郑州电力高等专科学校

郑州电力高等专科学校 超临界锅炉汽温调节问题的 分类号 郑州电力高等专科学校 毕 业 设 计(论 文) 题 目:超临界锅炉汽温调节问题分析 并列英文题目: Supercritical boiler steam warm adjustment problem analysis 系 部 动力工程系 专 业 火电厂集控运行 姓 名 张荣康 班 级 集控0501 指导教师 杨建华 职 称 副教授 论文提交日期 2008年5月26日 郑州电力高等专科学校 1 毕业 超临界锅炉汽温调节问题的分析 摘 要 超临界锅炉是目前国内外火力发电机组的重要组成部分，也是 现代大型机组发展的把必要趋势，国产超临界机组运行中存在的问题 及其对策的研究学习将对我国大型火电机组的发展有着重要的作用。 本文主要介绍超临界锅炉气温调节问题的分析，首先简单介绍了 超临界锅炉在国内外的发展现状及其前景，气温特性及控制调整;接 着，通过水冷壁壁温异常原因分析、过热器 再热器热偏差问题研究、 启动初期主气温度偏高等问题的分析，得出:对于不同调温方式的超 临界锅炉，过热器系统的传热特性主要现为辐射特性，符合水煤比 为主的调温要求。再热器系统的汽温特性主要取决于再热汽温的调节 方式和调节特性以及受热面系统布置;影响直流锅炉水冷壁壁温异常 的因素较多, 但本质上主要为两个方面: 水侧和火侧;超临界直流锅 炉启动过程分为湿态、干态以及超临界状态;根据计算,如果在运行 中热偏差太大或发生突发性扰动,仍会发生管子超温爆管事故等重要 结论。这些结论的学习对超临界锅炉更好地控制汽温调节有一定的帮 助。 关键字:超临界 气温调节 事故分析 Abstract The supercritical boiler is the present domestic and foreign thermoelectricity generation unit's important component, also will be the modern utility-type unit develops the essential tendency, the question which and the countermeasure research study in the domestically produced supercritical unit movement will exist has to our country large-scale thermal power unit's development the vital role. This article mainly introduced that the supercritical boiler air conditioning question the analysis, first simply introduced the supercritical boiler in the domestic and foreign development present situation and the prospect, the temperature characteristic and the control adjustment; Then, 2 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 through water cooling wall wall warm unusual reason analysis, superheater reheater hot deviation question research, start initial period main gas temperature higher question analysis, Obtaining: Regarding the different temperature adjustment way's supercritical boiler, the superheater system's heat-transfer property main performance is the radiation characteristic, conforms to Shui Meibi temperature adjustment request the primarily. Reheater system's steam Wynter is mainly decided by again the hot steam warm accommodation mode and the adjustment characteristic as well as the heating surface system arrangement; The influence concurrent boiler water cooling wall wall warm unusual factor are many, but is mainly essentially two aspects: Water side and fire side; The supercritical concurrent boiler startup procedure divides into the hygrometric state, to do condition as well as the supercriticality; According to computation, if the hot deviation is too big in the movement or has the burst characteristics perturbation, still will have the pipe excess temperature cartridge igniter accident and so on important conclusion. These conclusion's study controls the steam warm adjustment to the supercritical boiler to have certain help well. Key words: Supercritical Air conditioning Accident analysis 3 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 目 录 第一章 超临界机组的发展现状与趋势………………. 1 第一节 国内外超临界机组的发展………………… 1 1.1、国外超临界机组发展情况 1.2、国内超临界机组的发展情况 第二节 超临界火电技术的发展趋势………………… 4 第二章 超临界锅炉气温调节若干问题的分析„„ 5 第一节 超临界锅炉的汽温特性及调节控制………… 5 1.1 超临界锅炉的汽温特性 1.2 影响超临界锅炉汽温特性的主要因素 1.2.1 水煤比是主要影响因素 1.2.2 再热汽温调节方式的影响 1.2.3 中间点温度的影响 1.2.4 减温水量的影响 1.2.5 煤质变化的影响 4 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 1.3 超临界锅炉的汽温控制 1.3.1 稳定负荷时的汽温控制 1.3.2 启动过程中的汽温控制 1.3.3 启动工况向直流运行工况转变阶段的汽温控制 1.3.4 跨越临界压力时的汽温控制 第二节华能玉环超超临界锅炉水冷壁壁温异常原因分析…13 2.1 锅炉及蒸发受热面概况 2.2 水冷壁管壁温异常类型 2.3 水冷壁壁温异常原因分析及处理对策 2.3.1 所有水冷壁出口管壁温普遍升高 2.3.2 区域性水冷壁出口管壁温异常升高 2.3.3 个别水冷壁出口管壁温出现异常升高 第三节 过热器 再热器热偏差问题分析 ………………….22 3.1 造成热偏差的诸因素 3.2 超临界压力锅炉热偏差的特点 5 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 3.3 超临界压力锅炉在运行中的突发性扰动和采用在线监测的必要性 炉外壁温测点的测量准确性 3.4 第四节 启动初期主汽温偏高问题分析„„„„„„„„„„28 4.1 600 MW 超I临界直流锅炉启动系统 4.2 原因分析 4.3 控制汽温偏高的措施和改进意见 第三章 小结 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 32 翻译 参考文献 备注 第一章 超临界机组的发展现状与趋势 第一节 国内外超临界机组的发展 1.1 国外超临界机组发展情况 早在20世纪60年代初，美国、俄罗斯和日本就开始发展超临界 MPa大型机组。超临界压力机组早期发展的蒸汽参数定在压力25，蒸汽温度(汽温)560?左右。随着蒸汽压力(汽压)温度的提高， 6 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 主要耐热材料提高了级别，系统辅机阀门全部更新。受当时工业制造水平的影响，直流锅炉的采用及其系统的复杂化，早期生产的超临界压力机组故障率很高，使其发展速度放慢。 20世纪80年代以后，随着金属材料的进展，辅机及系统方面的成熟，超临界技术得以迅速发展，据不完全统计，目前，美国有169台超临界机组，俄罗斯224台，日本94台，德国10余台，意大利13台，南非、澳大利亚均有超临界机组。单机最大容量已达1200,1300。经过40多年的不断完善和发展，目前超临界机组已进入MW 成熟和实用阶段，超超临界参数的机组也已经成功地投入商业运行。 美国于1957年投运第1台125试验性的超临界参数机组MW (31MPa、621/566/538?)，由于初期直流锅炉采用了过高的蒸汽参数，超出当时的技术发展水平，使得机组在运行中暴露出许多问题，降低了机组运行可靠性水平。但以后陆续投运的机组中在降低了蒸汽参数后，情况有所好转。到20世纪70年代末，已有100多台超临界机组运行，占当时全部火电容量的30%。1972年投运了首台世界上单机容量最大的1300MW超临界机组，至1994年此类机组共投运9台。据统计，截止1985年，美国绝大多数超临界机组的主蒸汽参数为 MPa24.13、主蒸汽温度和再热蒸汽温度为538,566?。1990年前后，超临界机组的温度和压力又趋于提高。 俄罗斯超临界机组的研制主要立足于国内自主开发。1963年投 MWMW运首台300超临界机组，其后所有300及以上的机组都采用 MW超临界技术。迄今，基本上形成300、500、800、1200等4个容 7 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 量等级，参数基本保持在23.5、540/540?。超临界机组占火电MPa 容量50%以上，最大单机容量为1200。目前俄罗斯的列宁格勒金MW 属工厂和莫斯科动力学院又设计了新一代超临界机组，蒸汽参数为30,32、580,600/580,600?，给水温度300?。当凝汽器压MPa 力为3.4,3.6时，预计电站的效率为44%,46%。 KPa 日本发展超临界机组虽然起步较晚(20世纪60年代中期)，但发展快、收效大。其采取引进、仿制、创新的技术路线，与俄罗斯形成鲜明的对比。日本于1967年从美国进口首台600MW超临界机组，两年后仿制的同型机组就已投运;而1971年投运的600MW超临界机组，则有效地利用了日本自己的技术。20世纪80年代以后，日本吸取了欧洲的经验，自行开发了能带中间负荷滑压运行的超临界直流锅 MW炉。现在容量为450以上的机组均采用超临界参数，一般为 MPaMPa24.1、538/566?，一次再热;少数机组采用24.1、538/538? MPa或24.1、538/552/566?，二次再热。目前，日本超临界机组已 MW占其火电容量的50%以上，最大单机容量为1000。而且开始向更高参数发展，蒸汽温度多在566,593?的范围内。1989年日本投运了世界上第1台采用超超临界参数的川越电厂1号机组，其主蒸汽 MPa压力为31，温度为566/566/566?(二次再热)。 德国也是发展超临界技术最早的国家之一，但其单机容量较小。 MPaMW1956年参数为29.3、600?(无再热)的117超临界机组投 MWMPa运，1972年首台430(24.5、535/535?)超临界机组投。德国近年来很重视发展超临界机组，目前最具有代表性的是1992年 8 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 投运的斯道丁格电站5号机组，该机组容量为535，参数为MW26.2、545/562?，机组净效率可达43%。 MPa 丹麦NORDJYLLANDSVARKET电站1998年投运1台容量为400、MW29、二次再热、主蒸汽和再热蒸汽温度为580/580/580?的超临MPa 界机组，在凝汽器压力为2.1时，机组效率高达47%。丹麦于2001KPa 年投运的1台超临界机组效率高达49%，这是目前世界上已知的超临界机组中运行率最高的机组。 1.2 国内超临界机组的发展情况 由于煤炭在一次能源结构中的主导地位，决定了电力生产中以煤炭为主的格局。根据我国能源资源的特点，煤炭在一次能源生产与消费中的比例将会长期保持在75%左右，而且这一比重在将来的几十年内不会有根本性的变化。在中国电力工业中，自1990年以来，火电机组装机容量保持在75%左右。火电机组的发电量占总发电量的80%以上，其中燃煤电站占总发电量的76%。目前，我国发电消耗的煤炭约占煤炭总产量的40%以上，且这一比例还会逐年上升。 MW前几年国内引进的多台300、500、600、800等多台超临界火电机组均成功投运，取得了一些重要的调试和运行经验。近几年来国内三大动力集团在电站设备设计和制造发面的技术、经验、能力和技术装备水平等都有了很大的进步和发展。所有这些，都为加速我国大型超临界火电机组的研制步伐和实现批量生产，提供了必要的条件和基础。 世界各国超临界机组的起步容量各有不同，考虑到国内原有5个 9 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 大电网对单机容量600的需求和国内已有亚临界600火电机MWMW组产品的实际情况(有些配套可以通用)，我国发展超临界火电机组的起步容量定为600;从技术性、经济性以及机组配用材料发面MW 考虑，参数初步定为24,25、温度为538,566?、一次再热。MPa 见附表1(全国600MW超临界锅炉的分布情况) 第二节 超临界火电技术的发展趋势 为了进一步减低能耗和减少二氧化碳的排放，改善环境，在材料技术发展的支持下，超临界机组正朝着更高参数的超超临界的方向发展。