电站锅炉安全及优化运行技术

大型电站锅炉安全及优化运行技术一、启动和停炉1启动的分类根据启动前锅炉的状态分为冷态启动和热态启动。冷态启动时锅炉内没有压力，温度与环境相近。在热态启动时，锅炉内还具有一定的温度和压力，根据温度的高低，分为温态、热态和极热态启动。2无火启动是指用外来蒸汽加热锅炉，在不点火的情况下，使锅炉内的工质升温升压。外来蒸汽的压力为0.8～1.3MPa,一般从水冷壁的下联箱进入锅炉内。经过3～4小时无火启动，就可使锅炉压力升至0.5～0.7MPa,并在锅炉内产生大量的蒸汽。无火启动有下列优点•锅炉受热均匀，热应力小•由于用蒸汽推动水循环，点火后有利于迅速建立正常的水循环•可以避免点火时过热器和再热器干烧•由于补水量大，可保护省煤器•点火时炉膛内已有较高的温度，有利于点火燃烧稳定•可以同时对炉水进行除氧•可以缩短点火时间，节约用油•可以使锅炉有较长时间的热备用状态3启动过程的优化的原则与限制因素在允许的寿命损耗率下，以启动过程中的热损失最小为目标，优化启动过程，尽量缩短启动时间。优化的限制性因素1）允许的寿命损耗率，控制循环应力幅。2）锅炉的初始状态3）汽轮机的启动参数4）其他限制因素。4直流锅炉的启动特点•采用直流方式，从省煤器、蒸发受热面到过热器连成一串，工质一次通过，内部无循环系统，启动过程需维持一定的给水量（25-30%额定负荷）和压力，出口需设置启动旁路系统，回收工质。•锅炉压力主要靠水泵维持，启动过程实际上是一个升温过程。•启动速度快由于没有厚壁汽包，可以大大提高启动速度，一般45分钟即能达到额定参数。•启动时要保持一定的压力，防止水动力恶化。•给水量过小时，上升管屏中会出现停滞和倒流。•点火前需对受热面进行冲洗。•启动中有汽水膨胀现象，压力急剧增加，出口流量会大于进水量。5直流锅炉的滑参数启动直流锅炉的点火启动时间一般远小于汽轮机的暖机启动时间，采用滑参数启动可以很好地协调两者的启动过程，缩短机组的启动时间，减少启动损失。所谓滑参数启动，就是启动的蒸汽参数是滑动的，开始时较低，然后逐步增大。6汽包壁温差壁温差是启停时必须控制的安全指标之一，不同阶段会出现不同的温差•上水阶段，水进入汽包首先与下部接触，导致下部内壁温度高，外壁和汽包上部壁温低，进水温度越高，进水速度越快，温差就越大。•升压初期，汽包上部与蒸汽接触，下部与水接触，上部是凝结换热，换热强度大于下部，造成上部壁温高于下部。•停炉后，工质温度会降低，对内壁进行冷却，而外壁有保温，温度高于内壁。汽包上部的冷却条件不如下部，导致上部壁温高于下部。•汽包长度方向会由于各循环回路的差异存在温差，但影响不大，通常不予考虑。•实际运行表明，一般内外壁温差在20℃左右，上下温差在30℃左右，轴向10℃左右.要求不超过50℃.740oC的温差约有40MPa的压力。第2章四角切向燃烧锅炉的优化和燃烧调整1四角切圆燃烧（直流燃烧）的特征•四角射流相交于切圆，相互点燃，保证了煤粉的稳定着火燃烧，整个炉膛像一个大型的旋流燃烧器。•湍动强烈，质量、热量、动量交换强烈，有利于燃尽。•炉内火焰充满度好，热负荷均匀。•每组燃烧器均由一、二、三次风组成，负荷变化时调节灵活，煤种适应性强。•炉膛结构简单，便于大容量锅炉的布置。•可以采用摆动式燃烧器，方便调节过热汽温•便于实现分段燃烧，抑制NOx的产生。2实际切圆大小对炉内工况的影响切圆增大时火焰中心接近于一次风喷口，有利于着火稳定，旋转动量大，扰动强烈，有利于燃尽，炉膛充满度好，利用率高，水冷壁的传热得以强化。不利的因素在于：容易导致一次风冲墙，造成结渣，容易使喷口过热变形和烧坏，炉膛出口残余扭转较大，引起过热器和再热器出现热偏差。3加稳燃钝体的影响钝体就是一块三角体，加在一次风口上，它的作用是形成一个回流区，将高温烟气回流到一次风口改善着火和燃烧。实际运行表明，当钝体扩展角为50o—65o时，回流区的相对长度l/b=2—4.0,相对宽度b1/b=1.8—4.8.可以显著改善着火。安装钝体后会增大射流的扩展角，使实际切圆直径增大20%--25%，所以加钝体后应将假想切圆直径缩小至0.5—0.8倍。否则切圆过大，会引起结渣。钝体在一次风口外，温度高冷却条件差，容易烧坏和脱落。为了改善这种状况，可以将钝体缩入风管内，形成稳燃腔。稳燃腔可以消除上下两端的卷吸，增大回流区的尺寸和回流量。4周界风的影响紧贴一次风布置一周二次风，厚度一般为15—25mm,风速45—60m/s,占二次风量的10%左右。其作用可以冷却和保护一次风口，增加射流的刚度，减慢射流中心速度的衰减。周界风可以作为一种辅助调节手段适应负荷的变化，改变煤粉的着火距离，当燃用高挥发份煤时，周界风可以起到补充氧气，强化后期着火的作用。但燃用劣质煤时，周界风会延缓煤粉的加热，也会与煤粉混合，稀释煤粉浓度，对着火不利，故一般用于烟煤型燃烧器。夹心风是指在一次风口中间，竖直地插入一股高速二次风。夹心风可以提高一次风的刚度，减慢射流的衰减速度。通过合理放置夹心风在一次风口中的位置可以显著改善向火侧的着火特性。夹心风可以及时补充氧气，强化后期着火，提高炉膛温度，提高燃尽程度。5四角配风不均匀的影响四角切圆燃烧的优势完全取决于四角燃烧器的良好配合，当四角出现配风不均匀时就会恶化炉内空气动力工况，出现结渣和水冷壁爆管。6反切：二次风与一次风成一定的角度，从相反的方向喷入炉膛。二次风的动量大，将一次风裹在炉膛中心，形成风包粉，有效减低了一次风冲刷水冷壁现象，也对防止结渣有利。一、二次风反切，可以控制燃烧初期的供氧量，降低NOx的生成量。二次风反切有利于削弱烟气的旋转强度，减少热偏差。7二次风反切时的炉内温度分布二次风反切后会改变炉内的温度状况，具体情况是，炉内烟温略有降低些，由1500℃降至1400℃，炉内最高温度的区域由炉膛中央向水冷壁有所移动，燃烧器附近的温度有所提高，但水冷壁区域的温度有所降低。这与空气动力场的变化是一致的。对于炉膛出口的温度分布也有所改善，最大温度偏差可以降低30℃左右。8一次风反切就是一次风按照反切圆的方向送入炉膛，而二次风沿与假想切圆一致的方向射入炉膛。这种燃烧方式是美国CE公司发明的。与二次风反切时相似，通过一次风的反切也可以改善炉内空气动力和温度场，改善着火，稳定燃烧，防止结渣，降低NOx。一次风反切射入炉膛时，逆顶上游吹来的气流，使一次风射流在AB段形成减速过程，煤粉颗粒不断减速直至不动，在此过程中颗粒不断升温，着火，燃烧，增强了该段的高温环境有利于煤粉的煤粉的稳定着火燃烧。当煤粉着火稳定后转向主旋气流BC方向，与二次风混合及时造成补氧条件能更充分地进行着火与燃尽，从而达到稳燃的目的。根据NOx的生成机理，降低燃烧初期的氧浓度，是控制NOx的重要手段，一次风的反切可以有效地减少燃烧初期的供氧量，同时反切后也形成了风包粉的局面，也起到分级燃烧的作用，达到了控制NOx生成目的。一次风反切需要严格控制风速，风率及反切角度，否则效果会变差。8三次风反切的影响布置在燃烧器组的最上层，含有约15%--20%的入炉煤粉量，风速高，温度低，其旋转方式对炉膛上部的气体动力场有直接的影响，是通过燃烧器调节炉膛旋流的最后一道手段。如果采用与一、二凤相同的旋转方向，就会增大炉膛出口的残余扭转，增大水平烟道的速度和温度分布偏差，严重时引起过热器和再热器频繁爆管。实践证明采用适当的三次风反切角度，可以显著改善炉膛出口的速度和温度分布，避免过热器和再热器爆管。三次风反切时，不会对下层燃烧器的实际切圆产生影响，但会使本层的实际切圆变小。9摆动对气体动力场的影响下摆时会使切圆直径增大，而上摆时影响不大，主要原因是下摆时下部烟气进入冷灰斗，使切圆增大，反过来又影响了上层切圆，切圆增大的同时，近壁区的气流速度也就增大了。对扭转残余的影响下摆和水平时，炉膛出口残余扭转较大，而上摆时会有所降低，这主要是炉膛下部的冷灰斗的影响。