過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、引 言火電廠鍋爐汽溫控制系統(tǒng)具有大遲延、大慣性的特點(diǎn)，且影響汽溫變化的擾動(dòng)因素很多，如蒸汽負(fù)荷、煙氣溫度和流速、火焰中心位置、減溫水量、給水溫度等等，這些擾動(dòng)會(huì)極大影響機(jī)組的平安、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本設(shè)計(jì)的工作意義是：大型火電廠鍋爐過(guò)熱汽溫對(duì)電廠平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要影響, 過(guò)熱蒸汽溫度是鍋爐汽水系統(tǒng)中溫度最高點(diǎn)，如果蒸汽溫度過(guò)高就會(huì)使過(guò)熱器和汽輪機(jī)高壓缸承受過(guò)高的熱應(yīng)力而損壞，威脅機(jī)組的平安運(yùn)行。如果過(guò)熱蒸汽溫度偏低，那么蒸汽含水量增加，會(huì)降低電廠的工作效率，甚至?xí)蛊啓C(jī)帶水，從而縮短汽輪機(jī)葉片的使用壽命。所以控制好過(guò)熱器出口溫度非常重要。通常要求它的溫度保持在額定值范圍內(nèi)。 常規(guī)的蒸汽溫度控制方案

2、大致可分為兩種: 一種是串級(jí)控制, 另一種是導(dǎo)前微分控制。目前該領(lǐng)域的控制方法有：過(guò)熱汽溫FPID(模糊PID)控制系統(tǒng), 基于控制歷史的過(guò)熱汽溫模糊串級(jí)控制系統(tǒng)，過(guò)熱汽溫魯棒PID控制系統(tǒng)，但以上方法都只是理論研究，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)之中的控制方式以傳統(tǒng)方法為主。繼續(xù)提高主汽溫、再熱汽溫的控制品質(zhì)，仍具有較高的理論與實(shí)用價(jià)值。本文以過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的思路對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行研究與分析，針對(duì)被控對(duì)象的大延遲，不確定等特點(diǎn)，選擇串級(jí)控制系統(tǒng)能夠獲得較好的抗干擾性能和動(dòng)態(tài)特性。第一章 單元機(jī)組燃燒系統(tǒng)本課題研究對(duì)象為200MW單元機(jī)組過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)，鍋爐為高溫、亞臨界壓力、中間再熱、自然循環(huán)、單爐

3、膛前后對(duì)沖燃燒、燃煤粉汽包爐，下面將先介紹鍋爐的燃燒系統(tǒng)。1.1 燃燒室(爐膛)爐膛斷面尺寸為深12500mm、寬13260mm的矩形爐膛其深寬比為。這樣近似正方形的矩形截面為四角布置切圓燃燒方式創(chuàng)造了良好的條件。從而使燃燒室四周的水冷壁吸熱比擬均勻，熱偏差較小。燃燒室上部布置四大片分隔屏過(guò)熱器，便于消除燃燒室上方出口煙氣流的剩余旋轉(zhuǎn)，減少進(jìn)入水平煙道的煙氣溫度偏差。 汽包汽包橫向布置在鍋爐前上方，汽包內(nèi)徑為，壁厚145mm，筒身長(zhǎng)20500mm，筒身兩端各與半球形封頭相接，筒身與封頭均用BHW-35鋼材制成。汽包內(nèi)部下方裝有給水分配管。四根大直徑下降管那么均勻布置在汽包筒身底部。給水分配管上

4、的給水孔正好在下降管管座上方，可以防止汽包壁受到低溫水冷的影響，使汽包上下壁溫比擬均勻。下降管入口處裝有十字形消渦器，以減少或消除下降管入口產(chǎn)生旋渦帶汽，保證水循環(huán)平安。汽包內(nèi)部裝有軸流式旋風(fēng)別離器、波浪形枯燥器、連續(xù)排污管、事故緊急放水管和加藥管等。1.3 水冷壁鍋爐爐膛四周爐墻上敷設(shè)的受熱面通常稱為水冷壁。中壓自然循環(huán)鍋爐的水冷壁全部是蒸發(fā)受熱面，高壓、超高壓和亞臨界壓力鍋爐的水冷壁主要是蒸發(fā)受熱面。在直流鍋爐中，水冷壁既是水加熱和蒸發(fā)的受熱面，又是過(guò)熱受熱面，但水冷壁仍然主要是蒸發(fā)受熱面。一、水冷壁的工作特點(diǎn)與作用 鍋爐開展初期，使用水冷壁主要是為了保護(hù)爐墻，布置在爐墻前的水冷壁管吸收大

5、量爐內(nèi)高溫火焰的輻射熱量，以降低爐墻的溫度，使?fàn)t墻的機(jī)械強(qiáng)度提高，鍋爐運(yùn)行可靠平安。開展到今天，水冷壁已成為鍋爐的主要受熱面之。它具有以下的特點(diǎn)和作用：(1) 強(qiáng)化傳熱，減少鍋爐受熱面面積。(2) 降低高溫對(duì)爐墻的破壞作用，起保護(hù)爐墻的作用。(3) 能有效地防止?fàn)t壁結(jié)渣。高溫熔融的焦炭和灰渣一旦碰撞在溫度較低的水冷壁管上，很快降溫凝固，失去粘性而下滑至冷灰斗。防止熔融灰渣粘結(jié)在高溫爐墻上而造成結(jié)渣現(xiàn)象。(4) 懸吊爐墻。近代中大型電站鍋爐都采用敷設(shè)在水冷壁管上的敷管爐墻或管承爐墻。爐墻的全部重量靠懸吊的水冷壁支承，同時(shí)，受熱面與水待壁一起向下膨脹。(5) 作為鍋爐主要的蒸發(fā)受熱面。水冷壁由內(nèi)螺

6、紋管和光管組成。四周爐墻上共劃分為32個(gè)獨(dú)立回路，其中兩側(cè)墻各有6個(gè)獨(dú)立回路，前、后墻各有6個(gè)回路。最寬的回路有23根管子，它位于前、后墻中部。爐膛四角為大切角，每一切角處的水冷壁形成2個(gè)獨(dú)立小回路，四角共8個(gè)獨(dú)立小回路。切角下部形成燃燒器的水冷套，以保護(hù)燃燒室不致燒壞，水冷套與燃燒器一起組裝出廠。 過(guò)熱器，過(guò)熱器系統(tǒng)比擬復(fù)雜和龐大。過(guò)熱器系統(tǒng)包括頂棚過(guò)熱器、低溫對(duì)流過(guò)熱器、分隔屏及后屏過(guò)熱器、高溫對(duì)流過(guò)熱器等。頂棚過(guò)熱器分前爐頂過(guò)熱器和后爐頂過(guò)熱器，也包括延伸煙道，即水平煙道兩側(cè)墻的包覆管過(guò)熱器。低溫對(duì)流過(guò)熱器水平布置在尾部煙道隔板的后煙道，逆向?qū)α鱾鳠?。四大片分隔屏過(guò)熱器布置在爐膛上方，每

7、片分隔屏由6小片管屏組成，其外形尺寸為高13400mm、寬228200mm，分隔屏的橫向平均距離為2698mm。20片后屏過(guò)熱器布置在爐膛出口處，每片后屏由14根U形管組成，位于爐膛內(nèi)的屏高14300mm。高溫過(guò)熱器那么布置在爐膛折焰角的上方，為順流對(duì)流過(guò)熱器1。 再熱器再熱器分成兩級(jí)，第一級(jí)再熱器是位于尾部煙道前煙道的低溫對(duì)流再熱器，第二級(jí)再熱器那么位于水平煙道，裝在高溫過(guò)熱器后面的高溫對(duì)流再熱器。汽輪機(jī)高壓缸的排汽，首先進(jìn)入低溫再熱器，經(jīng)加熱后由低溫再熱器出口集箱引入高溫再熱器，加熱后由高溫再熱器出口集箱分二路送至汽輪機(jī)中壓缸，繼續(xù)做功。 省煤器省煤器為一組水平蛇形管，布置在尾部煙道的后煙

8、道低溫過(guò)熱器的下方，順列布置，垂直于前墻。進(jìn)入這種受熱面的煙道溫度最低，因此稱它為尾部受熱面或低溫受熱面。應(yīng)用省煤，是為了使給水在進(jìn)入汽包前先在尾部煙道吸收煙氣熱量，以降低排煙溫度，提高鍋爐效率，節(jié)約燃煤量，所以稱為省煤器。省煤器能省煤是因?yàn)殄仩t給水溫度比汽包壓力下的飽和水溫度低很多，所以使用省煤器與使用蒸發(fā)受熱面相比，可以使煙氣溫度降得更低。應(yīng)用省煤器的目的： 為了減少蒸發(fā)受熱面，以價(jià)格低廉的省煤器受熱面代替價(jià)格昂貴的蒸發(fā)受熱面。 給水經(jīng)省煤器加熱后，溫度接近或到達(dá)汽包內(nèi)水的溫度。這樣進(jìn)入汽包時(shí)可以減少給水與汽包壁的溫度，使汽包的熱應(yīng)力降低，延長(zhǎng)汽包使用壽命。 空氣預(yù)熱器鍋爐設(shè)置了兩臺(tái)轉(zhuǎn)子直