目前，高参数的超临界机组已达到成熟、高效和商业化程度，其最大容量已达1300MW，最高效率达49%，具有极高的推广前景。超超临界机组技术也正趋于成熟，国外超超临界机组发展的近期目标为 MPa1000MW级机组，参数为31、600/600/600?，并正在向更高的水平发展。一些国家和制造厂商已经公布了发展下一代超超临界机组的计划，蒸汽初温将提高到700?，再热汽温达720?，相应的压力也 MPaMPa将从目前的30左右提高到35,40，机组效率又望达到50%,55%。 由于煤可以远距离运输，且能大量存储，在燃料供应上具有极好的安全保证，所以燃煤发电技术具有较强的优势。面向21世纪，对于燃用化石燃料，特别是燃煤机组，超临界发电技术仍是一种重要的技术选择，因此具有广阔的发展前景。 然而，在锅炉生产运行过程中，存在着很多问题，诸如四管爆破、结焦、主汽温偏高、水冷壁壁温异常、着火燃烧困难、炉膛容积热负 10 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 荷低、制粉系统爆炸等问题。见附表2(超临界锅炉运行问题统计) 我们将在大力发展超临界锅炉的过程中，深入研究和克服这些困难，使超临界技术得到更好的发展。 第二章 超临界锅炉气温调节若干问题的分析 第一节 超临界锅炉的汽温特性及调节控制 1.1 超临界锅炉的汽温特性 超临界锅炉的过热汽温特性与亚临界参数锅炉不同。主要区别为:超临界锅炉过热汽温特性为辐射特性，且屏式过热器和位于炉膛出口的高温过热器的吸热起主导作用。例如，某电厂600 MW 超临界锅炉过热器系统在100,ECR时的主蒸汽温升为123? ，其中屏式过热器的蒸汽温升为64?，折焰角上部的高温过热器蒸汽温升为43?。 再热器系统的汽温特性主要表现为对流特性，即主要取决于调温方式和受热面系统布置，与亚临界锅炉类似 。 图1、图2分别给出4家电厂不同型式6O0 Mw超临界锅炉的主蒸汽和再热蒸汽的单位蒸汽吸热量与负荷的关系。由图1可直观看到:采用烟气挡板调温的锅炉(X、Q、B电厂)和采用摆动式燃烧器调温的锅炉(C电厂)的过热器系统具有相同的吸热特性，即都是辐射特性，而且数值亦十分相近。 11 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 假定随负荷增加，呈对流特性的过热器系统的吸热量不减反增，则需要降低水煤比，意味着需要增加燃煤量。这显然会导致系统吸热的增加，致使主汽温过度升高，从而被迫大幅度增加减温水量，导致省煤器和水冷壁中工质流量减少，中点温度升高，进一步被迫增加减温水量，致使锅炉进入恶性循环的运行状态。因此可以得出结论:超临界锅炉主汽温变化主要呈辐射特性既是必然的，也是合理的。 12 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 由图2可见:不同型式的超临界锅炉再热器系统吸热特性基本相似，即以对流为主。但理想的汽温特性是在较大的负荷范围内实现再热汽温的稳定。再热汽温的变化特性主要取决于调温方式和受热面系统布置。对于采用烟气挡板调温的锅炉，再热汽温的变化特性也与煤质有着极大的关系。 1.2 影响超临界锅炉汽温特性的主要因素 1.2.1 水煤比是主要影响因素 超临界锅炉以水煤比作为主汽温的主要调节手段，首先是以炉膛换热的能量平衡为基础，为了提高水煤比的调节效果，过热器系统的吸热特性必须是以辐射为主，即根据水煤比变化特性决定系统的吸热特性。 图3是各种锅炉水煤比的变化。图3显示:在低负荷时，水煤比降低。这主要是因为低负荷时，给水温度较低，单位质量工质所需的吸热量增加，按能量平衡关系需要增加燃料量，而高负荷时正好相反。 1.2.2 再热汽温调节方式的影响 13 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 采用烟气挡板调温的锅炉，当负荷下降时，再热器侧挡板开度增大，而过热器侧挡板开度减小，即过热汽温与再热汽温为反向调节。而采用摆动式燃烧器调温，随燃烧器摆角向上变化，过热汽温与再热汽温为同向变化，即为同向调节。可见，两种调节方式联合使用对过热汽温的调节可以起“互补”效果。虽然，这种调温方式比较复杂，但具有独到优势。 600 MW锅炉的运行表明:烟气挡板对再热汽温的调节范围可达到40?，但动态响应速度慢，调节动作后一般需要10 min左右才能达到目标值 。因此，必须配合喷水减温控制汽温，尤其是严格控制屏式过热器的汽温，避免超温和汽温波动。即便是采用烟气挡板与摆动式燃烧器配合调温，也必须采用少量喷水减温作为快速响应调节和精确调节。 1.2.3 中间点温度的影响 影响中间点温度的因素很多，除了水煤比以外，省煤器进口水温、煤质成分和燃烧特性变化、燃烧调节、运行压力、省煤器和水冷壁的积灰和结渣程度、摆动式燃烧器的调节特性、减温水量的变化、制粉系统与汽水系统的动态耦合特性等因素都会影响中间点温度。中间点温度的控制原则是保持15?的微过热度，以避免过热器带水和超前信号失效。中间点温度过高，水冷壁出口管段成为过热器，危及水冷壁的安全运行。根据南京热电厂超临界锅炉的经验数据，中间点温度每变化1?，低负荷时对过热汽温的影响达l0?，高负荷时的影响大约为5?。不同的超l临界锅炉，这些数据的变化未必相同，但变化趋势 14 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 应该一致。 1.2.4 减温水量的影响 图4给出2个电厂不同炉型的一、二级减温水量的变化。由图可见:2台锅炉虽然采用不同的调温方式，但减温水量的变化趋势却完全一致。其中采用烟气挡板调温的锅炉(Q)，减温水量的变化趋势与亚临界锅炉相同。但对于摆动式燃烧器调温的锅炉(c)，减温水量的变化趋势与亚临界锅炉相反，即摆动式燃烧器调温的亚临界锅炉在100,负荷时的减温水量理想值应该为0。这也说明以水煤比为主的调节方式决定了超临界直流锅炉的汽温调节特性，虽然过热汽温的变化也受燃烧器摆动的影响。不过，当减温水量过大时，中间点温度和各级过热器的汽温均会受到不同程度的影响，从而影响汽温特性。 图4 减温水量变化 1.2.5 煤质变化的影响 煤质变化会导致水煤比变化，并改变燃烧工况以及汽水系统受热面的辐射、对流传热比例。这会既影响中间点温度，又直接影响过热 15 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 器吸热特性，从而影响汽温特性。 1.3 超临界锅炉的汽温控制 1.3.1 稳定负荷时的汽温控制 超临界锅炉运行中的汽温控制应首先根据煤质特性调整水煤比，控制中间点温度。 1.3.2 启动过程中的汽温控制 超临界锅炉启动过程中容易发生超温现象，因为启动过程中容易发生燃烧不完全现象，导致燃烧放热量减少，水冷壁的辐射传热量减少，炉膛出口烟温不正常升高。且此时蒸汽压力低(一般在10 MPa左右)，定压比热小，导致屏式过热器和对流受热面中每千克工质的吸热量增加，出现主汽温度上升过快的现象，从而使主汽温度难以控制。沁北电厂600MW 超临界锅炉启动初期出现过多次屏式过热器和高温过热器超温现象，尤其是在机组并网期间，主蒸汽压力为7 MPa左右时，屏式过热器及高温过热器温度都达到560?，影响了汽机的冲转及锅炉的升温升压。 超临界锅炉启动过程中的汽温控制比正常运行时更为复杂，最关键的是要控制屏式过热器和折焰角上部的高温过热器的汽温。因为启动期间蒸汽参数变化大而流量比较低，必须严格控制燃料投入速度和及时调整燃烧工况，同时需要控制启动系统的疏水量，因疏水量过大会导致给水量增加过快，蒸发量快速降低;同时疏水量过大会导致工质热量损失过大，促使蒸发量进一步降低;为了维持蒸发量，被迫提高燃料投入速度，由此引起过热器超温。 16 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 1.3.3 启动工况向直流运行工况转变阶段的汽温控制 此阶段为锅炉由启动过程转入纯直流运行的过渡阶段，处于定压运行。初始，分离器出口为饱和蒸汽，并未达到微过热状态。应增加燃料量，提高蒸汽的过热度。当分离器出口的蒸汽温度达到具有15?的微过热度时，分离器转变为干态运行，分离器出口工质温度作为调节汽温的导前温度。如果水冷壁出口工质处于湿蒸汽区时，中间点温度变化不大，对水煤比调节的参考作用消失，需要控制燃料量，并注意控制屏式过热器的蒸汽温度，及时调节减温水量。 1.3.4 跨越临界压力时的汽温控制 变压运行的超临界锅炉在跨越临界压力或在临界压力附近，工质状态和工质物性变化最大。此时由于工质的大比热特性，会出现即使燃烧量变化较大，但水冷壁出现工质温度变化不大的现象，从而出现本文2(3和2(4章节的情况。因为此时水冷壁下辐射区出口工质温度接近374.15? ，可以设定为水煤比调节的导前信号，并及时调节减温水，实现汽温的提前控制和精确控制。 所以，对于不同调温方式的超临界锅炉，过热器系统的传热特性主要表现为辐射特性，符合水煤比为主的调温要求。再热器系统的汽温特性主要取决于再热汽温的调节方式和调节特性以及受热面系统布置。以水煤比为主，烟气挡板与摆动式燃烧器为辅的联合调温，对过热汽温调节能起到互补作用，可优化过热器系统设计具有独特的技术优势。启动过程和转直流运行的过程，汽温控制最为复杂，需根据启动系统的特点，确定有利于汽温控制的水煤比和操作控制方式。特 17 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 别要注意控制屏式过热器的温度，与亚临界机组锅炉启动有相似之处。 第二节 华能玉环超超临界锅炉水冷壁壁温异常原因分析 超临界直流锅炉容量大, 蒸发受热面面积较大, 布置较为复杂。为了保证一定的质量流速, 水冷壁内径选得较小, 比超超临界锅炉水冷壁管对壁温异常较为敏感, 一旦发生壁温异常, 将可能导致水冷壁管内工质的热物理特性发生剧烈变化, 进而产生流量偏差和传热特性恶化, 严重时会导致水冷壁管爆管失效, 危及锅炉的安全稳定运行。影响超临界锅炉水冷壁管壁温异常的因素较多, 结合我国首台超临界锅炉调试、试运经验, 全面分析超临界锅炉水冷壁壁温异常因素, 对提高超临界锅炉的安全运行具有重要意义。 2.1 锅炉及蒸发受热面概况 华能玉环电厂锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进日MHI( 三菱重工) 技术生产的HG- 2953/27.46- YM1 型超超临界参数、变压运行直流锅炉。锅炉采用单炉膛、П型布置、悬吊结构。燃烧器布置为八角反向双切圆燃烧方式。锅炉设计煤种为神府东胜煤、校核煤种为晋北烟煤。1号机组于2006年11月28日通过168 h 试运,成为我国首台投运的超超临界GW等级机组。 锅炉水冷壁结构为膜式水冷壁, 全部为垂直管屏, 采用改进型的内螺纹管垂直水冷壁, 水冷壁管入口段设计有节流孔圈, 通过二次三叉管过渡的方法与垂直水冷壁管相连接, 水冷壁管规格为D28.6 mm×5.8mm, 材质为SA213- T12, 燃烧区的水冷壁管为内螺纹管。在 18 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 上下炉膛之间设计了水冷壁中间混合集箱, 经2 级混合后进入上炉膛。锅炉启动系统设计有1 台BCP( 锅炉启动循环泵) 、3 只WDC( 分 离器水箱水位调节阀)。过热器减温水取自省煤器出口。 2.2 水冷壁管壁温异常类型 超超临界锅炉受热面布置复杂, 当系统工况( 给水、煤量、配风等) 发生变化时, 将可能造成水冷壁壁温异常; 同时由于水冷壁各根管结构尺寸、管内壁的粗糙程度以及运行中受热情况的差异等因素的影响, 各管入口的工质参数虽然相同, 混合集箱入口处的工质参数将存在偏差, 锅炉制造商通过水动力的精确计算, 可将混合集箱入口介质的温度偏差控制在一定范围内, 但实际锅炉启动调试时还会发生一定的偏差。根据玉环电厂锅炉调试、试运经验, 水冷壁壁温异常通常有以下3 种主要类型: ( 1) 所有水冷壁的出口管壁温全部升高。短时间内, 水冷壁混合集箱入口集箱处壁温测点几乎全部发生升高报警, 简称为普高现象。 ( 2) 某一区域水冷壁出口管壁温出现异常升高,通常在4 根管以上。水冷壁管入口处的节流孔通常是4 根管共用, 当4 根以上管同时发生温度升高时,定义为区域性温度异常现象。 ( 3) 个别水冷壁的出口管壁温出现异常升高, 数量较少, 通常在4 根以下。水冷壁管入口处的节流孔通常是4 根管共用, 因此4 根以下管发生温度升高时, 定义为个别管温度异常现象。 2.3 水冷壁壁温异常原因分析及处理对策 2.3.1 所有水冷壁出口管壁温普遍升高 19 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 1 过多燃料量投入产生了过多热负荷 ( 1) 启动阶段汽轮机的高压旁路调节阀开度过大。机组并网、锅炉干湿态转换前, 直流锅炉处于湿态工况运行, 如果汽轮机高压旁路调节阀开度过大,锅炉启动流量较大及入炉燃料量较大, 将造成干湿态转换时, 水冷壁混合集箱入口处管壁温度普遍出现升高现象, 建议机组并网前选择合适的高压旁路调节阀开度, 避免管壁温度普遍出现升高现象。 ( 2) 过低的给水温度。启动阶段, 由于除氧器加热不充分, 省煤器入口给水温度较低, 蒸发受热面焓增较大, 将导致水冷壁混合集箱入口处管壁温度普遍升高。建议在锅炉启动阶段, 尽量保证除氧器的加热汽源, 提高给水温度。 ( 3) 启动阶段过低的再循环流量。锅炉湿态运行时, 如果锅炉再循环流量较低, 为保证锅炉给水流量, 锅炉给水泵出口流量将增大, 省煤器、水冷壁入口的水温低, 而过量的燃料量投入, 将导致水冷壁混合集箱入口处管壁温度普遍升高。在启动阶段应尽可能早地将锅炉循环泵出口的BR( 再循环控制阀)投入自动, 华能玉环电厂锅炉启动系统流程见图5。 20 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 图5 玉环电厂锅炉启动系统流程 ( 4) 干湿态转换前高、低压加热器未投入或退出运行。锅炉干湿态转换前, 高、低压加热器未能及时投用, 或者因故退出运行, 导致省煤器、水冷壁入口水温较低, 造成过量的燃料量投入, 将导致水冷 壁混合集箱入口处管壁温度普遍出现升高的现象。因此, 建议在干湿态转换前将高、低压加热器投入运行。 ( 5) 磨煤机组的投入或退出运行。在磨组启动阶段, 给煤机启动后磨煤机启动阶段, 实际煤量还不能进行精确测量, 这时有可能发生过量的燃料投入, 也会造成水冷壁混合集箱入口处管壁温度普遍出现升高的现象, 煤量指令值与实际煤量的偏差应尽可能地缩小。 2.水冷壁入口流量不足 21 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 ( 1) 机组调试、试运行期间, 可能发生过热器减温水的过量投入。