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【摘 要】介绍了电厂锅炉过热汽温系统的辐射和对流特性，并对过热汽温系统的调节任务做了简单分析，根据直流锅炉的特点分析了影响过热汽温的因素，为相似的工程项目提供了理论依据。
【关键词】锅炉；过热汽；因素
在大型火电机组中，过热汽温控制系统的稳定对整个电厂的安全经济运行起着极大的作用，同时过热汽温度也是一个表征锅炉特性的重要指标。
一、锅炉过热器的辐射、对流特性
锅炉设备包括锅炉本体设备和锅炉辅助设备两部分。锅炉的主要特性参数有锅炉蒸发量、锅炉蒸汽参数和锅炉效率等，它们是用来说明锅炉基本特性的数据。过热器一般位于锅炉的水平烟道内，由直径30-50mm的蛇形管组成。它的作用是将饱和蒸汽加热成生产所需的具有特定压力和温度的过热蒸汽。过热器有多种结构形式，一般按传热方式将过热器分为辐射式和半福射式、传导式、对流式等几种。锅炉对过热器的受热面的传热过程是用热烟气来加热的，而热烟气与被加热的工质分别在受热面的两侧互不相涼，热量从热烟气穿过管壁传给被加热的工质，其传热过程如图1所示。
图1传热过程示意图
在锅炉的对流受热面中，热烟气对管外壁的放热一般由对流和热福射组成；管外壁到内壁为纯导热过程；内壁对工质的放热为对流放热过程。整个传热过程的热量传递可以按如下公式计算：
对流放热所传递的热量：
其中为对流放热系数。
辐射换热的换热量与两物体表面温度的四次方之差成比例，为方便起见，亦表示成对流换热方式：
其中为辐射放热系数。
管内壁通过对流传给工质的热量：
在稳定过程中热烟气的总放热量应等于工质的总吸收量。所以在传热过程中每个环节所传递的总热量相等。
二、过热汽温的调节任务
为了确保机组运行的安全性和经济型，主蒸汽温度在运行中一般要求误差不超过±5°C，使过热汽温维持在过热器出口的规定范围内、过热器管壁温度不超过金属强度的工作温度。过热器出口的联箱蒸汽温度是被当做控制中的被调量的。对过热汽温的测量是通过的热电偶来实现的，采用热电偶来测量过热汽温是因为热电偶的热惯性比其他的检测元件小的多有助于改善调节的品质。对于汽包炉过热汽温的调节方式大多是控制喷水减温机构，即过热器中蒸汽的恰值通过控制减温喷水量来进行调节，喷水减温的调节一般是在过热器管道的两侧进行调节，这样一方面能保证温度值的真实性和可靠性；另一方面也能反映出两侧汽温的偏差并及时的反馈进行调节。这样就完成了过热汽温的调节任务。
过热汽温度调节的目的是为了给汽轮机提供合格的蒸汽，保证主体设备的安全经济运行。而在机炉运行中会受到各种内扰、外扰因素的影响，怎样去掉这些影响或者减弱这些影响，用最合理的方法保持汽温的稳定也是过热汽温度调节的一个目的。
导热过程换热量为：
其中为导热系数，为管壁厚度。
这样，上述传热过程的传热量可用下列各式表示：
热烟气通过对流和辐射传给管外壁的热量：
管外壁通过导热传给内壁的热量：
三、影响过热汽温因素分析
以直流锅炉为例，直流锅炉重量轻的优点也使得它的蓄热能力较低，当外部负荷发生变化时，引起的压力反应也就较为敏感，压力变化速度往往要超过汽包锅炉的一倍以上。又由于直流锅炉的加热、蒸发、过热区段之間无固定的分界线，无论给水或燃料扰动，都将导致各区段分界线的移动和出口汽温的变化。因此，为达到良好的静态和动态调节特性，直流锅炉需要更加复杂的控制系统来调节。
根据直流锅炉的特点，当负荷发生变化时主要靠调节给水量和燃料量即燃水比来进行控制，实现生产过程的物质平衡和能量平衡，使蒸汽的压力和温度保持稳定。但是由于过热汽温受到许多因素的影响，特别是在机组负荷动态变化时，仅靠燃水比来调节汽温，控制精度上还是远远不够的，通常需要设置多级喷水减温来进辅助进一步调整主汽温度。超超临界机组的锅炉受热面较长，因此大多设计有多级喷水减温，用于在负荷动态变化时来细调主汽温度。影响直流锅炉汽温的主要因素有以下几个方面：