9、徑為的三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，它們布置在尾部煙道的下方，用以加熱一次風(fēng)和二次風(fēng)。預(yù)熱器在正常情況下，均由主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)沖洗盤車或主電源發(fā)生故障時(shí)，那么由另一電源的輔助電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。預(yù)熱器的徑向、周向和軸向均有密封裝置，以防止和減少漏風(fēng)，并裝有吹灰器?？諝忸A(yù)熱器不僅能降低排煙溫度，提高鍋爐效率，而且經(jīng)過(guò)預(yù)熱的空氣參加燃燒能改善燃料的著火和燃燒條件，減少燃料的不完全燃燒損失，進(jìn)一步提高鍋爐效率。這對(duì)于難著火的燃料尤為重要。 燃燒設(shè)備燃燒器的布置采用四角布置切圓燃燒方式，在爐室下部四個(gè)切角處各布置一組直流式寬調(diào)節(jié)擺動(dòng)式燃燒器(簡(jiǎn)稱WR燃燒器)，每組燃燒器由8層二次風(fēng)噴嘴、4層一次風(fēng)噴嘴和2層三次風(fēng)噴

10、嘴組成。燃燒器區(qū)域切角管形成的水冷套，把整個(gè)燃燒器包圍成水冷套保護(hù)屏，可以有效地防止燃燒器燒壞和結(jié)渣，燃燒器的重量通過(guò)法蘭傳遞到水冷壁上。每一層一次風(fēng)噴口與二次風(fēng)噴口作間隔布置，而下面兩層一次風(fēng)及上面兩層一次風(fēng)又相對(duì)集中，這樣有利于低揮發(fā)粉煤的燃燒和穩(wěn)定。兩組三次風(fēng)那么集中布置在頂部二次風(fēng)的下方，其噴嘴向下傾斜，而不再行擺動(dòng)。除頂部二次風(fēng)擺動(dòng)為手動(dòng)外,其余噴嘴的擺動(dòng)均由擺動(dòng)氣缸驅(qū)動(dòng)作整體擺動(dòng)。一次風(fēng)擺動(dòng)的角度為，二次風(fēng)擺動(dòng)角度為，最下層的二次風(fēng)噴嘴(AA)擋板為手動(dòng)，經(jīng)常處于常開位置。 蒸汽溫度調(diào)節(jié)方法過(guò)熱蒸汽溫度由噴水減溫器進(jìn)行調(diào)節(jié)。噴水減溫是將水直接噴入過(guò)熱蒸汽中，水被加熱、汽化和過(guò)熱，吸

11、收蒸汽中的熱量，到達(dá)調(diào)節(jié)汽溫的目的。噴水減溫是直接接觸式熱交換，慣性小，調(diào)節(jié)靈敏，易于自動(dòng)化。過(guò)熱器系統(tǒng)共布置兩級(jí)噴水減溫，第1級(jí)布置在分隔屏進(jìn)口的匯總管道上，MCR工況時(shí)的設(shè)計(jì)噴水量為26t/h，用以控制進(jìn)入分隔屏的蒸汽溫度，噴水量大些，作為汽溫的粗調(diào)，并起保護(hù)屏的作用；第2級(jí)噴水減溫器那么布置在后屏過(guò)熱器出口的左右連接管上，其設(shè)計(jì)噴水量為9t/h，用于控制高溫過(guò)熱器的出口汽溫，以獲得所需要的過(guò)熱蒸汽溫度，作為蒸汽溫度的細(xì)調(diào)，控制過(guò)熱器出口汽溫。再熱蒸汽的溫度調(diào)節(jié)利用布置在尾部煙道下方的煙氣擋板來(lái)到達(dá)。根據(jù)不同工況，調(diào)節(jié)煙氣擋板開度，以改變進(jìn)入低溫再熱器的煙氣流量，從而保證在各種工況下的額定

12、汽溫。在低溫再熱器進(jìn)口管道上設(shè)置了事故噴水減溫器，以防止過(guò)高溫度的汽輪機(jī)高壓缸排汽進(jìn)入再熱器。在低溫再熱器出口管道上設(shè)置了微量噴水減溫器，以調(diào)節(jié)再熱器出口左右的溫度偏差。第二章 過(guò)熱器系統(tǒng)本章將研究過(guò)熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及布置情況，為分析掌握研究對(duì)象的生產(chǎn)過(guò)程、動(dòng)態(tài)特性及影響汽溫變化的各種因素奠定根底。2.1 過(guò)熱器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)過(guò)熱器的系統(tǒng)布置，應(yīng)能滿足蒸汽系統(tǒng)的要求，并具有靈活的調(diào)溫手段，還應(yīng)保證運(yùn)行中管壁不超溫和具有較高的經(jīng)濟(jì)性等，其復(fù)雜性與鍋爐的參數(shù)有關(guān)。鍋爐爐膛的輻射傳熱根本上與蒸發(fā)所需的熱量相當(dāng)。過(guò)熱蒸汽的溫度一般在450480之間，采用直接布置于鍋爐凝渣管束后面沿?zé)煔饬飨虻膶?duì)流式過(guò)熱器已能

13、滿足需要。過(guò)熱器一般分為低溫級(jí)和高溫級(jí)按蒸汽流程。低溫級(jí)布置在高溫級(jí)后面沿?zé)煔饬飨颍扇∧媪鱾鳠岱绞?，以?jié)省受熱面。布置在較高煙溫處的高溫級(jí)，又可分為兩段，第一段仍以逆流傳熱的方式布置在煙道兩側(cè)沿寬度方向，第二段為順流傳熱，布置在煙道中部。過(guò)熱器的分級(jí)或分段，應(yīng)以每級(jí)或每段的蒸汽焓增不超過(guò)250420kJ/kg60100kcal/kg為宜，以減少熱偏差。各級(jí)或各段間的蒸汽溫度的選取應(yīng)考慮鋼材的性能。例如，20號(hào)碳鋼管，金屬溫度應(yīng)不超過(guò)500，蒸汽最高溫度宜為400左右。當(dāng)蒸汽溫度為450或更高時(shí)，如過(guò)熱器高溫級(jí)或高溫級(jí)第二段，就要采用合金鋼制造。過(guò)熱蒸汽的減溫器一般設(shè)置在兩級(jí)或兩段之間。因此，

14、過(guò)熱器的分級(jí)或分段，還應(yīng)考慮汽溫調(diào)節(jié)的反響速度問題。減溫器以后沿蒸汽流程的過(guò)熱器段即出口段的受熱面和工質(zhì)焓增減少，那么汽溫調(diào)節(jié)的反響越快。鍋爐過(guò)熱器出口段的焓增一般不超過(guò)160300kJ/kg約4070kcal/kg。也有人建議，過(guò)熱器出口段的蒸汽溫升不應(yīng)超過(guò)932。200MW亞臨界壓力鍋爐的過(guò)熱器系統(tǒng)由爐頂級(jí)蒸汽包覆壁過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、分隔屏過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器和末級(jí)高溫過(guò)熱器五級(jí)組成。在爐頂級(jí)蒸汽包覆壁這一級(jí)中，為減少管內(nèi)蒸汽壓降，采用了幾次并聯(lián)回路。爐頂過(guò)熱器分為前爐頂和后爐頂。前爐頂過(guò)熱器組成爐膛和水平煙道的頂部，共105根，節(jié)距111mm。爐膛頂部是1000以上的高煙溫區(qū)域，采用的1

15、5CrMo合金鋼管。水平煙道頂部采用的20G碳鋼管。前爐頂部全部為分段鰭片管，在安裝時(shí)焊接成密封爐頂。后爐頂過(guò)熱器管構(gòu)成尾部煙井的頂部，一共85根,節(jié)距為140mm，采用的20G碳鋼管，與扁鋼成排焊接成氣密性膜式壁。蒸汽包覆壁過(guò)熱器包括水平煙道的兩側(cè)延伸墻及底部水平煙道兩側(cè)墻前段為延伸水冷壁，尾部煙井的前側(cè)、后側(cè)與兩側(cè)墻組成，除尾部煙井上部的水平煙道煙氣流通局部為光管外，其余均為鋼管與扁鋼膜式成排焊，構(gòu)成氣密性爐壁。所有管子材料都為20G碳鋼，管徑與節(jié)距分別為：延伸側(cè)墻，和mm，后煙井后墻上部，和mm，后煙井后墻下部，和mm。爐頂和蒸汽包覆壁是從汽包出來(lái)的飽和蒸汽流過(guò)的第一級(jí)過(guò)熱器。管內(nèi)蒸汽溫