由于超超临界锅炉过热器减温水取自省煤器出口, 即: 给水流量Q=水冷壁入口给水Q1+过热器减温水流量Q2。因此当过热器减温水流 量Q2 增加时, 在给水流量Q 不变的情况下。势必造成水冷壁入口实际给水流量Q1 减少, 这将造成水冷壁混合集箱入口处管壁温度普遍升高。在过热器减温水用量Q2 增加时, 应相应加大水冷壁入口给水Q 流量, 防止水冷壁出现超温现象。 2) 干湿态转换过程中, 给水流量过大。直流锅炉干湿态转换是一个阶段性过程, 玉环电厂锅炉转换点大约为25%电负荷, 干湿态转换点不是一个精确的点或稳定的点, 在此阶段锅炉工况较不稳定, 易造成锅炉水冷壁出口管壁温异常, 三菱重工建议在20%,30%电负荷阶段, 应尽可能快速通过, 避免在20%,30%负荷阶段停留。干湿转换中, 水冷壁出口工质的焓增, 有可能发生水冷壁出口壁温升高, 因此 转换期间, 给水流量要加以控制。 3 分离器入口过热度控制过高 当分离器入口过热度控制不好, 处于较高水平时, 水冷壁出口的金属壁温会出现普遍升高现象。通过降低分离器入口过热度可有效地降低水冷壁出口的金属壁温, 建议应尽早地将WFR( 锅炉煤水比) 投入自动, 对过热度的控制及水冷壁出口管壁温控制均有利。 2.3.2 区域性水冷壁出口管壁温异常升高 1 燃烧区水冷壁的局部多吸热现象 ( 1) 燃烧器投用次序的影响。玉环电厂锅炉燃烧器共6 层, 从上至 22 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 下分别为F、E、D、C、B、A, 油燃烧器共分上、中、下3 层, 三菱重工推荐的点火方式为:先点中间层油枪, 然后点上层油枪, 最先投用的磨组为最上层的F 磨, 然后依次为E、D、C、B, 最下层A磨为备用磨。如果从下层磨开始投用, 燃烧区水冷壁管吸热的高度增加, 将造成水冷壁管热偏差增大、水冷壁管壁温局部超标。正常情况下, 磨组投用次序应遵循自上而下的原则。 ( 2) 燃烧器摆角的影响。燃烧器的摆角是上下摆动的, 如果摆角向下, 火焰下倾, 则对应的燃烧器下部水冷壁管存在过多吸热现象, 将造成该区域的壁温升高。调整试验证明, 燃烧器摆角改变时, 水冷壁壁温变化较敏感。 ( 3) 启动阶段油、煤燃烧器同时使用。在锅炉启动阶段, 特别是磨组刚启动后的一段时间内, 为了保证磨组的稳定运行, 根据以往的运行经验, 通常保留部分点火油枪运行, 该角的燃烧器存在油煤2 种燃烧器同时运行的情况, 由于锅炉油枪功率较大, 该邻区域的局部水冷壁吸收了过多的辐射热, 将造成局部水冷壁壁温升高。在磨组投运稳定后, 应尽早地将油燃烧器退出运行。 ( 4) 燃烧器二次风配风不良。燃烧器配风不良,将造成某只燃烧器的二次风量过大, 此燃烧器火焰中心温度较高, 该燃烧器区域的水冷壁存在过量吸热, 也会导致水冷壁壁温异常升高。可通过燃烧调整 达到燃烧器二次风量的调平目的。 ( 5) 等离子点火的影响。等离子是一种利用等离子体引弧来直接点燃煤粉的技术, 此种技术国内电厂应用较成熟。其煤粉的着火是在燃 23 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 烧器一次风喷口内进行, 类似于预燃室的结构, 此种结构将造成煤 粉着火距离较近, 如果磨煤机出口一次风均匀性不好时, 会引起局部水冷壁管温度异常升高。建议点火成功后, 应尽早地退出等离子点火系统。 2 磨煤机出口煤粉管不平衡 (1) 同一台磨煤机出口各粉管一次风流量偏差影响。同一台磨煤机出口煤粉管如果发生一次风流量偏差, 导致四角火焰形状差异, 将造成水冷壁壁温局部升高( 见图6) 。在磨煤机投用前应做好煤粉管 均匀调整工作。 图6 磨煤机煤粉管一次风量不平衡造成某一区域水冷壁出口管壁温异常升高 ( 2) 不适当的风煤比。一次风流量变送器的显示值应与实际一次风流量偏差不能过大, 当二者偏差较大时, 实际风粉比不正确, 会造成煤粉火焰不连续, 导致局部水冷壁壁温升高, 一次风测量装置投用前需精确校准。 ( 3) 不合适磨煤机出口动态分离器的转速。由于皮带打滑等因素造 24 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 成磨煤机出口动态分离器转速降低或转动不稳, 也会造成磨煤机出口内粉管均匀性变差, 同样会导致局部水冷壁壁温升高。 3 燃烧室各区域水冷壁向火侧沾污情况差异 此种情况也会造成某一区域水冷壁出口管壁温出现异常升高。这是由于局部结焦、结渣, 导致这一区域的水冷壁管吸热能力下降, 对应的不结焦、不结渣的其他区域管子会过多吸热, 导致局部水冷壁壁 温升高。此种情形可通过合理吹灰来解决。 4 燃烧器切圆中心偏移 前后墙的二次风压不平衡, 将造成火焰中心偏移, 偏离锅炉中心线, 使靠近火焰中心一侧的水冷壁壁温升高( 见图7) , 通过对二次风的调平可较好地解决。 图7 燃烧器切圆中心偏移造成某一区域水冷壁出口管壁温异常升高 2.3.3 个别水冷壁出口管壁温出现异常升高 锅炉调试过程中还可能发生个别水冷壁管壁温度突然升高的情况,通常两三根相邻管短时间温度突然升高, 且升高幅度较大, 造成这种 25 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 异常现象主要有以下几种原因: ( 1) 单根水冷壁管存在缺陷, 如砂眼、裂纹等造成局部泄漏, 致使泄漏点下游的管子冷却不够, 壁温超标, 这种情况可通过检查及时发现, 换管得以解决。 ( 2) 水冷壁入口管节流孔堵塞、狭窄、孔径尺寸偏小等, 也会造成与此节流孔对应的水冷壁管内冷却流量不够, 造成壁温超限。此类情况可通过检查节流孔的孔径及通流方式进行处理, 必要时需加大水 冷壁入口管节流孔径。 ( 3) 制造厂弯头( 特别是90?直角弯头) 成型不好, 椭圆度超标, 影响通流面积。均会造成水冷壁管内冷却流量不够, 进而造成壁温超限。 ( 4) 制造或安装焊缝内成型不好, 影响通流面积。由于水冷壁管内冷却流量不够, 造成壁温超限。此类缺陷, 如果严格按正确工艺进行受热面的通球检验, 是完全可避免的。 总之，影响直流锅炉水冷壁壁温异常的因素较多, 但本质上主要为2 个方面: 水侧和火侧。水侧多为机械原因造成管内冷却流量不充分所致, 通过检查、换管可得以解决; 火侧主要是吸热过多所致, 主要的解决手段是通过燃烧调整来解决。通常由于水侧原因造成壁温超限的幅度较大, 需停炉处理, 一旦发生, 造成的经济损失较大。在蒸发受热面的设计、制造、安装过程中需层层把关, 尽量避免发生类似缺陷。火侧原因造成的壁温超限幅度相应较小, 在锅炉调试、试运过程中可通过燃烧调整试验加以解决。 26 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 第三节 过热器 再热器热偏差问题分析 随着我国电力工业的高速发展及能耗和环保的要求,目前即将成批量地投入超临界和超超临界火力发电机组。这些机组锅炉的压力高达24 MPa,28 MPa ;主蒸汽和再热蒸汽出口温度高达570 ?,605 ?。其高温过热器和高温再热器受热面大量采用含铬量为18 %,25 %的奥氏体钢管。即使采用了如此高级的耐高温材料,根据计算,如果在运行中热偏差太大或发生突发性扰动,仍会发生管子超温爆管事故。在运行中因热偏差太大而发生超温情况,影响的不是一根管子,往往是一片区域。这样就有连续发生事故的隐患而使电厂蒙受巨大的经济损失。事实上,有不少引进型的和进口的大容量电站锅炉都发生 过这类事故。例如,北仑电厂从美国CE 公司进口的600 MW 切向燃烧控制循环锅炉的高温过热器和高温再热器,扬州第二电厂从美国B &W 公司进口的600 MW 有后墙燃烧的自然循环锅炉的高温过热器,以及邹县电厂从美国FW 公司进口的600 MW 前后墙燃烧自然循环锅炉的分隔屏过热器等。因此,在发展超临界和超超临界压力锅炉时,必须非常重视过热器和再热器设计及运行中的热偏差问题。 3.1 造成热偏差的诸因素 电站锅炉在运行中的热偏差由下列5个方面的因素造成: (1) 一个管组沿烟道宽度各片屏的吸热量偏差,这是由烟气温度和流速场的不均匀所引起的; (2) 一个管组沿烟道宽度各片屏的蒸汽流量的偏差,这是由进出口集箱中蒸汽静压的变化所造成的; 27 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 (3) 一片屏中各根管子的蒸汽流量的偏差,这是由于各根管子的阻力系数以及蒸汽温度不同所引起的;例如一片管屏的外圈管长度最长, 同时外圈管子口径又与其它管子相同,则流量最小;如果出口温度高,反过来又会进一步减小蒸汽流量; (4) 一片屏中各根管子的吸热量的偏差,这是由每根管子各个管段吸收屏前、屏后及屏间烟气的辐射热量以及对流热量的偏差所引起; 例 如,一片管屏的外圈管所吸收的屏前烟气的辐射热量就要比平均管大好几倍。如果屏前烟气的烟温高、黑度大, 外圈管的总吸热量就会增大很多; (5) 由前一级管组出口的温度偏差携带到本级管组进口的温度偏差。 以上5 个因素中,只有第1 个因素与燃烧系统的设计及运行2 方面都有关。其它4 个因素与运行的关系不大,基本上决定于热力性能和结构设计。 一台大容量超临界锅炉因热偏差太大而发生超温爆管事故的经济损失是巨大的。而且往往是1 根管子爆破,同时会有一大片区域的管子因超温而使管子材料受损。在分析故障时有时很难分清是设计的问题还是运行的问题。因此,应该在锅炉设计时就把各项热偏差因素控制在最小程度,以留出足够的裕量给运行中可能发生的工况波动和变化。 3.2 超临界压力锅炉热偏差的特点 超临界压力锅炉由于下列一些因素而使其热偏差的问题更为突出: 28 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 (1) 超临界压力锅炉由于出口汽温高,某些过热器管组的设计温升大,从而增大了温度偏差。例如某锅炉后屏过热器的设计温升从60 ? 增大到80 ?时,单单因宽度吸热偏差一个因素(假定Kr = 1. 2) 就会使偏差屏的温度偏差(偏差屏与平均屏的出口平均温度之差) 从15?增加到20 ?。 (2) 超临界压力锅炉由于出口汽温高,过热器和再热器管子关键部位(管组中偏差管的出口汽温最高处,及前下部热负荷最高处的炉内壁温差不多已经接近所用钢材的耐温极限。由于许多钢材在接近使用限值的高温下,其105 h 的许用应力随温度升高而降低的速度加快(见图8) ,在这种情况下如果超温10 ?,将大大减少管子的使用寿命。例 如,根据计算, TP 347H 钢材在温度625 ?,所受应力为69. 8 MPa 时,其设计寿命为1. 00 ×105 h。如果温度提高到635 ?,同样应力下寿命只有0. 52×105 h。寿命将降低48 %。相反,如果应力不变而温度降低10 ?,则计算寿命将增加到1. 80 ×105 h。可见在设计和运行中控制热偏差,降低关键部位管子的炉内壁温对超临界锅炉的运行安全性和经济性是至关重要的。 29 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 图8 各种钢材的许用应力 (3) 瞬态壁温升高。在锅炉启动及快速升负荷的瞬态过程中会发生短时间的过热器吸热量与蒸汽流量的不平衡,因为当锅炉快速增加出 力时,过热器开始状态是管内蒸汽流量和放热系数都比较小,这时投入燃料,其热负荷几乎是立即增大的。对于直流锅炉,虽然协调自动控制系统可以使给水流量与燃煤量同步增加,但过热器中的蒸汽流量还是要水冷壁的管壁金属先吸热后再能产生出来,所以有一些时间上的延迟。在这过渡的瞬态时间内,由于管内蒸汽流量和放热系数与热负荷的不匹配,过热器的管壁温度会比稳定工况时高。高出的温度值决定于热负荷增加的幅度和速度。我国一台进口加拿大巴威公司的350 MW“W”型锅炉的大屏过热器和另一台进口美国FW 公司的600 MW 锅炉的前屏过热器都发生过类似的故障。特别是布置在炉膛火焰中心上方的前屏和后屏过热器,对热负荷增加的响应最快,所接触的烟温也最高,这种瞬态的壁温升高也最为显著。因此操作人员应在运行中积累这种瞬态过程的操作经验和数据。这就是:从不同的锅炉蒸发量开 30 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 始,应该以怎样的幅度和速度增加热负荷(煤量和风量) 才可使过热器的瞬态壁温升高控制在可接受的范围以内。而在设计时,也应使这些管屏的质量流速适当增大,以减小对这种瞬态工况的敏感性。 3.3 超临界压力锅炉在运行中的突发性扰动和采用在线监测的必要性 超临界直流锅炉在运行中还可能发生突发性的扰动,国外称之为“unpredictable operatingup set”。这是指: (1) 给水系统的故障; (2) 电负荷的大幅度变动; (3) 煤水比失调。国内某进口的300 MW 超临界直流锅炉就发生过多次煤水比失调的故障。这是在某些工况下,自动控制未能投入,人工操纵不当时,煤水比失调使锅炉出口汽 温急速飞升。一直到出口汽温大大高出额定温度时运行人员方才发现,从而使好几级的过热器管子短时间大幅度超温受损。特别是奥氏体钢 管及其焊缝,受损后会在以后的运行中发生频频爆管。对于过热器、再热器偏差管的炉内壁温是否超温,以前都是用装在各级管屏管子出口的炉外壁温测点(实际上所测的是管内的汽温) 所显示的温度,凭经验加一个增量来判断的。然而这种方法是非常不可靠的。特别是对于超临界锅炉,钢材的设计裕量本来就较小,更为不可取。因为过热器、再热器各部位的热负荷不同(管屏前下部的热负荷一般要比出口处大好几倍) ;各管组的管内放热系数不同(再热器的放热系数要比过热器小得多) ;锅炉高负荷时与低负荷时的壁温与汽温的差值更为不同。因此从1 根管子的出口汽温来推算其最高的炉内壁温是极为不可靠的。 31 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 因此,超临界锅炉在运行中有必要装设过热器、再热器管子炉内壁温在线监测系统,这种系统可以连续监测炉内管子各点的管壁温度,有超温报警、优化运行以及故障工况记录和历史查询等功能,可以优化运行,减小偏差,防止超温爆管,延长高温管屏的寿命,真正实现“状态检修”和“寿命监测”。 3.4 炉外壁温测点的测量准确性 超临界锅炉应该特别注意过热器再热器管子出口炉外壁温测点的测量准确性。这种测点装在炉顶大罩壳内。以前认为大罩壳内的温度有450 ?,500 ?左右,相当于集体保温,可以不用对测点部位加以保温。但是统计资料表明,如果不保温,测量温度会偏低10 ?以上。这是因为所测的偏差管出口温度(550 ?,580 ?) 比大罩壳内的温度高出很多。有温差就有热流,沿着测点径向和沿热电偶轴向的2 种热流会造成测量温度的偏低。而超临界锅炉的汽温水平更高,这种温度偏低也会更大。如上所述,10 ?的测量偏差对超临界锅炉的钢材寿命是至关重要的。国电谏壁电厂曾在一台亚临界300 MW 锅炉上做过试验, 对测点加以保温后, 测量误差就从10 ?,13 ?