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再热器动态特性建模与仿真

对于超临界机组，其过热汽温和再热汽温是电厂最重要的控制参数之一，影响到

机组的经济性和安全性。一般来，讲控制系统的运行质量主要取决于机组的动

态特性，因此对大容量直流锅炉，有必要提供动态特性的定量计算，对于超临

界机组的过热器和再热器，到目前为止提出合适的模型用于控制系统的仿真计

算，依然存在一定的难度。机理建模法是结构参数和热力参数计算控制器模型

的方法，可以对机组的动态特性预先进行计算，笔者利用机理建模法对大容量

直流锅炉的过热器和再热器的动态特性进行了定量计算

一.仿真的目的：

仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累信息的过程。尤其是

对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。

对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决

预测，分析和评价等系统问题。通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干

子系统以便于分析。通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露

出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。

再热器的结构与运行参数：

再热器的作用：将汽轮机高压缸的排汽加热到与过热蒸汽温度相近或更高的再热

温度，然后再送到中压缸及低压缸中膨胀做功。

提高循环热效率；

使汽轮机末级叶片的蒸汽湿度控制在允许范围内。

二.过热器和再热器的型式和结构

1、对流式

布置在锅炉对流烟道内，主要吸收烟气对流传热。

根据烟气和管内蒸汽的相互流向，可分为：逆流、顺流和混合流三种传热方式。

根据管子排列方式分为：顺列、错列布置方式。

根据管子的布置方式可分为：立式和卧式。

受热面结构布置的设计

结构尺寸：一定的横向节距s1和纵向节距s2；

管内工质质量流速：

保证受热面的可靠冷却；

减少管内蒸汽压降（特别是再热器）。

管外烟速：保证传热性能和防止积灰、磨损。

2、半辐射式

布置在炉膛上部或炉膛出口烟窗处，既接收炉内的直接辐射热，又吸收烟气的对

流热的受热面。

大型锅炉中一般设置：分隔屏（前屏、大屏）和屏式过热器。其作用：

减少烟气扰动和旋转；降低炉膛出口烟温，防止对流受热面结渣；改善过热蒸汽

或再热蒸汽的汽温特性。

结构特点：

横向节距s1大，纵向节距s2小；

设置定位和夹持管；

热负荷高，热偏差大，结构设计要求：合适的质量流速、管材、管径、管长和合

理布置。

3、辐射式

布置在炉内壁面上直接吸收炉膛辐射热的过热器。

4.顶棚过热器和包覆过热器（附加受热面）

再热器的系统布置

一般采用对流式，分低温和高温两级，两者之间直接过渡，无中间连接集箱，以

降低再热蒸汽的压降。

设事故喷水减温系统。

再热器的汽温特性

再热器的汽温特性原则上与过热器的汽温特性相似，但又有其不同的特点。

再热器的汽温受进口汽温影响，其工质进口参数决定于汽轮机高压缸的排汽参

数。

定压运行时，锅炉负荷降低，汽轮机高压缸排汽温度降低，再热器的进口汽温也

随之降低，所以出口汽温一般随之下降。

变压运行时，锅炉负荷降低，高压缸排汽温度升高，在再热器吸热量不变的条件

下，再热器出口汽温一般升高。

再热器的运行保护

设有旁路系统，其作用是在锅炉启动、停炉和汽轮机甩负荷时保护再热器。此外

(1)在汽轮机甩负荷或负荷较少时，锅炉可以在较高负荷下运行以维持燃烧稳定，

并使过热和再热汽温尽量接近额定值。这时，锅炉多余的蒸汽经旁路送入凝汽器。

(2)在汽轮机启动时，尤其是热态启动时，会发生蒸汽温度和汽缸壁温不相协调

的情况，可以通过旁路系统来使锅炉汽温满足汽轮机的要求。

对流式过热器和再热器示意图

(a)逆流；(b)顺流；(c)混合流

逆流式：具有最大的传热温压；可以节省金属耗量；金属壁温可能很高。常用于

过、再热器的低温级（进口级）。

顺流式：传热温压小；所需受热面较多；金属壁温较低。多用于蒸汽温度较高

的最末级（即高温级）。

立式：支吊简单，但不易疏水；

卧式：便于疏水，但支吊复杂，需要设置悬吊管。

对流过、再热器的结构布置

三.再热器结构特点及技术特性

为了提高蒸汽进入低压缸的品质，汽水分离再热器壳体内加入两级再热器，对循

环蒸汽进行再热处理。

汽水分离再热器中的再热部分具有高压和低压两组再热管束，一根循环蒸汽进汽

接管和二根排气接管。两组管束分别从两端插入壳体内部。进，排气接管位于同

一封头上，进汽接管轴向，排汽接管沿径向装于壳体顶部，进，排汽接管均由碳

钢板卷制而成。

蒸汽经过汽水分离器中下部V型分离元件之后，自下向上流动，依次进入一，二