对煤粉流动和结渣的影响当大角度下摆时煤粉会冲到冷灰斗区，会使冷灰斗部分结渣严重。10劣质烟煤的燃烧•一次风集中布置可以增加煤粉浓度，燃烧中心集中，容易形成高温区，降低了过量空气系数，减少了煤粉气流的加热量，容易快速着火。但也要注意及时补氧问题，夹心风是解决方法之一。•控制一次风量适当控制一次风率，可以减少煤粉气流的热容量，有利于升温。一般取20-30%，挥发分愈低，一次风率也愈低。•一次风速的控制过高时易造成着火推迟，燃尽受影响，过低时，会在煤粉输送管道内产生分层和分布不均，也会使着火点距喷口过近。应控制在24—28m/s.•一、二次风速的比例控制根据经验统计，挥发分降低时，二次风速与一次风速的比例应提高，一般大于1.4—2.0。•三次风的控制燃用劣质煤时，三次风量会增大，对正常燃烧的影响也更大。应采取措施降低三次风量，这可以通过改进制粉系统的密封性，减少漏风，提高干燥煤粉的热风温度，及设立三次风再循环等方式解决。•增加煤粉细度，随挥发分的降低，应提高煤粉的细度。•适当的卫燃带布置一定数量的卫燃带可以提高着火区的温度，改善着火与稳定燃烧。但要慎用，注意结渣问题。11无烟煤的燃烧着火和燃尽困难，应采取各种措施改善燃烧•一次风量和一次风速适当降低一次风量和一次风速，一次风率为20—22%，一次风速选20—24m/s。•提高煤粉细度和热风温度R90应小于10%，甚至4—6%。热风温度380—430℃。•设置卫燃带卫燃带能改善燃烧，但也容易导致结渣，较成功的经验是将卫燃带分割成许多小块，避免结大块的渣。12褐煤的燃烧褐煤可燃基挥发分高，水分高，灰熔点低，易结渣。可以采用下列措施改进燃烧•一、二次风间隔布置，并增大一、二次风的间隔距离，燃烧器分组布置，拉开组间距离，控制燃烧区温度不宜过高。•一次风量和一次风速，一次风率控制在20—40%，一次风速12—20m/s，随水分增大而减低。•制粉系统和干燥介质，可采用风扇磨直吹系统，引用炉烟作为干燥剂的一部分，既提高了干燥剂的温度又降低了氧气的浓度，改善了制粉系统的安全性。•采用煤粉浓缩燃烧器在喷口前加浓缩器（分离器），将一部分含水大的风分到三次风中。•采用十字风，用十字风增强一次风的刚度和动量，使一次风不易偏斜。第三章旋流和W型火焰的优化燃烧1旋流燃烧器的特点与直流相比旋流燃烧器具有下列特点•炉膛出口残余扭转小，热偏差小。•燃烧器均匀布置于炉内，热负荷均匀，对防止结渣有利。•各燃烧器单独组织燃烧，相互影响较小。•对炉膛的形状不敏感，不一定要求接近正方形，有利于下游对流受热面的布置。•随锅炉容量的增加，单只燃烧器的的功率不必成比列地增大，只需增大炉膛宽度和燃烧器数量。2旋流强度（单通道的）旋转动量矩与轴向动量的比值3旋转射流扩展角通常把轴向速度为本截面轴向最大速度的10%的连线定义为外边界线。边界线的夹角定义为旋转射流扩展角。扩展角的大小与旋流器的结构和旋流强度有关，随旋流强度的增大，扩展角增大，一般在30—1000.。过大会会造成飞边，燃烧不稳，过小，回流不充分，对着火不利。4决定烟气回流量的因素有，煤粉气流着火温度，挥发分含量，一次风量和一次风温等。5旋流与直流组合时的特性通过一、二次风分别灵活采用不同旋流形式，可以获得不同的燃烧特性，达到不同的目的。主要组合形式有：一次风直流+二次风为旋流；一次风直流+部分二次风旋流+部分二次风直流；一次风旋流+二次风直流；一次风旋流+部分二次风旋流+部分二次风直流；二风皆为旋流，可以同向旋转也可以反向旋转运行特性•一次风直流+二次风旋流一次风不旋转，以直流的形式射入炉膛，主要靠二次风的旋转形成回流区来保证着火和燃烧的稳定。需要注意一、二风的质量流量配比，一次风量过大时会造成回流区变小甚至消失。与一、二风同为旋流相比，可以推迟一、二风的混合，也可以适当控制回流强度。•一次风旋流+二次风直流通过控制一次风的旋流强度，可以有效控制一、二风的混合进程，旋流强度增大时，混合会在很短的距离内完成。•一次风直流+内二次风旋流+外二次风直流是一种双调风旋流燃烧器。为方便，定义直流二次风量占总二次风量的比例为直流二次风率。通过调节直流二次风率，可以控制射流的特性。实验表明，随直流二次风率的增加，气流的扩展角会明显减小，可以防止射流飞边，同时也增强了射流的刚度，使轴向速度衰减减慢，射程增大。但也会使回流区变小。6劣质烟煤的燃烧劣质烟煤的挥发分比较高，但水分和灰分高，所以发热量低，着火困难，不易稳定燃烧，容易结渣。可以采取以下措施•增大二次风扩口的扩张角，也适当增加一次风和中心管的扩口角，以增大烟气的回流量。•适当降低一次风量和风速。•提高一次风的煤粉浓度，可采用浓淡燃烧技术，内圈为浓粉，外圈为淡粉，利用内圈的浓煤粉稳定燃烧。•适当增加中心管的直径，扩大回流区直径和回流量。•在旋流燃烧器出口加装中心扩锥（钝体）。增强回流。•取消或减少旋流燃烧器出口的预混段。7无烟煤的燃烧无烟煤的挥发分低，着火困难和燃尽困难，也可以燃烧劣质烟煤的措施，除此而外，还可以采用下列措施•采用热风送粉，提高热风温度•敷设适当的卫燃带•降低一次风量和风速•二次风分成内外两股，内二次风为旋流，外二次风为直流，通过控制直流二次风率，稳定燃烧。8W型火焰的特点W型火焰是一种下射火焰，具有无比优越的新燃料加热着火条件和燃尽条件，特别适合于燃烧无烟煤和难燃煤种。与其他燃烧形式相比具有下列明显优势•着火条件优越，火炬热量可以直接反馈到燃烧器根部，易于实现低挥发分煤的着火。•燃烧室敷设卫燃带，火焰充满度好，温度高，有利于稳定燃烧。•火焰行程长，煤粉在炉内的停留时间可以达到3—4秒，有利于燃尽。•二次风和三次风随火焰行程分级送入，易于实现分段燃烧，降低NOx生成。•负荷调节范围大，燃尽室温度高，燃烧器又采用煤粉浓度调节手段，所以负荷可以降低到额定值的40%--50%。•火焰在炉内做1800的转弯，可将10%--15%的灰粒分离下来，减轻了对流受热面的磨损。•烟气在喉口可以充分混合，在燃尽室不旋转，炉膛出口速度场和温度场较均匀。•存在的主要问题有：在燃烧后期混合较差，影响燃尽，燃无烟煤时在低负荷状态仍离不开投油，水冷壁和给粉系统布置复杂，燃烧室的结渣也是一个问题，最后运行经验还有待于积累。9、W型火焰锅炉的燃烧器可以是旋流，直流，和浓淡型第4章过热器、再热器的调温方法1汽温变化对机组安全和经济性的影响汽温偏高时会造成过热器和再热器壁温增高，加速蠕变损耗，当超过设计值10℃时，会减低材料的使用寿命一半以上。严重超温会导致短期爆管。每爆管一次会造成巨大的经济损失，以200MW机组为例，爆管停炉期间将少发电2400万kwh。汽温偏低会影响机组的经济性，也会使汽轮机末级的蒸汽湿度增大，危及汽轮机的安全。根据经验，过热汽温每降低10℃，汽耗将增加1.3—1.5%，循环效率降低0.3%，煤耗增加1克。再热汽温降低10℃，会增加煤耗0.225%。一般要求汽温与额定值的偏差在-10－5℃的范围内，并限制在允许偏差值下的累计运行时间，同时还规定了允许的汽温变化速率，一般不超过3℃/分。2运行因素对汽温的影响运行因素包括锅炉负荷，给水温度，燃料性质，过量空气系数，炉膛出口烟温，受热面污染情况等锅炉负荷的影响总体来说，过热器呈对流特性，负荷增大时蒸汽温度上升。但在实际运行中，锅炉负荷增加时，工质流量的增减速度大于燃料量的增加速度，再加上受热面的金属蓄热因素，会导致汽温变化有一个时滞，往往汽温不是上升而是降低。再热器温随负荷的变化由于受汽轮机运行的影响要更大些，一般负荷降低时，高压缸的排汽温度会降低，从而导致再热汽温降低。燃料特性变化主要指水分灰分和挥发分的变化对汽温的影响。水分和灰分增大时，发热量会降低，为达到同样的负荷，投入的燃料量就要增大，结果导致烟气量增大，对流换热增强，汽温上升。灰分变化的影响比较复杂，一方面会增大烟气量，另一方面也会加重受热面的污染，影响传热，最终使汽温下降。