660MW超临界机组锅炉受热面全周期超温防控技术研究
朱皓凯，张超，宋士国
（ 陕西德源府谷能源有限公司，陕西 府谷 719400）
A Study on Full-Cycle Overtemperature Prevention and Control Technologies for theHeating Surfaces of a 660 MW Supercritical Unit Boiler
ZHU Haokai，ZHANG Chao ，SONG Shiguo
(Shaanxi Deyuan Fugu Energy Co.,Ltd. ，Fugu Shaanxi 719400）
ABSTRACT：Overheating of boiler heating surfaces is a critical issue that restricts the safe and economical operation of large-scale coal-fired power units.This study focuses on a 660 MW supercritical boiler and systematically analyzes the mechanisms and inducing factors of heating surface overheating.A comprehensive prevention and control system covering the entire operational cycle—including start-up, steady-state operation, and shutdown—is established.Following a four-dimensional framework of “mechanism–monitoring–control–management,” the research investigates the formation mechanisms of non-uniform combustion heat transfer, metal creep, and thermal fatigue.By integrating digital monitoring, hierarchical parameter-based early warning, and intelligent operational control strategies, a scalable engineering solution is developed and implemented The application results in a representative power unit show that the proposed system reduces the frequency of overheating alarms by 63%, decreases wall temperature deviation by 40%, and improves unit availability by 3.5%.This research provides both a theoretical foundation and a practical pathway for enhancing the safe and stable operation of supercritical boilers.
Key words:Supercritical Unit; Heating Surface Overtemperature; Thermal Mechanism; Intelligent Monitoring; Prevention and Control System
摘要:受热面超温是制约大型火电机组安全经济运行的重要问题。本文以 660MW 超临界机组锅炉为研究对象，系统分析了受热面超温的机理特征与诱发机制，构建了覆盖启动、运行、停机全过程的防控技术体系。研究以“机理—监测—控制—管理”四维框架为主线，重点探讨了燃烧传热非均匀性、金属蠕变及热疲劳的形成机制，结合数字化监测、参数分级预警与智能化运行调控策略，形成可推广的工程应用方案。研究结果表明，该体系在典型机组中应用后，受热面超温报警频次下降 63%，壁温分布偏差降低 40%，机组可用率提升 3.5%。本文的研究为超临界锅炉安全运行提供了理论基础与实践路径。
关键词：超临界机组；受热面超温；热力机理；智能监测；防控体系
1 引言
1.1 研究背景
随着“双碳”目标的深入推进，我国能源结构转型加速，风电、光伏等新能源发电装机容量持续激增[1]。但新能源发电的间歇性、波动性特征导致电力系统供需平衡难度显著增加。在此背景下，火电机组的角色从传统基荷电源逐步转变为调峰与备用电源，承担起平抑新能源波动、保障电网安全稳定运行的关键任务。
