锅炉过热器特性在电厂运行控制中的应用.docx

锅炉运行特性在电厂运行控制中的应用 —电站锅炉过热汽温控制 过热蒸汽温度是锅炉运行的重要指标之一，维持过热蒸汽温度在规定的范围内，是电厂安全经济运行的重要保证。电站锅炉过热汽温控制的主要任务就是维持过热蒸汽温度稳定、控制过热蒸汽温度在允许的范围内、保证整个过热器不要超温。之所以控制过热蒸汽温度在允许的范围内，是由于过高的蒸汽温度会造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分金属材料损坏，降低使用寿命；而过低的蒸汽温度又会降低电厂的循环热效率，影响汽轮机的安全经济运行；并且如果过热蒸汽温度变化过大，会导致锅炉和汽轮机金属管材及部件的疲劳，危及机组的安全。 现在的电站锅炉可以分为汽包锅炉以及直流锅炉两大类。这两类锅炉由于在运行特性上的不尽相同，所以在过热蒸汽温度控制上也有所出入。 一．过热器运行特性 1.影响过热蒸汽温度变化的因素 在火电厂中，饱和蒸汽在过热器或者过热段中加热成为具有一定过热度的过热蒸汽，然后被送往汽轮机做功。这里的过热蒸汽温度并不是一成不变的，有许多因素能够影响汽温的变化，这其中有运行的问题，也有设计的问题。这里我们只讨论运行中对过热汽温有影响的因素。 1） 锅炉负荷。对于亚临界锅炉来说，锅炉负荷的变化直接会影响到进入炉膛的燃料量，进入系统的能量大小，直接会影响到过热汽温的升高或降低。 2） 燃水比。对于超临界锅炉来说，燃水比的变化是影响过热蒸汽温度的最主要的因素。 3）给水温度。直流锅炉中给水温度对过热蒸汽温度的影响不同于汽包锅炉。对于直流炉来说，给水温度上升，会使得热水段缩短，过热段增长，导致过热蒸汽温度上升。而在汽包锅炉中，给水温度上升，用来产生每千克蒸汽所用燃料量降低，烟气量降低，所以过热汽温会降低。 4）燃烧器角度。在炉膛中置入不同高度的燃烧器或者把燃烧器倾角改动，炉膛内部的温度分布会发生变化，炉膛出口处的烟气温度会受到影响，从而在一定程度上也会影响过热汽温。同样，燃烧器角度对直流炉与汽包炉的影响不尽相同。对于直流炉，火焰中心位置上移，过热汽温下降，这是由于热水段增长，过热段相应减少的缘故；对于汽包炉，火焰中心位置上移，过热汽温上升，这是由于炉膛出口烟气温度上升，造成对流烟道换热增强。 5）过量空气系数。过剩空气量发生改变时，燃烧产生的烟气量也会随之改变，由此可以改变所有对流受热面的吸热量，而且对于远离炉膛出口的受热面影响更加显著。所以，过量空气系数增大，直流锅炉过热汽温下降，而汽包锅炉过热汽温上升。 6）受热面玷污或结渣。直流锅炉中，受热面玷污或结渣会导致吸热量降低，过热汽温降低；而在汽包锅炉中，玷污或结渣位置不同，过热汽温变化也会不同，例如，过热器前面的受热面上有时，进入过热器的烟气温度上升，会使过热汽温随之升高，但是如果过热器本身粘有灰尘或者污垢会导致过热汽温下降。 2．汽包锅炉过热蒸汽温度的静态特性 过热蒸汽温度随锅炉负荷变化的静态关系被称为过热汽温被控对象的静态特性。 1）对流特性 在汽包锅炉中，最为常用的是对流式过热器，它采用的是管组比较密集的蛇形管式。它通常被置于高温烟道中，烟气横向和纵向的通过此处，热量就主要通过烟气对流的方式传给管道，其中有一部分的辐射吸热量。如图1-1示。 图1-1 汽包锅炉对流式过热器物理模型 由上述的物理模型可以得到： Qd=φ 式中： Qd Φ ——保热系数； Vy、C 对(1)式两边微分可得 dQ 由于负荷增加时，炉膛出口出温度变化要比排烟温度剧烈，则有(dTl 又有BQd 2）辐射特性 屏式过热器被布置在炉膛出口处或内上部，属于辐射式或半辐射式过热器，由多片管屏组成。辐射式过热器是一种直接吸收炉膛内火焰的热量和高温烟气辐射的过热器。如图1-2所示。 图1-2 汽包锅炉辐射式过热器物理模型 由上述物理模型可以得到： Q 式中： Qf——辐射 Φ ——保热系数； Vy、C 由于理论燃烧温度Ta 又有BQf=Di-i=D?i 综合来看，过热器出口蒸汽温度变化情况如图1-3所示。过热器的静态特性直接受其选择的结构和和布置方式的影响。 图1-3 汽温与锅炉负荷变化特性 目前容量较大的锅炉过热器会将辐射式过热器和对流式过热器串联设置。这样的结构对减小过热器出口汽温的偏差十分有利，从而达到改善过热汽温被控对象静态特性的目的。 3．直流锅炉过热蒸汽温度的静态特性 对于直流锅炉而言，热水段、蒸发段、过热段没有固定的分界线，这是直流锅炉运行特性区别于汽包锅炉的根本原因。 图1-4直流锅炉过热段物理模型 由直流锅炉物理模型可以得到： BQr 对（3）式两边微分可以得到： di 式中 m ——燃水比，BG rzr ——再热份额，Q rps ——过热减温水份额，G 由上式可以看出，直流锅炉过热蒸汽温度会受到给水温度、燃水比、燃料低位发热量、锅炉效率、再热份额以及减温水份额的影响。 4. 汽