2. 启停工况下炉膛温度变化速率约束与升降温曲线设计
约束来源与曲线设计逻辑
启停过程中，炉膛温度变化速率受两类硬约束支配：一是耐火材料（浇注料、耐火砖）的热应力限制，二是炉排耐热件（合金钢炉排片、侧密封件）的允许温升速率。两者取小值，才是该温度区间真正可用的速率上限。设计升降温曲线的本质，就是把全温区划分为若干段，逐段确定速率上限，再核算在给定燃料投入速率下能否达到该速率。
本案例采用一台典型机械炉排焚烧炉的示例参数：炉膛测温点取后拱下部热电偶，冷态启动起点为环境温度 25 ℃，目标并汽温度 850 ℃；停炉从 850 ℃ 降至 200 ℃ 以下允许打开炉门检修。耐火浇注料在低温段（<400 ℃）因游离水排出和晶型转变敏感，速率限制较严；中温段相对宽松；高温段又因热震和烧结收缩重新收紧。炉排合金件则整体呈单调收紧趋势，高温段最敏感。
分段速率上限的确定
下表为示例参数下的分段速率上限，取耐火材料与炉排件两者中的较小值作为控制值。表中数值为教学示例假设，实际机组须以耐火材料供应商提供的热应力曲线和炉排件材质许用温升率为准。
| 温区（℃） | 耐火材料允许速率（℃/min） | 炉排件允许速率（℃/min） | 控制速率（℃/min） | 控制方 |
|---|---|---|---|---|
| 25 → 150 | 1.5 | 3.0 | 1.5 | 耐火材料（排游离水） |
| 150 → 400 | 2.0 | 2.5 | 2.0 | 耐火材料（晶型转变） |
| 400 → 650 | 3.5 | 2.0 | 2.0 | 炉排件 |
| 650 → 850 | 2.5 | 1.2 | 1.2 | 炉排件（高温蠕变） |
降温段不能简单沿用升温速率。耐火材料在降温时承受拉应力，抗拉强度远低于抗压强度，因此降温速率通常取升温速率的 60%～70%。示例中按 0.65 折减：25→150 段降温取 1.0 ℃/min，150→400 段取 1.3 ℃/min，400→650 段取 1.3 ℃/min，650→850 段取 0.8 ℃/min。
给定燃料投入速率下的可达性校核
曲线设计完成后，必须校核在给定燃料投入速率下能否达到各段目标速率。炉膛升温速率近似与净热输入成正比，可用下式估算：
dT/dt ≈ (Q_in × η) / (M_eff × c_p)
其中：
Q_in = 燃料投入热功率（kW）
η = 炉膛有效吸热系数（示例取 0.55）
M_eff = 炉膛及受热面有效热容（示例取 1.2×10^5 kJ/℃）
c_p = 等效比热（已并入 M_eff，此处取 1）示例：某段要求 2.0 ℃/min，即 0.0333 ℃/s。代入反算所需热功率：
Q_in = (dT/dt) × M_eff / η
= 0.0333 × 1.2×10^5 / 0.55
≈ 7270 kW若该阶段实际燃料投入热功率仅为 5000 kW，则可达速率约为 5000×0.55/(1.2×10^5) = 0.0229 ℃/s ≈ 1.37 ℃/min，低于 2.0 ℃/min 的目标，说明该段曲线不可达，需延长该段时间或提高燃料投入速率。反之，若燃料投入速率过高，则必须通过风量配比和给料节奏把实际升温速率压回控制值以内，不能任由温度冲高。
曲线校核结果与调整方向
按上述方法逐段核算后，示例机组在额定燃料投入能力下，低温段（25→400 ℃）燃料充裕、速率可达；650→850 ℃ 段因炉排件限制速率仅 1.2 ℃/min，所需热功率约 4360 kW，处于燃料调节下限附近，需注意低负荷燃烧稳定性，必要时延长该段停留时间。降温段因速率折减，总时长约 760 min，若检修工期紧张，可在 400 ℃ 以下适当放宽至升温速率的 0.75 倍，但须经耐火材料供应商确认。