挥发分降低时，由于煤粉着火延迟，煤粉在炉内燃尽所需时间延长，导致火焰中心上移，炉膛辐射吸热份额减少，炉膛出口烟温升高，从而使过热汽温升高。过量空气系数变化时也会引起汽温变化，当炉膛过量空气系数增大时，炉膛温度会降低，而烟气量会增大，对流换热增强，汽温上升，同时也会使排烟损失增大。炉内结渣时会使炉膛出口温度上升，过热汽温上升。给水温度变化时（主要受加热器运行状况的影响）会引起汽温变化，例如，当给水温度降低时（高压加热器不工作时），加热给水的热量增大，为保持负荷不变，燃料量需要增加，结果导致过热汽温升高。锅炉自用汽量（主要用饱和汽吹灰）增大时，为不影响负荷，必须多投燃料，结果会使汽温升高。3蒸汽压力变化及其对汽温的影响蒸汽压力直接反映了锅炉蒸发量与外界负荷的平衡关系。当蒸发量小于外界负荷时蒸汽压力会降低，反之会升高。蒸汽压力也是锅炉安全和经济运行的一个重要指标。蒸汽压力过高会威胁受压部件的安全和寿命，达不到额定值时又会降低经济性，例如主蒸汽压力降低1MPa,供电煤耗增加2g，另外还会影响汽轮机的正常工作。蒸汽压力急剧降低或升高时，都会影响锅炉水循环的安全。蒸汽压力升高时，饱和温度升高，蒸发量会减少一些，引起过热汽温上升。一般规定过热蒸汽的压力与额定值的偏差不得超过±0.05—1MPa。维持蒸汽压力稳定的关键就是维持锅炉蒸发量与外界负荷的平衡。当外界负荷增加时，压力会下滑，这时要及时增加燃料量和风量，增加锅炉的产汽量。当外界负荷不变而锅炉内部由于燃烧和传热出现问题时，也会使供求出现失衡，如结渣，煤种变差等，需要及时采取措施进行改进，恢复压力。运行中除限制压力的变化幅度外，也要限制压力的变化速率，一般要求蒸汽压力的下降速度不超过0.25—0.3MPa/分.过快的压力变化，首先会使汽包水位波动，使过热器带水，使蒸汽品质变坏，其次会使水循环变得不安全，也会使受压部件产生疲劳破坏。4蒸汽侧的汽温调节方法蒸汽侧调温时主要通过减温器降低蒸汽的焓值来调温，因此只能减温而不能升温。为此必须额外多布置一些受热面，使蒸汽的焓值超过需要值一定额度，来供减温器减温之用，最后精确达到额定的温度。减温器除了保证汽温精确外，布置位置合适时还可以起到保护受热面的作用。目前减温器一般都分两级，一级布置在前面两级过热器之间，一级布置在末级过热器之前。一方面可以起到保护过热器的作用，另一方面，调节惯性也小，增加了调节的灵敏性。减温器分面式减温器和喷水减温器。面式减温器主要用于中小型锅炉，减温水通过换热面间接与蒸汽接触，将蒸汽的热量带走，因而对减温水的品质要求不高，但调节的灵敏度不如喷水减温器。面式减温器换热面一般布置在过热器的中间联箱内，为u形管束或螺旋管束。通过调节减温水量来调节汽温。减温水一般直接来自于给水，从省煤器上游接出，吸热后再返回到省煤器，因而会使省煤器的进水温度升高。减温水流量约占锅炉给水量的30%--60%。减温焓达50-80kj/kg(蒸汽）。喷水减温器大型锅炉都采用喷水直接减温。由于喷入蒸汽中的水汽化后直接变成过热蒸汽，因而对喷水的水质要求很高，中低压锅炉的给水品质都达不到要求。高压以上大型锅炉的给水品质可以满足要求。喷水减温的降温幅度很大，最大可以达到100℃以上，而且调节灵敏，热惯性小，(几秒的时间）对蒸汽的流动阻力也小（一般不超过0.05MPa)。喷水减温器的喷水也是直接来源于给水（省煤器上游），因而会减少省煤器的水量，一定程度上会使排烟温度上升，但由于设备简单，调节灵敏，还是得到了广泛的应用。蒸汽侧再热汽温的调节方法再热汽温一般不采用喷水的方法进行调温，仅将其作为事故紧急调温用。蒸汽侧常用的调温方法是蒸汽旁通法和汽-汽交换法。蒸汽旁通法就是专门设计一级调节级再热器，放置在低温段，正常工作时，设定一定的旁通量，以控制再热器的总吸热，当负荷降低时，减小旁通量，增加总吸热，弥补汽温的降低。5烟气侧调温直流燃烧器上下摆动调温通过上下摆动燃烧器，可以直接移动火焰中心的位置，调节炉膛的吸热比例，改变炉膛出口烟温，从而达到调节蒸汽温度的目的。调节原则是，当负荷较低或炉膛吸热较多而使汽温达不到要求时，燃烧器喷口向上摆动，当负荷较高或因炉内沾污而使炉膛出口烟气温度和汽温过高时，向下摆动。由于燃料，燃烧设备和受热面布置不同，摆角变化对汽温的调节效果也不相同，需要进行现场试验。通过调节烟气量调节再热汽温将对流烟道一分为二，一边布置再热器，一边布置过热器。在烟道下部安装烟气调节挡板，以控制两烟道流过的烟气量，以此调节再热汽温。这种方法较适合于前后墙对冲燃烧的锅炉，对于4角切圆燃烧锅炉，由于残余烟气旋转，会影响调节效果。另外烟气调节挡板要放在低温区（烟温低于400℃）烟气再循环法调节汽温通过再循环风机抽取省煤器后温度为250—350℃的烟气送入炉膛，改变辐射受热面与对流受热面的吸热比例，从而达到调节汽温的目的。6蒸汽温度调节方法的选用调温方法的选用需要综合考虑各种因素，包括安全性，有效性，初投资，日常维护费用等。一般中参数锅炉主要采用蒸汽侧调温，这样比较经济，高参数大容量锅炉，两种方式同时采用，从发展趋势看，以烟气侧调节为主，约占调节量的2/3,蒸汽侧作为细调，约占调节量的1/3。自然循环锅炉一般采用二级喷水，喷水量一般为锅炉额定负荷的3—5%。直流锅炉的调节特性与汽包炉有所不同，在调节系统上强调自动维持燃料量与给水量的比例关系，一般需要3级喷水，总喷水量约为额定负荷的5—8%。7烟气侧速度的偏差引起的热偏差4角切圆燃烧方式的锅炉炉膛出口往往存在较大的扭转残余，烟气转入水平烟道后会呈现较明显的速度分布不均匀。当切圆按逆时针方向旋转时，右侧的烟气流速将明显高于左侧，反之左侧会高于右侧。流速的差异，会导致对流放热系数的差别，造成吸热不均。残余旋转除造成速度分布不均匀外还会造成烟气温度分布不均匀。对于逆时针旋转切圆，右侧烟温高于左侧，最高烟温点位于水平烟道的右下方。最大烟温偏差达300℃左右。烟温的偏差直接导致对流和辐射吸热的不均匀。同屏各管之间的吸热偏差实践发现同屏各管之间的吸热偏差往往很大，热偏差系数可以达到1.3—1.4。这主要是由于各管在屏中的位置不同，导致吸收的辐射热不同。各管接收的辐射热主要包括，屏前烟室的辐射，屏后烟室辐射，屏间烟室辐射和屏下烟室辐射。例如最外圈的管子接收到的各种辐射是其他管子的几倍。各管子长度上的差异也是导致接收屏间辐射出现差别的原因。所以屏式过热器一般热偏差较大。由流量偏差引起的热偏差流量偏差可以由流通截面偏差，阻力偏差，蒸汽比容偏差和集箱静压偏差引起。进入各管屏的蒸汽比容不同会引起阻力不同，导致流量差异，受热越强，比容越大，阻力也越大，流量就越小，这种现象称为热效流量偏差。集箱中的静压分布差别较大时也会引起流量偏差，影响大还与管圈本身的阻力有关，管圈本身阻力较大时静压的影响较小。对于再热器，由于设计上要求阻力不能太大，因此，集箱中的静压分布对流量偏差影响较大。同屏各管阻力不同引起的流量偏差，包括管径不同，内外圈长度不同，弯头角度不同等。减温器的影响造成的流量偏差减温器布置不当时，会导致部分管子流量下降。热偏差的直接后果就是导致过热器和再热器的过热爆管，这是电厂的主要事故。爆管常发生在过热器的外圈和再热器的向火面。有些电厂为避免爆管，常降低汽温运行，这会降低电厂的经济性。热偏差及降低措施炉膛出口扭转残余是4角燃烧锅炉绕不开的问题，而且随着锅炉容量的增大，其扭转残余也同步增大，造成炉膛出口的速度和烟气温度偏差增大。例如从200MW增加到600MW，偏差会翻一番。切圆逆时针旋转时，一般水平烟道右下侧的烟速和温度都较高，但是对于屏区来说，情况刚好相反，左侧的烟气充满度反而好，右侧烟气有短路到水平烟道的趋势，烟气从右下侧集中流出，使右侧污染增大，导致左侧屏的工质温升反而高于右侧。另外三次风的投入对炉膛出口烟气的流速分布和温度的分布有直接的影响，需要根据实际情况慎重对待。