660MW超临界机组凭借高效、环保的技术优势，成为我国火电装机的主力机型之一。然而，在深度调峰运行模式下，机组面临启停频次高、负荷波动范围大（通常在30%—100%额定负荷之间切换）、煤质供应不稳定等复杂运行工况，受热面超温问题日益突出。受热面作为锅炉的核心部件，包括过热器、再热器、省煤器等，其工作环境恶劣，长期承受高温、高压及腐蚀性介质的作用。据电力行业统计数据显示，在火电机组非计划停运事故中，锅炉受热面泄漏占比高达45%，其中约35%的泄漏事故与局部超温直接相关。
受热面超温会引发一系列连锁危害：短期来看，超温会导致管材蠕变损伤加速、氧化皮脱落，造成受热面局部减薄，增加泄漏风险；长期来看，持续超温会引发金属组织劣化、热应力集中，诱发疲劳裂纹，最终可能导致管爆破裂事故，不仅造成巨额经济损失，还可能危及现场人员安全[2]。传统的基于运行人员经验的调节方式，难以应对复杂工况下热力系统的非线性变化，无法实现超温风险的精准预判与及时防控
[3]。因此，开展660MW超临界机组锅炉受热面全周期超温防控技术研究，建立系统化、智能化的防控体系，对于提升机组运行安全性、经济性，保障电力系统稳定供应具有重要的现实意义[4]。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外在火电机组受热面防超温领域的研究起步较早，经过数十年的技术积累，已形成较为完善的理论体系与工程应用方案[5]。美国电力研究院（EPRI）[6]作为行业领军机构，长期致力于锅炉管失效预防技术研究，提出了集材料寿命评估、在线监测与预防性维护于一体的锅炉管失效预防模型。该模型通过实时监测受热面壁温分布、计算管材应力状态，结合材料蠕变寿命公式，实现对管材剩余寿命的精准预测，为检修计划制定提供科学依据。
欧洲在超超临界机组受热面监测技术方面处于领先地位，部分国家的机组已广泛采用分布式光纤测温系统。该系统利用光纤的测温特性，实现亚秒级热响应监测，能够精准捕捉受热面局部温度突变，为运行调节提供实时数据支持。此外，德国西门子、日本三菱重工等企业在机组设计阶段就融入了超温防控理念，通过优化炉膛结构、改进燃烧系统设计，从源头降低热负荷非均匀性，减少超温风险。
在智能调控方面，国外已逐步实现基于数字孪生技术的锅炉热场仿真与运行优化。通过构建锅炉数字孪生模型，模拟不同工况下的热力分布特征，提前预判超温风险点，并自动生成最优运行调节方案，实现超温风险的主动防控。同时，在材料领域，新型耐高温合金材料的研发与应用，也为提升受热面抗超温能力提供了物质基础。
1.2.2 国内研究现状
我国在超临界机组受热面超温防控领域的研究起步相对较晚，但近年来随着火电技术的快速发展，相关研究取得了显著进展。国内研究初期主要集中于单一环节的控制与优化，例如通过调整燃烧参数、优化给水温度等方式降低超温风险，或通过材料寿命评估技术判断受热面老化状态。
近年来，国家能源集团、华能集团等大型能源企业与清华大学、西安交通大学等高校开展产学研合作，在超温机理研究与智能监测技术方面取得了一系列成果[7]。例如，基于数据驱动的寿命评估模型，通过分析历史运行数据，挖掘超温与管材寿命衰减的内在关联，实现剩余寿命的动态评估；智能报警系统通过设定多维度预警阈值，及时发现超温隐患并提醒运行人员干预[8]。
然而，与国外先进技术相比，国内研究仍
存在明显不足：一是缺乏全周期的系统防控理
念，多数研究集中于运行阶段的超温控制，对
启动、停机阶段的热冲击防护重视不够[9]；二是监测系统的精准度与覆盖面有待提升，部分机组仍依赖传统热电偶测温，难以实现受热面温度的全面、实时监测[10]；三是智能调控水平 较低，多数机组仍处于“被动防范—人工干预”阶段，缺乏基于预测性维护的主动防控能力[11]。因此，构建覆盖全周期、集成监测与智能调控
的超温防控技术体系，是当前国内火电行业亟待解决的关键技术问题。
1.3 研究内容与技术路线
1.3.1 研究内容
本文以660MW超临界机组锅炉为研究对象，围绕受热面全周期超温防控展开系统研究，主要内容包括：
受热面超温机理分析：深入探究热负荷非均匀性、材料蠕变与热疲劳、热流波动与应力耦合等因素引发超温的内在机制，揭示不同工况下超温的演化规律[12]。
全周期防控技术体系构建：针对启动、运行、停机三个关键阶段的工况特征，分别制定精细化防控策略，形成覆盖全周期的标准化操作流程。
智能监测与寿命管理体系开发：建立基于光纤与热电偶融合的壁温监测网络，开发数据驱动的预警算法与寿命评估模型，实现超温风险的精准预判与寿命动态管理。
应急响应与事故防控机制建立：制定分级响应机制与紧急停炉冷却方案，提升机组应对超温突发事故的处置能力。工程实践与效果评估：将构建的防控技术体系应用于实际机组，通过运行数据对比分析，验证体系的有效性与实用性。
1.3.2 技术路线