（1）燃水比：在稳定的工况下，直流锅炉只要保持合适的燃料与给水的比，过热汽温将基本保持稳定。
（2）给水温度：当机组稳定运行时，系统的给水温度一般没有大的波动，但当高压加热器由于故障退出系统时，给水温度就会随之降低。对于超临界机组采用于直流锅炉，而直流炉它有着自己的特性；当燃料不变时，给水温度降低，那么直流炉给水加热段就会加长，而过热段缩短，过热汽温就会随之降低。
（3）过剩空气系数：当过剩空气系数增大时，锅炉的效率大大降低，排烟损失量大大增加，而且还使得炉膛水冷壁吸热将减少，造成汽水分离器出口的温度及屏过温度降低，虽然对流过热器吸热量有所增加，但在燃水比不变的情况下，末级过热器出口汽温将会变小。而当过剩空气系数减小时，结果与之相反。想要使过热汽温保持不变，则需要重新调整燃水比。可见过剩空气系数的变化将直接影响锅炉的排烟损失，同时还影响对流受热面与福射受热面的吸热比例。
（4）火焰中心高度：在燃水比不变的情况下，火焰中心上移类似于过热空气系数增加，过热汽温略有下降。反之过热汽温就略有上升。若要保持过热汽温不变，也需要重新调整燃水比。火焰中心高度变化的影响与过热空气系数变化的影响相似。
（5）受热面的结渣：当过热器结渣或积灰时，过热汽温会明显下降，这时必须在保证水冷壁温度在不超限的前提下调整水煤比。而当水煤比不变的情况下炉腾水冷壁结澄时，过热汽温也会有所降低，这种情况下可以适当调整水煤比。
四、结论
本文主要根据电厂锅炉过热汽温系统辐射和对流的特性，分析了过热汽温系统的调节任务，并根据直流锅炉的特性分析了影响锅炉过热汽温系统的因素。
参考文献：
[1]徐春梅，杨平.火电厂主汽温控制系统的自抗扰仿真研究[J].华北电力大学学报，2006，5，33（3）。
[2]樊泉桂.亚临界与超临界参数锅炉[M].中国电力出版社，2000。
[3]贾宁波.自抗扰控制器在火电厂主蒸汽温度控制系统[D].保定：华北电力大学，2011。
作者简介：刘云（1986，02-），女（汉族），山东青岛人，助理工程师，主要从事热工自动化及其控制系统工作。
【关键词】锅炉；过热汽；因素
在大型火电机组中，过热汽温控制系统的稳定对整个电厂的安全经济运行起着极大的作用，同时过热汽温度也是一个表征锅炉特性的重要指标。
一、锅炉过热器的辐射、对流特性
锅炉设备包括锅炉本体设备和锅炉辅助设备两部分。锅炉的主要特性参数有锅炉蒸发量、锅炉蒸汽参数和锅炉效率等，它们是用来说明锅炉基本特性的数据。过热器一般位于锅炉的水平烟道内，由直径30-50mm的蛇形管组成。它的作用是将饱和蒸汽加热成生产所需的具有特定压力和温度的过热蒸汽。过热器有多种结构形式，一般按传热方式将过热器分为辐射式和半福射式、传导式、对流式等几种。锅炉对过热器的受热面的传热过程是用热烟气来加热的，而热烟气与被加热的工质分别在受热面的两侧互不相涼，热量从热烟气穿过管壁传给被加热的工质，其传热过程如图1所示。
图1传热过程示意图
在锅炉的对流受热面中，热烟气对管外壁的放热一般由对流和热福射组成；管外壁到内壁为纯导热过程；内壁对工质的放热为对流放热过程。整个传热过程的热量传递可以按如下公式计算：
对流放热所传递的热量：
其中为对流放热系数。
辐射换热的换热量与两物体表面温度的四次方之差成比例，为方便起见，亦表示成对流换热方式：
其中为辐射放热系数。
管内壁通过对流传给工质的热量：
在稳定过程中热烟气的总放热量应等于工质的总吸收量。所以在传热过程中每个环节所传递的总热量相等。
二、过热汽温的调节任务
