更新时间：2022-08-25 17:49
提高蒸汽参数及增加再热次数是提高机组效率的有效方法，而对耐高温材料的选择是实现超超临界机组二次再热的关键。二次再热可使机组主蒸汽压力由27 MPa升至35MPa，降低热耗约为1.0%，再热蒸汽温度由600℃升至620℃，降低热耗约为0.5%。在我国，对二次再热超超临界机组再热蒸汽温度控制的研究仅限于仿真研究。
首台投产的二次再热机组的再热汽温度控制是基于国外二次再热超超临界机组的再热蒸汽温度控制，结合成熟的超临界机组再热蒸汽温度控制策略及燃用褐煤机组再热蒸汽温度的烟气再循环控制策略的特点构建的。该控制为在不同负荷、不同速率下的变负荷过程及特殊工况（磨煤机启/停及RB工况等）下的再热蒸汽温度控制。以电厂二次再热超超临界660MW 机组为对象，探讨和研究其再热蒸汽温度控制策略，以为不同再热系统结构的二次再热超超临界机组的再热蒸汽温度控制策略的设计提供参考。
二次再热超超临界机组与超临界机组的区别在于在锅炉侧增加了二次再热系统，从而使得炉内过热器、再热器的布置与常规超临界机组具有较大差别。
该机组一、二次高温再热器依次布置在锅炉折焰角上方，基本为纯对流吸热方式，锅炉尾部竖直前烟道布置有二次低温再热器，后烟道布置有一次低温再热器。锅炉烟气再次流经水平烟道的一、二次末级再热器后，在尾部前烟道中一部分流经一次低温再热器和前级省煤器，另一部分流经二次低温再热器和后级省煤器。此外，在省煤器后设置有烟气再循环烟道，部分烟气通过烟气再循环风机进入炉膛底部。
1）再热系统的各被控对象间相互影响，机组变负荷时整个系统的稳定时间较长。此外，主蒸汽压力、中间点温度等控制也对再热蒸汽温度控制产生一定的影响。
2）在再热蒸汽温度控制系统中具有烟气再循环挡板、烟气挡板、燃烧器喷嘴摆角、事故喷水流量等多个控制子系统，使得各设定值不能采用同一个温度设定值和偏置，从而形成了控制的先后顺序过程。
3）当出现锅炉偏烧时，两侧烟道的烟气温度会出现很大的偏差，特别是在锅炉热负荷变化时，温度偏差将更大，从而增大了烟气流量分配的难度。
4）在吹灰过程中，锅炉受热面的换热量发生改，从而引起其热负荷分配的变化，特别是在锅炉水冷壁吹灰过程中再热蒸汽温度偏低，难以控制。
5）磨煤机启/停过程是入炉燃料量发生改变的过程，再热蒸汽温度控制系统需减少磨煤机启/停过程的参数扰动，以确保主蒸汽温度及一、二次再热蒸汽温度的可控性。
6）由于二次再热超超临界机组的蒸汽参数较高，在机组负荷较大范围变化中，锅炉热惯性较大，导致主蒸汽压力偏差较大（升负荷时偏低，降负荷时偏高），燃料量随机组负荷变化的过程中出现非线性变化且波动较大，造成再热蒸汽温度波动较大。
以电厂二次再热超超临界660MW机组为例，探讨再热蒸汽温度控制策略。该机组配置HG－1938/32．45/605/623/623－YM1型直流炉和N660－31/600/620/620凝汽式汽轮机。锅炉为单炉膛，配有低NOx燃烧器，采用分级配风，墙式切圆燃烧方式。机组的控制系统采用Ovation DCS，为一体化的控制。
为了避免再热蒸汽温度与主蒸汽温度互相影响，在快速、稳定控制主蒸汽温度的前提下，投入再热蒸汽温度控制。再热蒸汽控制系统通过烟气再循环系统的低温烟气调整燃料的放热量，以增强对流换热，从而实现对再热蒸汽温度的有效调节。烟气再循环系统烟气再循环率为10%～15%。通过烟气再循环前、后烟道出口布置的挡板分配流经一、二次低温再热器的烟气量，以控制一、二次再热蒸汽温度的偏差。一、二次再热系统的吸热量占锅炉总热量的比例被设计为13%和11%。此外，锅炉燃烧器喷嘴摆角位置也对再热蒸汽温度的控制产生一定的影响。一、二次再热系统中均具有事故喷水系统，以防止再热系统超温。烟气流量、主蒸汽温度以及一次再热蒸汽温度与二次再热蒸汽温度的相互影响，加之各种工况的变化，使得对锅炉再热系统的控制变得非常复杂，因此有必要探究二次再热蒸汽温度控制的关键技术。
1.主要控制策略