降低扭转残余的方法很多，例如可以采用分割屏的偏置（包括有一定的倾斜角），可以取得一些效果，但结构上还是有一些困难，使用上需慎重。反切技术是较实际的措施，例如采用一次风反切，只要反切角合适（比如100左右时）就可以取得明显的效果，能将两侧温差降低至50℃--60℃，飞灰可燃物含量降至3%，确实是一举两得。同样也可以采用二次风和三次风反切技术来消除扭转残余，但效果都没有一次风反切好。第5章积灰结渣及防止1积灰和结渣积灰是指温度低于灰熔点时灰在受热面表面上的积聚，一般发生在对流受热面上。而结渣是指熔化了的灰在受热面上的积聚，多发生在辐射受热面上。2受热面的结渣过程灰在高温烟气中会在极短的时间内蒸发、分解、氧化、挥发以至熔融成结晶体，遇到受热面时发生沉积，一般分以下几个过程•依靠扩散作用，在管子四周形成薄的，白色的，很细的沉积层，该过程基本不受烟气流速的影响。•在迎风面由于灰粒的撞击形成内部烧结层，灰依靠黏性而彼此结合，厚度约几毫米厚，不易被吹灰清除。•随着内部烧结层的变厚，积灰表面温度会升高到接近烟气温度的水平，使熔融状态的灰在积灰层形成熔融相，这些熔融相又捕集撞击在其上的颗粒，并产生烧结反应，形成坚实的积灰，灰层变厚，表层温度升高，导致恶性循环，最后温度适宜时能形成液态渣层。3高温受热面的积灰过程与结渣过程相似，积灰过程也分为三个阶段。最初也是由于热扩散或涡流扩散或汽化物凝结，在管子四周表面上形成一层灰粒直径小于10μm的薄层灰，这层灰一般黏性不强容易吹掉。第二阶段是直径稍大的低熔点灰的沉积，这层灰粘结性较强不易吹掉，会沉积在管子的迎风面上。在第3阶段，大量的沉积物会快速堆积在管子表面，如果黏性或熔融状态的成分多，则会很快堵死通道，不过与结渣不同的是，外层灰由于温度不太高，与内层灰的黏结性不强，容易被吹灰器吹走。4煤灰成分对积灰结渣的影响碱金属的作用研究和经验证明，当煤中碱性物质较多时极易发生结渣问题。在800—1000℃时，许多含钠的成分能和硅酸盐发生反应促使玻璃化过程，生成易熔的共晶体。碱金属在高温时还会发生蒸发，变成氧化物，氯化物，氢氧化物及其硫酸盐的蒸汽，然后在温度合适的受热面上凝结，形成初始的积灰层。也会与铁，铝的硫酸盐发生化合反应生成熔化温度500—600℃的产物。氧化钙CaO的含量增加时，可使低熔点共晶体组分上升，试验证明在CaO的含量小于10%时，随其含量增加，灰的熔点呈下降趋势，CaO=10—30%时熔点又略有上升，大于30%熔点又上升明显。铁含量的影响铁在灰中的氧化物有FeO和Fe2O3两种形式。其中Fe2O3的熔点高，比FeO高500℃。在还原性气氛中，FeO会与SiO2，CaO等形成低熔点共晶体，容易造成较严重的结渣问题。而在氧化性气氛中，FeO会被氧化成Fe2O3，不易结渣。在结渣过程中铁的氧化物也容易促使渣的沉积。硅酸盐含量的影响在煤灰中氧化硅的含量一般占首位，其本身的熔点和汽化温度都很高（1200—1500℃），但与其他氧化物形成的硅酸盐共熔体的熔点却较低。当积灰是硅酸盐型时，初始的积灰层不是碱金属，而是硅化物的沉积。Al2O3含量的影响在煤中含量也较多是一种高熔点物质，一般随Al2O3含量的增加，煤的软化温度总是升高的。灰分含量的影响实验证明煤的灰分特别高或特别低时，结渣能力都不严重，灰分在7%--15%时，灰的熔点迅速降低。5根据灰特性对结渣和积灰的评价和预测碱金属含量评价用煤中Fe2O3含量进行评价Fe2O3<8%不结渣，Fe2O3=8%--15%中等结渣，Fe2O3>15%,强结渣。具体结渣情况还与还原性气氛有关。根据硅比G进行评价G中分母多为助熔剂，硅比大，说明灰渣的黏度和熔点都较高，结渣的倾向性较轻。不足之处在于未考虑灰中主要成分Al2O3的影响，故仅适用于SiO2/Al2O3=1.7—2.25硅铝比（SiO2/Al2O3),两者都是煤中的主要酸性氧化物，一般Al2O3总使灰熔点上升，SiO2却有两重性，一方面SiO2容易与碱性氧化物作用形成低熔点化合物，另一方面，其本身也可以使灰熔点提升。SiO2/Al2O3<1.87,轻微结渣SiO2/Al2O3=2.65--1.87,中等结渣SiO2/Al2O3>2.65,严重结渣碱酸比（B/A)6减少结渣积灰的措施合理的锅炉结构•燃烧方式选择根据煤种选择液态或固态排渣炉，对于结渣倾向严重的煤选择液态排渣方式。•合理的炉膛出口烟温当炉膛不布置屏式过热器时，炉膛出口温度应低于灰的变形温度，当有屏时，屏后烟温不超过DT-50℃,ST-150℃。通过优化运行方式减轻积灰和结渣•控制合理的炉内过量空气系数，增大过量空气系数有利于降低炉膛出口烟温，同时也可以防止出现还原性气氛。•协调一二次风的配合，保证燃料与空气的良好混合，避免在水冷壁附近出现还原性气氛。•对于易结渣煤通过各种手段控制炉内温度水平。控制住炉温就在有一定程度上限制了碱金属的蒸发，灰的熔融状态的形成和在受热面上累积和烧结反应。利用同心反切技术来防止炉内结渣二次风反切通过二次风反切，可以在水冷壁附近造成气相流动区，形成风包粉，防止或减轻熔融煤粉粒子向水冷壁迁移另外也可以实现稳燃和分级送风，控制NOx生成的目的。一次风反切也可以实现风包粉，防止或减轻熔融煤粉粒子向水冷壁迁移，但在稳定燃烧和着火及燃尽方面比二次风更好可是，操作不到位时会起反作用。第6章磨损及防磨1冲刷磨损时颗粒相对于固体表面的冲击角较小，近乎平行划过，颗粒在平行于固体表面的分速度作用下对固体产生切力作用，而在垂直于固体表面的分速度作用下产生锲入固体的作用，两种作用的合成效果就产生刨削，作用力足够大，时间足够长时，固体就被削掉一块。2撞击磨损时，冲击角较大，接近900，颗粒不断撞击固体表面，使固体表面产生局部塑性变形和硬化，继而产生显微裂纹。作用时间一长，就会出现整层脱落，形成磨损。3影响磨损的因素灰粒的硬度、金属的管壁硬度、煤灰成分、灰粒直径的影响（在一定的飞灰浓度下，随灰粒直径增大，单个灰粒的动能增大，磨损量增大，但增加到一定程度时，磨损量处于稳定值。主要原因是在给定的飞灰浓度下，随颗粒直径的增大，单位体积内的颗粒数会减少，故磨损量不会再增加。）飞灰浓度的影响（实验证明磨损量几乎与飞灰浓度的一次方成正比。）烟气速度的影响研究证明，磨损量与烟气流速的3次方成正比。烟速高，灰粒的动能大，烟速高，粒子的撞击频率增大。管子的倾斜角度在380左右磨损最大，之后，随倾角的增大而降低。金属氧化膜的影响烟气流速的影响T与流速的三次方成正比，实验证实，T与流速的3.22次方成正比只能冲蚀掉管壁上的腐蚀物，只有当高于某一临界速度时，飞灰的冲蚀才会影响到氧化膜的存在。管壁温度的影响管壁温度会直接影响氧化膜的稳定性和生长速度，壁温升高氧化膜的强度增加，磨损量会降低，但在某一温度下，会反弹，对于省煤器，该温度为350℃，过热器为380—400℃。主要原因是，随温度的增高，热应力会增加，金属与氧化膜的热膨胀系数的差别效应显现，引起氧化膜不稳。烟气成分的影响主要是腐蚀性成分的影响，包SO2,SO3,H2S,H2O等。这些腐蚀性气体会对管壁产生腐蚀作用，其产物又会被灰粒冲走，相互加强，使磨损加快，严重时能提高4—5倍。错列管束结构参数的影响第一排管子相对独立，不受结构参数的影响，其磨损主要取决于来流的工况。第二排管磨损一般最大，主要原因是烟气在第二排要改变流动方向，灰粒子由于惯性作用，不易改变方向，会直接冲到第二排管上，其作用，相当于对飞灰进行了浓缩横向节距S1/d愈小，这种效应越明显。经过第2排管子的阻挡后，灰粒的动能减少，对后面各排管子的磨损减小。S1/d对后面管子的磨损有较明显的影响，在S1/d=2.5—3时，磨损量最大。S1/d进一步增加时，磨损量会下降。纵向节距S2/d对磨损的影响，也存在一个峰值，当S2/d=2.81时磨损最严重，大于或小于2.81时会影响灰粒子的加速和聚集，影响磨损。