本文采用“理论分析—模型构建—技术研发—工程验证”的技术路线：
通过文献调研与现场测试，收集660MW超临界机组锅炉运行数据，分析受热面超温的典型特征与诱发因素，奠定理论基础。
基于热力传输理论与材料力学原理，构建热负荷分布模型、材料蠕变寿命模型等，揭示超温演化机理。
结合机组运行特点，开发全周期防控技术与智能监测系统，形成“监测—预警—控制—管理”一体化解决方案。
在府谷660MW超临界机组进行工程应用，
通过对比应用前后的超温报警频次、壁温偏差、机组可用率等指标，评估技术体系的应用效果。
针对工程实践中发现的问题，对防控技术体系进行优化完善，形成可推广的工程应用方案。
2 受热面超温机理分析
受热面超温是热力系统、材料特性与运行工况等多因素共同作用的结果。本章从热负荷非均匀性、材料蠕变与热疲劳、热流波动与应力耦合三个核心维度，系统分析超温的形成机理，为后续防控技术体系的构建提供理论支撑[13]。
2.1 热负荷非均匀性机理
锅炉受热面的温度场分布由燃烧热流密度、流体冷却能力和结构导热性能三者共同决定，
其中热负荷非均匀性是导致局部超温的首要因素。在660MW超临界机组锅炉运行过程中，多种因素会引发热负荷分布不均，具体包括以下几个方面：
2.1.1 燃烧工况不稳定
燃烧中心偏移是造成热负荷不均的主要原因之一。由于炉膛结构设计偏差、二次风配比不当、煤粉喷嘴磨损等因素，煤粉在炉膛内的燃烧会出现偏烧现象，导致局部区域辐射热流密度显著升高。例如，当二次风分配不均匀时，一侧风量过大而另一侧风量不足，会使燃烧中心向风量不足侧偏移，该侧受热面接收的辐射热量大幅增加，壁温急剧上升。
煤粉特性差异也会加剧热负荷不均。煤质波动时，煤粉的发热量、挥发分含量、细度等参数会发生变化，若调整不及时，会导致燃烧效率下降，炉膛内出现局部高温区。例如，煤粉细度偏粗时，燃烧速度减慢，火焰中心上移，导致炉膛上部受热面热负荷过高；而煤粉细度
偏细时，燃烧过于剧烈，易形成局部高温火焰，直接冲击受热面。
此外，启停磨煤机、负荷突变等操作也会引发燃烧工况波动。例如，启动磨煤机时，新加入的冷煤粉会使局部燃烧强度暂时下降，但随后随着煤粉充分燃烧，热负荷会快速上升，若调节不当，会导致受热面温度剧烈波动[14]。
2.1.2 流体冷却能力不足
超临界机组的蒸汽流速高、热流密度大，流体冷却能力对受热面温度控制至关重要。当蒸汽流量分布不均时，部分受热面管道内的蒸汽流速过低，无法及时带走管壁吸收的热量，导致壁温升高。蒸汽流量分布不均的主要原因包括：管道布置不合理、节流元件磨损、汽水分离装置故障等。例如，受热面管道弯头处若存在积污或堵塞，会导致局部蒸汽流速下降，形成“死区”，引发局部超温[15]。
水质恶化也是影响流体冷却能力的重要因素。若锅炉给水水质不达标，受热面管道内壁会形成结垢，水垢的导热系数远低于金属管材，会显著降低传热效率，导致管壁热量无法有效传递给蒸汽，进而引发壁温升高。据测算，当管壁结垢厚度达到1mm时，传热效率会下降约 30%，壁温可能升高50—80℃,严重超出设计极限。
2.1.3 结构导热性能差异
受热面结构设计与制造质量会影响导热性能的均匀性。例如，管排间距不一致、管壁厚度存在偏差、焊接接头质量不佳等，都会导致局部导热性能下降，热量在管壁局部积聚，引发超温。此外，受热面长期运行后，管道会出现腐蚀、磨损等损伤，进一步加剧导热性能的差异，使超温风险持续上升。
超临界机组的运行特性使得热负荷非均匀性引发的超温问题更为突出。由于蒸汽流速高、热流密度大，局部热失衡后温度变化速率可达 5—10℃/s，短时间内即可导致壁温超过设计极限，对管壁热应力形成强烈冲击，若长期反复，会加速管材损伤。
2.2 材料蠕变与热疲劳特征
在高温、高压工况下，受热面管材的力学性能会随时间发生变化，蠕变与热疲劳是导致管材失效的主要材料学原因，而超温会显著加速这一过程。
2.2.1 材料蠕变机理
蠕变是指金属材料在高温和恒定应力作用下，发生缓慢塑性变形的现象。受热面管材在长期高温运行过程中，金属晶格会发生滑移，原子扩散加剧，导致材料逐渐产生塑性变形。蠕变速率与温度、应力呈正相关关系，且温度对蠕变速率的影响更为显著。根据蠕变理论，
蠕变速率与温度的关系遵循阿伦尼乌斯方程，即温度每升高一定程度，蠕变速率会呈指数级增长。
对于660MW超临界机组锅炉常用的T91 、 Inconel等管材，当壁温超过材料允许温度10℃时，蠕变速率可增加一倍以上。例如，T91管材在580℃、额定应力作用下的蠕变寿命约为20万小时，若壁温升至600℃, 其蠕变寿命将缩短至8—10万小时；若壁温进一步升高至620℃,蠕变寿命可能不足5万小时。长期蠕变会导致管材出现颈缩、裂纹等损伤，最终引发泄漏或破裂事故。
2.2.2 热疲劳机理
热疲劳是指金属材料在反复加热和冷却过程中， 由于热胀冷缩受到约束而产生交变热应力，进而引发疲劳裂纹的现象。在深度调峰工况下，机组频繁启停、负荷剧烈波动，受热面管材会经历反复的升温与降温过程，金属层间产生交替的拉应力与压应力，形成交变应力循环。
