抬高，主再热蒸汽温度上升较快，容易出现超温现象，同时主燃烧区燃烧份额下降，主燃烧区火焰平均温度上升速率受限，对锅炉的影响趋势表现为汽压响应滞后。

在机组减负荷过程中，燃料量减少速度快于总风量减少速度，导致主燃烧区燃烧比例上升，炉膛火焰中心下移，由于主燃烧区燃烧比例上升，火焰温度下降速度变慢，造成辐射传热强度下降相对缓慢，反映到运行趋势中，就是机组减负荷过程中汽压下降速率较慢，汽压设定值与实际值偏差大，为了快速降低汽压，给煤量往往过调严重，主再热蒸汽温度下降明显。

通过以上分析可以得出以下结论：由于锅炉燃料系统的负荷响应调整速度快于送风系统调整速度，在空气分级燃烧条件下，导致变负荷过程中主燃烧区和燃尽区的燃烧比例发生快速变化，是造成变负荷过程中主汽温度、再热汽温、压力参数波动幅度偏大的根本原因^[4]。

3.动态分离器转速的控制优化　　

为改变机组接收ＡＧＣ变负荷指令后，机组燃料量超调后对锅炉主再热蒸汽温度的影响，对磨煤机动态分离器转速的控制逻辑进行优化，以减少锅炉主再热蒸汽温度的变化。在机组加负荷过程中，现将磨煤机动态分离器转速动态降低，让通过磨煤机的风粉混合物阻力降低，煤粉细度增粗，一次风携带煤粉快速增加，进入炉膛的煤粉燃烧相对滞后，炉膛火焰中心升高，抵消部分燃料量的减少造成锅炉主再热蒸汽温度降低的影响，主再热蒸汽温度相对升高；机组减负荷过程中动态分离器转速动态升高，通过磨煤机的风粉混合物阻力增加，煤粉细度变细，一次风携带煤粉快速减少，进入炉膛的煤粉燃烧相对提前，炉膛火焰中心降低，抵消部分燃料量的增加造成锅炉主再热蒸汽温度升高的影响，主再热蒸汽温度相对降低。磨煤机动态分离器转速的动态变化，可以快速改变进入炉膛的煤粉流量，提高机组对电网的负荷响应能力。

试验结果表明：某台锅炉在机组变负荷过程中，汽温特性明显改善，减负荷过程中，过热汽温的最低值可提高６℃，平均汽温升高１．５℃；再热汽温的最低值可提高５℃，平均汽温升高２℃。加负荷过程中，过热汽温、再热汽温的上升速度得到明显控制，汽温超温的频次大幅度减少。

4.结语　　

燃用高挥发分烟煤电站锅炉，进行空气分级低ＮＯｘ燃烧改造后，锅炉普遍出现了变负荷再热汽温调节特性变差现象，进行了理论研究和调整试验。（１）在空气分级燃烧状态下，由于燃料系统调整速度快于送风系统的调整，变负荷过程中主燃烧区与燃尽区燃烧比例发生变化，是导致变负荷过程中汽温波动幅度较大的原因。（２）二次风挡板动态附加开度策略实现了变负荷过程中提前改变火焰中心高度功能，补偿了主燃烧区与燃尽区燃烧比例失调情况，可以有效地降低变负荷过程中的汽温波动幅度，提高了机组的运行安全性和经济性。（３）机组负荷变化过程中，优化磨煤机动态分离器转速控制逻辑，在机组变负荷过程中，磨煤机动态分离器转速动态相应升高或降低，可以快速改变进入炉膛的煤粉流量，减少机组燃料量超调后对锅炉主再热蒸汽温度的影响，提高机组对电网的负荷响应能力^[5]。

参考文献：

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[2]韩磊.烟气再循环对1000MW二次再热锅炉汽温的影响[J].发电设备，2020，34(01):9-13.

[3]吴克锋，王体，徐龙，朱睿，刘兆庆，王永杰.二次再热锅炉的技术发展及优化[J].锅炉技术，2019，50(05):26-30.

[4]赵东华，潘维加，刘攀，王涛.火电厂锅炉再热汽温优化控制仿真[J].计算机仿真，2019，36(09):142-146.

[5]李贵鹏.亚临界锅炉低负荷再热汽温调整试验研究[J].锅炉制造，2019(05):5-8.