顺列管束的磨损顺列管束的磨损远小于错列，除第1排外，其他各排的磨损都较小，尤其是第2、3排最小，以后各排逐渐上升，但比错列时要小得多。所以防磨时，只要在第一排加防磨装置即可。由于这一原因，现代大型锅炉多采用顺列布置。烟气向上与向下流动的影响烟气在向下流动时颗粒受到的重力与流动方向一致，会进一步加速，直径愈大，影响越明显，反过来，向上流动时，会减速，减轻磨损。4烟气走廊的影响及防止由于在结构上的不均匀，造成一道自上而下的相对节距较大的通道，烟气在该通道内的阻力较小，流速高于其他地方管束的流速，这就是烟气走廊。另外管束与烟道的间隙过大时也会形成烟气走廊。防止措施尽量分级，不要使纵向排数过多。排数过多会放大走廊效应；尽量缩小走廊尺寸，纵向排数愈多，间隙更应控制；在进出口加梳形管，加装护瓦，不但可以改善横向流动效果，而且本身也具有防磨功能；加装护帘，将受热面管或弯头遮挡起来，使管子免受灰粒的冲蚀；尽量减小管束阻力，减小走廊的效应。可以通过采用顺列管束，较大的横向节距，较大的管径等来实现；采用翅片管，强化传热，减少纵向排数，增大了横向节距，同时翅片管本身也耐磨。5转弯引起的磨损及防护在Π形布置的锅炉中，烟气从水平烟道转入尾部烟道，经过了一个900的大转弯，由于离心力的作用，会出现烟气流速和飞灰浓度的不均匀，在近后墙的局域，烟速和飞灰浓度都提高，该处的磨损比平均值高7—8倍。降低不均匀性的可能措施对后墙附近5排左右的蛇形管束适当缩小其横向节距，也可以在其上部增设3排左右的防磨管或阻力板。另外在水平烟道出口处设置一定的扩边，也可以改善含灰气流的均匀性。6翅片管的防磨机理可以从以下3个方面理解。首先增加翅片后可以减少管子数量，在相同的烟道截面下，可以降低流速，减少磨损量，一般可降低烟速7.2%，磨损量降至光管的80%，寿命延长25%。，第二，在增加膜式板后，烟气容易在受热面上形成一层稳定的边界层，缓冲灰粒对受热面的冲击。烟气在独立的通道内流动时，形成两边速度低，中间高的分布同时飞灰浓度的分布也是中间高，两侧低。这样的分布十分有利于减轻对管子的磨损。第三，加翅片后会促使烟气发生绕流，使灰粒向烟道中间集中，减轻对受热面的冲蚀。翅片管存在的问题当不采用膜式壁时，每个翅片要求安装都要求对准，否则灰粒会被引导至管子上加剧磨损，故一般最好采用膜式壁。但膜式壁弯管加工工艺复杂。另外翅片管容易积灰，特别是然用高灰分易黏结的煤种时。需要进一步研究解决。7防磨措施•选择合理的烟速，在许可的情况下尽量降低烟速，烟速降低一倍，磨损降低3倍，燃煤炉与燃油燃气炉的主要区别就在此。•降低速度不均匀性，速度越均匀磨损越小，实际的磨损大都发生在局部高流速处。•降低飞灰浓度的不均匀性，局部的高浓度，往往是飞灰磨损的根源。•适当增加横向节距S1/d,选取合适的纵向节距，尽量放宽烟道宽度。第7章锅炉的高低温腐蚀及防护1高温腐蚀原理SO2和SO3对受热面的腐蚀煤中的硫分在燃烧时会生成SO2，少量转化成SO3，在氧化物（Fe2O3,V2O5)的催化作用下,SO2也会转化成SO3。SO2和SO3会与金属基体和氧化层发生反应，对金属产生腐蚀。SO2在温度大于550℃以后对金属的腐蚀加快，在此温度以下腐蚀速度较低。H2S对受热面的腐蚀当燃烧过程中缺氧时会生成较多的H2S，H2S对金属的腐蚀速度几乎与其浓度成正比，温度越高腐蚀速度也越高，一般在500℃以上最为显著。H2S能与铁和FeO反应生成FeS.HCl对受热面的腐蚀煤中的氯化物是HCl的来源，在400-600℃的温度范围内，HCl与金属和金属氧化物的反应最为活跃，生成物为FeCl2，汽化点低，对受热面没有保护作用，加快了腐蚀。硫酸盐型高温腐蚀煤中的碱金属Na和K挥发后与SO3反应生成硫酸盐蒸汽，在合适的温度下（877℃）在受热面上凝结，与金属氧化物反应，形成复合硫酸盐，对管壁造成腐蚀硫化物的高温腐蚀煤中的黄铁矿（FeS2),在还原性气氛中受热分解会放出原子硫，此外H2S与SO2反应也能生产原子硫，在还原性气氛中原子硫会与铁直接反应生成硫化亚铁。碱土金属盐类和钒盐对受热面的高温腐蚀碱金属硫酸盐会与灰中的其他成分作用形成低熔点的复合物，当积灰中存在钒盐时，熔点会进一步降低（550—580℃），黏附在受热面上造成强烈的腐蚀。此外钒盐会产生原子氧产生更强的腐蚀2水冷壁的高温腐蚀水冷壁的高温腐蚀主要发生在燃烧器区域，该处管壁温度在350—400℃左右，各种腐蚀性气体浓度也大，腐蚀速率一般为1.1—1.5mm/年，严重时可以达到2mm/年。腐蚀速度一般大于氧化膜的生成速度，一旦氧化膜遭到破坏，腐蚀速度就会加快。水冷壁的腐蚀速度与炉膛内的还原性气氛有极密切的关系，当水冷壁区域缺氧时，会大量生成H2S气体，直接与铁发生剧烈反应，对管壁产生腐蚀。另外管壁上的熔融的积灰层也加也加速了腐蚀。3过热器的高温腐蚀过热器区为氧化性气氛，过热器材料也大多为合金钢，其中铬的含量较高，含铬量愈高，抗腐蚀能力越强。过热器的腐蚀一般称为热腐蚀。热腐蚀分为孕育期和加速腐蚀期。在孕育期，合金被氧化，其表面形成保护性氧化膜和沉积薄盐膜，而后在表面保护层下会生成某些硫化物，导致保护层出现缺陷，熔盐穿过保护层与合金表面反应，到一定程度后，表面保护层失去保护作用，热腐蚀进入快速腐蚀阶段。4防止高温腐蚀的措施•低氧燃烧，可以降低SO3和V2O5的含量，降低腐蚀，但应注意配风的均匀，避免出现局部缺氧，形成还原性气氛，否则也会加剧腐蚀。•均匀分布各燃烧器间的煤粉浓度，避免出现结渣和局部缺氧现象。•防止受热面壁温局部过高局部温度过高时会造成局部熔渣的形成，加速腐蚀。•在壁面附近喷空气保护膜和采用侧壁风技术在局部形成富氧区，防止结渣和腐蚀性气体靠近。•控制合理的燃烧器区域热负荷和炉膛出口烟温•上部风反切技术，促使炉膛出口烟气速度和温度均匀，避免局部高温和腐蚀性气体聚集。•选用抗氧化性和高温强度高的钢材，采用高铬钢和奥氏体不锈钢。•烟气再循环通过烟气再循环，可以控制火炬中心和炉膛出口烟温，避免结渣，降低SO3的含量。•注意吹灰，减轻积灰，避免管壁温度升高。•表面喷涂耐高温防腐材料，主要有铝化物涂层，铬化物涂层，SiO2玻璃质等。•在煤中加入添加剂，如石灰石，MgO等，减少SO2，H2S等腐蚀性气体的生成。5炉管内腐蚀•碱腐蚀经过除氧的水，一般腐蚀很慢，主要是铁与水的反应生成的Fe3O4在金属表面形成一层致密的保护层，防止反应的进一步发生。炉水的pH值在10-12时，保护膜最为稳定，过低时会发生酸腐蚀，过高时则会发生碱腐蚀。氧化膜的破坏还发生在炉水局部浓缩的部位，如管道沉积物的下部，受热面的缝隙处，循环不良处等。•酸腐蚀当炉水内混入氯化物（MgCl,CaCl)（由于凝汽器的泄漏）时，氯化物会发生水解反应生成HCl,从而使炉水的pH值迅速降低，破坏氧化膜，加速金属的腐蚀。•氢腐蚀腐蚀性物质与钢反应生成的氢会对钢造成进一步的腐蚀。氢会在热负荷较高和有结垢和沉积物的下面聚集渗透到晶界进行腐蚀，使钢脱碳，生成甲烷，产生微裂纹和使钢变脆，常发生突然爆管现象。防止氢腐蚀的措施有，保证水处理质量，防止结垢，及时清垢，避免局部热负荷过高，采用含碳量低的奥氏体不锈钢等。•苛性脆化损坏苛性脆化主要发生在胀接和铆接的部位，该处积累有高浓度的NaOH,局部应力也很高，温度也高。苛性脆化损坏主要在晶界上产生腐蚀性分枝裂纹，引起应力集中，最终导致晶间开裂。这种情况在大型锅炉内一般不会出现。炉管内的氧腐蚀除氧器正常运行时炉水内的含氧量很少，腐蚀仅发生在给水管道和省煤器中，到锅炉本体时氧已经消耗殆尽。但在异常情况下，不仅会造成省煤器的严重腐蚀也会对下降管和汽包造成腐蚀。氧腐蚀属于一种电化学腐蚀，铁不断变成铁离子生成氢氧化铁，在内表面形成溃疡性腐蚀，造成许多小坑。防止氧腐蚀的措施首先是保证除氧质量，另外是加强疏水内漏的检查，同时在低压时防止空气进入。6低温受热面的腐蚀低温受热面的腐蚀主要是硫酸蒸汽的凝结形成硫酸而产生的。