（工程热物理专业论文）大容量锅炉减温水量过大问题分析研究.pdf

叁窒壁塑竺堡塑查重塾叁塑望坌塑型塑 一l 摘要 警 t 6 8 5 o 锅炉减温水是调节锅炉汽温的重要手段，但使用减温水特别是再 热器喷水会导致锅炉经济性降低。本文就太窒量堡竖减温水量过人 | 、u j 题展丌研究，f 持助理沦分析和工程实际测试的方法，分析了影响 锅炉减温水用量的影响因素，探讨降低减温水量的方法，提出了解 决问题的具体方案。 俄们通过一系列运行分析试验掌握扬州第二发电厂( 以下简称扬 二厂) 拌2 炉的主要运行状况及存在的减温水偏大的运行难题。在此 基础上编制了热力计算程序对锅炉设计和运行参数进行校核，从理 论上分析出锅炉汽温偏高从而引起减温水量偏大的主要原因，指明 下一步试验研究的工作方向。 在进行扬二厂 f 2 炉和北仑港电厂撑2 炉对比分析的同时，也深入 研究了煤的结渣特性和燃烧特性、燃烧器调整等对减温水量的影响， 最后进行变煤种试验进一步论证研究结果。经过深入分析研究，扬 二厂撑2 炉减温水量过大的根本原因在于设计中对神木煤( 设计煤种) 结渣和燃烧特性认识不足，按基本无结渣煤进行锅炉设计。 针对扬二厂撑2 炉减温水量大的原因。我们进行了技改方案的设 计，提出了三个改造方案：1 、炉膛吹灰系统的改造；2 、锅炉尾部 受热面的调整：3 、配煤。其中方案l 已在扬二厂撑1 炉( 与扬二一 群2 炉存在同样问题) 实施，降低减温水量4 0 t h 左右，达到预期目 的。 本文的研究成果对同类问题( 包括减温水量特性、锅炉烟温和汽 温特性、锅炉积灰与结焦机理、锅炉燃烧特性) 的研究具有一一定的 参考价值0 一、一、 关键词：减温水量汽温结渣特性燃烧特性燃烧器调整 查窒里堡塑堡型查篁望叁塑望坌堑型窒 ! ! a b s t r a c t s p r a y i sa ni m p o r t a n tm e a n st oc o n t r o lt h es t e a mt e m p e r a t u r eo fb o i l e r , b u ti t i sn o te c o n o m i c a lt om a k eu s eo f s p r a y , e s p e c i a l l y r e h e a t e r s p r a y i nt h i sa r t i c l e ，t h e r e s e a r c ho fe x c e s s i v es p r a yf l o w si nh i g hc a p a c i t yb o i l e ri sw a g e d b ym e a n so f t h e o r ya n a l y s i sa n de n g i n e e r i n gp r a c t i c a lm e a s u r e m e n t ，t h ec a u s e st h a ta f f e c tt h e s p r a y f l o w sc a nb ea n a l y z e da n dt h em e t h o d sd e c r e a s i n gt h es p r a yc a nb ef o u n d e d a sa r e s u l t ，t h ei m p r o v i n gp r o j e c t sc a n b e p u tf o r w o r d w ea r ef a m i l i a rw i t ht h ep e r f o r m a n c ea sw e l la se x i s t i n go p e r a t i n gp r o b l e mo f n o 2b o i l e ri ny a n g z h o un o 2p o w e rp l a n tb yas e r i e so f o p e r a t i n gt e s t s o nt h e b a s i so ft h e s et e s t s ，t h e d e s i g n a n d o p e r a t i n gp a r a m e t e r s a r ec h e c k e dw i t h c o m p u t e r a i dp r o g r a md e v e l o p e db yo u r s e l v e s f r o mt h ea n a l y s i so fc a l c u l a t i n g r e s u l t s ，t h eu l t i m a t ec a u s e so fe x c e s s i v es p r a yc a u s e db yh i g hs t e a mt e m p e r a t u r e a r ef o u n d e dt h e o r e t i c a l l y , t h u sf u r t h e rr e s e a r c hc a nb em a d eo nt h i sp r o b l