降压运行对锅炉热负荷的影响.doc

蒸汽锅炉降压运行的可行性探讨 王国俊 杜昕 随着各类工业的迅速发展和生活采暖的日益普遍，低压蒸汽锅炉的用途已十分广泛。由于锅炉参数相对固定，特别是大容量低压力的蒸汽锅炉少，致使现有的许多参数不适用需要，因此大多数采用降压运行的方式，使其达到大容量低压力的参数。另外，也有一些低压蒸汽锅炉由于管理不善，受压元件强度不足而被迫降压使用的。总之，低压蒸汽锅炉作降压运行的数量很大，用户很多，因此，对降压运行的安全性、经济性作一些研究探讨非常必要。 降压运行对锅炉热负荷的影响 降压运行对锅炉热力参数的影响 由热力学中克劳休斯—克拉贝龙方程式 dPi/dTi=r/Ti（V″-V′） （1） 式中：Pi—饱和蒸汽压力（Pa） Ti—饱和温度（K） V″, V′—分别为干饱和蒸汽比容和饱和水比容（m3/kg） r—对应饱和压力下的汽化潜热（kJ/kg） 可知，在气运过程中，比容增加，汽化潜热是一个正数，所以（1）式右边必定大于0。这说明，饱和温度随压力的升高而升高，随压力的降低而降低，因此降压运行，必定会使饱和温度下降。同时，由饱和水和饱和蒸汽的热力性质可知，饱和压力变化对饱和蒸汽的焓值影响，如图1所示。 图1 当压力低于P1（3.028MPa）时，饱和压力Pi下降，i″的值也随着下降，但是i″的值下降很慢。例如，当Pi的值从2.45MPa下降到0.98MPa时，i″的值才从2801 kJ/kg下降到2780kJ/kg，仅下降0.75%。对过热蒸汽而言，由于低压蒸汽锅炉的过热度不高，其焓值随压力的变化亦不显著。 降压运行对锅炉热负荷影响 锅炉热负荷由下式计算 Q=D0（ig-tgs）/η （2） 式中：Q—锅炉热负荷（kJ/h） D0—蒸汽流量（kJ/h） ig，tgs—分别是出口蒸汽焓值和给水焓值（kJ/kg） η—锅炉热效率 由于上述讨论可知，ig随压力变化很小，因此，在供汽不变情况下，蒸汽负荷Q汽=（ig-tgs）D0（因tgs不变）亦不变，压力下降对热效率影响很小，这样，锅炉热负荷随压力变化也很小。 二、降压运行对锅炉系统安全性影响 1.对省煤器的影响 目前，大多数低压蒸汽锅炉装的是铸铁非沸腾式省煤器。由于省煤器出口温度一般只比锅水饱和温度低30-50℃，因此降压运行时，锅水饱和温度下降，省煤器出口就产生局部汽化现象。例如，据顾客反馈，其单位的两台DZL4-2.45-AII的蒸汽锅炉，降压到1.0MPa运行，时常出现水击声，说明省煤器出口水在负荷波动时有严重汽化现象。锅炉的省煤器出口温度可由下式计算： ts=ti-40（℃） （3） 式中：ts—省煤器出口水温（℃） ti—对应压力下的饱和温度（℃） 当压力Pi=2.45MPa时，其饱和温度ti =224.5℃，这样 ts=224.5-40=184.5（℃） 当压力下降到Pi=1.0MPa时，其饱和温度为184.06℃，低于原设计的省煤器出口温度，这样省煤器出口就会发生局部汽化现象，负荷波动，当由小增大时，由于锅内压力聚减，汽化就会加剧，出现严重水击声。 特别是配有前置式除氧器的锅炉系统，如图2所示，给水先经大气式热力除氧器除氧，然后再由给水泵进入省煤器，最后进入锅炉。其大气式除氧器的工作压力为P=0.118MPa（1.2kgf/cm2），饱和温度为t2=104.25℃，在这种情况下，省煤器由于进口水温较高，其出口水温较接近饱和温度，当锅炉作降压运行时，就很容易出现省煤器出口水汽化现象。 图2 锅炉进水系统 1.锅炉 2.省煤器 3.给水泵 4.大气式除氧器 2.对供热管及热网的影响 在降压运行时，干饱和蒸汽的比容V″随压力下降而急剧增加，几个压力参数下的比容如表1所示。 干饱和蒸汽的比容与饱和压力的关系 P（表压MPa） 0.098 0.69 0.98 1.27 1.57 2.45 V″（m3/kg） 0.902 0.245 0.180 0.145 0.120 0.078 由表1可以看出，当把P=1.27MPa的锅炉降压到P=0.69MPa使用时，干饱和蒸汽比容V″从0.145 m3/kg变化到0.245m3/kg，增加了1.7倍。 蒸汽流量的计算公式如下： D0=ρυA=υA/ V″ （4） 式中：ρ—蒸汽密度（kg / m3） υ—管道内蒸汽平均流速（m/h） A—管道截面积（m2） 由（4）式可知，当D0不变时，V″增加到1.7倍，υ也增加了1.7倍。 众所周之，管道内蒸汽流动阻力F阻近似与流速平方成正比，即 F阻∝V2