当交变热应力的幅值超过材料的疲劳极限时，管材表面会逐渐产生微裂纹，随着循环次数的增加，微裂纹不断扩展，最终导致管材失效。热疲劳裂纹的产生与扩展速度，与温度变化速率、温度波动范围密切相关。例如，当壁温变化速率超过5℃/min时，交变热应力会显著增大，热疲劳损伤加速。此外，管材的脆性转变区是热疲劳裂纹的敏感区域，若机组启停过程中在该区域停留时间过长，金属组织晶粒会粗化，韧性下降，更容易引发热疲劳裂纹。
2.3 热流波动与应力耦合机理
在变负荷运行过程中，炉膛热负荷与蒸汽流量的变化不同步，存在时滞耦合效应，导致受热面壁温频繁波动，形成交变应力循环，这一过程称为热流波动与应力耦合，是引发超温与管材损伤的重要诱因。
2.3.1 热流与流量的时滞耦合
当机组负荷变化时，燃烧系统的调整（如给煤量、送风量变化）与汽水系统的响应（如蒸汽流量变化）存在时间差。例如，当机组升负荷时，燃烧系统首先增加给煤量与送风量，炉膛热负荷快速上升，但蒸汽流量的增加需要一定时间，此时受热面吸收的热量大于蒸汽带走的热量，导致壁温升高；反之，当机组降负荷时，燃烧系统减少给煤量与送风量，炉膛热负荷下降，但蒸汽流量仍维持较高水平，壁温会快速下降。这种时滞耦合效应会导致壁温频繁出现“超调—欠调”交替现象，温度波动范围扩大。
2.3.2 应力耦合与失效演化
壁温的频繁波动会引发交变热应力， 而热应力与蒸汽压力产生的机械应力相互叠加，形成应力耦合效应。当耦合应力的幅值超过材料的承载极限时，会加速管材的损伤演化。典型的失效路径为：局部热疲劳→微裂纹产生→裂纹扩展→管爆失效。
在应力耦合作用下，裂纹的扩展速度显著加快。例如，当壁温波动范围为50℃、压力波动范围为0.5MPa时，裂纹扩展速度是单一热应力作用下的2—3倍。此外，应力耦合还会导致裂纹扩展方向发生变化，从表面裂纹向内部扩展，增加检测难度，一旦裂纹穿透管壁，就会引发泄漏事故。
若运行过程中控制策略不当，会进一步加剧热流波动与应力耦合效应。例如，负荷调整过快、减温水使用不当等，会导致壁温变化速率超过允许范围，交变热应力急剧增大，加速管材失效。
3 全周期防控技术体系
针对660MW超临界机组锅炉受热面超温的机理特征，结合启动、运行、停机三个关键阶段的工况差异，构建全周期防控技术体系，通过标准化操作、动态调控与有序冷却，实现超温风险的全程管控。
3.1 启动阶段精细化控制
启动阶段是受热面遭受热冲击最显著的环节，此时机组从冷态或温态快速升温升压，金属材料温度梯度大，热应力集中，易引发局部超温与热疲劳损伤。因此，启动阶段的防控核心是优化升温曲线，控制温度变化速率，避免热冲击。
3.1.1 启动前准备工作
启动前的充分准备是保障启动过程安全的基础，主要包括以下内容：
设备检查：对受热面管道、阀门、仪表等进行全面检查，确保无泄漏、堵塞等异常情况；检查燃烧系统、汽水系统的设备状态，确保磨煤机、给水泵、风机等设备正常可用。
水质调整：严格控制给水水质，确保电导率、pH值、含氧量等指标符合DL/T 561-2013《火力发电厂水汽化学监督导则》要求，防止启动过程中受热面结垢或腐蚀。
监测系统校准：对壁温监测系统、压力温度仪表等进行校准，确保测量数据的准确性；检查DCS系统的报警功能，确保超温、超压等异常信号能够及时触发报警。
3.1.2 点火与旁路系统控制
旁路系统的合理投用是平衡启动过程中温差、防止热冲击的关键，具体控制策略如下：
环境温度＞0℃时，投入高、低旁路系统，通过旁路调节蒸汽流量，平衡炉膛与汽机侧的温差，避免受热面局部温度过高。此时高旁路开度控制在30% —50% ，低旁路开度控制在20%—30%，确保蒸汽流量稳定。
环境温度＜0℃时，仅投入高旁路系统，避免低旁路投用导致冷端温度过低引发温差应力。高旁路流量维持在＞150t/h，通过监测空冷岛抽真空温度和凝结水温度，及时调整旁路开度，
防止冷端积水结冰或过热。
启动过程中，密切监测旁路系统的运行状态，确保旁路阀门动作灵活、密封良好，避免因旁路泄漏导致蒸汽流量波动，引发壁温异常。
3.1.3 燃烧与水循环调节
燃烧与水循环的稳定的是控制升温速率、避免局部超温的核心，具体操作如下：
冷态点火初期，保持给煤量20t/h，确保火焰稳定；火检信号稳定后，逐步将给煤量降至13t/h，避免燃烧强度过大导致热负荷骤增。
严格控制升温升压速率：升温速率≤1.5℃ /min，汽压变化速率≤0.3MPa/min，壁温变化速率≤5℃/min。通过DCS系统实时监测各项参数，若超出限值，及时调整给煤量、送风量或旁路开度。
强化水循环：炉水泵连续运行，维持较高的循环倍率，提高流体冷却能力；溢流阀开度控制在20%—40%，确保受热面管道内的蒸汽流量均匀，避免局部流量过低引发超温。
优化配风方式：点火初期采用低氧燃烧，氧量控制在3%—5%，防止火焰过于集中；随着燃烧稳定，逐步调整氧量至5%—7%，确保燃烧充分，减少热负荷不均。
