超臨界鍋爐過(guò)熱器再熱器的汽溫特性及調(diào)節(jié)分析

1、超臨界鍋爐過(guò)熱器再熱器的汽溫特性及調(diào)節(jié)分析    摘要：本文對(duì)直流鍋爐的過(guò)熱器、再熱器汽溫特性、變化特點(diǎn)、汽溫調(diào)節(jié)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并結(jié)合我廠實(shí)際情況闡述鍋爐汽溫偏差產(chǎn)生的原因，提出超臨界壓力鍋爐運(yùn)行中應(yīng)關(guān)注的問(wèn)題，與電力同仁共勉。 關(guān) 鍵 詞：直流鍋爐超臨界過(guò)熱器再熱器汽溫 中圖分類號(hào)：TK229文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 21世紀(jì)以來(lái)，為了提高鍋爐效率，最大限度的降低能源消耗，電站鍋爐逐步向超臨界鍋爐方向發(fā)展。超臨界鍋爐的汽溫特性與傳統(tǒng)的汽包爐汽溫特性有明顯的不同，汽溫過(guò)高將引起管壁超溫、金屬蠕變壽命降低，會(huì)影響機(jī)組的安全性；汽溫過(guò)低將引起循環(huán)熱效率

2、的降低。根據(jù)計(jì)算，過(guò)熱器在超溫1020下長(zhǎng)期工作，其壽命將縮短一半以上；汽溫每降低10，循環(huán)熱效率降低0.5%，而且汽溫過(guò)低，會(huì)使汽輪機(jī)排汽濕度增加，從而影響汽輪機(jī)未級(jí)葉片的安全工作。通常規(guī)定蒸汽溫度與額定溫度的偏差值在-10+5范圍內(nèi)。下面對(duì)直流鍋爐的汽溫特性進(jìn)行分析，不斷摸索調(diào)整汽溫的最佳手段，控制汽溫在允許范圍內(nèi)，保證鍋爐安全運(yùn)行。 一、 過(guò)熱器或再熱器汽溫特性 1、過(guò)熱器或再熱器出口汽溫隨鍋爐負(fù)荷的變化規(guī)律稱為過(guò)熱器或再熱器的汽溫特性。過(guò)熱器的汽溫特性如圖1-1所示。 圖1-1 過(guò)熱器的汽溫特性 l輻射式過(guò)熱器；2、3對(duì)流式過(guò)熱器 23 隨著鍋爐負(fù)荷的變化，輻射式過(guò)熱器的汽溫特性與對(duì)流

3、式過(guò)熱器相反。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，燃料消耗量和過(guò)熱器中蒸汽的流量都相應(yīng)增大，由于爐內(nèi)火焰溫度變化不大，輻射式過(guò)熱器吸收的爐膛輻射熱增大不多，相對(duì)于每干克蒸汽的輻射吸熱量反而減小，因此輻射式過(guò)熱器的出口汽溫隨鍋爐負(fù)荷的增大而降低。輻射式過(guò)熱器的汽溫特性見(jiàn)圖1-1中的曲線1。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增大時(shí)，燃料消耗量增大，煙氣流速增大，煙溫升高、對(duì)流傳熱量增加，相對(duì)于每千克蒸汽的對(duì)流吸熱量增加，因此對(duì)流式過(guò)熱器的出門(mén)汽溫隨鍋爐負(fù)荷的增大而增大。對(duì)流式過(guò)熱器的汽溫特性見(jiàn)圖1-1中曲線2、3，過(guò)熱器離爐膛越遠(yuǎn)，過(guò)熱器進(jìn)口煙溫越低，煙氣對(duì)過(guò)熱器的輻射換熱份額越少，汽溫隨負(fù)荷增加而上升的趨勢(shì)更加明顯。因此曲線3比曲線2更

4、陡些。由于屏式過(guò)熱器以爐內(nèi)輻射和煙氣對(duì)流兩種方式吸熱，因此屏式過(guò)熱器的汽溫特性將稍微平穩(wěn)些。高壓、超高壓鍋爐過(guò)熱器由輻射式、半輻射式及對(duì)流式過(guò)熱段組成，由于輻射吸熱份額不大，整個(gè)過(guò)熱器的汽溫特性為對(duì)流式。 再熱器的汽溫特性與過(guò)熱器的汽溫特性相似。由于再熱器的進(jìn)口汽溫隨汽輪機(jī)負(fù)荷降低而降低，因此再熱器需要吸收更多的熱量；另外，由于再熱器布置在較低煙溫區(qū)，并且再熱蒸汽的比熱容較小，因此再熱汽溫的波動(dòng)較過(guò)熱汽溫較大。 二、直流鍋爐汽溫變化特點(diǎn) 直流鍋爐無(wú)汽包，加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱各區(qū)段之間無(wú)固定界限，是隨工況的變化而變化的。在穩(wěn)定工況下直流鍋爐的蒸發(fā)量D等于給水量G。因此直流鍋爐過(guò)熱汽溫變化比較復(fù)雜，而