e m f o r f u r t h e rr e s e a r c hw ec o n d u c t e de x p e r i m e n t so nn o 2b o i l e ri ny a n g z h o un o 2 p o w e rp l a n t i no r d e rt of i n dt h em a i nf a c t o rt h a ta f f e c tt h ee x c e s s i v es p r a yf l o w s ，w e n o to n l ya n a l y z e dt h ep e r f o r m a n c eo fn o 2b o i l e ri ny a n g z h o un o 2p o w e r p l a n t c o m p a r i n gw i t ht h ep e r f o r m a n c eo fn o 2b o i l e ri nb e i l u n g a n gp o w e rp l a n t ，b u t a l s om a d ep r o f o u n dr e s e a r c ha b o u tt h es l a g g i n ga n da s hd e s p o s i t i n gp r o p e r t ya n d t h ec h a r a c t e r i s t i co fc o m b u s t i o ni n c l u d i n gr e s u l t sc a u s e db yb u r n e ra d j u s t m e n t f i n a l l y , t h er e s e a r c hr e s u l t sa r e t e s t i f i e db yt e s t sc o n d u c to n c h a n g i n g s o r t so fc o a l t h er e s u l td e r i v i n gf r o me i t h e rt h e o r ya n a l y s i so rt e s t si st h a tt h eu l t i m a t er e a s o n s t h a tc a u s ee x c e s s i v es p r a yf l o w si st h ei m p r o p e r d e s i g na c c o r d i n gt on o n - s l a g g i n g c o a lb e c a u s eo fl a c k i n g c o g n i t i o n o ft h e s l a g g i n ga n dc o m b u s t i o np r o p e r t yo f s h e n m u c o a l ( d e s i g nc o a l ) a f t e ra s c e r t a i n i n gt h ec a u s e so fe x c e s s i v es p r a y , w ed e s i g nt h r e ei m p r o v i n g p r o j e c t sf o rn o 2b o i l e ri ny a n g z h o u n o 2p o w e rp l a n t t h ef i r s ti st h a tt h es y s t e m o fs o o t b l o w e r si nf u m a n c ei s i m p r o v e d t h e n e x ti s a d j u s t i n g t h ea e r ao f h e a t a b s o r b i n gs u r f a c ei nb o t t o mb o i l e r f i n a l l y , t h em i x e dc o a li st h eb e s to n e ，b u t o fc o u r s em o r ed i 确c u r i e sa r em e t s i n c et h en o 1b o i l e re x i s t st h es a m e p r o b l e m a st h en o 2 t h ef i r s tp r o j e c th a sb e e nr e a l i z e di nn o 1b o i l e ra n dt h ee x p e c t e d 人容量锅炉减温水量过人问题分析研究h i g o a lt h a ts p r a y f l o w sd e c r e a s e4 0 t hi sa t t a i n e d t h er e s e a r c hr e s u l t sa r ev a l u a b l ef o rt h er e s e a r c ho ft h ep r o b