16、度最低，管壁溫度低，作為氣密式爐壁，對(duì)爐墻絕熱材料要求低，同時(shí)可減少鍋爐的散熱損失。低溫過(guò)熱器由水平和垂直兩段組成，全部布置在煙氣溫度較低的尾部豎井煙道內(nèi)。作為第二級(jí)過(guò)熱器，管內(nèi)蒸汽溫度不高，與煙氣有較大的溫差。水平低溫過(guò)熱器由四組水平蛇形管組成，每組84排，全部由水冷懸吊管承重支吊。最后通過(guò)垂掛布置的垂直低溫過(guò)熱器從后爐頂引出。每排蛇形管由5根管子并聯(lián)套彎的多管圈結(jié)構(gòu)。管子外徑為，橫向節(jié)距為140mm。除下面兩組水平布置蛇形管的材料為20G碳鋼外，其余為15CrMo和12Cr1MoV。分隔屏又稱大屏共4片，均勻布置于上部爐膛的前部。每片由并聯(lián)布置的6小片U型套管組成，每小片由8根管子套彎。管

17、子外徑全部為12Cr1MoV，其余各圈均為15CrMo和12Cr1MoV。大節(jié)距分割屏起到切割旋轉(zhuǎn)煙氣流，減少扭轉(zhuǎn)剩余的作用，有利于降低進(jìn)入過(guò)熱器的煙氣沿爐寬方向的煙溫偏差。后屏過(guò)熱器布置在上部爐膛分隔屏之后，共20片。每片由14根并聯(lián)管子套彎成U型管圈結(jié)構(gòu)。管徑為，材料為12Cr1MoV和12Cr2MoWVTiB合金鋼。屏間橫向節(jié)距為570mm。最外圈管徑為，材料采用TP-347H不銹鋼3。過(guò)熱器分隔屏與后屏的定位和夾持采用蒸汽冷卻定位管。定位管內(nèi)的蒸汽從分隔屏入口聯(lián)箱引出，受熱后引至后屏出口聯(lián)箱。定位管既受到爐膛高溫?zé)煔獾妮椛錈?，又受高溫?zé)煔廨^強(qiáng)的對(duì)流沖刷，管壁溫度較高，為確保運(yùn)行平安，采

18、用TP-347H不銹鋼。末級(jí)高溫過(guò)熱器布置在水平煙道中，以對(duì)流傳熱為主，屬對(duì)流式過(guò)熱器。共60排蛇形管，立式懸吊布置，每排由4根管并聯(lián)套彎。管子外徑為，橫向節(jié)距為171mm。為鍋爐最高工質(zhì)溫度受熱面，材料為12Cr2MoWVTiB合金鋼。整個(gè)過(guò)熱器為輻射和對(duì)流組合式系統(tǒng)，具有較好的汽溫特性。各級(jí)或段之間用集中大直徑管道及三通管道連接，既使布置簡(jiǎn)化，又加強(qiáng)了蒸汽的充分混合，有利于減少過(guò)熱器熱偏差；在后屏出口聯(lián)箱與末級(jí)高溫過(guò)熱器進(jìn)口聯(lián)箱之間布置左右交叉連接管，更可以減少過(guò)熱器左右兩側(cè)的熱偏差。在分隔屏進(jìn)口和末級(jí)高溫過(guò)熱器進(jìn)口管道上布置有兩級(jí)噴水減溫器，用于調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽溫度。布置在分隔屏進(jìn)口的第一級(jí)

19、減溫器還有控制進(jìn)入分隔屏的蒸汽溫度，防止分隔屏和后屏出口管壁超溫的作用。有的鍋爐，如型燃煤自然循環(huán)鍋爐，為更有效防止后屏局部超溫，在后屏入口處又加一級(jí)噴水減溫器，共設(shè)置三級(jí)減溫器。2.2 過(guò)熱器系統(tǒng)概述2.2.1 過(guò)熱器的作用蒸汽過(guò)熱器是鍋爐的重要組成局部,是電廠鍋爐的一個(gè)重要受熱面,它的功用是：(1) 將飽和蒸汽或低溫蒸汽加熱成為到達(dá)一定的合格溫度的過(guò)熱蒸汽。(2) 調(diào)節(jié)蒸汽溫度。當(dāng)鍋爐負(fù)荷、煤種等運(yùn)行工況變化時(shí)，進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持其出口溫度在額定值的-10+5范圍內(nèi)。 過(guò)熱器的特點(diǎn)(1) 由于過(guò)熱器的出口處工質(zhì)已到達(dá)其在鍋爐中的最高溫度，是鍋爐中金屬壁溫最高的受熱面，所以過(guò)熱器的許多局部，特別

20、是它的末端局部需要采用價(jià)格較高的合金鋼，甚至不銹鋼。由于鋼材的限制，現(xiàn)今絕大多數(shù)電站鍋爐的過(guò)熱蒸汽溫度被限制在540555的水平。個(gè)別燃料需從國(guó)外進(jìn)口的工業(yè)興旺國(guó)家，為提高循環(huán)效率,降低燃料消耗，而采用較好的合金鋼材，其大容量電站鍋爐的過(guò)熱蒸汽溫度已達(dá)568570。通常為降低鍋爐造價(jià)，盡量防止采用更高級(jí)別的合金鋼，設(shè)計(jì)時(shí)，幾乎使各級(jí)過(guò)熱器和再熱器金屬管子的工作溫度都接近極限溫度。在這種情況下，假設(shè)在超過(guò)其設(shè)計(jì)工作溫度1020下長(zhǎng)期運(yùn)行，會(huì)使其熱應(yīng)力下降50%左右。為此，在鍋爐運(yùn)行中應(yīng)保持汽溫穩(wěn)定，汽溫的波動(dòng)不應(yīng)超過(guò)額定溫度的-105的范圍。(2) 整個(gè)過(guò)熱器的阻力，即工質(zhì)壓降不能過(guò)大。因大局部

21、過(guò)熱器和再熱器都布置在較高煙溫區(qū)域，為了使得他們的管子得到較好的冷卻，就得使管內(nèi)工質(zhì)有較高的流速。工質(zhì)流速越高，阻力越大，工質(zhì)的壓降就會(huì)越大。對(duì)于過(guò)熱器，工質(zhì)的壓降越大，要求鍋爐汽包的工作壓力就越高，除給水泵的功率消耗越大外，汽包、水冷壁、下降管、導(dǎo)汽管等承壓部件壁厚也需增大，他們的材料和制作本錢就會(huì)提高。因此，一般要求整個(gè)過(guò)熱器內(nèi)工質(zhì)的壓降不超過(guò)其工作壓力的10%。(3) 過(guò)熱器管壁的冷卻條件較水冷壁和省煤器差。由于亞臨界以下參數(shù)的蒸汽密度較小，特別是再熱蒸汽密度更小，在相同條件下，管壁與蒸汽之間的放熱系數(shù)就小，蒸汽對(duì)管壁的冷卻能力就差。且過(guò)熱器與再熱器內(nèi)的工質(zhì)溫度又處在鍋爐中最高部位，因此

22、為使管壁金屬得到有效冷卻，防止燒管和爆管事故，必須使得管內(nèi)蒸汽具有較高的流速。但是較高的流速會(huì)產(chǎn)生較高的壓降。綜合考慮管壁冷卻和壓降的兩個(gè)因素，過(guò)熱器的工質(zhì)質(zhì)量流速分別采用：對(duì)流過(guò)熱器低溫級(jí)，；高溫級(jí)，；半輻射屏式過(guò)熱器，；輻射式過(guò)熱器，4。(3) 過(guò)熱器出口汽溫將隨鍋爐負(fù)荷的變化而變化。這是由于過(guò)熱器有相當(dāng)局部布置在水平煙道和尾部豎井煙道內(nèi)，傳熱以對(duì)流換熱方式為主，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，受熱面管外煙氣流速和管內(nèi)工質(zhì)流速都將發(fā)生變化，管內(nèi)外的對(duì)流放熱系數(shù)隨著改變，導(dǎo)致管內(nèi)蒸汽吸熱量改變。(4) 過(guò)熱器管間的煙氣流速受多種因素的影響。通常，在鍋爐額定負(fù)荷，布置在水平煙道時(shí)采用1014m/s煙氣流速，

23、燃油和燃?xì)鈺r(shí)可提高到20m/s。布置在尾部豎井煙道時(shí)，管內(nèi)煙速不宜超過(guò)9m/s。這是由于，當(dāng)管間煙氣流速太低時(shí)，傳熱性能較差，并由于沖刷能力降低，容易產(chǎn)生積灰，當(dāng)煙速低于3m/s時(shí)，將引起嚴(yán)重堵灰現(xiàn)象，一般要求在額定負(fù)荷時(shí)管間煙速不低于6m/s。較高的煙速可以提高傳熱系數(shù)，減少傳熱面積，但煙氣中所含飛灰對(duì)管子的磨損會(huì)加劇。水平煙道靠近爐膛出口，處在高煙溫區(qū)域，高溫飛灰具有一定的黏結(jié)性，易于在管壁上產(chǎn)生高溫?zé)Y(jié)性積灰，但飛灰由于高溫軟化，對(duì)管子的磨損能力比擬弱。結(jié)合積灰、磨損和傳熱三因素，可采用較高的煙氣流速，燃油和燃?xì)鈺r(shí)根本無(wú)飛灰，煙速可更高。在尾部豎井煙道中，煙溫已降至600700，飛灰已無(wú)

