汽温调节和热偏差

第二篇锅炉受热面过热器和再热器过热器和再热器的汽温特性运行中影响汽温的因素蒸汽温度的调节方法热偏差第四节过热器和再热器的汽温特性汽温特性：过热器或再热器出口蒸汽温度与锅炉负荷（或工质流量）之间的关系。（负荷对汽温的影响）1—辐射式过热器2—对流式过热器(近)3—对流式过热器(远)

锅炉负荷增加，辐射式过热器汽温下降，对流式过热器汽温上升。对流过热器愈远，烟温愈低，辐射换热份额愈小，汽温变化愈大。后屏半辐射过热器的汽温特性相对平稳一些。锅炉负荷变化时，再热器由于进口汽温随之变化，使出口汽温变化幅度更大。针对汽包锅炉。直流锅炉保持给水/燃料比能维持过热汽温第五节运行中影响汽温的因素过量空气烟气量、流速↑→对流过热汽温↑系数α↑

炉内温度↓→辐射汽温(炉内)↓

炉内吸热↓→炉膛出口T’’↑布置在炉内的辐射汽温下降，烟道上汽温↑增加过量空气系数是提高过热汽温的常用方法，但排烟损失会增加，锅炉热效率下降。过量空气系数变化10%，相应汽温变化10-20℃。过量空气系数

●锅炉运行时高加有可能停运，可下降60℃

●给水温度在200以上℃高加停运→给水温度↓燃料量B↑→烟温↑、烟速↑→对流过、再热器温度↑

辐射式过热器影响很小，因炉膛温度不大，负荷不增加。实际应用中，如高压停运，一般采用降负荷运行。

给水温度变化2℃，汽温反向变化接近1℃。保持锅炉负荷给水温度煤粉锅炉运行过程中经常有结渣、积灰、沾污。●炉内水冷壁结渣或积灰→炉内辐射吸热量↓→炉膛出口烟温↑→过热器汽温↑●过热器或再热器本身结渣或积灰→吸热量减少→过热器汽温↓

锅炉结渣会导致过热蒸汽下降？

受热面污染使用饱和蒸汽吹灰，或其他辅机用汽，流经受热面的蒸汽量将减少，需要增加燃料量，相当于增加负荷↑→对流过热器汽温↑，辐射过热器汽温↓饱和蒸汽：吹灰，辅机、风机、水泵等饱和水：排污，辅机加热等饱和水排污焓值低，影响不大。饱和蒸汽用量（吹灰与排污）燃烧器上倾→中心上移→炉内辐射吸热量↓高温区上移出口烟温↑

↓

↓

炉膛上部温压↑

传热温压↑

↓↓炉膛上部过热汽温↑水平烟道汽温↑对流受热面距离炉膛越远，对汽温影响越小。火电机组常用的调温方法，加工工艺要求高。燃烧器运行方式影响火焰中心位置情况：(1)煤种特性，着火性能有关