l e m so ft h es a m e k i n di n c l u d i n gt h ep r o p e r t yo f a t t e m p e r a t i o n ，t h ec h a r a c t e r i s t i co f t h et e m p e r a t u r e o ff l u e g a s a n d s t e a m ，t h es l a g g i n g a n da s h d e p o s i t i n gp r i n c i p l e a n dt h e c h a r a c t e r i s t i co fc o m b u s t i o n k e y w o r d s ：s p r a y f l o w s c o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c s t e a m t e m p e r a t u r es l a g g i n gp r o p e r t y b u r n e r a d j u s t m e n t 查查曼塑笙堡塑查重型查塑璧坌堑型塑上 第一章绪论 1 大型机组发展概况 建国以来，我国电站锅炉经历了从无到有的发展过程，一直保 持较高的持续增长速度，同时伴随着锅炉技术的提高、完善和更新。 改革开放前，国产机组主要借鉴动力强国前苏联的成果，自力更q i 生产了1 0 0 0 t h 及以下各等级的锅炉。改革开放后，我国逐步引进 美国、日本、苏联、德国、法国等工业发达国家的3 0 0 m w - - 6 0 0 m w 大型机组，并且引进了部分有声望的西方制造商的3 0 0 m w 、6 0 0 m w 机组的锅炉制造的整套技术，使我国锅炉工业迈出了新的一步，上 了一个新的台阶。在消化和吸收引进技术的基础上，经过优化设计 的一批国产锅炉已逐步投产运行，锅炉热效率和机组利用率基本保 持在较高的水平。 我国锅炉设备的生产尽管在容量和参数发展上保持较高水平， 但是，从基础研究、产品开发、设计、制造、运行到整个技术管理 体系，和先进发达国家相比较，尚存在较大的差距。特别在6 0 0 m w 机组的锅炉生产上还不是很成熟，因此现在国内运行的6 0 0 m w 机 组的锅炉绝大部分为国外引进。 2 国内大容量锅炉运行现状 据统计，至l9 9 9 年止，我国6 0 0 m w 级( 包括5 0 0 m w ) 的火力 发电机组约有17 台投入运行，在今后几年还将有近1 0 台这种容量 的机组陆续投产。 就已投入运行的机组来看，目前还存在一些问题。 ( 1 1 锅炉结焦：由于电站锅炉的用煤难以定质供应，甚至在提供 锅炉设计煤种时因煤矿资源难以确定而采用“人造煤质”，以致使 锅炉的实际用煤与设计煤种不符合，从而在锅炉设计时无法考虑1 i 同运行煤种的结焦性，给运行带来较多的困难。目前运行的大容量 锅炉中有一部分或轻或重存在结焦现象，较严重的有北仑港拌l 炉， 曾凶大焦脱落导致锅炉严重损坏。 ( 2 ) 汽温偏高导致减温水量过大：由于锅炉用煤的变动和炉膛结 构和受热面设计不当，炉膛出口及各级烟温偏离设计参数的事例比 人容量锅炉减溢水量过人问题分析_ | | j f 究 比皆是，大多数呈超温现象，过热汽和再热汽大量喷水。 ( 3 ) 炉膛出口烟温偏差过大：由于设计原因和运行调整不当，常 发生炉膛出口烟温偏差大，特别对于四角切圆燃烧方式，烟温偏差 更为显著。 1 2锅炉汽温稳定的意义 在电力一l ：业的长期发展过程中，蒸汽参数不断提高，这提高， 电厂热力循环的效率。但是蒸汽温度的进一步提高受到必须采用价 格昂贵、抗热强度好的高温钢材，故目前绝大多数电站锅炉的过热 汽温和再热汽温在5 4 0 和5 5 5 的范围内。 机组运行，对过热蒸汽温度的要求十分严格。一般不允许偏离 额定汽温5 ，在很不利的条件下，负偏差有时也放宽到1 0 。 过热汽温和再热汽温偏离额定值过大时，会对锅炉和汽轮机的安全 和经济运行带来不良的影响。 过热汽温过高会影响过热器和汽机的安全，引起过热器、再热 器、蒸汽管道及汽轮机汽缸、阀门、转子部分金属强度降低，导致 设备寿命缩短，严重时甚至造成设备损坏事故。从以往锅炉受热面 爆管事故的统计情况来看，绝大多数的炉管爆漏是由于金属管壁严 重超温或长期过热造成的。因而汽温过高对设备的安全是一个很大 的威胁。 过热汽温过低时，则会使汽轮机最后几级叶片的蒸汽湿度增加， 严重时甚至可能发生水击，造成汽轮机叶片断裂损坏。此外，汽温 过低还造成汽轮机转子所受的轴向推力增大。凡此种种，均将严重 威胁汽轮机的安全运行。当蒸汽压力不变时如发生汽温降低，还将 造成蒸汽焓下降，蒸汽作功能力降低，使汽轮机的汽耗增加，机组 热力循环效率下降。所以汽温过低，不仅严重影响设备的安全性， 而且还将对机组运行的经济性带来不良的后果。过热汽温和再热汽 温如发生人幅度变化，除使锅炉管材及有关部件产生较大的热、迈力 和疲劳外，还将引起汽轮机转子与汽缸间的差胀变化，严重时甚令 可以发生叶轮与隔板的动静摩擦，造成汽轮机的强烈振动。