减小到1 ?,3 ?。测量误差减小到这样的程度,就可以作为在线计算炉内壁温的依据,而先进的在线监测系统的软件还能够自动修正这种较小的测量误差。因此,对测点保温和改进测点结构,是减小测量误差,有利于采用在线监测,保障锅炉安全运行的一项有效措施. 第四节 启动初期主汽温偏高问题分析 广东珠海金湾发电有限公司1、2号机组锅炉为600 MW 超临界参 32 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 数变压螺旋管圈直流锅炉，单炉膛，一次中间再热，四角切向燃烧方式、单炉膛平衡通风，露天布置，固态排渣，全钢结构，全悬吊? 形布置，是在引进ALSTOM—USA美国公司超临界锅炉技术的基础上，结合上海锅炉厂有限公司燃用神府东胜煤的经验进行设计的锅炉。BMCR 蒸发量1 913 t,h，额定蒸汽压力25(4 MPa，额定蒸汽温度571? ，再热蒸汽温度571?。采用苏尔寿公司的旁路系统，配置30, 高压旁路及40, 低压旁路;以配合超临界直流机组快速启动及汽机高中压缸联合启动。采用中速磨煤机正压直吹式制粉系统，每台炉配6台中速磨煤;采用低NO 同轴燃烧系统(LNCF(STM);采用节能先进的的等离子启动点火技术。在锅炉首次启动、吹管、汽轮机冲转过程中发现过热器蒸汽温严重偏高难控，本文分析了其产生的主要原因，并结合实际给出了一些直流锅炉启动过程汽温控制的技术措施，对600 MW 超临界直流锅炉的汽温控制有一定的借鉴意义。 4.1 600 MW 超I临界直流锅炉启动系统 锅炉启动系统采用简单疏水大气扩容式启动系统。锅炉炉前沿宽度方向垂直布置2只外径,壁厚为+812(8,87(1 mm 的汽水分离器，其进出口分别与水冷壁和炉顶过热器相连接。每个分离器筒身上方切向布置4根不同内径的进口管接头，顶部布置有2根内径为+231(7 mm至炉顶过热器的管接头，下部布置有一个内径为+231(9 mm 疏水管接头。当机组启动，锅炉负荷低于最低直流负荷30,BMCR时，蒸发受热面出口的介质流经分离器进行汽水分离，蒸汽通过分离器上部管接头进入炉顶过热器，而水则通过两根外径为+324 mm疏水管道引至一 33 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 个连接球体，连接球体下方设有两根管道分别通至除氧器和大气式扩容器。在大气扩容器中，蒸汽通过管道在炉顶上方排向大气，水进入下部的集水箱。在启动系统管道上设有3只液动调节阀，其中1只为正常水位调节阀(NWL)，为了回收工质的热量，只要水质合格并满足NWL的开启条件，即可通过该阀将分离器中的水回收至除氧器。另2只为高水位调节阀(HWL)，布置在大气式扩容器的进口管道上，当分离器中的水质不合格或分离器水位过高时，通过该阀将分离器中大量的疏水排人大气式扩容器。 4.2 原因分析 超临界直流锅炉启动过程分为湿态、干态以及超临界状态，点火升压至直流运行前为湿态，这个阶段启动汽水分离器的作用类似汽包进行汽水分离，分离出的饱和蒸汽进入过热器受热面，饱和水进入汽水分离下部的贮水罐，一部分工质进入除氧器加热凝结水，大部分经过大气式扩容器排到大气中或经疏水泵回收进入凝汽器。直流炉在启动阶段虽然为湿态运行阶段，但与汽包炉完全不同。流过汽包炉水冷壁的工质为多次自然循环或多次强制循环，流过直流炉水冷壁的工质则为一次强制循环，启动初期燃料量较小，给水经过省煤器进入水冷壁吸热的次数或者机会只有一次，进入汽水分离器的汽水混合物中的水的份额很大，没有像汽包炉设置有下降管，不能将欠饱和水或 饱和水再次流入水冷壁回收工质热量。因此，当燃料量不变时，锅炉启动过程中，直流锅炉比汽包炉产汽量要小的多。600 MW 超临界直流锅炉在启动时各受热面的吸热量示意分配如下图9所示。 34 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 图9 启动时热量分配示意图 如图9可知，与汽包锅炉不同的是从汽水分离器分离出来的饱和水，没有直接送到省煤器或水冷壁下联箱，而是送到凝汽器，其携带的热量没有进入锅炉循环，通过凝汽器损失掉了。由于没有循环泵， 汽水分离器分离出来的饱和水携带的热量没有在锅炉内部循环，使水冷壁的吸热量部分损失，没有用于产生蒸汽，使燃烧释放的热量用于产生蒸汽量的大大减少，为了提高蒸发量，只有增加燃料量，故蒸汽 温度高，这是该厂锅炉启动时汽温过高的根本原因。 4.3 控制汽温偏高的措施和改进意见 (1)给水流量是关键因素，降低启动初期最小给水流量。由于最小给水流量涉及水冷壁的安全，在降低启动初期给水流量后，需要注意水冷壁的安全，严格控制燃烧，并在适当的时机，恢复给水流量至设计值30,(574 t,h); (2)保证合适的给水温度。启动时给水可以加热至150—160? ，这样可增加锅炉水冷壁的蒸发量，汽水分离器中产汽量增加，进而可降低过热器各级管屏温度。 (3)控制总风量在30, 一33, 之间。严格按锅炉厂家提供的二 35 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 次小风门开度曲线控制各风门挡板的开度;严格控制炉膛和风箱差压控制在0(38—0(4 kPa范围内;将A层的燃料风挡板开度手动开 到并固定在30, 左右，待冲转之后投自动;炉膛负压控制在?100 50 Pa范围内，可适当降低总风量(低限610 kNm ,h)降低烟气流速;增加SOFA风、燃烬风风量，以降低炉膛出口烟气温度。 (4)锅炉过热器一级减温水控制方面:尽量不投减温水。若要投用，必须严格控制减温水量和减温后的汽温监视，必须保证减温后的汽温有30? 以上的过热度。 (5)优化高、低压旁路系统，在锅炉启动过程中控制升温、升压速率。通过对该公司两台超临界锅炉多次冷态启动调试的经验，以及锅炉本身的特性，将高压旁路开启的压力定值改为:当汽水分离器出 口压力接近3(0 MPa，同时炉膛出口烟温大于538? ，高旁阀逐渐开大到18, 。这样的好处是:防止锅炉冷态启动初期升温升压速率过快，造成炉膛螺旋管水冷壁膨胀不均匀，严重时会造成螺旋水冷壁管焊口拉裂或张力板损坏。另外，高旁阀开的迟，有利于减缓末级过热器出口蒸气温度的快速升高。 总之，汽温调节的诸多问题对锅炉的运行，特别是对超临界锅炉的运行有着很大的影响。此类问题的学习研究对超临界锅炉更好的发展有着一定的促进作用。 第三章 小结 通过这次毕业设计，得到以下结论: 1 超临界以及超超临界的发展要满足日益严重的环保要求，随 36 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 着蒸汽参数的不断提高，要求合理的进行生产运行，提高机组运行的可靠性。 2 对于不同调温方式的超临界锅炉，过热器系统的传热特性主要表现为辐射特性，符合水煤比为主的调温要求。再热器系统的汽温特性主要取决于再热汽温的调节方式和调节特性以及受热面系统布置。以水煤比为主，烟气挡板与摆动式燃烧器为辅的联合调温，对过热汽温调节能起到互补作用，可优化过热器系统设计具有独特的技术优势。启动过程和转直流运行的过程，汽温控制最为复杂，需根据启动系统的特点，确定有利于汽温控制的水煤比和操作控制方式。 3 影响直流锅炉水冷壁壁温异常的因素较多, 但本质上主要为2 个方面: 水侧和火侧。水侧多为机械原因造成管内冷却流量不充分所致, 通过检查、换管可得以解决; 火侧主要是吸热过多所致, 主要的解决手段是通过燃烧调整来解决。通常由于水侧原因造成壁温超限的幅度较大, 需停炉处理, 一旦发生, 造成的经济损失较大。在蒸发受热面的设计、制造、安装过程中需层层把关, 尽量避免发生类似缺陷。火侧原因造成的壁温超限幅度相应较小, 在锅炉调试、试运过程中可通过燃烧调整试验加以解决。 4 超临界直流锅炉启动过程分为湿态、干态以及超临界状态，点火升压至直流运行前为湿态。直流炉在启动阶段虽然为湿态运行阶段，但与汽包炉完全不同，当燃料量不变时，锅炉启动过程中，直流锅炉比汽包炉产汽量要小的多。降低启动初期最小给水流量;保证合适的给水温度;控制总风量在30%--33%之间;锅炉过热器一级减温水 37 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 尽量不投;优化高低旁系统;在锅炉启动过程中控制升温升压速率等等对控制气温偏高的改进有一定的促进作用。 5 根据计算,如果在运行中热偏差太大或发生突发性扰动,仍会发生管子超温爆管事故。在运行中因热偏差太大而发生超温情况,影响的不是一根管子,往往是一片区域。这样就有连续发生事故的隐患而使电厂蒙受巨大的经济损失。在发展超临界和超超临界压力锅炉时,必须非常重视过热器和再热器设计及运行中的热偏差问题。 结束语: 这次毕业设计用时九周。第一周，学习和调研超临界机组资料;第二至四周，收集分析超临界锅炉中存在的问题;第五至七周，问题对策研究;第八至九周整理毕业论文及答辩。 九周的毕业设计，是对所学知识的再利用，加深对超临界锅炉的再认识，培养我们分析问题和解决问题的能力，并且学习和掌握了新的理论知识，提高专业知识水平。 最后，对杨老师的辛勤指导表示感谢～ 老师 您辛苦了～ 附录 : 表一 表二 字数:约17000 参考文献:王孟浩 罗永浩 张谦 《北仑电厂600MW锅炉高温再热器超温问题原因分析及改造 》 中国电力 朱伟明 胡兴胜 方晓东. 《平圩发电厂2号锅炉再热器的超温原因及改进措施》 动力工程 38 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 范从振.《锅炉原理》. 北京: 水利电力出版社. 清华大学热能工程系热能工程教研室. 《锅炉原理及计算》. 北 京: 科学出版社 樊泉桂. 《超临界及超超临界锅炉水冷壁壁温偏差研究》 朱军 成志红 《超临界直流锅炉启动主汽温偏高原因分析》湖北电力 黄新元. 《站锅炉运行与燃烧调整》中国电力出版社 英汉互译: 汉译英 国内W型火焰锅炉的探讨 W形火焰是国外开发出来用于燃烧低挥发分煤种的一种燃烧技术。在现代高参数、大容量燃煤锅炉中，较多的采用四角切圆燃烧方式。但这种燃烧方式在燃烧劣质煤。特别是低挥发分的无烟煤时，存在着火不好、燃烧不稳定、运行易结渣、低负荷下必须投油等问题。为了更好地燃烧无烟煤，国外锅炉厂商开发出多种燃烧技术，其中W形火焰技术是实践证明比较成功的燃烧技术。并已在国外得到广泛应用。在结构上W型火焰锅炉和一般四角切圆燃烧方式锅炉的n型结构不同。它的燃烧室由部分组成，上部是辐射炉室，下部为拱形的燃烧室，燃烧室的深度一般比辐射炉室大80,,120, ，前面突出部分的顶部构成拱体。煤粉气流和二次风喷嘴装设在拱体上。下喷的煤粉气流接受炉膛辐射对流换热着火后向下伸展。在燃烧室下部的前后墙上布置有三次风喷口。主要补充煤粉燃尽所需的其余空气量，同时将下冲的火焰气流冲折转向上，沿炉室中轴线上升，从而形成W型火焰。辐射炉的作用则是进一步完成煤粉的燃烧，并使燃烧产物通过与受热面之间的换热后降到设定的炉膛出口温度从2O世纪8O年代开始，我国开始陆续引进W型火焰锅炉。目前已有数十台锅炉投产发电，容量也从300MW扩大到660MW。包括上安电厂引进的加拿大MW公司的机组(岳阳电厂引进的英国B&W公司的2x360MW机组。珞璜电厂引进的法国STEIN公司的2x360MW机组。湖北鄂州电厂引进的美国FW公司 39 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 2x3OOMW机组等。除引进型机组外。也有部分电厂安装了国内锅炉厂家采用引进技术制造的W型火焰锅炉，如广东韶关电厂1O号锅炉及山西阳泉第二发电厂安装东锅厂引进美国F,W公司技术生产的W型火焰锅炉，贵州黔北电厂1,2号锅炉采用北京B&W公司从美国巴威公司引进技术生产的W型火焰锅炉。 一 W 型火焰锅炉主要特点 W型火焰锅炉炉膛是由下部燃烧室和上部炉膛所组成，燃料燃烧过程基本上是在下部炉膛内完成，上部炉膛主要是冷却烟气用。上下炉膛之间有一缩腰，可减少上部炉膛水冷壁与着火和燃烧区域之间的辐射换热，有利于提高着火燃烧区的温度。一次风煤粉气流从缩腰的前后拱上的燃烧器向下喷出，与炉墙平行，到达炉膛下部，粉粒重量减轻，速度减慢，然后180?转弯向上流动，离开下炉膛而进入上炉膛，形成W型火焰。W 型炉火焰流向与水冷壁相平行，不刷墙，对防止炉墙结渣有利，而四角切圆燃烧方式火焰易偏转贴墙结渣。起始阶段，由于煤粉自上而下进入炉膛，故一次风速低，煤粉在低扰动状态下着火引燃，有利于着火点的形成;在前后拱上都可布置燃烧器，使燃烧器数量增加，单个燃烧器的容量可设计得小一些，有利于着火燃烬;高温热烟气自下而上流出下炉膛之前，有一部分热烟气回流至燃烧器出口处的着火区域，对一次风煤粉进行加热。燃烧器出口处(及下炉膛)水冷壁一般敷设有卫燃带，提高了着火区温度，于着火有利，而且，负荷变化时对炉膛影响不大，故有利于稳燃与调峰。二次风沿火焰行程逐渐加入已着火的煤粉气流中，符合无烟煤燃烧延缓的特点，对燃烧和燃尽有利;前后拱上这两股主气流在炉膛冷灰斗处转180。向上时相互碰撞，并在缩腰处收缩碰撞，有利于扰动混合;炉膛充满度好和炉膛容积热负荷低，使煤粉在炉内停留时间长，有利于燃尽。综上所述，W型火焰燃烧方式尤其适合无烟煤燃烧，而且可根据实际燃煤的挥发分多少来调节一次风煤粉浓度、热风温度、调整一、二、三次风等风量比例，改变燃烧器结构和卫燃带面积等，就可扩大煤种的适应范围。国外实践表明，W型火焰固态排渣锅炉能燃用挥发分6,,2O, 的煤，甚至挥发分4,的无烟煤。 40 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 二 不同公司W型火焰锅炉的设计比较 1. 炉膛构型 1)各国生产的锅炉拱形炉膛断面不同:英、法和加拿大等国下炉膛拱形采用长方形断面;而美国F,W公司生产的W型锅炉下部拱形炉膛采用切角的八边形断面。 2)下炉膛较矮、上炉膛较高是美国F,W公司的炉膛构型的特征。通过降低下炉膛高度使整个燃烧过程都在下炉膛高温区完成(利于无烟煤粒的燃烧和燃尽。上炉膛主要用来冷却烟气，其高度由炉膛出口烟温决定。 2( 燃烧设备 1) 燃烧器型式比较在燃烧器的设计上，各国公司也不尽相同。英国B&W和法国STEIN均采用缝隙式燃烧器(加拿大B&W公司为PAX型一次风置换燃烧器;而美国F,W公司为双旋风分离式圆形喷口燃烧器。有的文献说明这种圆形喷口(其圆形射流的速度场和穿透性是射流出口速度和喷口直径的函数(对于缝隙式燃烧器则用其短边长度代替圆形射流的喷口直径作为其标准化的特征参数。因此，对大型下炉膛而言，圆形喷口双旋风分离式燃烧器在对炉膛的穿透和充分利用方面优于缝隙式燃烧器。 2 )配风方式比较 美国F,W公司采用的是一种有层次的(分级送风方式，燃烧所需空气大部分由拱下送人，这使得射流火焰的出口段能卷吸更多的上行高温烟气以改善着火。其它一些公司采用缝隙式燃烧器，其配风方式是从拱上送人所需空气。 