余热锅炉汽包壁温差控制策略分析

余热锅炉汽包壁温差控制策略分析

吴荣能

东莞深能源樟洋电力有限公司 广东东莞 523000

[摘要]余热锅炉，即利用工业过程当中废料、废气或是废液内部余热、可燃物质等燃烧之后所产生热量，将水逐渐加热至特定温度的一种锅炉设备。余热锅炉正式运行后，汽包壁往往会产生温差，对锅炉高效稳定的运行会产生影响。故本文主要探讨余热锅炉当中汽包壁的温差控制实施策略，仅供业内相关人士参考。

[关键词]汽包壁；余热锅炉；温差；控制策略；

前言：

汽包壁从属余热锅炉当中的重要构成部分，为能够有效控制其所产生的温差，就需了解其主要成因，便于达到良好的控制目的。因而，对余热锅炉当中汽包壁的温差成因及其控制策略开展综合分析较为必要。

1、阐述汽包壁产生温差的主要原因

1.1在结构形式因素方面

下降管、汽包、蒸发装置中水，这些都是依赖于蒸发装置及下降管当中汽水的密度差，促使水动力的循环产生。燃气轮机所排出的高温烟气会经过蒸发装置，对蒸发装置当中的饱和水进行加热，待饱和水将热量吸收之后，受汽化作用，促使饱和蒸汽快速形成，则介质相变完成。蒸发装置与下降管，都连接着汽包。蒸发装置当中，以饱和水及饱和蒸汽的一种混合物为主要介质，呈较小密度；下降管当中，则是以饱和水为主要介质，呈较大密度。受重力差影响，促使驱动力逐渐形成，下降管、汽包、蒸发装置均能实现水循环。与饱和水比较起来，饱和蒸汽所产生热量相对较高，饱和蒸汽、饱和水为同等温度，饱和蒸汽逐渐提升到汽包过程当中，饱和蒸汽及饱和水之间并无温差存在，也不存在着热交换。高温烟气经由蒸发装置，汽包呈较低的给水温度，需较大的汽化潜热，蒸发装置产生较少蒸汽量，汽水的混合物呈较大密度，则下降管、汽包、蒸发装置水循环无法确立起来，汽包上/下部分分别是饱和蒸汽及欠饱和水。而预热锅炉开启属于加热过程，该汽包内部水处于欠饱和的一种状态，开启初期阶段无水循环情况下，汽包下壁位置加热效果会相对较差，致使汽包上/下壁位置有温差形成[1]。

1.2在汽包升压及上水因素方面

燃气轮机自身负荷快速升高，排入至余热锅炉当中热量增加迅速，蒸发装置会有较多饱和蒸汽产生，致使汽包压力被快速提升，蒸发装置当中水的实际汽化潜热随之提升。余热锅炉的省煤装置设于蒸发装置之后，汽包实际补充水属于欠饱和水，持续吸收热量这一过程当中，不会出现温升情况，汽包下壁位置未被加热。该蒸发装置当中会有蒸汽产生，因压力持续提升，其饱和温度随之升高，汽包实际蒸汽温度同样提升，对于汽包上壁位置进行放热，对汽包下壁则予以加热，致使汽包上壁和下壁之间有温差形成。此外，汽包正是开启初期阶段，未确立起水循环，开启水位过于高情况下，升温及升压速率欠缺匹配性，汽包呈过大的蓄热容量，水循环整体确立过程滞后，仅汽包上壁位置被加热，致使温差形成。

1.3在汽包开启水位因素方面

燃气轮机正式开启前期，汽包冲洗处理完成后，汽包上水。燃气轮机在点火之前，余热锅炉当中要求不可有可燃气体存留，要彻底吹扫炉膛，时长通常是10 min。点火操作前期，还需对燃气轮机实施清吹处理，将蒸发装置的水冷却，水实际蓄热容量增加，汽包的水循环整个确立过程被延长，汽包壁的温差增加。燃气轮机的负荷快速变化后，锅炉因受自身结构及各项操作因素影响，致使汽包壁出现温差超限情况[2]。