汽温两 侧偏差过火时，将使汽轮机汽缸两侧受热不均，热膨胀不均，威胁 机组的安全运行。 火容量锅炉减温水量过人问题分析研究 因此，锅炉运行中，在各种内外扰动因素影响下，如何通过运 行分析调整，用最合理的方法保持汽温稳定，是汽温调节的首要任 务。 1 3减温水量过大对锅炉设计和机组运行的影响 喷水调温由于结构简单、调温幅度大和惰性小等优点，在现代 锅炉机纠i 的过热器：得到厂+ 泛应用。 减温水的调温特点是只能降低汽温而不能提高汽温，因此在锅 炉设计时，额定负荷下应有适量的受热面余量，以保证在额定负荷 下能达到设计汽温并能通过减温水调节汽温。在锅炉的额定负荷设 计计算中选用适量的过热汽减温水量非常重要，减温水量过大需增 加大量受热面，提高锅炉生产成本；减温水量过小，在煤种等外界 因素波动下或负荷降低等情况下引起汽温偏低，过热汽温可调性 差。 在锅炉运行中，使用减温水特别是再热器减温水对机组运行的 经济性有较大影响。对于过热汽喷水调温系统，按减温水来源可分 为给水泵出口分流和最高加热器出口分流两种系统。对于前者，给 水分流部分不流经高压加热器，减少回热抽汽、降低回热程度，使 热经济性降低；后者，不影响热力循环，如果忽略锅炉内部的微小 变化，则热经济性无变化。对于再热器喷水减温，再热器喷水所完 成的循环是一个非再热的中参数或比中参数还低的循环，与主循环 ( 高参数或超高参数的再热循环) 相比，其热经济性要低得多。显 然，由于参数不高、热经济性较低的非再热循环的加入，必然导致 整个再热循环热经济性降低。应当指出，再热器喷水将造成设备经 济性很大的降低。一般再热器喷水每增加锅炉额定负荷的1 ，热 经济性降低约0 2 ，因此，应加强再热器事故喷水的维护与管理， 切勿图时方便将再热器事故喷水作为主要调温手段使用。 1 ，l本论文的研究方向和工作目标 在“经济要发展、电力要先行”的原则指引下，我国电力事业 在二十世纪九十年代取得了飞速发展。但是，国产大容量锅炉由于 在设计、生产和运行上不太成熟，进口锅炉也因为结构设计不能与 大容量锅炉减温水量过人问题分析研究 运行煤种很好匹配而导致运行中出现很多问题，较集中地体现在锅 炉燃烧和四管爆漏方面。 本文基于江苏扬州第二发电厂拌2 炉汽温特性及影响因素的理论 分析和试验研究，并结合对运行数据的整理分析，对大容量锅炉减 温水过大课题进行研究，查明造成减温水过大的原因，提出解决该 问题的方案，并为同类现象的解决提供借鉴经验。 人容量锅炉减泓水量过人问题分析研究 第二章锅炉减温水设计特点 2 1大容量锅炉设计的一般原理 锅炉的生产开始于热力计算后结构设计，锅炉机组的热力计算 一般都从燃料的燃烧和热平衡计算开始，然后按烟气流向对锅炉机 组的各个受热而( 炉膛、屏过、对流过热器、对流再热器等) 进行 计算。 在设计计算中，根据给定的锅炉容量、参数和燃料特性去确定 锅炉机组的炉子尺寸和各个部件的受热面面积，并确定锅炉的燃料 消耗量、锅炉效率、受热面交界处的温度和焓、各受热面的吸热量 和介质速度等参数，为选择辅助设备和进行空气动力计算、水动力 计算、管子金属壁温计算和强度计算提供原始资料。 在目前的计算标准中，对于纯对流受热面的计算方法相对较成 熟，其难度主要集中在如何根据受热面的布置型式、烟气温度和烟 气成分确定传热系数。对于炉膛辐射受热面和屏区部分辐射受热 面，在计算方法和参数选用上，不同标准之间有一定的分歧，并且 正在研究更加完善的计算模型和方法。 由于炉内燃烧及传热是一个高温燃烧膨胀后传热给工质的复杂 过程，这给炉内辐射传热的理论计算带来许多困难。目前，绝大多 数计算方法是建立在经验数据的基础上的。应用相似理论来指导实 验和整理实验数据( 即整理成准则方程式) ，就可以把经验公式推 广到彼此相似的同类现象中去。为简化起见，常对炉内辐射传热计 算作出如下假设： ( 1 ) 炉内传热只考虑辐射方式的热交换，即略去约占5 的对流 传热量； ( 2 ) 把炉内温度看作是均匀的，t 。代表炉膛内全部烟气的平均温 度，火焰足以这。温度向水冷壁进行辐射传热的。此外，引入理论 燃烧温度的概念来表征绝热状态下燃烧所能达到的最高温度； ( 3 ) 以炉膛出口烟气温度t l ”作为定性温度； ( 4 ) 把与水冷壁相切的平面看作火焰的辐射表面。 人容量锅炉减温水量过人问题分析研究 2 2 锅炉汽温特性 锅炉的受热面，按传热方式一般可分为辐射受热面、半辐射受 热面和对流受热面。水冷壁蒸发受热面，前屏及包复管受热面等， 由于辐射换热量占主要成分、一般属辐射受热面；后屏过热器一方 面吸收烟气的对流传热，另一方面又吸收炉膛中和管间烟气的辐射 传热，属半辐射受热面；省煤器及对流烟道中的过热器、再热器等 受热而山于对流换热量占主要成分，一般属对流受热面。 随着锅炉负荷的变化，炉内辐射传热量和对流传热量的分配比 例将发生变化。当锅炉负荷增加时，对流受热面的传热份额增加， 辐射受热面的传热份额相对减少，半辐射受热面则变化较小。 锅炉负荷增加时，炉膛温度及炉膛出口烟气温度均将升高，由 于炉膛温度的提高，总辐射传热量将增加；但是炉膛出口烟温的升 高，又表示了每千克燃料在炉内辐射传热量的相应减少。所以锅炉 负荷增加时，辐射吸热量增加的比例将小于工质流量增加的比例。 