煤种差、粗→着火后延→火焰拉长→中心上移(2)不同燃烧器投运方式

不同层次投运，上组或下组投运(3)燃烧器倾斜角度

单个摆动，一次风摆动，整组摆动。30度

(1)油、气着火快→燃烧火炬短→火焰中心低→汽温下降(2)煤中水分↑→烟气流量↑→对流汽温↑

炉内火焰温度↓

→辐射汽温↓CWS30%油炉改烧水煤浆负荷下降煤种灰分增加，汽温也会升高。火焰中心高低：无烟煤＞烟煤＞油、气

难着火着火容易着火劣质煤＞优质煤粗煤粉＞细煤粉燃料种类和成分影响因素总结各因素对过热汽温影响

影响因素

汽温变化（℃）

锅炉负荷±10%±10

炉膛过剩空气系数±10% ±10～20

给水温度±10℃ ＋4～5

燃煤水分±1% ±1.5

燃煤灰分±10% ±5重要性

过热蒸汽和再热蒸汽是电站锅炉的最终产品，直接影响到电厂经济性与安全性，锅炉最终目的是产生合格蒸汽，而合格蒸汽重要标志—温度

●蒸汽温度↓10℃→循环热效率↓0.5%

●超出极限值10—20℃→寿命↓一半

●通常规定-10℃—+5℃

蒸汽参数要求在一定范围内，设计时要考虑有效的调节手段，运行中要不断地调节蒸汽温度。第六节蒸汽温度的调节方法汽温允许偏差值锅炉型式过热汽温℃允许偏差℃备注电站锅炉额定过热汽温≤±575%-100%负荷+10短期≤300+30～-20工业锅炉350±20400+10～-20过热蒸汽温度的容许偏差值再热蒸汽允许偏差：+5℃～-10℃基本要求：调节惯性或延迟时间小（灵敏）；调节范围大（70—100%负荷）；对循环热效率影响小；结构简单可靠；附加设备消耗少。汽温调节一般与减温器紧密相连。减温器是通过冷却蒸汽来控制最终输出蒸汽温度的调节方法。在减温器内，蒸汽只能降温，不能升温，是单向的温度调节。蒸汽侧—喷水减温器原理：直接喷入蒸汽掺混。优点：惯性小，调节灵敏，易自动化，应用最广，但对水质要求高。给水：直接来自给水泵出口。设计给水量：5%—8%蒸发量。汽温下降：50—60℃。用途：用于过热器，一般不用于再热器。数量：2个，第1个屏前，粗调；第2个高温对流过热器前，细调。位置：过热器中间联箱或连接管内。锅炉给水作减温器的连接系统笛形多孔喷水减温器笛形多孔管上开有若干喷水孔，喷孔一般在背向气流方向的一侧，以使喷水方向和气流方向一致。喷水在保护套管内蒸发完毕。喷孔直径通常5-7mm；喷水速度为3-5m/s。旋涡式喷水减温器文丘里管喷水减温器1—减温器联箱；2—文丘里管；3—喷水孔；4—环形水室；5—减温水室；6—混合室蒸汽侧—汽-汽热交换器原理：过热蒸汽加热再热蒸汽。优点：非接触式，对水无要求，惯性尚小，金属耗量小。用途：用于再热器。缺点：管道连接系统复杂，制造工艺要求高，锅炉气密性降低。形式：炉内，炉外/管式，筒式。管式汽-汽热交换器筒式汽-汽热交换器在800-1000mm直径圆筒内布置许多U形管，过热蒸汽在管内流动，再热蒸汽在筒内多次横向迂回冲刷，传热性能较好。蒸汽侧—面式减温器原理：水在管中流，蒸在外面流。优点：非接触式，对水无要求，惯性一般。冷却水：给水40-60%，用完送至省煤器。汽温下降：40—50℃。用途：中压锅炉过热器、再热器。缺点：不灵敏，惰性大。给水冷却的面式减温器结构蒸汽侧—蒸汽旁通原理：用水平烟道的高温再热器加热尾部烟井的低温再热器。优点：结构简单，惯性小。缺点：金属消量增加。用途：用于再热器，在进口装三通。烟气侧—烟道挡板调节器原理：利用挡板来改变流经分烟道的烟量，达到调节再热汽温目的。优点：设备简单，操作方便，目前电厂用得较多。缺点：挡板易变形，流速提高引起磨损再热器。各种烟气挡板调节汽温方法及装置再热器与过热器并联结构旁通烟道再热器与过热器并联平行烟道再热器与省煤器并联平行烟道烟气侧—烟气再循环原理：用再循环风机将部分低温烟气（一般是省煤器后）送入炉内，达到调节汽温。烟温：300-350℃。优点：调节灵敏，幅度大，降低NOx浓度。汽温变化：2℃(1%再循环烟气量)，均匀炉膛热负荷。送入点：冷灰斗、炉膛上部。用途：一般调节再热器。(书图6-24)缺点：炉内温度下降，增大燃烧损失，增加飞灰磨损和受热面积灰。再循环烟气入口位置对汽温影响1—炉膛；2—高过；3—高再；4—低过；5—省煤器；6—去空预器；7—炉膛出口烟温再循环烟气从炉膛下部送入再循环烟气从炉膛上部送入烟气侧—摆动式燃烧器（火焰中心）原理：改变炉膛火焰中心位置来改变炉膛出口烟温，达到调节蒸温。优点：调节灵敏，惯性小。汽温变化：50—60℃(摆角上倾10度，下倾20度)，摆角1度，再热汽温变化2℃。用途：过热器、再热器。缺点：无法精确计量，下倾易造成结渣。倾易结渣；配风方式改变第七节过热器和再热器热偏差