硫酸蒸汽的凝结温度称为酸露点，其高低主要取决于硫酸蒸汽的分压力，分压力越大，酸露点越高，一般为110—160℃。烟气中的灰会吸收一些硫酸蒸汽，降低酸露点。硫酸对金属的腐蚀与硫酸浓度有关，最严重的浓度发生在52%--56%，60%以上，腐蚀很轻。在酸露点附近硫酸的浓度较高腐蚀并不严重，在低于酸露点25—45℃的区域腐蚀速度达到最大点。当壁温接近水露点时腐蚀速度又达到一个新高。低温受热面的腐蚀主要发生在空气预热器，省煤器，烟道和烟囱。尤其是空气预热器，腐蚀最严重。腐蚀反应主要是Fe2O3和金属铁与硫酸的反应，生成物包括低价的硫酸铁，和铁的硫化物。当有积灰出现时，灰虽然可以吸收一些硫酸，但若长期黏附在受热面上不断吸收SO2,反而会加重腐蚀。7影响低温腐蚀的因素燃料与炉型对于煤粉炉，飞灰对SO3有较强的吸收作用，约能滞留一半的硫，因而酸露点较低，相反燃油炉没有吸附颗粒，再加上油中的氢含量较高，燃烧后生产大量的水蒸汽，两方面造成燃油炉低温腐蚀比燃煤炉严重。另外燃烧温度愈高SO3的转化率也高。烟气含氧量实践证明，降低含氧量（低过量空气系数）能降低腐蚀。其原理是，含氧量低时CO量较大，CO对抑制SO3有较明显的作用。燃料含硫量及管束形式含硫量越高，生产的SO3越多，腐蚀越严重。错列管束的酸沉积速度大于顺列管束，局部高速区也是腐蚀较重的区域。燃料中的含钙量钙能与SO3和硫酸发生中和反应降低烟气中的SO3和硫酸的浓度，减轻腐蚀。锅炉负荷负荷降低时，火炬温度降低，SO3的生成量降低，酸露点降低，但低温受热面的壁温也会降低。烟气再循环实践表明，引入烟气再循环时，酸的形成将趋缓，特别是从循环烟气从燃烧器送入时效果较明显。其机理主要是，循环烟气增大了惰性气氛围，使SO3的转化率降低。8防止低温腐蚀的措施提高受热面壁温低温腐蚀主要发生在壁温低于酸露点的情况下因此提高壁温称为首选的措施。提高壁温的主要方法有，提高排烟温度，采用热管空气预热器，采用暖风器，热空气再循环等。采用卧式空气预热器和回转式空气预热器让烟气横向冲刷，提高壁温，回转式空气预热器壁温也高于管式。另外在结构上也可以专门设置一段低温段，便于及时更换。采用耐腐蚀材料可以采用玻璃管和陶瓷作为低温段的受热面材料，有效提高抗腐蚀能力。运行措施低氧燃烧可以降低SO3的生成，但也会使不完全燃烧损失增加，有时也会促使H2S大量生成，需慎用。尽量保证各燃烧器负荷均匀，避免局部负荷过高。也要控制好炉温不宜过高。防止积灰，避免漏风。采用添加剂向烟气中喷入白云石或石灰石，能中和SO3，喷入氨气也可以起到相似的效果。第8章锅炉变负荷运行1静态特性在稳定状态下，各输入量与输出量之间的关系称为静态特性。如，稳定状态下汽温与负荷之间的关系。静态关系不涉及从一个稳定状态到另一个稳定状态的过渡过程中的变化情况。2动态特性从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态过程中所表现出的特性，也就是参数随时间的变化规律。锅炉的静态特性可以看做是动态特性在经历无限长时间后达到的极限状态。3自然循环锅炉变工况时的静态特性燃料量（负荷）增加后各参数的变化首先，炉膛出口烟温升高，炉膛总辐射吸热量增加，但单位燃料量对应的辐射吸热量却是减少的。后面各级受热面的烟气温度都会升高，但越往后增加幅度越来越小，最后排烟温度仅小幅度增加。各级对流受热面的吸热量随燃料量的增加而增加（不论是总量还是单位燃料量或单位介质对应的吸热量），这就是所谓的对流特性。当过热器的总体特性呈对流特性时，蒸汽温度和压力会随负荷的增大而增高。直流锅炉变工况时的静态特性直流锅炉的特点在于其介质从入口到出口是连续不断的，它的加热、蒸发和过热区段没有明显的分界线，给水量直接等于蒸发量（静态特性）。燃料量增加时，烟气侧的温度变化情况与自然循环炉是相似的，但过热汽温的变化取决于燃料量与给水量的匹配。尾部受热面低温腐蚀和堵灰负荷降低时排烟温度会降低，尾部受热面的壁温会降低。下表是670吨/时锅炉的运行数据。长期低负荷运行会造成严重的低温腐蚀和堵灰。负荷变化时的动态特性汽包炉燃料增加时的动态特性，由于锅炉各受热面都具有很大的热惯性，特别是汽包炉的蒸发系统，热惯性非常大，当燃料量突然增加时，锅炉的蒸发量，蒸汽压力，蒸汽温度的变化不会立即跟上燃料量的变化，达到静态特性对应的值。以200MW锅炉为例。当燃料量增加14.5%，在保持汽轮机阀门开度不变时，各参数随时间的变化曲线如下图所示。上述曲线表明，平衡过程需要200秒左右。需要注意的是，由于蒸发量的迟滞，进入过热器的蒸汽流量不能立即跟上，而烟气量和烟气温度却已经变大，导致过热器流量相对不足，汽温急剧升高，此时必须配合大量的喷水，否则过热器管会超温。随着蒸发量的提高，喷水量应当适当回调。相似地，当燃料量突然减少时，过热汽温会先迅速下降，然后随蒸发量的降低，又逐渐回升。由此可以看出过热汽温调节的复杂性。直流炉燃料量增加时的动态特性先研究燃料量单独增加而不增加给水量的情况。，单独增加燃料量时，过热汽温变化虽然延迟，但会增高，只有同时成比例地增大给水量，才能避免这种情况出现。负荷变动时锅炉的几种运行方式•负荷跟踪方式始终不停炉，通过改变机组的负荷来满足电网的需求。一般白天带满负荷，深夜低负荷运行。负荷变动时通常采用变压运行方式。•两班制方式白天基本满负荷运行，晚间电网低谷时停机6—8小时，早上热态启动，周末停运。•少蒸汽无负荷运行又称为调相运行或发电机转电动机方式运行。这种方式是在夜间停炉，但不解列，保持汽轮发电机组和电网并列运行。发电机从电网吸收部分电力，用以驱动汽轮机转子空转，同时，为冷却汽轮机空转时产生的摩擦热，需通入少量的低参数蒸汽。在早晨电网负荷恢复后再带负荷。这种方式的好处是，减少了重启时的汽轮机抽真空，冲转，升速和并列等操作，对汽轮机的安全十分有利。•低速旋转热备用方式电网负荷降低时，机组解列，但不停炉不停机，仅在低速下旋转，随时准备带负荷。对汽轮机有好处，但要求锅炉在极低的负荷下运转，需要投油，代价很大，一般不适合于单元制机组，对母管制更合适些。•连接主蒸汽管道，停炉不停机在两台同参数机组的主蒸汽管道上加装联络母管，在夜间低负荷期间，停运一台锅炉，另一台锅炉带两台汽轮机作低负荷运行。这种方式操作少，机动性好，可以避免锅炉在过低负荷下运行。4锅炉变负荷时可能出现的问题限制负荷变化率的因素对于承担调峰任务的锅炉，总是希望能快速适应电网负荷的变化要求，但由于各种因素的制约，负荷变化的速率不可能很高，一般仅能做到每分钟2%--7%。主要制约因素包括•锅炉厚壁承压部件的低周疲劳频繁的热态和稳态启停，过高的温度压力变化速率会造成受压部件的热应力和低周疲劳损伤。以汽包为例，启停和变负荷时，汽包上下，内外，及下降管的接口处都会产生较大的热应力和循环应力，这些应力过大时会造成材料失效和疲劳损伤。实践表明，一般汽包炉的最大升温速度约为1.5—2℃/min。我国多家电厂实验表明，在负荷变动过程中，汽包上下壁温差影响最大，不允许超过40℃，这也是确定负荷变化速率的一个重要依据。•蒸汽压力变化在变压运行时，主蒸汽压力随负荷而变化，汽包内的饱和温度也随之发生变化，而且两者并非线性变化随着压力的降低饱和温度的变化率明显增大，引起的热应力也加大，所以在控制负荷变化率时应考虑压力的变化速率和调压方式。在高负荷时可以高些，在低负荷时要放慢。在相同的负荷变化速率下，采用节流变压比纯变压方式引起的饱和温度速率要小。•蒸汽温度的变化在负荷变动中，过热汽温和再热汽温也会出现较大的波动，导致超温或汽温偏低。例如在升负荷时，短时期内屏式过热器会出现超温，另外，负荷变化时，热偏差也会增大，导致部分管子超温，而部分管子汽温偏低。•汽包水位的波动在负荷变化时会引起汽包水位的变化，正常汽包水位应维持在汽包中心线以下100毫米处，最大允许波动值应限制在±50mm.