三 国内部分电厂W型火焰锅炉的运行状况 目前(国内正在运行的W型火焰锅炉除四川珞璜电厂采用强制循环外，其他全部采用亚临界、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、自然循环锅炉，大多数配备双进双出钢球磨直吹式制粉系统。从这些机组运行的情况来看，总的来说都具有稳燃能力强，燃烧效率高的特点，在燃烧低挥发分煤种时，其稳定性明显高于其他燃烧方式的锅炉。但在机组运行的过程中也曾出现了不少问题。 41 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 1 .运行可靠性指标 统计资料表明、各厂投运的W型火焰锅炉都能在锅炉最大连续出力下正常运行，并能承担调峰任务。机组等效可用率在85,以上，由于燃烧系统引起的机组非计划停运或降低出力运行事件一般不多。 2. 燃烧稳定性指标 从各厂进行的不投油最低稳燃负荷试验来看一般在40,一50,之间， 其中鄂州电厂甚至达到28.73,的水平，可见W型火焰锅炉比切圆燃烧方式在稳定燃烧方面具有非常明显的优势。 3 .飞灰可燃物指标 影响飞灰可燃物指标的因素包括炉膛选型、风粉配比、制粉系统形式、煤种稳定性、煤粉细度等。W型火焰锅炉存在空气与煤粉后期混合差的不足，容易造成燃烧不尽。从运行情况看，鸭河口电厂和珞璜电厂运行情况较好，飞灰含碳量控制在2,,4,。上安和岳阳电厂飞灰可燃物指标则不太稳定，高时可达20,，分析表明主要原因有以下几个方面: 1)煤质因素是主要因素，当煤种发生变化时会显著影响飞灰可燃物指标。 2)煤粉细度达不到设计要求，当磨制的煤粉偏粗时会造成燃烧不完全。 3)燃烧器型式和风粉配比存在一定问题。 4)炉膛选型不合理，下炉膛容积热负荷过大，造成煤粉在炉膛内停留时间相对较短导致燃烧不尽 5)氧量变化既影响着锅炉的效率，也影响着飞灰含碳量。在稳燃前提下，氧量提高，锅炉效率提高可超过l,，同时飞灰含碳量可下降2,左右，因此氧量因素也是一个主要因素。 4 .锅炉结渣 对于W型火焰锅炉而言。设计上既有不利于结渣的因素，如火焰流向与W型火焰锅炉平行。不旋转，也有利于结渣的因素，如敷设燃烧带。W型火焰锅炉敷设燃烧带是燃烧低挥发分煤的必要手段，也是为强化低挥发分煤的着火和燃尽所需高火焰温度的需要。但如果燃烧 42 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 带敷设面积过多，必然增加结的可能性。从实际运行情况看，在每个 电厂水冷壁燃烧带上都有结渣，有的厂还比较严重，但珞璜电厂运行 情况较好，尚未出现因结渣而影响运行的事故。针对结渣，除与锅炉 燃烧系统和炉膛轮廓尺寸的设计是否合理有关系外，关键是运行调 整，可考虑采取以下措施: 1)在保证炉膛稳定燃烧的前提下，适当提高一 次风速: 2)调小三次风开度，开大二次风挡板; 3)改造燃烧带，面积适当缩小。 5 .炉膛出口烟温超过设计值 由于W型火焰炉炉膛高度较矮，火焰中心位置改变时的影响较 大，如负荷升高时，炉膛出口烟温升高较明显，超温时应增加拱顶二 次风量，压低火焰中心。 Domestic W flame boiler's discussion The W shape flame is overseas develops uses in one kind of combustion technology which burns the low volatile matter coal to plant. In the modern high parameter, the large capacity coal-fired boiler, the many use four jiao cut the circle combustion way. But this combustion way in combustion inferior coal. When specially low volatile matter anthracite, the existence catches fire, the combustion not stably, to move under the easy slagging, the low load to not well throw questions and so on oil. To burn well the anthracite, the overseas boiler manufacturer 43 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 develops many kinds of combustion technologies, the W shape flame technology is the practice proved that compares the successful combustion technology. And in overseas obtained the widespread application. The W flame boiler and the general four jiao cut the circle combustion way boiler's n structure in the structure to be different. Its combustion chamber is composed of the part, upside radiates the oven chamber, lower part for arch combustion chamber, combustion chamber's depth generally compared to radiation oven chamber big 80%~120%, front outshot crown framed arch body. The powdered coal air current and two wind spray nozzles install in arch on the body. Next spurts the powdered coal air current accepts the chamber radiation heat convection to catch fire backward under extends. The arrangement has three wind nozzles on combustion chamber's back wall. The main supplement powdered coal burns through other air volumes which needs, simultaneously under will flush the flame air current flushes the replication to be upward, along oven chamber axle rise, thus forms the W flame. Radiation furnace's function is further completes the powdered coal the combustion, and causes the combustion product through after the heating surface between heat transfer falls age starts to the hypothesis chamber outlet temperature from 2O the century 8O, our country starts to introduce the W flame boiler one after another. At present had several ten boiler production electricity generation, the capacity also expands from 44 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 300MW to 660MW. Including on peaceful power plant introduction Canadian MW Corporation's unit. Yoyang power plant introduction British B&W Corporation's 2x360MW unit. Luohuang power plant introduction French STEIN Corporation's 2x360MW unit. Hubei Ezhou power plant introduction American FW Corporation 2x3OOMW unit and so on. Besides introduction unit. Also had a part of power plant to install the domestic boiler factory to use the introduction technology manufacture the W flame boiler, if the Guangdong Shaoguan Power plant 1O number boiler and east the Shanxi Yangquan second power plant installment the pot factory introduced American F&W Corporation technology production the W flame boiler, north Guizhou Guizhou Province the power plant 1~2nd boiler used Beijing B&W Corporation to introduce the technical production from the American Pakistan Prestige Company the W flame boiler. A W flame boiler main feature The W flame boiler furnace is and upside the chamber is composed of the lower part combustion chamber, the fuel burning process basically is completes in the lower part chamber, upside the chamber is mainly cools the haze to use. Between the high and low chamber has one shrinks the waist, upside may reduce the chamber water cooling wall with to catch fire with the burning area between radiation heat transfer, is advantageous catches fire the hot region temperature in the enhancement. 45 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 Wind powdered coal air current from shrinks the burner downward blowout which the waist around arches, with shaft walls parallel, arrives at lower part the chamber, silt weight saving, the speed reduces speed, under then 180? the curve upflow, leaves the chamber to enter on the chamber, forms the W flame. The W stove flame flows with the water cooling wall is parallel, does not brush the wall, to prevents the shaft walls slagging to be advantageous, but four jiao cut the circle combustion way flame easily to deflect paste the wall slagging. Outset stage, because the powdered coal enters the chamber from the top downward, therefore a wind speed is low, the powdered coal catches fire the ignition under the low turbulent conditions, is advantageous in the kindling point formation; Arches in around may arrange the burner, makes the burner quantity to increase, the single burner's capacity may design small somewhat, is advantageous in catches fire burns the cinders; Before under the high tepid haze flows out the chamber from bottom to top, catches fire the region some part of hot haze backflow to the burner exit, carries on the heating to wind powdered coal. The burner exit (and under chamber) the water cooling wall general placing has Wei Randai, enhanced has caught fire the area temperature, in caught fire advantageously, load change was