3.1.4 脆性转变区快速通过
金属材料的脆性转变区是热疲劳裂纹的敏感区域，启动过程中需快速通过该区域，防止金属组织劣化。660MW超临界机组锅炉常用管材的脆性转变区温度范围为170—200℃,具体控制策略如下：
当壁温升至170℃时，适当增加给煤量与送风量，提高燃烧强度，同时调整水煤比，确保蒸汽温度同步上升。
控制通过脆性转变区的速率为1—1.5℃/min , 避免在该区域停留时间过长。通过DCS系统密切监测壁温变化，及时调整运行参数，确保快速、平稳通过脆性转变区。
当壁温超过200℃后，恢复正常的升温速率 , 继续提升机组负荷。
3.2 运行阶段动态调控
运行阶段是机组承担调峰任务的主要阶段，负荷波动频繁、工况复杂，超温风险贯穿始终。
该阶段的防控核心是实时监测、智能预警与动态调控，实现超温风险的精准管控。
3.2.1 实时监测与智能预警
依托DCS系统构建多维度温度监测模型，实现对受热面温度的全面、实时监测与智能预警。
监测参数与布点：监测对象包括主再热汽温、汽压、给水温度、炉膛烟温及关键受热面（低温过热器、分隔屏过热器、末级过热器、再热器）壁温。采用光纤与热电偶融合的监测方式，在受热面易超温区域（如管排弯头、焊缝处）加密布点，确保无监测盲区。
分级预警阈值设定：根据机组运行特性与材料允许温度，设定三级预警阈值：
一级预警：汽温变化速率＜1.5℃/min、汽压变化速率＜0.3MPa/min、壁温变化速率＜5℃ /min，为正常运行范围；
二级预警：汽温变化速率1.5—2.0℃/min 、汽压变化速率0.3—0.5MPa/min、壁温变化速率5—7℃/min，触发预警信号，提示运行人员关注；
三级预警：汽温变化速率＞2.0℃/min、汽压变化速率＞0.5MPa/min、壁温变化速率＞7℃ /min，触发紧急报警，需立即采取调控措施。
智能预警算法：采用模糊逻辑报警算法，结合历史运行数据与实时监测参数，对超温风险进行预判。当监测参数接近或超出预警阈值时，系统自动分析超温原因，推荐最优负荷调整方案，为运行人员决策提供支持。
3.2.2 燃烧系统协调控制
燃烧系统的稳定运行是控制热负荷均匀性的关键，通过优化燃烧调整策略，减少热负荷波动，避免局部超温。
磨煤机启停控制：启停磨煤机前，先进行通风预热，防止冷煤粉直接进入炉膛导致燃烧波动；同时提前调整汽温，启动磨煤机时主动降低主、再热蒸汽温度，避免温度突升。例如，启动F磨时，主汽温降低5—8℃, 再热汽温降低 3—5℃。
负荷调整与倒磨控制：当机组负荷＞ 580MW时，倒磨过程中需滑压0.5MPa，减少压力波动对壁温的影响；倒磨期间密切监测受热面壁温，若出现偏差增大趋势，及时调整配风方式与给煤量。
热负荷均匀性控制：通过调整二次风配比、优化煤粉喷嘴角度，确保炉膛内燃烧均匀，避
免燃烧中心偏移。控制相邻管排壁温偏差≤50℃ , 同屏段壁温偏差≤80℃, 若偏差超出限值，
及时调整对应区域的送风量或给煤量。
3.2.3 汽水系统优化调节
汽水系统的调节直接影响蒸汽流量与冷却能力，通过优化给水、减温水控制策略，确保受热面冷却均匀。
给水调节：根据机组负荷变化，及时调整给水泵转速，维持给水流量稳定；控制给水温度在设计范围内，避免给水温度突变导致壁温波动。
减温水控制：采用“粗调+细调”的减温水调节方式，主减温水用于粗调主汽温，微调减温水用于精准控制局部温度偏差。减温水使用量控制在蒸汽流量的10%以内，避免过量使用减温水导致蒸汽湿度增大，影响传热效率。
蒸汽流量分配：定期检查汽水分离装置、节流元件等设备，确保蒸汽流量在受热面管道内均匀分布；及时清除管道内的结垢、堵塞物，保证蒸汽流速满足冷却要求。
3.2.4 智能诊断与趋势分析
基于大数据分析技术，建立多维特征空间模型，实现超温风险的预测性维护。
数据采集与预处理：收集DCS系统中的历史运行数据，包括温度、压力、流量、煤质等参数，对数据进行清洗、去噪、归一化处理，去除异常数据干扰。
模型构建与训练：采用K-means聚类算法，对预处理后的数据进行聚类分析，识别潜在超温区域的特征模式；结合BP神经网络模型，构建超温趋势预测模型，输入炉膛烟温、主再热汽温、给水温度等参数，预测未来1—2小时内的壁温变化趋势。
预测性维护：根据模型预测结果，提前识别超温风险点，制定针对性的检修计划，例如对潜在超温区域的管材进行壁厚检测、更换老化的热电偶等，实现从“被动维修”向“主动预防”的转变。
3.3 停机阶段有序冷却
停机阶段，受热面管材从高温状态逐步冷却，热应力缓慢释放，若冷却速率控制不当，会导致热应力集中，引发裂纹扩展。因此，停机阶段的防控核心是控制冷却速率，实现有序冷却。
3.3.1 减负荷与降温控制
停机过程中，严格控制减负荷速率与降温速率，避免温度、压力突变引发热冲击。
减负荷速率控制在≤1.5%BMCR/min，避免负荷下降过快导致炉膛热负荷骤降；主、再热汽温下降速率≤1℃/min，通过调整给煤量、送风量逐步降低汽温，避免使用大量减温水强制降温。
