火电厂锅炉运行中的静态特性探

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1、火电厂锅炉运行中的静态特性探讨贵州中水能源股份有限公司野马寨发电厂 龙文【摘要】：通过分析锅炉运行不同燃料量、过量空气系数下有关蒸汽流量、相应的受热面吸热量、相应的排烟温度、相应的汽温与汽压的变化情况；得出锅炉运行中各种稳定状态下参数之间运行关系、变化规律；并指出了蒸汽温度静态特性影响因素；为火电厂锅炉运行燃烧、各种状态参数调整有理论及实际指导意义。【关键词】： 火电厂 锅炉 运行静态特性 运行变化规律一、引言锅炉是单元机组中的一个重要环节，它与汽轮发电机之间存在着相互联系、相互影响、相互依赖的运行关系。了解锅炉运行的静态特性，熟悉锅炉在各个工况的稳定状态下各状态参数有相应的确定的数值，这对火

2、力发电厂中运行值班员在锅炉正常运行各种运行状态参数调整及保持锅炉长期连续安全经济运行方面有重要作用。二、燃料量传热型式与传热量分配锅炉运行中燃料量要与锅炉负荷相适应，负荷高燃料量多，负荷低燃料量少，改变负荷必须改变燃料量。而改变燃料量将使锅炉辐射、对流传热型式的热传量份额在各级受热面中的分配发生变化，从而使各级受热面的吸热量与工质焓增发生了变化。因此，燃料量传热型式传热量分配特性是锅炉运行烟温、汽温静态特性基础。1、锅炉传热型式传热量的分配锅炉传热型式的传热量分配以锅炉炉膛出口断面为分界贵大至分为炉膛内为辐射传热型式、烟道内为对流传热型式两种。因此锅炉受热面分为：炉膛内受热面为辐射受热面、布置

3、在烟道内的受热面为对流受热面、布置在分界面的受热面为半辐射受热面。锅炉辐射传热型式和对流传热型式的传热量份额决定因素：主要为分界面处的烟温1（）、烟气容积Vy(m3/kg)。即燃料煤种不变情况下，理论燃烧温度基本不变，则1升高，辐射传热型式的传热量份额减少，对流传热型式的传热量份额增大；炉膛出口处的过量空气系数增大，使Vy增大，辐射传热型式的传热量份额减少，对流传热型式的传热量份额增大。2、燃料量辐射传热型式传热量传热型式分界面处的温度公式为：1=TaCTa1.8Bj+1 273 式中Ta炉内理论燃烧温度，K；Bj计算燃料量，kh/h; C与炉膛黑度、受热面积有关的常数。从公式得出：燃料量（B

4、j）增大，炉膛出口烟温（1）上升。而炉膛出口平均温为： Tl,pj =Ta+(1+273)2 K 从公式可得出结论为：（1）、锅炉运行中，如果理论燃烧温度（Ta）不变，则炉膛出口平均烟气温（ Tl,pj）随着炉膛出口烟温（1）上升而上升，而炉膛内辐射传热BjQf(kJ/h)与炉膛出口平均烟温四次方（Tl,pj4）成正比，而增加燃料量(Bj)将使炉膛内辐射传热量（BjQf）增大。（2）、1kg料量的辐射传热量Qf（kJ/kg）决定（Ta-T1），公式说明燃料量Bj增大，使炉膛出口烟温T1上升，而理论燃烧温度（Ta）基本不变，即（Ta-T1）下降，故Bj增大将使炉膛内单位燃料量相对辐射传热量（Qf

5、）下降。（3）综上述，Bj增大将使BjQf增大，Qf下降，并可进一步看出BjQf增大小于，Bj增大，即单位燃料量的增加辐射传热量份额相对减少，对流传热量份额相对增加。3、燃料量对流传热型式传热量由公式得出对流传热型传热量规律为：（1）、传热型式分界面烟温（1）也是进入对流传热型区域烟气温度，是随着燃料量Bj增加而增大。（2）、燃料量增多也使总烟气量BjVy（m3/h）增加，对流传热烟气速度上升，放热系数增大。（3）、综合（1）（2）两点可得出：Bj增多将使每小时对流传热量BjQd(kJ/h)与每kg燃料对流传热量Qd（kJ/kg）都增大；BjQd增大是由于Bj与Qd两项同时增大的结果，故BjQ