not big to the chamber influence, therefore was advantageous to burns steadily with the peakload Two winds join already in gradually the powdered coal air current which along the flame travel catches fire, 46 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 conforms to characteristic which the smokeless coal burning delays, to burns and burns through advantageously; Around arches these two main streams to transfer in the chamber cold ash hopper place 180. Upward when collides mutually, and is shrinking the waist place contraction collision, is advantageous in the perturbation mix; The chamber fullness is good and the chamber volume heat load is low, causes the powdered coal the resident time to be long in the stove, is advantageous in burns through.. In summary, the W flame combustion way suits the smokeless coal burning especially, moreover may act according to the actual coal-burning volatile matter how many to adjust a time wind powdered coal density, the hot-blast temperature, to adjust amount of wind proportions and so on one, two, three winds, changes the burner structure and Wei Randai the area and so on, may expand the adaptation scope which the coal plants. The overseas practice indicated that the W flame solid state row of dregs boiler can burn with the volatile matter 6 , ~2O , coals, even volatile matter 4 , anthracite. Two :different company W flame boiler's design comparison 1. Chamber configuration 1) various countries' production's boiler arch chamber cross section is different: Countries and so on under UK, France and Canada the chamber arch uses the rectangular cross section; But American F&W Corporation produces lower part the W boiler the arch chamber uses the 47 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 tangential angle the octagon cross section. 2) under the chamber is short, on the chamber to be high is the American F&W Corporation's chamber configuration characteristic. The chamber causes the entire combustion process through reduction under to complete highly under chamber high temperature area. Favors an anthracite grain of combustion and burns through. On the chamber mainly uses for to cool the haze, it exports the smoke warm decision highly by the chamber. 2. Fuel-burning equipment 1) The burner pattern comparison in burner's design, various countries' company is also different. British B&W and French STEIN uses the slit type burner. Canadian B&W Corporation is a PAX wind replacement burner; But American F&W Corporation is the double tornado separation formula circular nozzle burner. Some literature explain this kind of circular nozzle. Its circular jet flow's velocity field and the penetrability are the jet flow velocity outlet and the nozzle diameter function. Uses its leg of right triangle length regarding the slit type burner to replace the circular jet flow the nozzle diameter to take its standardized the characteristic parameter. Therefore, the chamber speaking of large-scale, the circular nozzle double tornado separation formula burner in and surpasses the slit type burner fully to the chamber penetration using the aspect. 48 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 2) matches the wind way to compare American F&W Corporation to use is one kind stratified. The graduation blast way, burns needs the air majority by to arch sees somebody off, this causes the jet flame to export Duan Nengjuan to attract the more upward high temperature hazes to improve catches fire. Other companies use the slit type burner, it matches the wind way is from arches sees somebody off needs the air. Three :domestic partial power plant W flame boiler's movement condition At present. The home is moving the W flame boiler uses the pump circulation besides the Sichuan Luohuang power plant, other use, among one time to be again hot subcritically completely, the single chamber, the neutral draft, a solid state row of dregs, the natural circulation boiler, the majority equipment double enter the double tapping ball grinding to blow the type milling system straight. Looking from these unit movement's situation, generally speaking has burns ability steadily, the combustion efficiency high characteristic, when burns the low volatile matter coal plants, its stability obviously is higher than other combustion way the boiler. But also once had many problems in the unit movement's process. 1. Movement reliable target The statistical data indicated that various factories throw the W flame boiler which transports to be able under the boiler most greatly 49 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 continuously output the normal operation, and can undertake the peakload duty. Unit equivalent availability factor above 85%, because the combustion system causes unit non-planned outage or reduces the output movement event not to be generally many. 2. Combustion stability criterion Carries on from various factories does not throw the oil to be lowest burns the load test to look that steadily generally between 190%, the Ezhou power plant even achieves 28.73% levels, obviously the W flame boiler compared to cuts the circle combustion way to have the very obvious superiority in the stable conbustion aspect. 3. Flying ash combustible substance target The influence flying ash combustible substance target's factor including chamber shaping, the wind powder allocated proportion, the milling system form, the coal plants the stability, powdered coal degree of fineness and so on. The W flame boiler existence air and the powdered coal later period mix the bad insufficiency, easy to cause the combustion to be endless. Looking from the operational aspect, the duck river mouth power plant and the Luohuang power plant operational aspect is good, flying ash carbon amount control in 2%~4%. On settles with the Yoyang power plant flying ash combustible substance target is not too stable, Gao Shike reaches 20%, the analysis indicated that the primary cause has the following several aspects: 50 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 1) the anthrax factor is the primary factor, when the coal plants changes will affect obviously the flying ash combustible substance target. 2) powdered coal degree of fineness cannot achieve the design requirements, when grinded the powdered coal is thick when will cause the combustion not to be incomplete. 