当负荷降至30%—35%BMCR时，机组转入湿态运行，投入循环泵加强冷却，确保受热面
温度均匀下降；此时减温水使用量控制在蒸汽流量的10%以内，防止冷激导致壁温突变。
3.3.2 熄火后冷却控制
熄火后的冷却过程是防止裂纹扩展的关键，需严格按照“闷炉—自然通风—强制通风”的步骤进行。
熄火后，保持送风量＞30%BMCR， 吹扫炉膛10min，清除炉膛内的残留煤粉与可燃气体 ,防止二次燃烧；随后关闭风烟挡板，闷炉48h , 使受热面温度缓慢下降，减少温度梯度。
闷炉48h后，开启风烟挡板进行自然通风≥ 8h，进一步降低炉膛温度；当炉膛烟温＜150℃ 、壁温＜200℃时，启动引风机，以炉膛负压 - 100Pa进行强制通风冷却，加快冷却速度。
冷却过程中，密切监测壁温变化速率，确保≤1℃/min；若出现壁温波动异常，立即停止强制通风，恢复闷炉状态，防止“热聚冷”现象引发裂纹。
3.3.3 特殊工况处理
若停机过程中出现汽温、汽压波动异常，或监测到壁温超温报警，应立即采取紧急措施：
若壁温超限且15分钟内未恢复，立即手动 MFT跳闸，停止燃烧系统运行，防止超温加剧。
紧急停机后，关闭所有减温水隔绝门，避免冷激导致金属裂纹；按照“冷却等压、分段降温”策略进行冷却，首先关闭风烟挡板闷炉，待温度稳定后再逐步通风冷却。
停机后对受热面进行全面检查，重点检查易超温区域的管材状态，若发现裂纹、减薄等损伤，及时进行修复或更换。
4 智能监测与寿命管理体系
智能监测与寿命管理是超温防控技术体系的核心支撑，通过构建精准的监测网络、开发高效的预警算法与寿命评估模型，实现超温风险的提前预判与管材寿命的动态管控。
4.1 壁温监测网络构建
采用光纤测温与热电偶测温融合的方式，构建全方位、高精度的壁温监测网络，确保受热面温度的实时、准确监测。
4.1.1 监测点布置原则
监测点布置遵循“全覆盖、重点突出”的原则：
全覆盖：在低温过热器、分隔屏过热器、末级过热器、再热器等主要受热面的管排、弯头、焊缝等关键部位均布置监测点，确保无监测盲区。
重点突出：在易超温区域（如炉膛出口附近的受热面、管排边缘管道、焊接接头）加密监测点，监测点间距≤1m；在正常区域适当减小监测点密度，监测点间距≤3m。
4.1.2 监测技术选型
光纤测温系统：采用分布式光纤测温技术，利用光纤的瑞利散射、拉曼散射效应，实现对受热面温度的连续监测。该系统的测温范围为 -50—1200℃, 测温精度为±0.5℃,响应时间 <1s，能够精准捕捉温度突变，适用于易超温区域的实时监测。
热电偶测温系统：采用K型热电偶，测温范围为0—1300℃, 测温精度为±1℃,适用于温度相对稳定区域的监测。热电偶具有结构简单、可靠性高、成本低的优势，可与光纤测温系统形成互补。
4.1.3 分级报警阈值设定
根据管材的允许温度与运行经验，设定五
级温度分界阈值：450℃、493℃、575℃、581℃ 、617℃, 对应不同的报警级别：
温度＜450℃：安全状态，无报警；
450℃≤温度＜493℃：关注状态，系统提示运行人员密切监测；
493℃≤温度＜575℃：一级预警，触发声光报警，建议调整运行参数；
575℃≤温度＜617℃：二级预警，触发紧急报警，自动推荐降负荷方案；
温度≥617℃：危急状态，立即触发MFT跳闸信号，防止管材过热失效。
监测系统实时记录各监测点的温度数据，形成温度变化曲线，为后续的趋势分析与寿命评估提供数据支持。
4.2 数据驱动的预警算法
基于BP神经网络模型，开发数据驱动的超温预警算法，实现对壁温变化趋势的精准预测，提前预判超温风险。
4.2.1 算法原理
BP神经网络是一种多层前馈神经网络，通过误差反向传播算法调整网络权重，实现对输入与输出之间映射关系的拟合。该算法具有较强的非线性拟合能力，能够处理复杂的热力系统数据，适用于超温趋势预测。
4.2.2 输入参数选择
选取对壁温变化影响显著的参数作为神经网络的输入，包括：炉膛烟温、主再热汽温、给水温度、燃料比（给煤量/给水量）、磨煤机运行状态、二次风流量等。这些参数能够全面反映燃烧工况、汽水工况的变化，为超温预测提供充分的信息支撑。
4.2.3 模型训练与验证
数据样本选取：收集机组1年的历史运行数据，选取其中2000组正常运行数据、500组超温预警数据、300组超温事故数据作为训练样本与测试样本。
模型训练：将训练样本输入BP神经网络，设置网络层数为3层（输入层、隐藏层、输出层 ),输入层节点数为8个，隐藏层节点数为16个 ,输出层节点数为1个（预测壁温）。通过梯度下降法调整网络权重，使预测误差最小化。
模型验证：采用测试样本对训练后的模型进行验证，结果表明，模型的平均预测误差小于2.1%，能够精准预测未来1—2小时内的壁温变化趋势。当预测壁温升速＞5℃/min时，系统自动执行降煤量、调风量等调控指令，提前防控超温风险。