过热器和再热器是由沿宽度方向平行排列的管屏或管片组成，而每一管屏或管片又由数量不等的沿深度方向排列的并联管管圈组成。设计时希望各管屏和管圈在相互一致的平均条件下工作，以保证运行的安全可靠，但实际运行中，不同管屏之间或不同管圈之间由于内部蒸汽流动条件、炉内烟气侧辐射和对流受热条件的不同，各管屏之间、管圈之间管内蒸汽温度及管壁金属温度分布存在一定差异，这种平行管中工质焓增不均匀的现象称为热偏差。7.1热偏差定义衡量热偏差大小用热偏差系数ρ。定义为过热器或再热器管组中某一管子(偏差管)的焓增△ip与管组平均焓增△ipj的比值。同屏热偏差和屏间热偏差●同屏热偏差—同一管屏中偏差管焓增(温升)与该屏平均焓增(温升)的比值；●屏间热偏差—屏组中偏差屏焓增(温升)与屏组平均焓增(温升)的比值。●屏式过热器热偏差系数等于同屏热偏差系数与屏间热偏差系数的乘积。对屏式过热器，有同屏热偏差和屏间热偏差之分。7.2热偏差形成原因一、由吸热偏差引起的热偏差①烟侧速度偏差引起的吸热热偏差②烟侧烟温偏差形成的吸热热偏差③同屏各管之间的吸热偏差

二、由于管间流量不同引起的偏差①沿炉膛宽度各管屏之间的流量偏差②同屏各管间的流量偏差③由于喷水减温器集箱中涡流和漏流而引起的偏差

三、由于过热器、再热器设计不合理引起的汽温偏差四、由于各管屏进口汽温不同而引起汽温偏差一、由吸热偏差引起的热偏差①烟侧速度偏差引起的热偏差

四角切圆直流燃烧使炉内形成旋转气流，这股旋转气流呈螺旋状上升一直保持到炉膛出口，即存在扭转残余。造成炉膛出口速度偏差。当切圆为逆时针旋转时，炉膛出口烟速右侧高于左侧，反之，左侧高于右侧。

对流受热面中烟气主要是对流传热，横向冲刷顺列管组时，烟气侧对流换热系数与烟速w有如下关系：

四角切圆燃烧旋转流场水平烟道烟速偏差形成原因分析①引风机水平引力的动量＜烟气出口水平分速度动量；②引风机水平引力的动量＞烟气出口水平分速度动量；旋转气流炉膛出口流场图

顺时针/逆时针？炉膛出口处水平烟道速度分布后屏过热器后速度分布②烟侧烟温偏差形成的热偏差

●20世纪80年代初开始引进美国CE技术制造300MW以上机组锅炉，炉膛出口扭转残余问题开始突出。

●烟气侧偏差：GSEI(GasSideEnergyImbalance)

●由于炉膛出口烟气有较强的扭转残余，烟道沿宽度和高度方向存在烟速和烟温偏差。对于切圆逆时针旋转燃烧方式，右侧烟温和烟速高于左侧，而顺时针则相反。

辐射换热系数与温度成正比

冷态速度偏差和热态烟温偏差③同屏各管之间的吸热偏差

造成同屏各管之间吸热偏差的主要原因：总吸热量Q由辐射吸热Qf和对流吸热Qd两部分组成Qff—管屏前高温烟气的辐射热量；Qfh—管屏后（或小烟室）高温气体的辐射热量；Qfx—管屏下部烟室辐射量；Qfp—管屏间构成的烟室内高温烟气的辐射热量。同屏各管吸收对流热量不均匀同屏各管之间接受炉膛或屏前屏后屏间的辐射热量不均匀于是每一管圈的热偏差系数ρ1为：

式中，Q为计算管圈的总吸热量；Di为该管圈的蒸汽流量；△ipj为管屏平均焓增。

将管子分成不同类型的几段逐段计算其焓增，如管圈分为a,b,…若干管段，则计算管圈的总吸热量Q为：Q=Qa+Qb+···+Qi+···

式中，任一管段的吸热量由以下几部分组成：Qi=Qff+Qfh+Qfp+Qfx+Qd

△ipj=∑Q/∑D

式中∑Q为管屏总吸热量，∑D为管屏内总流量。

实炉试验表明同屏热偏差系数ρ可高达1.3～1.4，从而造成局部管子超温。通常为外圈管温度水平高。接受的辐射热量越多，同屏管数越多则偏差越大，如7套管的高温再热器的同屏热偏差系数ρ1可达1.3，而3套管的高温过热器ρ1值一般为1.15。某670t/h锅炉屏前烟气辐射角系数表明，第二排管单位长度的辐射吸热量仅为首排管的35.5％，而末排管仅为首排管的6％左右。二、由于管间流量不同引起的偏差(1)沿炉膛宽度各管屏之间的流量偏差