也就是说，随着锅炉负荷的增加，辐射受热面内单位工质的吸热量 将减少，使锅炉辐射传热的份额相对减少。 锅炉负荷增加时，一方面由于燃料量、风量相应增加，烟气量 增多，使流经对流受热面的烟气流速增加，从而增大了烟气对管壁 的对流放热系数；另一方面由于炉膛出口烟温升高，使烟温与管壁 温度的平均温差增大，导致对流吸热量增加的比例大于负荷增加时 工质流量增加的比例，使对流受热面内单位工质的吸热量增加，锅 炉对流传热份额上升。 此外，对流受热面内工质的负荷一汽温特性变化率还与受热面 所处烟气温度的高低有关。受热面布置在远离炉膛出口处时，汽温 随锅炉负荷增加而上升的趋势将更加明显。对于布置在高烟温区的 对流受热面，由于烟气辐射吸热所占比例较大，使其在负荷变化时 汽温变化较小，特性曲线近似于半辐射受热面而显得较平坦。 对丁j 卜辐射受热面，由于它同时以辐射和对流两种方式传热， 锅炉负荷升高时辐射传热减少而对流传热增加，负荷降低时则反 之，凶而总的传热量将变化不大，使锅炉负荷变化时半辐射受热面 内i ：质温度的变化比较平坦。 对于大容量高参数锅炉，过热器和再热器以对流受热面为主， 人容量锅炉减温水量过人问题分析研究 因此过热器和再热器的整体特性体现为对流特性，汽温随负荷的升 降而升降。 大容量锅炉再热器，由于其结构和布置上的特点，决定了其汽 温具有以下特性： f 1 ) 由于再热器具有较大的容积，工质在其中的流速较慢，且它 又布置在烟气的低温区使烟气侧的传热温差小，因而工况变化时再 热汽温变化的迟滞时间较长。 ( 2 ) 再热蒸汽k 力低、比热小，因而单位工质在相同的吸热量变 化时再热汽温将比过热汽温变化大。再热器对流部分布置在较低烟 温区域，由于对流受热面的传热特性及再热蒸汽比热小的特点，使 再热汽温的影响较大。 ( 3 ) 再热汽温对热偏差较敏感。因为它压力低、比热小，在同样 热偏差条件下，再热汽温的偏差将比过热汽温要大。 ( 4 ) 再热器的运行工况不但受锅炉运行工况的影响，而且还受汽 轮机运行工况的影响。再热蒸汽的流量不但随机组负荷而变化，还 将受汽轮机一、二级抽汽量的大小及锅炉安全门、排汽阀启闭状态 的影响。机组在定压方式下运行时，汽轮机高压缸排汽温度，即低 温再热器进口温度，将随机组的负荷变化有较大幅度的变化。再热 器进口温度及工质流量的变化均将造成再热汽温的变化。 2 3 调节汽包锅炉汽温的主要措施 ( 1 ) 过热汽温调整 过热汽温的调整主要以减温水为主，喷水调温属于汽温的蒸汽 侧调节方法，分为表面式和混合式。其原理是利用给水或蒸汽凝结 水作为冷却工质，直接冷却蒸汽，以改变蒸汽的焓增量，从而改变 过热蒸汽温度。 人容量锅炉通常设两级以上喷水减温。第一级布置在低温段过 热器出u 和屏式过热器入口，对汽温进行粗调：其喷水量多少取决 了二减温器前汽温的高低，应能保证屏式过热器的管壁温度不超过允 许值。第二级喷水减温布置在高温对流过热器中间或进口处，对汽 温进行细调，以保证锅炉出口汽温的稳定。第二级喷水减温对汽温 的调整的灵敏度较高，时滞较小。 人容量锅炉减温水量过人问题分析研究 在过热汽温调节中，除喷水外还有一些辅助手段，如改变燃烧 器的倾角、改变上下排燃烧器的投停状况、改变配风工况等来改变 火焰中心位置，以达到调节汽温的目的。如当汽温高时，可以采取 燃烧器向下倾斜，尽量投用下排燃烧器或开大上排二次风等手段来 降低火焰中心，以降低过热汽温。 f 2 1 再热汽温调整 再热汽温调节的常用方法有：烟气挡板、烟气再循环、摆动式 燃烧器以及喷水减温等。 烟气挡板调节是一种应用较广的再热汽温调节方法。烟气挡板 一般布置在尾部对流烟道的省煤器之后的竖井里。在挡板前布置了 低温对流过热器和低温再热器，挡板可以手控或自控。当负荷变化 时，调节挡板开度，可改变通过再热器的烟气流量，达到调节再热 汽温的目的。例如，当负荷降低时，开大再热器侧的烟气挡板开度， 使通过再热器侧烟气流量增加，就可以提高再热汽温。 烟气再循环是增加对流过热器、再热器吸热量的一种方法，其 工作原理类似增加炉膛过剩空气量，减少炉膛辐射吸热量，以增加 后部对流受热面的吸热量。它利用再循环风机从尾部烟道抽出部分 烟气再送入炉膛。运行中，通过对再循环烟气量的调节来改变流经 过热器、再热器的烟气量，使汽温发生变化。 摆动燃烧器主要是通过改变燃烧器的倾角来改变中心高度，使 炉膛出口烟气温度改变，以达到调节汽温的目的。一般摆动燃烧器 只能在某一定的范围内变动。当向上倾角过大时，将增加机械不完 全燃烧损失，而且还可能使炉膛出口结渣；当向下倾角过大时，有 可能造成冷灰斗的结渣。 再热器喷水减温由于其结构简单，调节方便，调温效果好而被 广泛用于锅炉再热汽温的细调。这种减温方式虽有定的调温能 力，但它的使用将使机组的热效率降低。因此，在一般情况下，应 尽量减少再热喷水的用量，以提高整个机组的经济性。 为保护再热器，大容量中间再热锅炉往往还设有事故喷水。、_ 再热器前受热面积灰引起再热器进口烟温严重升高或再热器进u 安令门起座无法使其回座，使再热器通流量减少时，均可以用事故 喷水进行紧急降温，以保护再热器。但在低负荷时应尽量不用事故 喷水，遇骤减负荷或机组紧急停运时，立即关闭事故喷水隔绝门， 人容量锅炉减温水量过人题分析研究 以防喷水倒入汽机高压缸。 