4.3 管材寿命与风险分级管理
结合蠕变理论与运行数据，建立管材寿命计算模型，实现对管材剩余寿命的动态评估，并根据寿命状态进行风险分级，指导检修计划制定。
4.3.1 风险分级标准
根据管材剩余寿命与运行状态，将风险等级分为四级：
安全状态：剩余寿命＞10万小时，管材无明显损伤，无需特殊处理，正常运行即可；
关注状态：5万小时＜剩余寿命≤10万小时 ,管材存在轻微氧化、减薄，需加强监测，每6个月进行一次壁厚检测；
预警状态： 1万小时＜剩余寿命≤5万小时，管材出现明显蠕变损伤或微裂纹，需制定检修计划，在下次停机时进行修复或更换；
危急状态：剩余寿命≤1万小时，管材损伤严重，存在破裂风险，需立即停机检修，更换受损管材。
4.3.2 寿命管理系统集成
将寿命计算模型与DCS系统集成，实现剩余寿命的在线估算与风险等级实时显示。运行人员可通过DCS界面查看各受热面管材的寿命状态与风险等级，根据系统提示制定检修计划，实现管材寿命的精细化管理。同时，系统自动记录管材的运行数据与寿命变化趋势，为后续的材料选型与机组优化设计提供参考。
5 应急响应与事故防控
建立完善的应急响应机制与事故防控方案，提升机组应对超温突发事故的快速处置能力，
最大限度降低事故损失。
5.1 分级响应机制
根据壁温与压力异常程度，建立三级应急响应机制，明确不同响应级别下的处置措施，确保响应及时、精准。
5.1.1 一级响应
触发条件：壁温超出一级预警阈值，且15分钟内未恢复；或壁温超一级报警10℃以内。
处置措施：
系统自动触发声光报警，提示运行人员关注；
运行人员立即调整运行参数，降低给煤量 5—10t/h，增加送风量3%—5%，优化燃烧工况；
若壁温仍未下降，手动降负荷10—15MW，直至壁温恢复至正常范围；
记录事故经过与处理过程，分析超温原因，制定预防措施。
5.1.2 二级响应
触发条件：主汽压＞16.8MPa且升压率＞ 0.5MPa/min；或壁温超出二级预警阈值，30分钟内未恢复。
处置措施：
系统触发紧急报警，自动锁定部分负荷调整权限，防止误操作；
启动背压控制系统，调整旁路开度，降低主汽压；
投入喷水减温系统，控制主再热汽温下降速率≤1℃/min；
降负荷20—30MW，密切监测壁温与压力变化，直至参数恢复正常；
组织技术人员分析超温超压原因，制定整改方案。
5.1.3 三级响应
触发条件：主汽压＞17.1MPa；或壁温≥ 617℃；或监测到管材裂纹、泄漏等严重损伤。
处置措施：
系统自动解除锅炉主控，实施紧急降压，泄压速率控制在1.0MPa/30min；
立即手动MFT跳闸，停止燃烧系统与给水系统运行；
按照紧急停炉冷却方案进行冷却，避免二次损伤；
启动应急救援预案，组织人员撤离危险区域，防止人身伤害；
全面检查受热面损伤情况，制定抢修方案，尽快恢复机组运行。
5.2 紧急停炉与冷却方案
紧急停炉后的冷却过程直接影响受热面损伤程度，需严格按照“冷却等压、分段降温”的原则执行，避免冷激导致裂纹扩展。
5.2.1 紧急停炉操作
触发MFT跳闸后，立即关闭燃料供应阀门，停止磨煤机、给煤机运行；
关闭主汽门、再热汽门，切断蒸汽输出；
保持引风机、送风机运行10min，吹扫炉膛内残留燃料与可燃气体，防止二次燃烧；
关闭风烟挡板，进入闷炉状态，避免炉膛温度快速下降。
5.2.2 分段冷却策略
闷炉阶段：闷炉48h，期间密切监测炉膛烟温与壁温变化，确保温度自然下降，壁温变化速率≤1℃/min；
自然通风阶段：闷炉48h后，开启风烟挡板 , 进行自然通风冷却，持续8h以上，使炉膛烟温降至150℃以下；
强制通风阶段：当炉膛烟温＜150℃、壁温<200℃时，启动引风机， 以炉膛负压 -100Pa进行强制通风冷却，加快冷却速度；
冷却过程中，若出现壁温波动异常，立即停止强制通风，恢复闷炉状态，待温度稳定后再继续冷却。
5.2.3 特殊情况处理
若紧急停炉后发现受热面泄漏，应采取以下措施：
立即关闭泄漏区域的相关阀门，隔离泄漏点，防止蒸汽大量泄漏；
加强泄漏区域的监测，防止泄漏扩大引发火灾、爆炸等次生事故；
冷却至安全温度后，组织人员进行抢修，更换泄漏管道，确保修复质量；
抢修完成后，进行水压试验与气密性试验，合格后方可重新启动机组。
5.3 应急保障措施
为确保应急响应机制的有效实施，需建立完善的应急保障体系：
人员保障：组建专业的应急处置团队，定期开展超温事故应急演练，提升人员的应急处置能力；
物资保障：储备充足的应急物资，包括备用管材、阀门、仪表等，确保抢修工作顺利开展；
技术保障：建立应急技术支持体系，邀请专家提供远程指导，及时解决应急处置过程中的技术难题；
通讯保障：确保应急通讯渠道畅通，及时传递事故信息与处置指令，协调各方力量开展救援工作。
6 工程实践与效果评估
将本文构建的全周期超温防控技术体系应用于府谷660MW超临界机组，通过对比应用前后的运行数据，评估技术体系的实际应用效果。
6.1 机组概况