为了确保机组运行的安全性和经济型，主蒸汽温度在运行中一般要求误差不超过±5°C，使过热汽温维持在过热器出口的规定范围内、过热器管壁温度不超过金属强度的工作温度。过热器出口的联箱蒸汽温度是被当做控制中的被调量的。对过热汽温的测量是通过的热电偶来实现的，采用热电偶来测量过热汽温是因为热电偶的热惯性比其他的检测元件小的多有助于改善调节的品质。对于汽包炉过热汽温的调节方式大多是控制喷水减温机构，即过热器中蒸汽的恰值通过控制减温喷水量来进行调节，喷水减温的调节一般是在过热器管道的两侧进行调节，这样一方面能保证温度值的真实性和可靠性；另一方面也能反映出两侧汽温的偏差并及时的反馈进行调节。这样就完成了过热汽温的调节任务。
过热汽温度调节的目的是为了给汽轮机提供合格的蒸汽，保证主体设备的安全经济运行。而在机炉运行中会受到各种内扰、外扰因素的影响，怎样去掉这些影响或者减弱这些影响，用最合理的方法保持汽温的稳定也是过热汽温度调节的一个目的。
导热过程换热量为：
其中为导热系数，为管壁厚度。
这样，上述传热过程的传热量可用下列各式表示：
热烟气通过对流和辐射传给管外壁的热量：
管外壁通过导热传给内壁的热量：
三、影响过热汽温因素分析
以直流锅炉为例，直流锅炉重量轻的优点也使得它的蓄热能力较低，当外部负荷发生变化时，引起的压力反应也就较为敏感，压力变化速度往往要超过汽包锅炉的一倍以上。又由于直流锅炉的加热、蒸发、过热区段之間无固定的分界线，无论给水或燃料扰动，都将导致各区段分界线的移动和出口汽温的变化。因此，为达到良好的静态和动态调节特性，直流锅炉需要更加复杂的控制系统来调节。
根据直流锅炉的特点，当负荷发生变化时主要靠调节给水量和燃料量即燃水比来进行控制，实现生产过程的物质平衡和能量平衡，使蒸汽的压力和温度保持稳定。但是由于过热汽温受到许多因素的影响，特别是在机组负荷动态变化时，仅靠燃水比来调节汽温，控制精度上还是远远不够的，通常需要设置多级喷水减温来进辅助进一步调整主汽温度。超超临界机组的锅炉受热面较长，因此大多设计有多级喷水减温，用于在负荷动态变化时来细调主汽温度。影响直流锅炉汽温的主要因素有以下几个方面：
（1）燃水比：在稳定的工况下，直流锅炉只要保持合适的燃料与给水的比，过热汽温将基本保持稳定。
（2）给水温度：当机组稳定运行时，系统的给水温度一般没有大的波动，但当高压加热器由于故障退出系统时，给水温度就会随之降低。对于超临界机组采用于直流锅炉，而直流炉它有着自己的特性；当燃料不变时，给水温度降低，那么直流炉给水加热段就会加长，而过热段缩短，过热汽温就会随之降低。
（3）过剩空气系数：当过剩空气系数增大时，锅炉的效率大大降低，排烟损失量大大增加，而且还使得炉膛水冷壁吸热将减少，造成汽水分离器出口的温度及屏过温度降低，虽然对流过热器吸热量有所增加，但在燃水比不变的情况下，末级过热器出口汽温将会变小。而当过剩空气系数减小时，结果与之相反。想要使过热汽温保持不变，则需要重新调整燃水比。可见过剩空气系数的变化将直接影响锅炉的排烟损失，同时还影响对流受热面与福射受热面的吸热比例。
（4）火焰中心高度：在燃水比不变的情况下，火焰中心上移类似于过热空气系数增加，过热汽温略有下降。反之过热汽温就略有上升。若要保持过热汽温不变，也需要重新调整燃水比。火焰中心高度变化的影响与过热空气系数变化的影响相似。
（5）受热面的结渣：当过热器结渣或积灰时，过热汽温会明显下降，这时必须在保证水冷壁温度在不超限的前提下调整水煤比。而当水煤比不变的情况下炉腾水冷壁结澄时，过热汽温也会有所降低，这种情况下可以适当调整水煤比。
四、结论
本文主要根据电厂锅炉过热汽温系统辐射和对流的特性，分析了过热汽温系统的调节任务，并根据直流锅炉的特性分析了影响锅炉过热汽温系统的因素。
参考文献：
[1]徐春梅，杨平.火电厂主汽温控制系统的自抗扰仿真研究[J].华北电力大学学报，2006，5，33（3）。
[2]樊泉桂.亚临界与超临界参数锅炉[M].中国电力出版社，2000。
[3]贾宁波.自抗扰控制器在火电厂主蒸汽温度控制系统[D].保定：华北电力大学，2011。
作者简介：刘云（1986，02-），女（汉族），山东青岛人，助理工程师，主要从事热工自动化及其控制系统工作。