水位过低会导致下降管带汽，危及水循环安全，过高又会导致蒸汽带水，危及过热器的安全。运行中各种因素都会导致水位波动。例如压力升高时，饱和温度提高，水密度减小，体积略有膨胀，但是蒸汽的密度却会减小，导致水中的蒸汽体积缩小，循环回路的总体积会缩小，汽包水位会下降。因此变负荷时，应控制压力的变化速率。炉内输入热量增加时蒸发量增大会引起水位的暂时上涨。这些都表明汽包水位无自平衡能力，要求汽包水位调节系统有良好的调节能力，以免在负荷变化时出现事故。•另外主蒸汽管道和汽轮机上厚壁元件也会影响负荷变化速率。最低负荷的界限在调峰机组中，希望最低负荷尽可能地低，一般汽轮机可以在20%--30%的低负荷下稳定运行，因而机组的最低负荷往往取决于锅炉。影响锅炉最低负荷的主要因素是锅炉燃烧的稳定性和水动力的安全性。燃气燃油锅炉最低负荷可以达到额定值的20%--30%。国外燃煤机组也能达到30-35%（好煤），国内由于主要烧劣质煤，相当一部分锅炉只能降到70%，再低就要投油。近年来随着各种稳燃技术的推广，很多锅炉的最低稳燃负荷可以降至50%左右。锅炉在低负荷状态运行时，火焰在炉内的充满度比高负荷时差，致使水冷壁热负荷不均匀，不同回路之间的循环状态出现偏差，有些地方会发生循环停止和倒流，危及水冷壁的安全。除了上述两个主要因素外，影响最低负荷的因素还有，过热器的热偏差会因负荷的降低而增大，也会出现低负荷时主蒸汽温度严重偏低的状况，给水泵的最低流量问题等。5电站锅炉低负荷稳燃技术煤粉的稳燃技术从原理上可以分为两大类，一是热回流法，另一类是煤粉浓缩法。热回流法是通过强化燃烧热的返回来实现煤粉气流的着火和稳定燃烧的。煤粉浓缩燃烧技术的技术基础是通过燃烧器前的浓缩装置，将一次风粉气流分为浓淡两股，获得高浓度煤粉气流，利用其着火和稳燃性能好的优点改善和稳定着火。两种方法均有各自的特点，但也相互联系，许多热回流技术中就包含有局部浓缩的概念。四角切圆燃烧的稳燃技术•采用钝体燃烧器根据第2章的介绍，钝体的作用是能形成一个较大的回流区，将高温烟气回流到着火区，稳定着火和燃烧。同时钝体也能提高煤粉气流的紊流强度，并在钝体回流区边缘使煤粉浓度提高，这些都会进一步改善着火与燃烧稳定。与通过射流外边界卷吸补气的情况不同，钝体直接将高温烟气引入高浓度煤粉区内部，实现迅速着火，并形成火焰锋面。实践表明钝体燃烧器也有一定的稳燃极限，能比无钝体时提高30%。影响钝体特性的主要参数有•来流速度在稳燃极限内提高来流速度将增大一次风粉与回流区中高温烟气之间的热量和质量交换率，也会提高提高回流区的紊流强度，这些都有利于稳定燃烧。但来流速度过高，将会导致着火距离拉长，着火推后等不利于着火和稳定燃烧等问题，甚至造成熄火。•钝体张角增大钝体张角会同时扩大回流区的长度和宽度，增大回流量，但阻力也同时增大，一般取300—650。•钝体底边宽度在张角一定的情况下，随相对宽度的增大，回流区宽度一直增大，但回流区长度是先增大后减小。•阻塞比钝体占一次风口流通截面积的份额称为钝体的阻塞比（或阻塞率）。当钝体放置在喷口以外时，阻塞比为零。随阻塞比的增加，回流区和回流量都会增大，阻力也增大，一般取0.3—0.65。•钝体布置方向和燃烧器间距钝体形成回流区的主要机理在于钝体后有一个低压区，该低压区既会从钝体下游吸引高温烟气，也会从钝体端部卷吸气体，这种现象称为端部补气。端部补气过强时会削弱从下游回流的烟气量，并使钝体两侧的气流不能闭合，影响稳燃。当钝体水平安装时，端部补气来自水平方向，气流温度较高，另外钝体将射流分为上下两股，对射流的刚度影响不大。而当钝体垂直布置，并且燃烧器间距过大时（相对间距大于3），端部补气对稳燃的影响较大，此外，钝体将射流分成左右两股较窄的射流，对射流的刚度削弱较大。为了消除端部补气对回流的影响，开发了带稳燃腔的钝体燃烧器，将钝体安装在稳燃腔内，明显提高了回流量，一般可以提高一倍。•假想切圆直径钝体会使射流的扩展角增加，但在回流区结束后，气流又发生闭合，使实际切圆增大不多，当钝体水平安装时，增加幅度更小。为了避免结渣，可以适当减小假想切圆直径。采用船型火焰稳燃器其形状与船相像，放置在喷口内。与钝体相似，船形稳燃器也是通过回流来稳燃的，但是阻塞率大，一般为0.4—0.7，阻力大，约要增加42%。船形稳燃器的回流区一般较小，相对回流长度为1.5—1.2，因此回流区的温度仅100—300℃,不可能像钝体那样靠高温回流稳定着火。研究表明船形稳燃器的稳燃机理是在一次风出口附近建立了一个具有高煤粉浓度、高温和合适氧浓度的的局部区域，即所谓的三高区。煤粉浓缩的原理在于利用了煤粉颗粒的惯性，当气粉绕过船体后，气体会向中心区流动，而颗粒由于惯性继续直行，形成一个较浓的煤粉区，该区域正好接受邻角高温射流的冲撞，对着火非常有利。船形燃烧器已在国内许多厂家应用，结果表明，能使着火提前，燃烧稳定，炉膛负压波动小，并能扩大锅炉对负荷和煤种的适应范围，减少了助油量。主要缺点是阻力偏大，磨损严重。（现在已大部拆除）采用煤粉浓淡燃烧器煤粉浓淡燃烧器的稳燃手段是通过分离分流的方法，将一次风气流分离成浓粉流和淡粉流两股气流，利用浓粉流良好的着火和稳燃性能强化煤粉的初期燃烧，达到稳燃的目的。•WR型燃烧器（宽调节比燃烧器的简称）利用900弯头，将煤粉分离成外侧浓内侧淡的分布，转弯后，两股气流之间用隔板隔开，在喷口处还安装了波纹扩流锥，以进一步提高气流的紊流度，同时也能回流少量高温烟气。实践证明，弯头能明显提高外侧的煤粉浓度，外侧能比内侧提高几十倍以上。不同负荷下浓缩程度会有所不同煤粉浓度并非越浓越好，过浓不利于挥发分的及时着火燃烧，最佳值与煤种及风温有关。贫煤为0.7—1.0，烟煤为0.5—0.6kg/kg(空气）•PM燃烧器（最小污染燃烧器的简称）通过三通分配器将煤粉气流分为上浓下淡的两股气流，从两个喷口分别送入炉膛。在两管中，空气量各占50%，但上部风管粉量占总粉量的90%，下部仅占10%。这种燃烧器既能保证着火稳定，同时又可使NOx的生成降低到最低程度。•水平浓淡燃烧器上下浓淡的缺点是，浓煤粉气流的强还原性气氛容易造成喷口附近结渣及高温腐蚀现象。水平浓淡燃烧器可以将浓煤粉从向火侧喷入炉膛，而淡粉从背火侧送入，在水冷壁附近形成氧化性气氛，有效防止水冷壁的结渣和腐蚀。另外水平浓淡燃烧器可以利用煤粉管道的最后一个弯头进行煤粉分离。对于正好淡侧位于内切圆的情况，可以使用扭曲板，浓度变异管和弯头等方法将浓淡粉流交换位置。•百叶窗，旋风式，撞击式可调浓度煤粉浓淡分流器。这些分离器都可以有效地分离煤粉，实现浓淡分流。特别是撞击式可调浓淡分流器，可以根据负荷和煤种调节浓淡比例，进一步改善燃烧器的性能。采用一次风反切系统一次风反切，逆着上游高温来流，射入炉膛，在逆向流动中受到高温气流的加热，不断升温着火燃烧，有效改善了着火和燃烧的稳定性，同时也防止了结渣和高温腐蚀。另外一次风反切还能降低炉膛出口气流扭转残余，减小由此带来的热偏差。采用大速差燃烧器钝体燃烧器的一个不足的地方在于，由于绕流左右回流区内的煤粉浓度不高，高温区与煤粉浓度分布不匹配。大速差燃烧器能解决这一问题。在一次风喷口周围布置一些小孔，小孔中通入速度为300m/s左右的压缩空气或蒸汽，在高速射流的引射下，一次风中的空气和部分细煤粉被吸引过去，结果在一次风下游形成一个负压回流区，该回流区很长，能够从炉膛深部抽吸高温烟气，使回流区内的温度达到1000℃以上。由于惯性原因，在空气和细粉被高速射流抽引的同时，大部分煤粉仍做直线运动，直接进入高温回流区。这样，煤粉浓度和温度分布就形成良好的匹配。实践表明，大速差燃烧器具有良好的火焰稳定能力，调峰幅度大，节油率高，主要缺点是在燃烧器的筒体内壁容易产生结渣，一般只作为辅助燃烧器用于点火调峰，不作主燃烧器应用。采用双通道燃烧器作为大速差燃烧器的一种改进，双通道燃烧器采用上下两个一次风通道，中间留作回流空间，在上下两个一次风的作用下，中间形成回流区。