24、粘性，但灰粒變硬，對(duì)管壁的磨損能力增大，應(yīng)采用較低的煙氣流速。 過(guò)熱器的分類根據(jù)傳熱方式的不同，過(guò)熱器可分為對(duì)流式、輻射式、半輻射式、包覆過(guò)熱器四種形式。(1) 對(duì)流過(guò)熱器對(duì)流過(guò)熱器是指布置在對(duì)流煙道內(nèi)主要吸收煙氣對(duì)流放熱的過(guò)熱器。對(duì)流過(guò)熱器由蛇形管受熱面和進(jìn)、出口聯(lián)箱組成。蛇形管一般采用外徑為2858mm的無(wú)縫鋼管彎制而成。管壁厚度根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算確定，管材根據(jù)過(guò)熱器工作條件確定。根據(jù)煙氣與蒸汽的流動(dòng)方向，對(duì)流過(guò)熱器可分為逆流、順流、雙逆流及混合流四種布置方式如圖2-1所示。逆流布置的過(guò)熱器，蒸汽溫度高的一段處于煙氣高溫區(qū)，金屬壁溫高，但由于平均傳熱溫差大，所需受熱面較少，這種布置方式常用于過(guò)熱

25、器的低溫級(jí)。順流布置的過(guò)熱器，蒸汽溫度高的一片處于煙氣低溫區(qū)，金屬壁溫較低，平安性較好。但由于平均傳熱溫差小，所需受熱面較多，經(jīng)濟(jì)性差，順流布置方式多用于蒸汽溫度較高的最末級(jí)?；旌狭鞑贾玫倪^(guò)熱器，“冷段為逆流布置，“熱段為順流布置，“冷段具有較大的平均傳熱溫差，“熱段管壁溫度也不致過(guò)高。它廣泛用于中壓鍋爐，高壓和超高壓鍋爐過(guò)熱器的最后一級(jí)也常釆用這種布置方式。圖2-1 煙氣與蒸汽的流向(a順流；b逆流；c雙逆流； (d)混合流根據(jù)蛇形管的布置方式，對(duì)流過(guò)熱器可分為立式和臥式兩種。立式過(guò)熱器的蛇形管為垂直放置，它的支吊結(jié)構(gòu)比擬簡(jiǎn)單且管子不易積灰，蛇形管的上彎頭通過(guò)吊鉤吊掛在鍋爐的鋼架上，停爐時(shí)管

26、內(nèi)存水不易排出，立式過(guò)熱器通常布置在爐膛出口的水平煙道中。臥式過(guò)熱器的蛇形管為水平放置，停爐時(shí)管內(nèi)存水容易排出，但其支吊結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜且管子易積灰，通常用有工質(zhì)冷卻的受熱面管子作為其懸吊管，臥式過(guò)熱器通常布置在尾部豎井煙道中。根據(jù)鍋爐容量和必須保證的蒸汽流速，過(guò)熱器的蛇形管可布置成單管圈、雙管圈及多管圈形式。大容量鍋爐通常采用多管圈結(jié)構(gòu)。根據(jù)蛇形管的排列方式，對(duì)流過(guò)熱器可分為順列和錯(cuò)列兩種布置方式，在煙氣流速和管子排列特性等相同的條件下，錯(cuò)列布置受熱面的傳熱系數(shù)比順列布置大，但順列管的外表積灰比錯(cuò)列更易去除。國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)鍋爐在高溫水平煙道中采用立式順列布置的受熱面可防止結(jié)渣和減輕積灰程度)，而在

27、尾部豎井煙道中采用臥式錯(cuò)列布置的受熱面。受熱面順列布置時(shí)，相對(duì)橫向節(jié)距，相對(duì)縱向節(jié)距較小，當(dāng)過(guò)熱器的進(jìn)口煙氣溫度較高并接近1000以上時(shí)，為了防止結(jié)渣，常把過(guò)熱器管的前幾排拉稀，相對(duì)橫向節(jié)距，相對(duì)縱向節(jié)距。受熱面管內(nèi)工質(zhì)的流速與管子金屬的冷卻及工質(zhì)的壓降有關(guān)，管內(nèi)工質(zhì)的流速越高，管子的冷卻效果越好，但工質(zhì)的壓降也越大。過(guò)熱器系統(tǒng)允許的壓降不應(yīng)超過(guò)過(guò)熱器工作壓力的8%10%。建議低溫級(jí)的質(zhì)量流速，高溫級(jí)的質(zhì)量流速。按照蒸汽吸熱過(guò)熱的順序，鍋爐過(guò)熱器的布置一般也有四種型式：先對(duì)流后輻射、先輻射后對(duì)流、對(duì)流輻射對(duì)流和輻射對(duì)流輻射。具體見圖2-2所示。其中應(yīng)用最多的是先輻射后對(duì)流及對(duì)流輻射對(duì)流兩種。(

28、2) 輻射式過(guò)熱器輻射式過(guò)熱器是指布置在爐膛中直接吸收爐中輻射熱的過(guò)熱器。輻射式過(guò)熱器有多種布置方式，假設(shè)布置在爐膛壁面上，稱為墻式過(guò)熱器；假設(shè)水平布置在爐頂，稱為頂棚過(guò)熱器；假設(shè)懸掛在爐膛上部并靠近前墻，稱為前屏過(guò)熱器。輻射式過(guò)熱器不僅使?fàn)t膛有足夠的受熱面來(lái)冷卻煙氣，同時(shí)由于輻射式過(guò)熱器的溫度特性與對(duì)流式過(guò)熱器相反，還可改善鍋爐汽溫調(diào)節(jié)特性。國(guó)內(nèi)大容量自然循環(huán)鍋爐為了確保平安可靠運(yùn)行，通常采取頂棚過(guò)熱器，有時(shí)還采用前屏過(guò)熱器，未采用墻式過(guò)熱器。由于爐內(nèi)熱負(fù)荷很高，輻射式過(guò)熱器的工作條件惡劣。為了改善工作條件，輻射式過(guò)熱器通常作為低溫級(jí)受熱面，布置在遠(yuǎn)離火焰中心、熱負(fù)荷稍低的爐膛上部，而且管內(nèi)

29、采用較高的蒸汽質(zhì)量流速，通常。(3) 半輻射式過(guò)熱器半輻射式過(guò)熱器是指布置在爐膛上部或出口處，既吸收煙氣的對(duì)流熱又直接吸收爐內(nèi)的輻射熱的過(guò)熱器。由于它像屏風(fēng)一樣把爐膛上部隔成假設(shè)干個(gè)空間，通常又稱為屏式過(guò)熱器。屏式過(guò)熱器由許多管子緊密排列的管屏組成，管屏通常懸掛在爐頂構(gòu)架上，可以自由向下膨脹，為了增強(qiáng)屏的剛性，相鄰兩屏用連接管連接，在屏的下部用中間的管子把其余的管子包扎起來(lái)。管屏中并列管子的限數(shù)大約為1530根，管子外徑為3258mm，屏間節(jié)距為，相對(duì)縱向節(jié)距。屏式過(guò)熱器熱負(fù)荷高，為了提高受熱面工作的平安性，屏式過(guò)熱器通常用作低溫級(jí)過(guò)熱器，并且管內(nèi)蒸汽的流速應(yīng)比同樣壓力的對(duì)流過(guò)熱器高，通常質(zhì)量

30、流速。煙氣在屏與屏之間的空間流過(guò)，煙氣流速通常為6m/s左右。屏式過(guò)熱器通常分為立式布置和臥式布置兩類。對(duì)具有前屏過(guò)熱器的鍋爐，常將屏式過(guò)熱器稱為后屏過(guò)熱器。屏式過(guò)熱器以輻射為主，與對(duì)流過(guò)熱器聯(lián)合使用，可改善汽溫變化特性。圖2-2 過(guò)熱器的幾種根本布置型式應(yīng)(4) 包覆過(guò)熱器大型鍋爐為了采用全懸吊結(jié)構(gòu)和敷管式爐墻，在水平煙道、轉(zhuǎn)向室、尾部煙道內(nèi)壁布置了過(guò)熱器管，此種過(guò)熱器稱為包覆過(guò)熱器。包覆過(guò)熱器懸吊在鍋爐頂梁上，爐墻敷設(shè)在管子上，可簡(jiǎn)化爐墻結(jié)構(gòu)。包覆過(guò)熱器的傳熱效果差，吸熱量小，通常作為鍋爐的附加受熱面。包覆管可采用光管結(jié)構(gòu)，相對(duì)節(jié)距,為了保證對(duì)流煙道的嚴(yán)密性也可采用膜式結(jié)構(gòu)，相對(duì)節(jié)距。包覆