对偏差管和平均管列出能量和连续方程，得到流量不均系数的基本计算公式为：

式中，f为管的流通面积；Z为管的总阻力系数，由沿程阻力和局部阻力组成，νp为管内工质比容；△h为分配集箱和汇集集箱间的重位压头，一般远小于管子沿程阻力；δpp为管进出口静压差。流量偏差示意图①进入各并联管屏的蒸汽比容不同引起流动阻力差异形成的流量偏差②由于集箱中静压分布不均引起的管屏间流量偏差(2)同屏各管间的流量偏差

①同屏各管阻力系数不同引起管间流量偏差②由于热效流动造成的管间流量偏差③集箱中静压变化造成管间流量偏差(3)由于喷水减温器集箱中涡流和漏流而引起的偏差

三、由于各管屏进口汽温不同引起的偏差烟速和烟温偏差造成左右侧汽温偏差（水平烟道）和前后侧汽温偏差（转向室后尾部）。上一级管屏的汽温偏差如未消除，就会带入下一级管屏，使两级受热面的热偏差相互叠加。四、由于过热器、再热器设计不合理引起的汽温偏差

①前级过热器或再热器与后级管组之间的蒸汽未通过中间集箱或导汽管交叉混合，使前级管组出口沿烟道宽度方向的汽温偏差与本级管组的吸热偏差叠加起来。②某些大容量锅炉过热器系统分左右两个回路，但其出口集箱往往仅采用一个总汇集集箱，如该集箱由单侧引出，会产生很大的集箱效应而造成左右回路和左右管组之间的流量偏差。③喷水减温系统设计和运行的不当。

●采用一个喷水调节阀调节左右两个过热器回路的喷水总量，如两侧燃烧工况和汽温有较大偏差，无法通过分别调节左右侧喷水量来平衡两侧汽温。●对于汽包锅炉，炉内燃烧、沾污条件变化及热力系统高加投入与否等都会引起减温水总量变化，从而引起汽温变化。●喷水阀调节性能不良使运行人员无法保持较小的末级喷水量，从而产生对过热器不利的工况。④某些屏式过热器进出口集箱间以焊接隔板分隔，隔板与集箱间存在间隙时会使部分蒸汽短路，不流过受热面管子，而使管子产生超温。7.3热偏差可能引起的不良后果表现方式：①总体超温或欠温，过热汽温、再热汽温或减温水量严重偏离额定值；②局部超温，过热器或再热器管组中某些管片或管片中的某些管子金属温度超过许用温度。最终结果：①过热器和再热器的超温引起爆管。②汽温降低影响经济性。7.4

炉膛出口扭转残余及烟气侧降低热偏差的措施(1)炉膛出口扭转残余定义、影响因素、消除措施等(2)反切风技术应用一、二、三次风反切技术对消除或降低扭转残余或烟温、烟速偏差影响(3)炉膛空气动力场炉内空气动力特性对炉膛出口扭转残余影响7.4.1炉膛出口扭转残余一、扭转残余定义四角切圆燃烧锅炉在炉膛出口处存在扭转残余，它是表征炉膛出口速度不均匀的量，定义为：

式中，R为炉膛截面平均宽度的一半；w,u分别为轴向速度和切向速度；r为气流旋转半径。

0～0.2弱旋，0.2～0.5中等旋，＞0.6强旋不同残余扭转下的烟速偏差工况残余扭转速度偏差系数平均值后屏后屏再后末再后末过后10.2860.3560.3480.360.3130.34420.1530.2850.2950.2290.2550.26630.106-0.080.0210.040.1390.074-0.338-0.463-0.412-0.259-0.427-0.39(1)扭转残余与锅炉容量关系

有统计资料表明，随着锅炉容量的增加，炉膛出口扭转残余变大，烟速和烟温偏差不断加大。

水平烟道两侧

平均速度比

烟温偏差★200MW锅炉，1.24约100-150℃★