除上述几种再热汽温调节方法外，还有几种常用的调节方法， 如汽汽交换器、蒸汽旁路等。 2 4减温水量对机组经济性的影响 前面已经提到稳定汽温的重要性，且过热汽温主要依靠减温水 来调节，再热汽靠& 也依赖减温水作细调和事故情况下紧急喷用。岗 此减温水量是锅炉运行的一个重要参数，但不能过多使用减温水， 它对机组经济性有重要影响。下面通过热力循环来具体分析过热器 减温水和再热器减温水对经济性的影响。 1 过热器喷水的热力分析： 过热器减温水有两种来源，一为取自给水泵出口分流，另一为 取自最高加热器出口分流，如图2 4 1 所示。前者，给水分流不流 经高压加热器，减少回热抽汽，降低回热程度，使循环效率降低； 后者，不影响热力循环，如忽略锅炉的微小变化，则不影响循环效 率。 减温水来自给水泵出口的系统，如图2 4 1 所示。由于喷水减温， 分流量q 。不经过高压加热器，减少了n o 7 和n o 6 加热器的回热 抽汽，作功增加 h = 0p 。 t7r l 7 + ( 16 - “) r 16 】( k j k g ) 式中t ，、t 。、t b 分别为一公斤水在加热器7 、加热器6 和给 泵b 中焓升( k j k g ) ，r 1 ，、n6 分别为加热器7 和加热器6 的装 置效率。 与此同时，一公斤新蒸汽的吸热量增加 q 2 a p s 。7 + ( t6 - t b ) ( k j k g ) l 捌而，喷水减温后的新蒸汽等效热降及新蒸汽的吸热量 h 2 h + h ( k j k g ) q k q + q ( k j k g ) _ ：i = i = l th 无喷水减温时新蒸汽等效热降 ( k j k g ) q 无喷水减温时的新蒸汽吸热量 ( k j k g ) 据此，喷水减温使装置效率相对降低 6 n1 2 ( aqr l 1 一ah ) ( h + h ) l0 0( ) 人容量锅炉减温水量过人问题分析研究 式中n ；无喷水减温时的装置效率。 一般来说，每增加给水份额5 的过热器减温水量，装置热经济 性降低0 1 左右。 2 再热器喷水的热力分析： 图2 4 2 是再热器喷水减温在t s 图上的表示方法。再热器喷水 的热力过程是沿再热压力( p ：) 线定压吸热蒸发，并过热，然后， 进入汽轮机、低压缸膨胀作功。它所完成的循环如图中虚线所示， 是一个非再热的中参数或者比中参数还低的循环，它的加入导致整 个再热循环的效率降低。 再热器喷水引起热经济性的降低，随喷水分流地点而有差异。 通常喷水分流方式有两种：一种是从最高压力加热器出口分流；另 一种是从给水泵抽头分流。其热经济性降低的定量分析分别叙述如 下： ( 1 ) 喷水从高压加热器出口分流的热力分析 图2 4 3 ( 1 ) 表示喷水从高压加热器出口分流的系统。这时再 热器喷水不影响回热抽汽，但由于喷水份额q 。产生的汽流不经过 汽轮机的高压缸而少作功 h 2 q d 。( i o i ：i )( k j k g ) 循环的吸热量下降 q 2 qp 。( i o i ：1 ) ( k j k g ) 再热器喷水引起装置热经济性的相对降低 6 l1 2 ( h aq r 1 i ) ( h ah ) 1 0 0 ( ) 又因 ah = a q 故 6 n1 2ah ( 1 一r l j ) ( h ah ) 1 0 0 ( ) ( 2 ) 喷水从给水泵抽头分流的热力分析 图2 4 3 ( 2 ) 表示喷水从给水泵抽头分流的系统。这时再热器喷 水份额为ap s ，由于不经过高压加热器及其产生的汽流不流经汽轮 机的高压缸，故少作功 h 2 a p 。 ( i o i ：1 ) 一2 ，：。+ l ( t ，r 1 ，”) 】( k j k g ) 循环的吸热量下降 aq 2 2a ps ( i o iz 1 ) - z r _ m + lt ，一zr = c ( aq ，aq ：，) ( k j k g ) 式t 1 ( i o i ，i ) 是一公斤喷水由给水焓加热到再热冷段蒸汽焓i ：所 大容量锅炉减温水量过大问题分析研究 减少的吸热量；z r = m + 1 - ，是喷水份额不流经高压加热器而使循环 吸热增加的部分；z r = c ( aa ，q ：。) 是高压加热器回热抽汽减少， 使再热器流量加大而增加的再热器吸热部分。 再热喷水引起装置热经济性的相对降低 6 r l 尸( ah - qr ii ) ( h - h ) 1 0 0( ) 一般来说，再热器喷水每增加锅炉额定负荷的l ，热经济性将 降低约0 2 。 埘埘n 零 图2 4 1过热器喷水调温系统 叁查星塑生堡墅查里丝叁塑塑坌堑堕塞 一旦 图2 4 2再热器喷水的t s 图图2 4 3再热器喷水调温系统 人容量锅炉减温水量过人问题分析研究 2 5影响汽包炉减温水量的主要因素 由于大容量汽包炉的过热汽温主要通过减温水调整，再热汽温 在正常调温手段无法保证稳定时也要借助减温水( 在自动投用情况 下，一般先依靠减温水快速稳定汽温，然后通过使用其他调温手段 以尽量减少减温水用量) ，故下面分析汽温的影响因素来分析减温 水的影响闪素。 