31、過(guò)熱器的管徑與對(duì)流過(guò)熱器的相同，國(guó)產(chǎn)的超高壓、亞臨界壓力鍋爐及局部高壓鍋爐都裝有包覆過(guò)熱器。圖2-3 200MW機(jī)組過(guò)熱器系統(tǒng)圖1-汽包；2-前屏過(guò)熱器；3-后屏過(guò)熱器；4-頂棚過(guò)熱器；5-側(cè)墻包覆過(guò)熱器；6-后墻包覆過(guò)熱器；7-低溫對(duì)流過(guò)熱器；8-第一級(jí)減溫器；9-第二級(jí)減溫器；10-高溫對(duì)流過(guò)熱器 過(guò)熱器的汽溫特性所謂汽溫特性，是過(guò)熱器出口蒸汽溫度與鍋爐負(fù)荷之間的關(guān)系。輻射式過(guò)熱器只吸收爐內(nèi)的直接輻射熱。隨著鍋爐負(fù)荷的增加，輻射過(guò)熱器中工質(zhì)的流量和鍋爐的燃料耗量按比例增大，但爐內(nèi)輻射熱并不按比例增加，因?yàn)闋t內(nèi)火焰溫度的升高不太多。也就是說(shuō)，隨鍋爐負(fù)荷的增加，爐內(nèi)輻射熱的份額相對(duì)下降，輻射式

32、過(guò)熱器中蒸汽的焓增減少，出口蒸汽溫度下降，如圖2-4中曲線1所示。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增大時(shí)，將有較多的熱量隨煙氣離開爐膛，被對(duì)流過(guò)熱器等受熱面所吸收，對(duì)流過(guò)熱器中的煙速和煙溫提高，過(guò)熱器中工質(zhì)的焓增隨之增大。因此，對(duì)流式過(guò)熱器的出口汽溫是隨鍋爐負(fù)荷的提高而增加的。過(guò)熱器布置遠(yuǎn)離爐膛出口時(shí)，汽溫隨鍋爐負(fù)荷的提高而增加的趨勢(shì)更加明顯，如圖2-4中曲線2、3所示，對(duì)流式過(guò)熱器的出口汽溫是隨著負(fù)荷的增加而增大的。過(guò)熱器離爐膛出口越遠(yuǎn)，過(guò)熱器進(jìn)口煙溫降低，煙氣對(duì)過(guò)熱器的輻射換熱份額減少，汽溫隨負(fù)荷增加而上升的趨勢(shì)更明顯，這就是圖中曲線3的斜率大于曲線2的原因。可以預(yù)期，屏式過(guò)熱器的汽溫特性將稍微平穩(wěn)一些，因?yàn)樗?/p>

33、以爐內(nèi)輻射和煙氣對(duì)流兩種方式吸收熱量。不過(guò)它的汽溫特性有可能是在高負(fù)荷時(shí)對(duì)流傳熱占優(yōu)勢(shì)而低負(fù)荷時(shí)那么輻射傳熱占優(yōu)勢(shì)。高壓和超高壓鍋爐的過(guò)熱器，雖然有輻射、半輻射和對(duì)流三種吸熱方式，但份額畢竟不大，整個(gè)過(guò)熱器的汽溫特性仍是對(duì)流式的，即負(fù)荷降低時(shí)，出口汽溫將下降。圖2-4 過(guò)熱器的汽溫特性1-輻射式過(guò)熱器； 2-對(duì)流過(guò)熱器2.4 過(guò)熱器的熱偏差2.4.1 什么是熱偏差鍋爐受熱面管子長(zhǎng)期平安工作的首要條件是必須保證它的金屬工作溫度不超過(guò)該金屬的最高允許溫度。過(guò)熱器和再熱器管段金屬壁面平均溫度可用下式進(jìn)行計(jì)算： (2-1)式中：為管段內(nèi)工質(zhì)溫度，為考慮管間工質(zhì)溫度偏離平均值的偏差，為管段外徑與內(nèi)徑之比

34、，為考慮管子周界方向的熱傳遞系數(shù)，為在熱負(fù)荷最大的管子上熱流密度的最大值，為工質(zhì)放熱系數(shù)，為管壁厚度，為管段金屬的導(dǎo)熱系數(shù)。由上式可見，管內(nèi)工質(zhì)溫度和受熱面的熱負(fù)荷越高，管壁溫度就越高；而放熱系數(shù)提高可使金屬壁溫降低。放熱系數(shù)的大小與管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速有關(guān)，提高蒸汽的質(zhì)量流速可以加強(qiáng)對(duì)管壁的冷卻作用，使壁溫降低，但將增大壓力損失。由于過(guò)熱器和再熱器中工質(zhì)的溫度最高，同時(shí)受熱面的熱負(fù)荷也相當(dāng)高，而蒸汽的放熱系數(shù)卻較小，故過(guò)熱器(或再熱器)是鍋爐各受熱面中金屬工作溫度最高、工作條件最差的受熱面。其管壁溫度已接近管子鋼材的最高允許溫度。因此，必須防止個(gè)別管子由于設(shè)計(jì)不良或運(yùn)行不當(dāng)超溫?fù)p壞。過(guò)熱器是由

35、許多并列管子組成的管組。管組中各根管子的結(jié)構(gòu)尺寸、內(nèi)部阻力系數(shù)和熱負(fù)荷可能各不相同。因此每根管子中的蒸汽焓增也就不同，工質(zhì)溫度亦不同。這種現(xiàn)象叫做過(guò)熱器的熱偏差，焓增大管組平均值的那些管子叫偏差管。過(guò)熱器管組熱偏差的程度可用熱偏差系數(shù)表示，即 式中：為偏差管焓增，為管組平均焓增，、分別為偏差管管外壁熱負(fù)荷，受熱面積及工質(zhì)流量；、分別為管組管外壁平均熱負(fù)荷，受熱面積及工質(zhì)流量，于是 (2-2) 式中：為吸熱不均勻系數(shù)，為結(jié)構(gòu)不均勻系數(shù)，為流量不均勻系數(shù)5。顯然，熱偏差系數(shù)越大，管組的熱偏差越嚴(yán)重。偏差管段內(nèi)工質(zhì)溫度與管組工質(zhì)溫度平均值的偏差越大。該管段金屬管壁平均溫度就越高，因此，必須使過(guò)熱器再

36、熱器管組中最大的熱偏差系數(shù)小于最大允許值時(shí)的熱偏差。即管壁金屬溫度到達(dá)最高允許值的熱偏差，否那么，將會(huì)使管子因過(guò)熱而損壞。隨著電站鍋爐容量的增大及蒸汽參數(shù)的提高，在鍋爐中越來(lái)越多地采用屏式過(guò)熱器，同時(shí)由于鍋爐相對(duì)寬度的減小，對(duì)流過(guò)熱器每片蛇形管束所采用的管圈數(shù)也相應(yīng)增多?？梢姡瑢?duì)于整個(gè)管組，不僅存在屏(片)間熱偏差，且同時(shí)還存在同屏(片)熱偏差。由于屏式過(guò)熱器位于爐膛內(nèi)或爐膛出口處的高溫區(qū)，受熱面的熱負(fù)荷很高，如屏間和同屏熱偏差過(guò)大，必將導(dǎo)致局部管子發(fā)生過(guò)熱損壞。根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，同屏熱偏差是影響屏可靠工作的最主要因素，必須予以足夠的重視。由于過(guò)熱器并列工作的管子之間受熱面積差異不大，產(chǎn)生

37、熱偏差的根本原因主要是煙氣側(cè)的吸熱不均和蒸汽側(cè)的流量不均。顯然，對(duì)于過(guò)熱器來(lái)說(shuō)，最危險(xiǎn)的將是熱負(fù)荷較大而蒸汽流量較小，因而其汽溫又較高的那些管子。 熱偏差的引起原因(1) 煙氣側(cè)熱力不均(吸熱不均)過(guò)熱器管組的各并列管是沿著爐膛寬度方向均勻布置的，因此，鍋爐爐膛中沿寬度方向煙氣的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的分布不均勻，是造成過(guò)熱器并列管組熱力不均勻的主要原因。而這些原因的產(chǎn)生可能是由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引起的，也可能是由于運(yùn)行工況的改變引起的。由于爐膛四壁布有水冷壁，因此靠近爐壁的煙氣溫度遠(yuǎn)比火焰中心溫度低。流速亦較小，爐膛中四面爐壁的熱負(fù)荷各不相同，對(duì)于某一壁面，沿其寬度和高度的熱負(fù)荷差異也較大。同時(shí)，當(dāng)燃燒工況

38、組織不良，火焰中心偏斜，燃燒器負(fù)荷不一致。爐膛局部水冷壁嚴(yán)重結(jié)渣，爐膛上部或過(guò)熱器局部地區(qū)發(fā)生煤粉再燃燒時(shí)，均會(huì)造成爐內(nèi)煙氣溫度不均。并將不同程度地在對(duì)流煙道中延續(xù)下去，從而引起過(guò)熱器的吸熱不均。由于設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)行等因素造成的過(guò)熱器管子節(jié)距不同，使個(gè)別管排之間有較大的煙氣流通截面，形成煙氣走廊。該處由于煙氣流通阻力較小，煙速加快，對(duì)流傳熱增強(qiáng)。同時(shí)，由于煙氣走廊具有較厚的輻射層厚度，又使輻射吸熱增加，而其他局部管子吸熱相對(duì)減少，造成熱力不均。此外，受熱面污染亦會(huì)造成并列工作管子吸熱的嚴(yán)重不均。顯然，結(jié)渣和積灰較多的管子吸熱減少，對(duì)流煙道局部堵灰結(jié)渣時(shí)，其余截面因煙速增大，因而吸熱增加。還應(yīng)指