在下一次风口周围仍设置高速射流喷口。对于挥发分较高的煤种，可以关闭高速射流，仅靠上下一次风流动产生的烟气回流量就可以保持火焰稳定，而对于劣质煤及低负荷条件下，则可打开高速射流，利用大速差原理稳定着火和燃烧。旋流燃烧方式的低负荷稳燃技术旋流燃烧器一般具有较大的回流区，能够吸引足够量的高温烟气进入回流区。但是当旋流强度过大时，虽然回流区和回流量都会增大，煤粉却会由于离心力的作用被甩至烟温较低的二次风区域，靠近回流区的的煤粉浓度很低，不能在燃烧器出口形成高浓度、高温和合适氧浓度的所谓三高区，稳燃能力反而较差。采取的稳燃技术与直流相似，也是尽量浓缩煤粉。采用双调风燃烧器一次风为直流，二次风分为内外两股，内二次风为旋流，而外二次风可以是直流或旋流，这样就在中心区形成富燃料区，回流区的高温与浓燃料相重合。外二次风将中心区的还原性气氛与水冷壁隔开，防止结渣和高温腐蚀。采用PAX燃烧器（一次风可置换燃烧器）利用弯头将一次风分为浓淡两股，淡粉含50%的空气和10%的煤粉，从乏气口喷入炉膛，而富粉在进入燃烧器前与热风混合后作为一次风喷出。采用浓缩型煤粉燃烧器主要方法包括专用高浓度煤粉输送管线，专门的煤粉分离器，和风管内分离器和径向浓淡分离等。煤粉浓缩后从燃烧器中心送入炉膛，淡粉从周围送入。通过在不同负荷下的导向调节，可以将最低负荷降至10%左右。5定压和变压运行方式•纯变压传统意义上的经典变压运行方式，在整个负荷变化范围内，采用完全的变压运行方式，锅炉压力完全随负荷而变动在这种运行方式下，汽轮机不做任何流量调节，汽温维持不变对汽轮机的运行十分有利，缺点是，负荷变化完全靠锅炉的蒸发量来调节，惯性大，跟踪能力差。另外在低负荷时，锅炉运行压力过低，机组循环效率降低过大，锅炉水动力也会出现问题，目前较少应用。•节流变压在正常运行时，汽轮机调节阀不全开，只开到90%的左右，留有10%的开度储备，保持一定的节流度。在机组升负荷时，全开调节阀，使锅炉的压力瞬时降低，利用锅炉的储能产生附加蒸发量，以便迅速将负荷增上去，随后随着燃料量的增加，锅炉的蒸发量和压力又有所恢复，又将调节阀恢复到原来的位置。反过来，降负荷时也可以做相反的调节。•复合变压运行在不同的负荷时分别采用定压运行和变压运行。最常用是在低负荷和高负荷时采用定压运行，中间负荷时采用变压运行，这样可以保证机组在整个负荷范围内都保持较高的效率。目前现代大型机组具体划分情况是：100%--75%负荷采用定压运行，75%--30%变压运行，30%以下，定压运行。变压运行时，汽轮机不做任何节流调节，进口汽温始终不随负荷而变化，汽轮机各级的汽温也维持不变，热应力和变形都很少变化，非常有利于汽轮机的安全和经济运行，有利于快速的变负荷，同时也提高了汽轮机的实际运行效率。对于中间再热机组，变压运行时，高压缸的排汽温度基本维持不变，不随负荷而变化，这不仅会改善中压缸的运行条件，而且有利于维持再热汽温的稳定。变压运行时也可以降低给水泵的功耗。现代大型机组都采用汽轮机变速方式驱动给水泵，与定压运行相比，在低负荷时由于出口压力降低，因而给水泵的功耗也降低，可以比定压运行降低45%。这一减少意义很大，因为给水泵的功率目前已占机组出力的2%--5%，是一个不小的数值。变压运行的缺点也不少，首先由于蒸汽初压力的降低，会降低机组的循环效率，虽然变压运行时机组的内效率是提高的，给水泵的功耗也是降低，但最后实际效率不一定提高，一般在70%负荷以下，变压运行才是有利的。另外变压运行时负荷调节能力差，热惯性大。其次变压运行时，锅炉的厚壁元件要经受较大的热应力，在低负荷时水循环的可靠性也降低，热偏差和受热面的壁温也会发生变化。变压运行时的锅炉参数变化规律•主蒸汽温度在变压运行中，随蒸汽压力的降低，过热蒸汽的焓和饱和蒸汽的焓都会升高，但饱和蒸汽的焓值升高幅度大于过热蒸汽。因此，每公斤蒸汽在过热器内需要的吸热量就会减小，这有利于维持低负荷时主蒸汽温度的恒定。•再热蒸汽温度在变压运行时，再热器的入口汽温基本保持不变，因而再热蒸汽在再热器内的温升和焓增基本不变。而定压运行时，由于再热器的入口汽温会随负荷的降低而降低，导致再热蒸汽的需要温升和焓增都增大，约比变压时高30—40℃，60—86kj/kg。因此，变压运行时有利于再热器保持额定温度。•给水温度变化，由于抽汽压力降低，变压运行时，给水温度也是随负荷的降低而降低的，但由于蒸汽温度变化不大，所以降低幅度略低于定压运行。第9章配煤和混煤燃烧技术1煤质变化对运行的影响煤质对着火和燃烧的影响煤质的常规指标包括挥发分，水分，灰分，发热量和灰特性等。非常规指标包括反应指数，可燃指数和熄火温度等。1.挥发分：煤在加热过程中释放出的气态和汽态物质。成分主要是碳氢化合物，一氧化碳，硫化氢等可燃物及二氧化碳，水蒸气，氮等不可燃气体。挥发分的发热量范围很宽从17000kj/kg—71000kj/kg,主要取决于煤种挥发分的多少和析出温度决定了煤的煤的着火温度。着火温度定义为煤开始燃烧的温度。其值与实验条件有很大的关系，很难说是的一个物性，但对指导实践有益。挥发分的含量同时也影响了煤粉空气混合物的火焰传播速度，可以理解为着火速度。在相同情况下挥发分增大，火焰传播速度增大。挥发分的高低也会影响煤粉的燃尽程度，随挥发分增大，固定碳的成分相对减少，同时挥发分析出后煤的孔隙度增大，增加了焦炭与空气反应的比表面积，另外挥发分燃烧后为固定碳的燃烧提供了一个高温环境。因此随挥发分的提高，煤更易于燃尽。2.灰分和水分灰分增加使发热量降低，理论燃烧温度和炉内温度降低，还会妨碍挥发分的放出，导致着火温度上升，灰壳本身也增大了氧与可燃物之间的传热热阻，降低火焰传播速度。水分会直接降低炉内的燃烧温度，影响制粉系统的出力。3.发热量综合反应了灰分水分对着火的影响，发热量大燃烧温度高。最低允许发热量与挥发分有关，挥发分愈高，最低允许发热量可适当小些。4.燃料比FC/Vdaf固定碳与挥发分的比值，更能反映煤的着火和燃烧特性。<4,易燃，4—9中等，>9难燃。5.通用着火特性指标---反映煤焦的着火特性Fz<0.5极难燃烧，0.5～1.0难燃烧，1.0～1.5准难燃烧，1.52.0易燃，>2.0极易燃烧2混煤煤质特性混煤的工业计算一般采用算术平均法平均各煤质的数据，获得各元素的含量。热值也可由各单煤热值的算术平均值进行估算。但是对于着火和燃烧特性数据不能有算术平均法获得。1.混煤的挥发分低于按算术平均值，而且挥发分相差越大，减少越多。而且析出温度也不一致，相互有影响。2.混煤热值实测热值略大于算术平均值，可能有相互催化作用。3.混煤中的水分和灰分与算术平均值存在一定的偏差。混煤中的SiO2和Al2O3与算术平均值很接近，但其他氧化物与算术平均值有明显的差别。4.混煤灰熔点情况比较复杂，混合后可能降低，也可能提高，不同矿物质之间可能相互反应，改变熔点。5.混煤的结渣特性不同煤中的矿物质掺混后会相互作用，有可能减弱结渣倾向，也可能会加强结渣趋势。特别是挥发分高的煤会先着火燃烧，发生抢风现象，导致局部缺氧，形成弱还原性气氛，导致结渣发生。在易结渣煤中合理掺混高熔点煤能达到减轻结渣倾向。6.着火特性在无烟煤中掺混烟煤，挥发分的析出温度能降低，着火温度也降低，着火特性能改善。7.混煤的燃尽性能混煤的燃尽率低于燃不尽性能优的单煤，但是在无烟煤中掺混烟煤，可使无烟煤的燃尽率有所提高。混煤燃烧时一定要采用分级配风，适应不同煤的燃烧需求。8.混煤污染排放特性SO2生成量基本符合算术计算值，通过在高硫煤中掺入低硫煤，能够降低SO2生成量。混煤NOx的生成规律与SO2相似，在烟煤中掺入无烟煤，能够降低NOx的生成。

附录资料：不需要的可以自行删除汽车修理工常用工具安全操作规程钳工台1.钳工（台桌）一般紧靠墙壁，人站在一面工作，对面不准有人；如大型钳台对边有人工