3) burner pattern gentle breeze powder allocated proportion existence certain question. 4) the chamber shaping is unreasonable, gets down the chamber volume heat load to be oversized, causes the powdered coal the resident time to be relatively short in the chamber causes combustion endless 。 5) the oxygen quantity change already to affect boiler's efficiency, is also affecting the flying ash carbon amount. In burns under steadily the premise, the oxygen quantity enhances, the efficiency of boiler enhances may surpass l%, simultaneously the flying ash carbon amount may drop about 2%, therefore the oxygen quantity factor is also a primary factor. 4. Boiler slagging Speaking of the W flame boiler. Designs already has does not favor the slagging the factor, if the flame flows with the W flame boiler is parallel. Does not revolve, is also advantageous to the slagging factor, like placing combustion zone. The W flame boiler placing combustion zone is burns the low volatile matter coal essential method, is also to strengthen the low volatile matter coal fire and burns through needs the 51 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 high flame temperature the need. But if the combustion zone placing area are excessively many, increases the possibility which inevitably ties. Looking from the actual operational aspect, has the slagging on each power plant water cooling wall combustion zone, some factories are also quite serious, but the Luohuang power plant operational aspect is good, not yet appears because of the slagging affects the movement the accident. In view of slagging, except with boiler combustion system and chamber overall size design whether to have outside reasonably the relations, the key is the movement adjustment, may consider that takes the following measure: 1) under the guarantee chamber stable conbustion's premise, enhances a wind speed suitably: 2) adjusts the small three wind opening, operates the big two wind back plate; 3) transforms the combustion zone, the area reduces suitably. 5. The chamber exports the smoke to surpass the design value warm Because the W flame furnace chamber is highly short, the flame kernel position changes when the influence is big, when shoulders elevates, the chamber exports the smoke warm to elevate obviously, when excess temperature should increase the arch two amount of wind, pulls down the flame kernel. 英译汉 52 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 The supercritical boiler opens and stops First Outline One. The unit plant boiler opens stops the outline The boiler turns the running status by the static condition the process to be called the start. Suspends shipment is the start counter-process, namely turns the static condition by the load conditions. The boiler opens the essence which stops is the cold thermal state transformation. boiler's start divides into the cold clean criticality to start, the warm condition start, the thermal state start and extremely the thermal state start. The so-called cold clean criticality start is refers to boiler's original state the start which and not presses for the normal temperature, this kind of start usually is the new boiler, the boiler or passes through long time blowing-out spare after the overhaul the start. The warm condition start, the thermal state start and the thermal state starts is extremely refers to the boiler also maintains has certain pressure and the temperature, time the start work content and the cold clean criticality starts approximately same, they are take the start by cold clean criticality startup procedure in some stage the initial station, but initiated before certain work content to be possible to abbreviate or the simplification in here, 53 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 therefore their starting time might be short. Speaking of the unit system unit, boiler's starting time is refers to from the ignition to the unit belt the full time which spends to the rated load. Boiler's starting time, besides before start boiler's condition related, but also with boiler unit's pattern, the capacity, the structure, the fuel grade, the power plant thermodynamic system's pattern and the climatic conditions and so on concerns. With the domestically produced 600MW supercritical unit necessary supercritical concurrent boiler, the cold clean criticality starting time is about 5, 6h, the warm condition starting time is 2~3h, the thermal state starting time is 1~1.5h, the thermal state starting time is smaller than lh extremely. The boiler starting time's length, the condition which mentioned besides above, Shang Ying considered the following two factors: ? Causes the boiler unit various parts gradually and even obtains the heating, causes it not to send has the oversized thermal load to threaten equipment's security. ?Under the guarantee equipment security's premise, reduces the starting time as far as possible, reduces the startup procedure the working substance loss and the energy loss. 54 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 Boiler's start may also act according to the unit the boiler and steam turbine's start order, or time the start steam quality, divides into unit's start the constant pressure to start (said that smooth start) and the slippery parameter starts (calls union start). Generally the unit system unit uses the slippery parameter union start. The unit system unit boiler suspends shipment has the slippery parameter to suspend shipment, decides the parameter to suspend shipment, the accident to suspend shipment three types. Sometimes the first two kinds also hecheng to normally suspend shipment. The boiler opens stops the process is a steady state change process, in the process the boiler operating mode change is very complex. If in startup procedure: Various parts' working pressure and temperature momentarily when change, start various parts' heating is impossible completely evenly, in the metal body has the temperature difference, will have the thermal load. The start initial period chamber's temperature is low, in ignition period of time, the fuel inputs are few, burns is not easy to control, easy to present the combustion, not stably, the chamber heat load to be not completely non-uniform, but also possibly presents the fire fighting and 55 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 