5、且在某種程度上與汽包爐中的過(guò)熱汽溫的變化剛好相反。 在鍋爐熱負(fù)荷和其他條件都不變時(shí)，若給水量增加，直流鍋爐的蒸發(fā)量增加，加熱段和蒸發(fā)段的長(zhǎng)度增加，過(guò)熱汽溫則因過(guò)熱段的長(zhǎng)度縮短而降低；反之，給水量減少，過(guò)熱汽溫上升。同樣可分析，在給水量和其他條件都不變時(shí)，增加燃料量，蒸發(fā)量不變，過(guò)熱汽溫上升；減少燃料量則過(guò)熱汽溫下降。由此可見(jiàn)，燃料量與給水量的比值，即燃水比變化時(shí)，直流鍋爐過(guò)熱器出口汽溫發(fā)生顯著變動(dòng)。因此，在運(yùn)行中熱負(fù)荷與給水量必須很好地配合，也就是要保持準(zhǔn)確的燃水比。只要保持適當(dāng)?shù)娜妓?，直流鍋爐就可以在任何負(fù)荷。任何工況下維持一定的過(guò)熱汽溫。這一特性與自然循環(huán)鍋爐有明顯的區(qū)別，汽包鍋爐過(guò)熱汽

6、溫的變化與給水量無(wú)直接關(guān)系，給水量是根據(jù)汽包水位變化來(lái)調(diào)節(jié)的。 直流鍋爐當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，若燃料量與給水量按同一百分比增加，即燃水比不變，則工質(zhì)在輻射區(qū)少吸收的熱量可由對(duì)流區(qū)多吸收的熱量來(lái)補(bǔ)償，過(guò)熱器出口蒸汽的溫度可近似不變。 負(fù)荷不變而給水溫度變化也會(huì)對(duì)直流鍋爐過(guò)熱汽溫產(chǎn)生很大的影響，給水溫度降低時(shí)，加熱段的長(zhǎng)度加長(zhǎng)，蒸發(fā)段的長(zhǎng)度幾乎不變，使過(guò)熱段的長(zhǎng)度縮短，過(guò)熱汽溫下降。此時(shí)必須改變?cè)械娜妓龋黾尤剂狭?，也即采用較高的燃水比，才能維持過(guò)熱汽溫為額定值。 過(guò)量空氣系數(shù)增大時(shí)，因排煙損失增加，鍋爐效率降低，這時(shí)，如給水溫度和燃水比不變，則過(guò)熱器出口過(guò)熱汽溫是下降的。 燃煤中的水分和灰分增加，燃

7、料在爐內(nèi)總放熱量減小，在其他參數(shù)不變的情況下，過(guò)熱段縮短，直流鍋爐過(guò)熱汽溫將下降。 直流鍋爐爐內(nèi)火焰中心下移，爐膛水冷壁多吸收的熱量被對(duì)流受熱面吸熱量減少所補(bǔ)償，過(guò)熱汽溫可近乎不變；若爐膛水冷壁與過(guò)熱器受熱面結(jié)焦或積灰，受熱面減少，均使過(guò)熱汽溫下降。 三、直流鍋爐汽溫的調(diào)節(jié) 直流鍋爐的汽溫調(diào)節(jié)與自然循環(huán)鍋爐不同。直流鍋爐在穩(wěn)定工況下，過(guò)熱蒸汽出口的熱焓hgr可用下式表示： （1-l） 式中：hgr、hgr過(guò)熱器出口和給水的熱焓，kJ/kg； B，G燃料量和給水量，kg； Qar,net燃料低位發(fā)熱量，kJ/kg； gl鍋爐效率，%。 如hg、Qar,net 、gl 在一定負(fù)荷變化范圍內(nèi)保持不變