39、出的是，吸熱多的管子由于蒸汽溫度高、比容大、流動(dòng)阻力增加，使工質(zhì)流量減少，更加大了熱偏差。(2) 工質(zhì)側(cè)水力不均勻(流量不均)在并列工作的過(guò)熱器蛇形管中，流經(jīng)每根管子的蒸汽流量主要取決于該管子的流動(dòng)阻力系數(shù)、管子進(jìn)出口之間的壓力差以及管中蒸汽的比容。并列蛇形管一般均與進(jìn)、出口集箱相連接，稱之為分配集箱和聚集集箱，所以各管進(jìn)、出口之間的壓差與沿集箱長(zhǎng)度的壓力分布特性有關(guān)，而后者取決于過(guò)熱器連接方式。下面以過(guò)熱器Z形連接方式為例加以說(shuō)明。蒸汽由分配集箱左端引入，并從聚集集箱右端導(dǎo)出。在分配集箱中，沿集箱長(zhǎng)度方向工質(zhì)流量因逐漸分配給蛇形管而不斷減少。在其右端，蒸汽流量下降到最小值。其動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閴?/p>

40、力能，即動(dòng)能沿集箱長(zhǎng)度方向逐漸降低而靜壓逐漸升高。與此相反，在聚集集箱中，靜壓沿集箱流動(dòng)方向那么逐漸降低。由此可知，在Z形連接管組中，管圈兩端的壓差有很大差異，因而在過(guò)熱器的并列蛇形管中導(dǎo)致了較大的流量不均。兩集箱左端的壓力差最小，故左端蛇形管中的工質(zhì)流量最小，右端集箱間的壓力差最大，故右端蛇形管中工質(zhì)流量最大，中間蛇形管中流量介乎兩者之間。在U形連接管組中，兩個(gè)集箱內(nèi)靜壓變化方向相同，因此各并列蛇形管兩端的壓差相差較小，使管組的流量不均得到改善。顯然，采用多管均勻引入和導(dǎo)出的連接方式可以更好地消除過(guò)熱器蛇形管間的流量不均，但是要增加集箱的并列開孔。由于鍋爐實(shí)際工作的復(fù)雜性，要完全消除熱偏差是

41、不可能的。特別是在近代大型鍋爐中，由于鍋爐尺寸很大，煙溫分布不易均勻，爐膛出口處煙溫偏差可達(dá)200300，而蒸汽在過(guò)熱器中的焓增又很大，致使個(gè)別管圈的汽溫偏差可達(dá)5070，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)100l50以上，但是也必須盡量減小熱偏差來(lái)保證過(guò)熱器和再過(guò)熱器的平安運(yùn)行。除了在鍋爐設(shè)計(jì)中應(yīng)使并聯(lián)各蛇形管的長(zhǎng)度、管徑、節(jié)距等幾何尺寸按照受熱的情況合理的分配，燃燒器的布置盡量均勻，在運(yùn)行操作中確保燃燒穩(wěn)定煙氣均勻并充滿爐膛空間，沿爐膛寬度方向煙氣的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)盡量均勻，控制左右側(cè)煙溫差不過(guò)大，根據(jù)受熱面的污染情況，適時(shí)投入吹灰器減少積灰和結(jié)渣外，目前減少熱偏差的主要方法有以下幾種：沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向，將過(guò)熱器受熱

42、面分成假設(shè)干級(jí)，級(jí)間有集箱使蒸汽充分混合。對(duì)某一級(jí)來(lái)說(shuō)把受熱不同的管子引入同一集箱，再進(jìn)入另一集箱，蒸汽在經(jīng)過(guò)引出管時(shí)(或在集箱內(nèi))就會(huì)混合起來(lái)，并消除前面產(chǎn)生的熱偏差，使各級(jí)的熱偏差不會(huì)迭加及累積。分級(jí)以后，由于每一級(jí)中工質(zhì)的平均焓增減小，從而使焓增偏差的絕對(duì)值減小，并列蛇形管中的熱偏差相應(yīng)減小。顯然，級(jí)分的越多，熱偏差就越小。一般參數(shù)越高的鍋爐過(guò)熱器的級(jí)數(shù)越多。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將過(guò)熱器分級(jí)后，每一級(jí)中工質(zhì)的焓增量一般不超過(guò)250400kJ/kg，那么可使熱偏差減小到允許范圍。在蒸汽過(guò)熱過(guò)程中，隨著蒸汽溫度增加，其比熱容不斷下降，因而在最末級(jí)過(guò)熱器中，蒸汽比熱容最小，使得在同樣熱偏差的條件下，其溫

43、度偏差最大。同時(shí)，考慮到末級(jí)過(guò)熱器中蒸汽溫度又最高，工作條件最差，因而末級(jí)過(guò)熱器的焓增更要小些，一般不超過(guò)125200kJ/kg。這樣，對(duì)減小末級(jí)過(guò)熱器汽溫調(diào)節(jié)的遲滯性也有好處。再熱蒸汽由于壓力低，比熱容更小，故各級(jí)再熱器焓增亦不宜過(guò)大。尤其是布置在爐膛和靠近爐膛高熱負(fù)荷區(qū)的再熱器或高溫對(duì)流再熱器，否那么將產(chǎn)生比過(guò)熱器更大的汽溫偏差。其次，為了減輕因中間煙溫高、流速快，兩側(cè)煙溫低、流速慢所造成的過(guò)熱器熱偏差，通常沿?zé)煹缹挾确较蜻M(jìn)行分級(jí)，即將受熱面布置成并聯(lián)混流方式。 減少熱偏差的措施亞臨界參數(shù)200MW機(jī)組鍋爐過(guò)熱器、再熱器減少熱偏差的主要措施有：(1) 沿著煙氣流動(dòng)方向?qū)⒄麄€(gè)過(guò)熱器及再熱器分

44、級(jí)。過(guò)熱器根據(jù)吸熱及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分成頂棚及包覆管過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、分隔屏過(guò)熱器、后屏及高溫過(guò)熱器；再熱器那么分為墻式再熱器、屏式再熱器及末級(jí)再熱器三級(jí)或高溫及低溫再熱器二級(jí)。級(jí)間有集箱使蒸汽充分混合，并采用蒸汽的交叉流動(dòng)。(2) 采用各種定距裝置。鍋爐最大限度地采用了蒸汽冷卻定位管，各種型式的夾緊管及其他定距裝置。用以保證屏間的橫向節(jié)距及管間的縱向節(jié)距。并防止在運(yùn)行中的擺動(dòng)。可有效地消除管、屏間的“煙氣走廊，減少熱力不均現(xiàn)象。此外，由于沿爐膛寬度方向煙氣溫度的分布不均勻，中間溫度高而兩側(cè)溫度低，故位于爐膛中間的屏輻射吸熱量較大，而且由于傳熱溫壓大，對(duì)流吸熱量也較大。故屏間熱偏差較高。為改善各屏受

45、熱面之間的吸熱不均，有的鍋爐屏式受熱而采用了沿爐膛寬度方向的不等距布置。如1160t/h拔伯葛自然循環(huán)鍋爐前屏過(guò)熱器的橫向節(jié)距mm，末級(jí)屏式過(guò)熱器的橫向節(jié)距mm。(3) 采用合理的蒸汽引入和引出方式。末級(jí)對(duì)流過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器的進(jìn)、出口集箱多采用中間進(jìn)汽的連接方式，可改善管間的流量不均。分隔屏過(guò)熱器的連接方式使最長(zhǎng)的和熱負(fù)荷最強(qiáng)的管中具有最大的靜壓差。同時(shí)將每片分隔屏分成6小片管屏。從而可使鍋爐的高溫過(guò)熱器出口流量不均勻性小于6，低溫過(guò)熱器出口流量不均勻性小于12。(4) 采用不同的管徑和不同壁厚的蛇形管管圈。根據(jù)管圈所處的熱負(fù)荷來(lái)選擇管徑，取得與熱負(fù)荷相適應(yīng)的蒸汽流量。以分隔屏為例，由于外煙