6、d增大大于Bj。4、传热量份额锅炉受热面传热量：即为辐射传热型式与对流传热型式的传热量总和，公式=BjQf+BjQd。(1)、辐射传热型式传热量份额： BjQfBjQf+BjQd 从上式可得出：当Bj增多时，Qf下降，故辐射传热型式传热量份额随Bj增多而下降，即总的辐射换热量增加，但单位燃料量的辐射传热量减少了。（2）、对流传热型式传热量份额： BjQdBjQf+BjQd 从上式可得出：由于Bj增多时Qd上升，所以对流传热型式传热量份额随着Bj增多而上升。5、 负荷烟温、汽温静态特性负荷变化不大范围内，可认为锅炉效率、工质焓增不变，则燃料量Bj正比于负荷，故分析锅炉运行特性用燃料量或负荷作为自

7、变量是等价的。（1）、负荷（燃料量Bj）烟温静态特性从上分析得结论：1）、负荷D增加，相应燃料量Bj也增多，Bj增多，而理论燃温度Ta不变，炉膛出口烟温1上升，排烟温度py也略有上升。它们静态特性如下图图11图所示： a温1烟 pyD,%MC 图11 2）、锅炉排烟温随着负荷上升幅度小于炉膛出口温度的上升幅度，这由于是负荷上升后烟道内对流传热量份额增加，使烟温增加幅度沿着烟道逐渐下降的结果烟温增加幅度沿烟道的变化如图12所示： () 2-增加D负荷后-增加D负荷后烟温增加幅度1-增加负荷前炉膛出口沿烟道长度l,m 图12负荷增加D后烟温升高幅度沿烟道变化（2）、负荷汽温静态特性根据：、上述传热

8、型式传热量份额分配结论；、在下例条件下（以200MW汽包锅炉为主）：a、过热器是对流辐射联合型传热受热面，以对流型式为主；b、过热器进口为汽包出口饱和蒸汽，在负荷变化范围内认为饱和蒸汽焓值不变；c、再热器为对流型式传热面；d、汽轮机高压缸排汽为再热器进口蒸汽，其汽温随着负荷升高而升高；e、受热面的传热量主要决定于烟气侧的条件。从点得到：a、 锅炉负荷与主蒸汽温度、再热汽温静态特性如图13图所示： abD，%MRC 图13负荷汽温静态特性a：负荷主汽温度静态特性；b：负荷再热汽温静态特性b、从图13可得出：主蒸汽温度随着负荷增加而上升，再热蒸汽温度负荷增加而上升，但是再热器有较强的对流型传热面传

9、热量份额分配特性和汽轮机高压缸排汽温度随负荷升高特性，使得再热蒸汽温度随负荷上升的幅度大于主蒸汽温度。三、过量空气系数传热型式与传热量分配1、1BQf（炉膛辐射型式传热量份额）（1）、炉膛出口过量空气系数1：主要是由炉膛入口过量空气系数1变化及炉膛炉风1引起的。（2）、1变化对BQf影响： 1上升将使理论燃烧温度a下降，火焰黑度f下降，造成炉膛辐射传热量BQf（KJ/kg）、Qf（KJ/kg）都下降；但是，烟气量增加因素使炉膛出口烟温变化很小，即炉膛漏风温度很低，它对炉膛辐射的传热量的影响更大。2、1BQd（对流传热型式传热量份额） 1对对流传热型式传热份额的影响：（1）、 1对流型式传热量的

10、影响为：1上升使1kg燃料产生的烟气容积Vy增大，烟气在烟道中的流速上升，使对流传热量BQd（KJ/kg）、Qd（KJ/kg）都增大，但对流传热增大幅度小于烟气容积量的增大幅度，故烟汽温度沿着烟道流程下降速度比原来的相对较小，其趋势如下图14。2-1+11-1图14 烟道内烟温下降曲线（2）、过量空气系数1与烟温静态特性如图15图所示：a1py图15 1静态特性四、蒸汽温度静态特性影响因素（一）负炉定压运行与滑运行对汽温的影响：定压运行主蒸汽压力维持不变，主蒸汽温度与焓值是单一函数，由蒸汽焓值就可定蒸汽温度。滑压运行主蒸汽压力随负荷变化，故主蒸汽温必须由蒸汽焓值和压力共同确定。如主蒸汽温度54

11、0，主蒸汽压力为3.5Mpa，如果维持该状态下的焓值，主蒸汽压力升至17 Mpa，则主汽温要升至590，温度需提高50。（二）蒸汽温度的影响（从影响蒸汽焓值分析即锅炉定压运行时因素，故变压运行时考虑压力的影响）1、主蒸汽温度影响因素（1）、过热器的进出口热流程如下图16：Dgr hgrGjs hjshjhj Db hbQ传热执量Q传热热量图16其中：Db过热器进口饱和蒸汽流量；Dgr过热器出口蒸汽流量；Gjs减温水流量；hj、 hj 减温器进、出口蒸汽焓；hjs减温水焓；Bj计算燃料量；Q过热器吸热量。（2）由上图16，可得到热流平衡式：（hj -hb）Db+（hgr- hj） Dgr=BjQ