8、，則過(guò)熱蒸汽溫度（熱焓）只取決于燃料量和給水量的比例B/G，如果比值B/G保持不變，則hgr或tgr可保持不變。即比值B/G變化是造成過(guò)熱蒸汽溫度變化的基本原因。因此在直流鍋爐中，過(guò)熱汽溫的調(diào)節(jié)主要是通過(guò)給水量與燃料量的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？紤]到實(shí)際運(yùn)行中鍋爐負(fù)荷的變化，給水溫度、燃料品質(zhì)、爐膛過(guò)量空氣系數(shù)以及受熱面結(jié)渣等因素的變化，對(duì)過(guò)熱汽溫變化均有影響，因此保持B/G的精確值不易做到，特別是燃煤鍋爐，控制燃料量較為粗糙，且對(duì)tgr的調(diào)節(jié)慣性較大，不能保證良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。故直流鍋爐一般采用與噴水調(diào)節(jié)相結(jié)合的調(diào)節(jié)方法，即比值B/G作為粗調(diào)節(jié)，蒸汽通道上的噴水減溫器作為細(xì)調(diào)節(jié)（校正）。 對(duì)于帶固定負(fù)荷

9、的直流鍋爐，蒸汽參數(shù)調(diào)節(jié)的主要任務(wù)是調(diào)節(jié)汽溫，因而在燃料量與給水量比例確定后，操作中應(yīng)盡量減少燃料量的改變。在實(shí)際調(diào)節(jié)中，燃料量的調(diào)節(jié)精度受到燃料性質(zhì)變動(dòng)等影響，因此為進(jìn)一步校正燃料量與給水量的比例，就借助于噴水調(diào)溫。噴水調(diào)溫的惰性小，且無(wú)過(guò)調(diào)現(xiàn)象，特別是以噴水點(diǎn)后汽溫作為調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行噴水調(diào)節(jié)時(shí)，從噴水量開(kāi)始變化只須經(jīng)過(guò)幾秒鐘時(shí)間，很容易實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)節(jié)。所以直流鍋爐在帶不變負(fù)荷時(shí)，蒸汽參數(shù)的調(diào)節(jié)是借助噴水調(diào)節(jié)汽溫而盡可能穩(wěn)住燃料量。但噴水量變化只能維持過(guò)熱汽溫的暫時(shí)穩(wěn)定，過(guò)熱汽溫穩(wěn)定的關(guān)鍵是調(diào)節(jié)燃水比B/G。這是因?yàn)橹绷鳡t的給水量G等于蒸發(fā)量D，若燃料量B增加、熱負(fù)荷增加，而給水量G未變，則過(guò)熱汽

10、溫必然升高，噴水量d增加；進(jìn)口水量（G-d）相應(yīng)減少，反過(guò)來(lái)又會(huì)使過(guò)熱汽溫上升，同時(shí)影響機(jī)組效率，還會(huì)引起噴水點(diǎn)前金屬和工質(zhì)溫度升高。 直流鍋爐由于不穩(wěn)定動(dòng)態(tài)過(guò)程中交變區(qū)內(nèi)工質(zhì)的變化以及過(guò)熱器管壁金屬儲(chǔ)熱的影響，過(guò)熱汽溫有比較大的延遲，而且越靠近過(guò)熱器出口，延遲越大。若以過(guò)熱器出口汽溫作為調(diào)節(jié)信號(hào)，則調(diào)節(jié)過(guò)遲，為了維持鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度的穩(wěn)定，按照時(shí)滯小、反應(yīng)明顯、工況變化時(shí)便于測(cè)量等條件，通常在過(guò)熱區(qū)段中取一溫度測(cè)點(diǎn)，將它固定在相應(yīng)的數(shù)值上，即中間點(diǎn)溫度。用中間點(diǎn)汽溫作為超前信號(hào)，使調(diào)節(jié)操作提前，以得到穩(wěn)定的汽溫。實(shí)際上將中間點(diǎn)至過(guò)熱器出口之間的過(guò)熱區(qū)段固定，相當(dāng)于汽包爐固定過(guò)熱器區(qū)段情況。在過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)中，中間點(diǎn)溫度與鍋爐負(fù)荷存在一定的函數(shù)關(guān)系，因此鍋爐的燃水比B/G可按中間點(diǎn)溫度來(lái)調(diào)整，而中間點(diǎn)至過(guò)熱器出口區(qū)段的過(guò)熱汽溫變化主要依靠噴水來(lái)調(diào)節(jié)。中間點(diǎn)的位置越靠近過(guò)熱器入口，即過(guò)熱蒸汽點(diǎn)離工質(zhì)開(kāi)始過(guò)熱點(diǎn)越近，則汽溫調(diào)節(jié)的靈敏