1 影响汽包炉过热器减温水的主要因素： ( 1 ) 燃料性质的变化。 锅炉运行中，经常会碰到燃料品质发生变化的情况，当燃烧品 质发生改变时，燃烧的发热量、挥发分、灰分、水分和灰渣特性等 都会发生变动，因而对锅炉工况的影响很复杂。当燃料中的灰分或 水分增大时，其可燃物质含量必然减少，因此燃料的发热量及燃烧 所需要的空气量和燃烧生成的烟气量等均将降低。这一变化，可以 从燃料量及风量未变时炉膛出口氧量增大这一现象上反映出来。在 燃料量不变的情况下当灰分和水分增大时，由于燃料的发热量降 低，将使燃料在炉内总放热量下降，其后果相当于总燃料量减少， 在其他参数不变的情况下，必将导致过热汽温的下降，减温水量减 少。此时，为稳定负荷，必须增加燃料量以保持炉膛出口氧量不变， 汽温升高，减温水量增大。 当燃煤的水分增加时，水分在炉内蒸发需吸收部分热量，使炉 膛温度降低，同时水分增加也使烟气体积增大，增加了烟气流速， 使辐射式过热器的吸热量降低，对流式过热器吸热量增加。必须指 出，燃料中的水分增大时如通过增加燃料量保持炉膛出口氧量不 变，则炉膛温度、辐射受热面的吸热量可保持不变，但由于烟气容 积和重度随水分相应增加，烟气的对流放热将增大，汽温升高，减 温水量亦增加。 ( 2 ) 、。1 煤粉变粗时，燃料在炉内燃尽时间延长，火焰r b 。l ：移、 汽温升高，减温水量增加。 ( 3 ) 燃料量或负荷 在。定范i 嗣内调整锅炉负荷，可以认为过剩空气系数和燃烧损 失基本不变，排烟温度和排烟损失变动不大，所以锅炉效率改变1 i 人容量锅炉减泓水量过人问题分析研究 多。在这种条件下提高锅炉负荷，可以认为燃料量( b ) 与蒸发量 f d ) 增加的比例大致相等。如燃料量由b l 增到b 2 ，相应蒸发量由 d l 增到d 2 ，则 b2 b l d 2 d l亦即d b 定值 另一方面，再从炉内温度和辐射传热的变化情况来看，单位时 间内燃烧的燃料愈多，则炉膛出口烟温( 01 ”) 愈高，这从炉内辐 射传热计算式来看也是很容易理解的。如用公式来表示，即： 如b 2 b l ；则0 2 ， ol l ” 假定燃料性质和过剩空气系数基本不变，则每公斤燃料进入炉 内相应的热量( q ) 只受到预热空气温度变动的影响，而这种变动 相对较小，其产生的影响亦较小，因此，可以近似的认为，增加燃 料量时，相应于每公斤燃料进入炉内的热量保持不变，绝热燃烧温 度及相应的烟气的烟气焓也都不变。如前所述，这时的炉膛出口烟 温是升高的，也就是炉膛出口烟气焓增大，这表明每公斤燃料在炉 内的辐射放热( q ，) 减少了，与此相反，对流放热( q ) 就必然增 加。用公式来表示即： 如果b 2 b l ，则q f 2 q d l 前面已经说明，在一定范围内增加锅炉负荷时，蒸发量( d ) 和 燃料量( b ) 仍保持一定的比例。因此，相应于每公斤燃料对流放 热量的增大，意味着每公斤工质在对流受热面内的吸热量将增加， 汽温升高。应当指出，在增大燃料量的时候，由于绝热燃烧温度不 变，而炉膛出口烟温升高，所以炉内温度水平( 相当于平均温度) 是提高的，总的辐射传热量亦有所增加，但是其增加量未能与燃料 量或蒸发量的增加成比例，因此，在辐射受热面里，工质从每公斤 燃料吸收到的热量将减少。炉内总的辐射传热量相当于每公斤燃料 的辐射放热量( q f ) 与燃料量( b ) 的乘积，所以上述关系可用下 式表，j ： l ( b 2 q f 2 ) ( b 1 q f l ) b2 b l ( 2 d 2 d i ) 从以i i 分析可以看出，在绝热燃烧温度不变的条件下，增加燃 料量会使炉膛出口温度升高，结果是辐射热只相对减少，而对流吸 热相对增加。因此，可以推想而知，不仅在负荷增加时，而在很 多类似情况下，都会出现汽温升高的现象。 最后应该说明，当增加燃料使炉膛出口烟温升高和对流传热量 人容量锅炉减温水量过人问题分析州究 相对增加时，所有对流受热面，包括过热器，省煤器，空气预热器 的吸热量都要相对地增加。锅炉排烟温度也将有所升高。结果是过 热汽温升高，省煤器出口工质焓增加，预热空气温度升高，排烟损 失增大。预热空气温度升高会提高绝热燃烧温度，从而增加炉内辐 射传热量；排烟损失增大表示对流传热会小些。但是，这两种影响 相对较小，所以不会影响上面定性分析的结论。 总之，在燃料量( 或负荷) 增加使炉膛出口烟温升高时，即使 把各方面的实际影响都考虑进去，对流传热量总是相对地增加，锅 炉过热汽温升高，为维持汽温稳定，必须增加减温水量。 ( 4 ) 风量及配风方式 锅炉在正常运行中，为了保证燃料在炉膛内完全燃烧，必须保 持一定的过量空气系数，即保持一定的氧量。对于燃煤锅炉，炉膛 出口过剩空气系数一般控制在1 2 5 左右。 风量变化对过热汽温变化的影响速度既快且幅度又较大。在炉 内燃烧工况良好的情况下如增大风量，由于低温冷风吸热，炉膛温 度将降低，使炉膛出口烟温升高。对于汽包锅炉，由于炉膛温度降 低，水冷壁辐射吸热量减少，使产汽量下降，另一方面由于风量增 大造成烟气量增多，烟气流速加快使过热器对流吸热量增加。由于 流经过热器的蒸汽量减少了，但过热器的总吸热量增加，造成了过 热汽温的升高，为稳定汽温，减温水量需增大。 