府谷660MW超临界机组锅炉为东方锅炉厂生产的DG2000/26.15-Ⅱ1型超临界直流锅炉，
采用单炉膛、对冲燃烧方式，配备6台磨煤机，
主要受热面包括低温过热器、分隔屏过热器、
末级过热器、再热器等， 管材主要采用T91、
Inconel等耐高温合金材料。该机组承担电网调峰任务，启停频繁，负荷波动范围为30%—100%额定负荷，此前存在受热面超温报警频繁、壁温偏差大等问题。
6.2 技术体系应用
按照本文构建的防控技术体系，对该机组进行了以下改造与优化：
监测系统升级：新增分布式光纤测温系统，在易超温区域加密监测点，实现壁温的全面、
实时监测；
控制策略优化：在DCS系统中植入分级预警算法与智能调控逻辑，优化启动、运行、停机阶段的操作流程；
寿命管理系统集成：开发管材寿命计算模块，实现剩余寿命的在线估算与风险分级；
应急机制建立：制定分级应急响应预案，组织人员开展应急演练，提升应急处置能力。
6.3 应用效果评估
通过对比技术体系应用前后1年的运行数据 , 从安全性、经济性、智能化水平三个维度进行效果评估。
6.3.1 安全性提升
超温报警频次显著下降：应用前，受热面超温报警年均发生120次，应用后降至44次，下降63%，超温风险得到有效控制；
壁温分布偏差大幅降低：应用前，相邻管排壁温偏差最大可达85℃, 同屏段壁温偏差最大可达130℃, 应用后分别降至50℃、80℃以下 , 壁温分布均匀性显著提升；
非计划停运次数减少：应用前，年均因受热面超温导致的非计划停运4次，应用后降至1次，机组运行稳定性显著增强。
6.3.2 经济性提升
检修成本降低：应用前，年均受热面检修成本约800万元，应用后降至600万元，节约检修成本25%；
机组可用率提升：应用前，机组可用率为92.5%，应用后提升至96.0%，提升3.5%，增加发电量约1.6亿kWh，创造直接经济效益约800万元；
燃料利用率提高：应用后，主再热蒸汽温度控制精度提高至±3℃, 燃烧效率提升，燃料利用率提高0.6个百分点，年均节约标准煤约1200吨。
6.3.3 智能化水平提升
运行决策模式转变：从传统的“经验判断”转变为“数据支持”，运行人员通过DCS系统
即可获取实时监测数据、风险等级与调控建议，决策效率与准确性显著提升；
维护模式升级：从“被动维修”转变为“预测性维护”，通过智能诊断模型提前识别超温风险点，制定针对性检修计划，减少盲目检修，提升维护效率；
劳动强度降低：自动化调控功能的实现，减少了运行人员的手动操作次数，劳动强度显著降低，运行效率大幅提升。
工程实践表明，本文构建的660MW超临界机组锅炉受热面全周期超温防控技术体系具有良好的实用性与有效性，能够显著提升机组运行的安全性、经济性与智能化水平，为同类机组的超温防控提供了可借鉴的工程经验。
7 结论与展望
7.1 主要结论
本文以660MW超临界机组锅炉为研究对象，系统开展受热面全周期超温防控技术研究，取得了以下主要结论：
受热面超温机理具有显著的多因素耦合特征，热负荷非均匀性、材料蠕变与热疲劳、热流波动与应力耦合是引发超温的核心因素，不同工况下超温的演化规律存在明显差异。
构建的“机理—监测—控制—管理”四维全周期防控技术体系，通过启动阶段精细化控制、运行阶段动态调控、停机阶段有序冷却，实现了超温风险的全程管控，有效解决了传统防控技术针对性不强、覆盖面不全的问题。
基于光纤与热电偶融合的智能监测网络、数据驱动的预警算法与寿命评估模型，实现了超温风险的精准预判与管材寿命的动态管理，为主动防控提供了技术支撑。
工程实践验证表明，该防控技术体系应用后，受热面超温报警频次下降63%，壁温分布偏差降低40%，机组可用率提升3.5%，在安全性、经济性与智能化水平方面均取得了显著成效，具有重要的工程应用价值。
7.2 技术展望
随着新能源高比例接入与火电机组灵活调峰需求的不断提升，超临界机组受热面超温防控技术面临更高的要求。未来研究将聚焦于以下方向：
高温合金蠕变寿命数据库构建与实时校正：收集更多不同煤质、不同工况下的管材运行数据，构建更完善的高温合金蠕变寿命数据库，并结合在线监测数据实现模型参数的实时校正，提升寿命评估的精准度。
基于AI模型的锅炉数字孪生与热场仿真：构建锅炉数字孪生模型，融合AI算法实现热场的精准仿真与预测，提前预判不同工况下的超温风险点，优化运行调节策略，实现超温风险的主动防控。
全厂级风险协同与远程智能运维：将单台机组的超温防控技术扩展至全厂级，实现多机组风险协同管控；开发远程智能运维平台，通过大数据分析与专家系统，为机组提供远程诊断与运维指导，提升运维效率。
防控体系在超超临界与灵活调峰机组中的推广应用：将本文构建的防控技术体系适配于超超临界机组与深度灵活调峰机组，针对其更高的参数、更复杂的工况，优化防控策略与技术方案，扩大技术应用范围。
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