46、所處熱負(fù)荷高，而且管圈又長(zhǎng)，故采用薄壁(內(nèi)徑大)的管圈，且采用比其他管圈大的外徑，這樣使外管煙中的流量增大。對(duì)于內(nèi)側(cè)管圈，由于熱負(fù)荷小、管圈短，采用厚壁(內(nèi)徑小)的管圈，使流量小一些。其中最內(nèi)側(cè)的一根管圈，因?yàn)橐蛲饫@，會(huì)受到輻射熱，那么用了薄壁使其流量大一些。(5) 采用燃燒器四角布置及多層燃燒器結(jié)構(gòu)。燃燒器四角布置的爐內(nèi)火焰充滿度較好、爐膛溫度場(chǎng)分布比擬均勻。采用多層燃燒器噴嘴的均等配風(fēng)方式，可使?fàn)t膛內(nèi)燃燒穩(wěn)定、火焰減少偏斜。(6) 設(shè)計(jì)合理的折餡角。屏式過(guò)熱器是個(gè)輻射式過(guò)熱器，它既受到爐膛火焰的輻射熱，而且也與煙氣進(jìn)行對(duì)流換熱。而對(duì)流換熱量的大小與煙氣流動(dòng)均勻性及煙氣混合良好與否有關(guān)。C

47、、E型鍋爐的折焰角是通過(guò)模擬試驗(yàn)確定的，設(shè)計(jì)比擬合理，能使煙氣均勻地沖刷屏式過(guò)熱器，從而減少了煙道左右、上下的流動(dòng)偏差，亦有利于減少高溫對(duì)流過(guò)熱器的熱偏差。第三章 過(guò)熱汽溫控制200MW機(jī)組的過(guò)熱蒸汽溫度控制采用兩級(jí)噴水減溫控制方式。過(guò)熱器設(shè)計(jì)成兩級(jí)噴水減溫方式，除可以有效減小過(guò)熱蒸汽溫度在根本擾動(dòng)下的延遲，改善過(guò)熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)外，第一級(jí)噴水減溫還具有防止屏式過(guò)熱器超溫，確保機(jī)組平安運(yùn)行的作用。3.1 影響汽溫變化的因素 煙氣側(cè)的主要影響因素(1) 燃料性質(zhì)變化。燃料性質(zhì)的變化主要是燃煤揮發(fā)份、水分、灰分和含碳量以及煤粉細(xì)度的改變。當(dāng)燃煤的揮發(fā)分降低，含碳量增加或煤粉較粗時(shí)，煤粉在爐內(nèi)燃

48、盡的時(shí)間增加，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，那么將使汽溫升高。燃煤中的水分和灰分增加時(shí)，燃煤的發(fā)熱量降低。為了保證鍋爐蒸發(fā)量，必須增加燃料消耗量。因?yàn)樗謸]發(fā)和灰分本身的提高均要吸收爐膛內(nèi)的熱量，故使?fàn)t膛內(nèi)溫度水平降低，爐內(nèi)輻射傳熱量減少，爐膛出口煙溫升高。同時(shí)水分的增加也使煙氣體積增大，煙氣流速增加。爐膛出口煙溫的升高和煙速的增加，使對(duì)流傳熱增加，也就使得對(duì)流過(guò)熱器的吸熱量增加，故汽溫升高。當(dāng)從燃煤改為燃油時(shí)，由于油的燃燒迅速，其火焰長(zhǎng)度比煤粉短，使火焰中心降低。同時(shí)由于油火焰的輻射強(qiáng)度比煤大，而使?fàn)t內(nèi)輻射傳熱增強(qiáng)，相應(yīng)爐膛出口煙溫降低，因而將使對(duì)流過(guò)熱器的汽溫降低，輻射過(guò)熱器的汽溫升高。

49、(2) 燃料量變化。送入爐內(nèi)的燃料量取決于鍋爐負(fù)荷，負(fù)荷發(fā)生變化，燃料量必須相應(yīng)地變動(dòng)。燃料量變動(dòng)，爐膛出口煙溫就會(huì)發(fā)生變動(dòng)，煙氣流速也會(huì)發(fā)生變化。這樣就必然引起爐內(nèi)傳熱量的改變，從而引起過(guò)熱器內(nèi)工質(zhì)吸熱量的改變，使過(guò)熱蒸汽溫度發(fā)生變動(dòng)。(3) 風(fēng)量調(diào)節(jié)變化。當(dāng)送風(fēng)量或漏風(fēng)量增加而使?fàn)t內(nèi)過(guò)?？諝饬吭黾訒r(shí)，由于低溫空氣的吸熱，將使?fàn)t膛溫度降低，輻射傳熱減弱，爐膛出口煙溫升高。同時(shí)過(guò)?？諝饬康脑黾訉⑹沽鹘?jīng)對(duì)流過(guò)熱器的煙氣量增多，煙氣流速增大，使對(duì)流傳熱增強(qiáng)，從而引起對(duì)流過(guò)熱器的汽溫升高和輻射過(guò)熱器的汽溫降低。假設(shè)風(fēng)量缺乏，燃燒不好，在煙道發(fā)生再燃燒時(shí)，也會(huì)引起對(duì)流過(guò)熱器的汽溫升高。在總風(fēng)量不變的情

50、況下，由于配風(fēng)工況不同，造成爐內(nèi)火焰中心位置的變化，也會(huì)引起汽溫的變化。例如對(duì)于四角布置切圓燃燒方式的噴燃器，當(dāng)使其上面的二次風(fēng)加大而下面的二次風(fēng)減小時(shí)，將使火焰中心壓低，于是爐膛出口煙溫降低，從而使對(duì)流過(guò)熱器的汽溫降低。當(dāng)引風(fēng)和配風(fēng)配合不當(dāng)，例如引風(fēng)量過(guò)大，爐膛負(fù)壓值太大，使火焰中心溫度提高，那么過(guò)熱汽溫會(huì)隨之不正常的升高。(4) 噴燃器運(yùn)行方式變化。噴燃器運(yùn)行方式改變時(shí)，將引起燃燒室火焰中心位置的改變，因而可能引起汽溫變化。例如，噴燃器從上排切換至下排時(shí)，汽溫可能會(huì)降低。(5) 給水溫度變化。給水溫度的變化對(duì)汽溫有很大的影響。當(dāng)給水溫度變化時(shí)，工質(zhì)在鍋爐中的焓增也發(fā)生變化，為了維持鍋爐蒸發(fā)

51、量不變，燃料量勢(shì)必相應(yīng)的改變，以適應(yīng)加熱給水所需熱量的變化，由此將造成流經(jīng)對(duì)流過(guò)熱器的煙氣流速和煙氣溫度發(fā)生變化，因而引起汽溫變化。例如，當(dāng)給水溫度降低時(shí)，加熱給水所需的熱量增多，燃料量必然要加大。但這時(shí)蒸發(fā)量未變，即由飽和蒸汽加熱到額定溫度的過(guò)熱蒸汽所需的熱量未變，因而燃料量加大的結(jié)果必然造成過(guò)熱器煙氣側(cè)的傳熱量大于蒸汽側(cè)的需熱量，這就必然引起過(guò)熱汽溫的升高。(6) 受熱面的清潔程度。當(dāng)過(guò)熱器受熱面本身結(jié)渣，嚴(yán)重積灰或管內(nèi)結(jié)鹽垢時(shí)，將使汽溫降低。水冷壁或凝渣管管外積灰，結(jié)渣或管內(nèi)結(jié)垢將引起汽溫升高。因?yàn)闊o(wú)論是灰、渣或水垢都會(huì)阻礙傳熱，使水冷壁或結(jié)渣管的吸熱量減少，而使過(guò)熱器進(jìn)口的煙溫升高，因

52、而引起汽溫升高。過(guò)熱器管內(nèi)結(jié)垢不但會(huì)影響汽溫，而且可能造成管壁過(guò)熱損壞。假設(shè)過(guò)熱器積灰，結(jié)渣不均時(shí)，有的地方流過(guò)的煙氣量多，這局部汽溫就高6。 蒸汽側(cè)的主要影響因素(1) 鍋爐負(fù)荷的變化。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，過(guò)熱汽溫也會(huì)隨之而變化。對(duì)于不同形式的過(guò)熱器，其汽溫隨負(fù)荷變化的特性也不同。輻射過(guò)熱器的汽溫變化特性是負(fù)荷增加時(shí)汽溫降低，負(fù)荷減小時(shí)汽溫升高。而對(duì)流過(guò)熱器的汽溫變化特性是負(fù)荷增加時(shí)汽溫升高，負(fù)荷減小時(shí)汽溫降低。兩者的汽溫變化特性恰好相反。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，必須增加燃料量和風(fēng)量以強(qiáng)化燃燒，這時(shí)爐膛溫度有所提高，輻射傳熱量也將增加。但是由于爐膛溫度提高的不多，使輻射傳熱量的增加趕不上蒸發(fā)量的增加

53、，因此輻射傳熱的比例反而下降，即輻射傳熱量當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)是相對(duì)減少的，使?fàn)t膛出口煙溫升高。輻射過(guò)熱器的汽溫是隨鍋爐負(fù)荷的增加而降低的。在對(duì)流過(guò)熱器中，隨著鍋爐負(fù)荷的增加，由于燃料消耗量增大，使流經(jīng)對(duì)流過(guò)熱器的煙氣流速增加，使對(duì)流放熱系數(shù)增大。另外由于爐膛出口煙溫升高，即進(jìn)入對(duì)流過(guò)熱器的煙溫升高，使傳熱溫差增大，因而使對(duì)流過(guò)熱器吸熱量的增加值超過(guò)由于流過(guò)過(guò)熱器的蒸汽流量的增加所引起的熱量的增加值，使對(duì)流傳熱的比例也增加。所以，對(duì)流過(guò)熱器的汽溫是隨著鍋爐負(fù)荷的增加而升高的。半輻射過(guò)熱器的汽溫隨鍋爐負(fù)荷的變化而比擬平穩(wěn)的變化。上述汽溫隨鍋爐負(fù)荷變化的特性是指變化前后的兩個(gè)穩(wěn)定工況。而對(duì)于從一個(gè)工況向另