12、 hjs GJs+ hj Db= hj Dgr 由上可得：hgr=BjDgrQ+ hb-（hb- hjs）GjsDgr (3)从式等号右面各项就是影响主蒸汽温度的因素，分析如下： 由BjDgrQ为1kg蒸汽在过热器中的吸热量是过热蒸汽焓增的主体部分，分析为：a、 锅炉负荷增大，Bj、Dgr均上升若1、2两种负荷下锅炉热效不变，则有：B1Dgr,1=B2Dgr,2即在此两负荷下BjDgr不影响锅炉主蒸汽温度。若两种负荷下效率12，则有：B1Dgr,1B2Dgr,2即负荷由1变到2，由于BDgr增大而使hgr上升即主汽温上升，另外最主要是Q过热器都是辐射对流联合式，并以对流传热型式为主，故Bj增多

13、使Q、hgr上升。b、给水温度的影响：如果高压加热器停用，则给水温度下降，给水焓值也降低，为维持Dgr不变，则必须增加Bj，结果hgr上升；若Bj不变，则Dgr必下降，BDgr上升，结果还是hgr上升。C、积灰、结渣响影：水冷壁结渣，则Dgr下降，则BjDgr上升，炉膛出口烟温1也上升，Q也增大，这些都使hgr；若要使Dgr不变，则Bj必须增加，结果也使hgr上升；另外省煤器积灰影响同高压加热器停用影响相同；空气预热器积灰，热空气温度下降，也会使Q也增大，结果也使hgr上升；锅炉热效率降低，也使hgr上升。d、炉膛出口过量空气系数影响：空气过量系数1上升，使Q，结果使hgr上升。由hb项分析：

14、锅炉定压运行汽包压力随负荷而上升，变压运行汽包压力变化更大。汽包压力与饱和蒸汽焓值hb如下表格所示，hb随压力升高而下降。汽包压力与饱和蒸汽焓值压力Mpa57911131517焓值KJ/kg2794.22773.52744.62709.32667.02615.02551.6由（hb- hjs）GjsDgr 项分析：a、过热器减温水使主蒸汽焓值下降，其原理是在Dgr不变的下，喷入低焓值水（hjs GJs）代替高焓值（hb GJs），使hgr上升。2、再热蒸汽温度影响因素：（1）、再热器进出口热流如图17所示：Dzr 、hzr Dzr、hzr Q图17 再热器热流图（2）、由图17可得如下平衡式：

15、hzr= hzr+BjDzrQ 其中：hzr、 hzr再热器进、出口蒸汽焓；Bj、Dzr、Q分别为锅炉燃料量、再热器蒸汽流量、再热蒸汽吸热量。（3）、再热器进口蒸汽焓hzr为汽机高压缸排汽焓，下图17为定压运行与变压运行汽机高压缸排汽焓随负荷的变化曲线：焓tzr（再热汽温）h100% 75% 50% 25%MRCtgg滑压运行线（高缸排汽温） tgg定压运行线（高缸排汽温）熵s，kJ/(kg.k)图17 高压缸排汽焓随负荷变化曲线(4)从上分析得出：a、定压运行hzr随负荷降低而下降，变压运行hzr随负荷下降略有上升；b、再热器的Q有较强的对流传热型式传热量分配特性，故负荷升高Q上升幅度大；c

16、、再热器的蒸汽压力低，比热小，同样蒸汽焓增幅下汽温的变化幅度较大。五、结束语本文主要通过相应公式、图表、原理及锅炉运行中的实际变化情况，进行了比较全面地分析锅炉运行中各个稳定状态下对应的各种状态参数，主要指出锅炉负荷（燃料量）、过量空气系数、炉膛漏风对锅炉炉膛、烟道内各处烟温的变化情况以及烟温变化后锅炉各受热面吸热量的分配；并由锅炉传热型式传热量分配的特性，全面地探讨了锅炉运行中蒸汽温变化影响的方方面因素。希望通过本文学习，能对火电锅炉运行工作者在锅炉运行调整蒸温度，控制烟温、受热面管壁温度中有理论及实际指导和帮助。参考文献1金维强。大型锅炉运行，1996，16（5）。2冯明驰，曾建军，李宁，高丽明等。锅炉设备运行技术问答，2004,7 。3袁镇福，刘志敏，田子平等。电站锅炉原理，1997,3 。