在总风量不变的情况下，配风工况的变化也会引起汽温的变化， 如果配风使火焰中心降低，炉膛出口烟温相应下降，汽温降低，减 温水量减少。反之，炉膛出口烟温升高，汽温升高，减温水量增大。 ( 5 ) 受热面清洁程度的变化 受热面积灰或结渣是燃煤锅炉最为常见的现象，由于灰、渣的 导热性差，造成积灰或结渣部位工质吸热量的减少和各段烟温的变 化，使锅炉各受热面的吸热份额发生变化。汽包锅炉发生水冷壁结 渣时锅炉蒸发量将下降，并因炉膛出口烟温上升，造成过热汽温 的升高，减温水量增大。锅炉过热器部分发生结渣时，由于锅炉蒸 发量未变但过热器吸热量减少而导致过热汽温下降，减温水量减 少。因此，对于汽包锅炉而言，过热汽温的变化，应视积灰和结渣 的位置而定。 ( 6 ) 燃烧器运行方式的变化 人容量锅炉减温水量过人问题分析研究 在锅炉运行中，炉膛火焰中心位置的变化将直接影响到各受热 面吸热份额的变化。当火焰中心上移时，将造成辐射受热面吸热减 少、对流受热面吸热增加，其影响结果与风量增大相似，也就是说， 将使汽包锅炉过热汽温上升，稳定汽温所需要投用的减温水量增 大。 影响炉膛火焰中心位置变化的因素很多，如：运行燃烧器的位 置、上下燃烧器负荷的分配、上下二次风门开度的变化、炉膛负，i i 的高低、炉底漏风的人小、煤粉细度、一次风管内风粉混合物的温 度、燃料的品质、炉膛热负荷的高低、燃烧情况的好坏等。另外， 锅炉运行中，若由于受到某种扰动因素的影响使炉内燃烧工况变差 时，将使锅炉的化学不完全燃烧损失q3 和机械不完全燃烧损失q 。 增加，而使炉内热负荷及锅炉效率降低。此时，若给水流量和主蒸 汽压力等参数不变，则主蒸汽温度及各段汽温必然下降，所需减温 水量减少。 ( 7 ) 给水温度的变化 给水温度的变化对锅炉过热汽温将产生较大的影响。在汽包锅 炉中，给水温度升高，过热汽温将下降。这是因为当其它参数不变 而给水温度升高时，将使汽包锅炉的蒸发量增加，过热器内工质流 量上升。 2 影响汽包炉再热器减温水的因素 由于再热器减温水对机组循环效率有很大影响，再热器温度一 般不用减温水进行调整，但是，再热器减温水反应灵敏，一般采用 减温水进行细调和事故状态下喷水减温用。另外，如果由于设计、 煤种变化或其他原因导致再热器汽温无法通过常规手段调整，此时 只有借助减温水进行调整，牺牲循环效率换取锅炉受热面和汽轮机 的安全性。因此，这里仍通过再热汽温的影响因素来分析影响再热 器减温水变化的可能因素。 ( 1 ) 高压缸排汽温度变化的影响 在其他一l ：况条件不变的情况下，高压缸排汽温度越高，则再热 器出u 温度将越高，机组在定压方式f 运行时，汽机高压缸排汽温 度将随着机纽负荷的增加而升高，过热汽温的升高，也将造成高压 缸排汽温度的升高，在其他调温方式调整无效后需增大减温水量。 另外，主蒸汽堰力越高，蒸汽在汽轮机中作功的能力就越大，绝热 人容量锅炉减温水量过人问题分析研究 焓降亦越大，高压缸排汽温度则相应降低。此外，汽轮机高压缸的 效率，一、二级抽汽量的大小等，均将对高压缸的排汽温度产生影 响。 ( 2 ) 再热器吸热量变化的影响 锅炉运行时，再热器吸热量越多，工质焓增越大，再热汽温将 越高，在其他调温方式调整无效后需增大减温水量。影响再热器吸 热量变化的闪素较多，主要有以下几种因素： ( 一) 锅炉燃料量或燃料低位发热量的变化。燃料量越多或燃 料的低位发热量越高，炉内热负荷及烟气温度越高，则再热器的吸 热量就越高。 ( 二) 流经再热器的烟气量的变化。对于再热器呈对流特性的 部分，当流经再热器的烟气量越大时，再热器处的烟气流速越高， 则再热器的吸热量就越大。 ( 三) 锅炉负荷变化时再热器吸热份额的影响。锅炉负荷降低 时，辐射受热面的吸热增加，作为对流受热面布置的再热器，吸热 份额将减少：反之，锅炉负荷升高时，对流式再热器的吸热份额将 增加。 ( 四) 燃烧工况变化的影响。在锅炉运行中，如炉膛火焰中心 上移，将造成后部烟道烟温升高，对流式再热器的吸热量将增加。 ( 五) 锅炉受热面积灰或结渣的影响。当再热器前受热面积灰 或结渣时，将造成再热器处烟温升高，使再热器吸热量增加。当再 热器受热面本身积灰或结渣时，吸热量减少。 ( 3 ) 再热蒸汽流量变化的影响。 在其他工况不变时，再热蒸汽流量越大，则再热器出口温度将 越低，此时可减少减温水量。机组正常运行时，再热蒸汽流量将随 机组负荷、汽轮机一级抽汽或二级抽汽量的大小、吹灰器的投停、 安伞门、汽机旁路或向空排汽阀状态等情况的变化而变化。 2 6秘灰、结渣对传热特性和减温水量的影响 1 灰沉积物对传热特性的影响 炉内煤粉燃烧所产生的热量，首先以辐射和传导方式，经多孔 灰沉积物传至炉管表面。然后，由炉管金属氧化物和金属的传导， 人容量锅炉减温水量过大问题分析研究 再通过对流传热至炉管内的流体。 q ，= 己，佤一l ) 炉膛水冷壁管的传热速率可由下式计算： 式中：y ：一灰沉积物外表面温度； 7 w 炉管内流体温度； u 总传热系数， u ：f ! + 昱+ 显+ 旦+ 量扣1 l hk 。k 。k - k 2 其中h 由炉管至流体的对流传热系数； s m , k m 炉管的厚度和导热系数； ，k 炉管外表面金属氧化层的厚度和导热系 数；