54、一個(gè)工況變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，汽溫的變化情況與上述情況不盡相同。例如，當(dāng)負(fù)荷突然增加，而燃燒工況還未來(lái)的及改變，汽壓未恢復(fù)以前，由于過(guò)熱器的加熱條件并未改變，而流經(jīng)過(guò)熱器的蒸汽流量卻增加了，因此，這時(shí)的汽溫總是降低的。只有經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，當(dāng)燃料量增加到達(dá)新的平衡時(shí)，汽溫才逐漸恢復(fù)。(2) 飽和蒸汽濕度變化。從汽包出來(lái)的飽和蒸汽總含有少量水分。在正常情況下，進(jìn)入過(guò)熱器的飽和蒸汽濕度一般變化很小，飽和蒸汽的溫度保持不變。但是在不穩(wěn)定工況或不正常運(yùn)行條件下，例如當(dāng)鍋爐負(fù)荷突增，汽包水位過(guò)高以及爐水含鹽濃度太大而發(fā)生汽水共騰時(shí)，將會(huì)使飽和蒸汽的濕度大大增加。由于增加的水分在過(guò)熱器中汽化要多吸收熱量，在燃燒

55、工況不變的情況下，用于使飽和蒸汽過(guò)熱的熱量相應(yīng)減少，因而將引起過(guò)熱蒸汽溫度下降。如果飽和蒸汽大量帶水，那么將造成過(guò)熱汽溫急劇下降。(3) 減溫水變化。減溫器中減溫水溫度和流量變化時(shí)，將引起過(guò)熱器蒸汽側(cè)總吸熱量的變化，汽溫就會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)用給水作為減溫水，在給水系統(tǒng)壓力增大時(shí)，雖然減溫水調(diào)節(jié)閥門的開度未變，但這時(shí)減溫水量增加了，使過(guò)熱器蒸汽被吸走的熱量增加，因而將引起汽溫下降。此外，當(dāng)減溫器發(fā)生泄漏時(shí)，也會(huì)引起汽溫下降。(4) 給水溫度變化。當(dāng)給水溫度降低時(shí)，給水欠焓增加。為保證鍋爐蒸發(fā)量不變，就需要投入更多的燃料量，煙氣熱容量增加，對(duì)流換熱加強(qiáng)，導(dǎo)致汽溫升高。在電廠運(yùn)行中，如果高壓加熱器出現(xiàn)故

56、障不能投入時(shí)，就會(huì)造成給水溫度顯著下降。 過(guò)熱汽溫被控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性(1) 煙氣側(cè)熱量擾動(dòng)煙氣傳熱量擾動(dòng)引起的原因很多，如給粉機(jī)給粉不均勻，煤中水分的改變，蒸發(fā)受熱面結(jié)渣，過(guò)剩空氣系數(shù)改變，汽包給水溫度變化，燃燒火焰中心位置的改變等。即煙氣流速和煙氣溫度的擾動(dòng)，在這種擾動(dòng)下煙氣與蒸汽之間換熱條件發(fā)生了變化，由于這個(gè)變化是在全部過(guò)熱器中同時(shí)發(fā)生的，因此過(guò)熱器吸收熱量的改變應(yīng)該沒有傳遞滯后，當(dāng)燃料或空氣量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，傳遞滯后很小，這個(gè)傳遞滯后主要決定于從擾動(dòng)發(fā)生到過(guò)熱器周圍煙道中煙氣量或煙氣溫度發(fā)生變化所需要的時(shí)間。因此，煙氣側(cè)熱量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性要比減溫水?dāng)_動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性好的多。盡管引起煙氣傳

57、熱量擾動(dòng)的原因很多，但對(duì)象特征總的特點(diǎn)是：有延遲、有慣性、有自平衡能力。它的特征曲線如圖3-1所示。圖3-1 煙氣流量變化對(duì)過(guò)熱汽溫的影響 由于從煙氣側(cè)來(lái)的擾動(dòng)量使沿整個(gè)長(zhǎng)度過(guò)熱器的傳熱量發(fā)生變化，所以汽溫變化反映較快，延遲時(shí)間只是1020s。(2) 蒸汽流量擾動(dòng)蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，過(guò)熱器出口蒸汽溫度變化的動(dòng)態(tài)特性與煙氣側(cè)熱量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性是相似的，有較小的時(shí)間常數(shù)。綜合上述可歸納出以下幾點(diǎn)：過(guò)熱器出口蒸汽溫度對(duì)象不管在哪一種擾動(dòng)下都有自平衡能力。而且改變一個(gè)輸入?yún)?shù)，其他的輸入?yún)?shù)都可能直接或間接的影響過(guò)熱器出口蒸汽溫度，這使得控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)過(guò)程十分復(fù)雜。在減溫水流量擾動(dòng)下，過(guò)熱器出口蒸汽溫度

58、對(duì)象具有較大的傳遞滯后，縮短減溫器與蒸汽溫度控制之間的距離，可以改善其動(dòng)態(tài)特性。在煙氣側(cè)熱量和蒸汽流量擾動(dòng)下，蒸汽溫度控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性比擬好，動(dòng)態(tài)曲線如圖3-2所示。引起蒸汽流量擾動(dòng)的原因有兩個(gè)，一是蒸汽母管的壓力變化，二是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門的開度變化。結(jié)構(gòu)形式不同的過(guò)熱器，在相同蒸汽流量的擾動(dòng)下，汽溫變化的靜特性是不同的。對(duì)于對(duì)流式過(guò)熱器的出口溫度，隨著蒸汽流量D的增加，通過(guò)過(guò)熱器的煙氣量也增加，此時(shí)汽溫升高；對(duì)于輻射式過(guò)熱器，蒸汽流量D增加時(shí)，爐膛溫度升高較少，爐膛輻射給過(guò)熱器受熱面的熱量比蒸汽流量的增加所需要的熱量要少，因此輻射式過(guò)熱器的出口汽溫反而會(huì)下降。對(duì)流式過(guò)熱器和輻射式過(guò)熱器的出口

59、汽溫對(duì)負(fù)荷變化的反響是相反的，其靜特性如圖3-3所示。實(shí)際生產(chǎn)中，通常把兩種過(guò)熱器結(jié)合使用，還增設(shè)屏式過(guò)熱器，且對(duì)流方式下吸收的熱量比輻射方式下吸收的熱量要多，因此綜合而言，過(guò)熱器出口汽溫是隨流量D的增加而升高的。圖3-3 蒸汽量變化對(duì)流過(guò)熱器與輻射 圖3-2 蒸汽量變化對(duì)過(guò)熱器汽溫的影響過(guò)熱器出口汽溫變化的靜特性 蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，沿過(guò)熱器長(zhǎng)度上各點(diǎn)的溫度幾乎是同時(shí)變化的，遲延時(shí)間較小，約有15s左右。蒸汽流量的擾動(dòng)是由用戶決定的，故不能將這種擾動(dòng)作為調(diào)節(jié)信號(hào)用。(3) 減溫水量擾動(dòng)常用的減溫方法有兩種：噴水式減溫和外表式減溫，前者的效果比后者好。噴水式減溫器一般裝在末級(jí)過(guò)熱器高溫段前面，一方

60、面保護(hù)過(guò)熱器高溫段，另一方面改善了調(diào)節(jié)性能。這種過(guò)熱器的安裝方法與在飽和惻的裝設(shè)外表式減溫器相比，延遲時(shí)間能減小1/4。應(yīng)用噴水控制蒸汽溫度是目前廣泛采用的一種方式。對(duì)于這種控制方式，噴水量擾動(dòng)是根本擾動(dòng)。過(guò)熱器是具有分布參數(shù)的對(duì)象，可以把管內(nèi)的蒸汽和金屬管壁看作是無(wú)窮多個(gè)單容對(duì)象串聯(lián)組成的對(duì)象。當(dāng)噴水量發(fā)生變化后，需要通過(guò)這些串聯(lián)單容對(duì)象，最終引起出口蒸汽溫度的變化。因此主蒸汽溫度的響應(yīng)有很大的遲延。減溫器離過(guò)熱器出口越遠(yuǎn)，延遲越大。減溫水量擾動(dòng)下的對(duì)象特征曲線見圖3-4。其特點(diǎn)是有延遲，有慣性和有自平衡能力。延遲時(shí)間約為3060s。減溫水量是經(jīng)常使用的調(diào)節(jié)量。 圖3-4 減溫水量變化對(duì)過(guò)熱