由于影响二次再热超超临界机组再热蒸汽温度的因素较多，特别是在机组协调控制方式下，主蒸汽压力偏差会使得锅炉主控输出始终处于变化状态，导致相应子控制系统（燃料量、总风量、给水流量、过热度等）的波动，从而造成一、二次再热系统间吸热量的变化。因此，获得良好再热汽温调节品质的前提是主蒸汽压力和中间点温度控制的快速性和稳定性（减小锅炉燃烧变化幅度和缩短变化过程）。
在此基础上考虑各种扰动因素，建立再热蒸汽温度控制前馈，形成烟气再循环控制策略。
由于存在一、二次再热2个系统，因此控制系统具有2个目标设定值，从而控制系统需要确保整个再热系统的吸热量以及一、二次再热系统各自的吸热量。在通过调节烟气挡板和烟气再循环挡板开度控制再热蒸汽温度时，由于整体再热系统的吸热量以对流换热为主，烟气再循环量对再热系统吸热量和锅炉辐射换热的影响较为明显，因此需要对过热系统和再热系统进行热负荷分配。再热蒸汽温度控制系统通过调节烟气再循环量控制一、二次再热蒸汽设定平均值，将一、二次再热实际温度的平均值作为反馈值。如果考虑一次与二次再热系统吸热量的不同，则应在一、二次再热蒸汽温度设定值与反馈值之间加入权值，使再热蒸汽温度控制更加精确。
再热蒸汽温度控制的关键在于控制前馈量的设置，以提前消除各种扰动因素的影响。前馈逻辑包括基于机组负荷设定的微分前馈（适应动态过程再热蒸汽温度的整体变化）、燃料量前馈（适应炉膛燃烧负荷的变化，调整稳态下燃料量波动对再热蒸汽温度的影响）和烟气流量及热量的变化量（抑制对流换热的影响，其中水平烟道烟气温度的改变直接影响再热蒸汽温度）。此外，变参数控制的应用能够避免在锅炉不同热负荷下因烟气密度的不同而造成的再循环风机出力改变。
烟气挡板位于烟道竖井省煤器出口处，控制系统通过调节烟气挡板分配一、二次再热器之间的烟气流量控制一、二次再热蒸汽温度。其设定值为一次再热蒸汽温度设定值与其实际温度的偏差，反馈值为二次再热蒸汽温度设定值与其实际温度的偏差。烟气挡板控制主要是分配一、二次再热器之间的热量，防止再热器超温或温度偏低，使一、二次再热蒸汽温度平衡。在稳态工况下烟气挡板的调节速度可相对加快，在动态工况下可相对减小。该控制的关键是维持一次与二次再热蒸汽温度的平衡，由于再热器换热过程的热惯性，因此烟气挡板调节器必须具有较强的微分作用。
2.辅助控制策略
燃烧器喷嘴摆角控制在再热蒸汽温度控制中为辅助控制。其采用以机组负荷为基础的线性开环控制，具有手动偏置调整接口。由于在再热蒸汽温度低于额定值或设定值时采用烟气再循环控制，因此燃烧器喷嘴摆角控制能够使再热蒸汽温度在控制上具有足够的调节裕度。
3.事故控制策略
在设计上再热器不需要喷水减温，但在一、二次再热蒸汽温度的控制中仍然保留事故喷水控制功能，以防止在机组负荷变化过程中或紧急情况下因烟气再循环挡板或烟气挡板控制的滞后性使再热器超温。事故喷水调节采用典型导前温度串级控制方式。事故减温水系统的投入将降低二次再热超超临界机组运行的经济性，因此在正常工况下事故喷水减温功能不参与再热蒸汽温度的控制。
在机组整套启动期间，当机组达到30%负荷后将再热蒸汽温度的控制投入自动控制方式。通过调节烟气挡板对一、二次再热蒸汽温度进行平衡控制。该控制速度快，一、二次再热蒸汽温度偏差小，且过程稳定。动态工况下再热蒸汽温度控制系统能够将一、二次再热蒸汽温度偏差控制在±3℃以内，在稳态工况下将一、二次再热蒸汽温度控制在±1℃以内。
烟气再循环控制系统通过调节再循环风机转速控制烟气再循环流量。正常工况下，再循环风机2台运行2台备用，由于由省煤器出口抽取烟气存在磨损问题，因此在满足再热换热量需求的情况下，应尽可能减少投运再循环风机的台数。
基于国外二次再热超超临界机组的再热蒸汽温度控制，结合成熟的超临界机组再热蒸汽温度控制策略及燃用褐煤机组再热蒸汽温度的烟气再循环控制策略的特点构建的二次再热超超临界机组的再热蒸汽温度控制策略进行了探讨和研究，并分析了其控制难点。结果表明：对于二次再热超超临界机组的再热蒸汽温度控制，在主蒸汽压力、中间点温度投入自动控制方式后，再投入烟气挡板、烟气再循环系统控制，可提高在各种扰动下控制系统对再热蒸汽温度的调节品质，且能够满足机组运行的要求；尽管该控制策略以华能安源电厂二次再热超超临界660MW 机组再热蒸汽温度控制为对象，但其仍可为不同再热系统结构的二次再热超超临界机组再热蒸汽温度控制策略设计提供参考。