2、余热锅炉当中汽包壁的温差控制实施策略

2.1问题现状

某城市燃气的热电厂当中，燃气轮机配置MHDB-6F.03-Q1型号的余热锅炉。为能够对总体布设予以简化，则下降管、汽包、蒸发装置为炉膛内置。燃气和蒸汽联合的循环机组开启运行过程当中，汽包的上下臂产生了温度变化。燃气轮机的开启指令下发前期，为能够将余热锅炉的开启速度加快，余热锅炉当中汽包上水实行蒸汽投炉底部辅助加热及除氧加热。针对时间轴为零点，燃气轮机下发开启运行命令后，燃气轮机实施10 min清吹处理之后予以降速点火，该燃气轮机实际排气温度随之提升，余热锅炉则出现了升温升压情况。

对燃气轮机正式点火前期，汽包上水已完成，对投炉底部加热，将给水温度逐渐提升，下发开启命令前期，该汽包上/下壁温度分别是91℃、58℃,二者温差达到33℃。对燃气轮机实施清吹处理，蒸发装置遇冷散热，汽包下壁位置放热速度比上壁部位快，汽包壁的温差趋于平缓上升状态。燃气轮机正式点火后，排气温度区间是350℃～600℃,而蒸发装置开始受热，促使蒸汽产生，锅炉冷态，呈较大的蓄热容量，所产生蒸汽则无水循环形成，汽包下部分水无循环，温度并未提升，蒸汽温度则因压力的增加而逐渐提升，对汽包上壁予以加热。汽包上及下壁位置温差快速增加，下降管、汽包、蒸发装置确立了水循环，而汽包内部水开始出现了升温情况，对于汽包下壁实施放热，整个汽包上及下壁位置温差则开始降低。汽包内部水温度逐渐达到一定的饱和温度状态，汽包下壁部位达到最低传热，汽包上及下壁位置为最低温差。余热锅炉实行自然循环，整个汽包自身结构及其运行方式，其处于机组总体变负荷的运行过程当中有壁温差形成。对壁温差总体幅值会产生影响的因素，以汽包初期上下壁部位温、汽包水总体水循环的确立速率及其升温升压实际速率等为主。

2.2温差控制具体策略

一是，对机组实施运行调试过程当中，技术员提前实施预热给水操作，确保汽包自身的热惯性能够减少，加速汽包整个水循环的确立。设定汽包壁的温差速率这一指标，积极落实监视报警工作，对汽包整个升温及升压过程控制程序予以合理优化，实现对汽包上及下壁位置温差的有效控制。

二是，汽包壁的温差把控至安全限定值范围，加速汽包整个水循环的确立，合理设定汽包的升温及升压速率；汽包整个水循环的快速确立，可通过将汽包内部介质实际温度及上下壁初始温度提高，将汽包总体蓄热容量有效降低。提前实施预热给水操作，将汽包内部介质温度有效提升。机组冷态正式开启后，对汽包上水，且投入炉底部位置加热，对汽包上水实际速率予以严格把控，将给水温度逐渐提升，炉底部的加热量可适当增加，燃气轮机正式点火前期，应当持续为炉底加热，确保汽包下壁位置温度＞70℃，且上下壁部位温差把控至10℃范围。

三是，快速将汽包总体水循环有效确立起来。为确保余热锅炉能够平缓实现升温升压，则燃气轮机应当处于空负荷条件下运行，排入锅炉内部热量维持稳定性，将水循环更为快速地确立起来，把控好汽包实际蓄热容量，不可过于大，热惯性务必要小，确保汽包内部介质水位始终处于低位，实际水温＞80℃；

四是，设定汽包上及下壁部位温差的速率参数，并将汽包总体升温升压方面的控制逻辑增加。运行规程当中，要求汽包上及下壁部位温差把控于50℃范围。汽包上及下壁部位温差40℃，整个汽包壁的温差速率处于正向3℃条件下，汽包则及时开启对空的排气阀或汽轮机相应旁路阀，升压暂停。汽包上及下壁部位温差＜35℃，或是壁温差实际速率呈负向条件下，汽包压力则需缓慢提升到汽轮机的冲转蒸汽相应参数。对余热锅炉的投炉底部予以加热处理，促使汽包上及下壁部位的温度提升；汽包开启水位下降，汽包总体热惯性缩小，把汽包上及下壁部位温差把控至40℃范围。

3、结语

综上所述，余热锅炉当中致使汽包壁产生温差情况的因素较多，需技术员能够结合具体情况，积极落实最具有效性的温差控制各项策略，便于更好地把控汽包壁的温差。

参考文献：

[1]程伟.100MW燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉汽包上下壁温差浅析[J].探索科学,2019(4):1.

[2]张钊武,段赫.高压汽包壁温差产生的原因分析及控制措施[J].山东工业技术,2019(20):141-142.