the explosion accident; In the startup procedure, various heating surfaces interior working substance flowing was not still normal, easy to cause the partial excess temperature. If the working substance flowing is not yet normal the time the water cooling wall, has not passed the steam or the steam quantity is very small when the superheater and the reheater, possibly has the danger which the excess temperature damages and so on. Therefore, the boiler starts suspends shipment is the boiler unit movement crucial stage, must carry on the monitor closely, optimizes each kind of operating mode, establishes the best start to suspend shipment the target, guaranteed that the boiler security economy opens stops. Two. The concurrent boiler starts the outline In evaporates in the heating surface mobile condition according to the working substance, the boiler may divide into the natural circulation boiler, the control circulation boiler, the concurrent boiler. Concurrent boiler's principle of work for the working substance one time through various heating surfaces, is heated up the temperature which needs; Its essential characteristic includes: ?Without the steam drum; ?The working substance compulsion flowing, one time passes; 56 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 ? Heating surface not fixed boundary. Regarding uses the supercritical parameter the thermal power unit, the concurrent boiler is one kind of boiler type of furnace which may use only. Because in the concurrent boiler structure and principle of work's particularity, enables its startup procedure also to have some particularities, compares with the steam drum stove, its start has the close place, but also has some different characteristics. The concurrent boiler startup procedure's main feature is: In order to guarantee that the heating surface trouble-free service, the concurrent boiler starts must establish the start current capacity and the starting pressure from the very beginning, but in the startup procedure, the working substance which comes out in order is the water, the steam, lost for the reduced quantity of heat loss and the working substance, has installed the start by-path. Natural circulation boiler and control circulation boiler, because has the steam drum, the elevation of temperature pressure-rise process carries on slowly, otherwise the thermal load is too big, but the concurrent boiler does not have the steam drum, the elevation of temperature process may quick somewhat, namely the concurrent boiler start quickly. 57 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 The second section Supercritical boiler's start characteristic one. Start current capacity and starting pressure When the concurrent boiler has not used the auxiliary circulating pump, the water cooling wall working substance mass velocity is depending on gives the discharge of water in the capacity load scope to realize. Time the start most lowers to the discharge of water is called the start current capacity, it comes at once the decision by the water cooling wall security mass flow. The start current capacity is generally (25%, 35%)MCR gives the discharge of water. Before the ignition, establishes the start current capacity by the feed pump. The boiler starts when the pressure is called the starting pressure; The different type's concurrent boiler establishment starting pressure's method is different. North for example seeps DGl900/25.4- which the power plant uses?1 supercritical concurrent boiler for the spiral tube ring, the built-in steam separator's concurrent boiler, in the pot under the zero pressure ignites, after the ignition, the pressure starts from the zero pressure to rise gradually, main steam pressure also along with rise. This period, the limit high pressure bypass smallest opening, passes the steam to the reheater. 58 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 Two. Elevation of temperature speed The concurrent boiler does not have the steam drum, the water cooling wall parallel pipe flow quantity assignment to be reasonable, the working substance speed of flow is quick, therefore the permission elevation of temperature speed is higher than the natural circulation drum boiler. But supercritical large capacity part's and so on concurrent boiler's header, steam separator wall surface are thick, therefore the elevation of temperature speed also receives certain limit. The concurrent boiler thermal state flushes to establishes the steam turbine to flush transfers in the parameter process, the steam separator population elevation of temperature speed should not surpass 2?/min. Three. Start water operating mode The concurrent boiler finished to the water through an evaporation heating surface evaporation, in the water the impurity had three whereabouts, namely:? Deposition in heating surface endophragm; ?Deposition in steam turbine flow passage component;? Enters the water recovery condenser. And is mainly the first two items, but enters water recovery condenser's impurity to be very few. In the pot water the impurity except comes from for the 59 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 water, but also has in the piping system and the boiler proper deposit and is merged the pot water the oxide compound. Therefore, each time starts must carries on, the thermal state circulation clean coldly to the piping system and the boiler proper. 1.For water quality The supercritical concurrent boiler gives the water according to the union water treatment (CWT) operating mode design. Is composed for the water by the circulating water and the makeup water. 2.Economizer entry water quality Before the stove, for the aqueous system pipeline in the impurity adding water pollution, causes the economizer to enter the saliva quality to drop. Before therefore the start, must first carry on the circulation clean before the stove to the aqueous system. When the economizer population and the separator leave the saliva the conductivity are smaller than 1μs/cm or the iron content is smaller than 100mg/kg, the clean completes. 3.Evaporation heating surface exit (separator export) water quality The boiler proper ferric oxide impurity will also pollute 60 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 the water quality, will therefore start time must carry on the circulation clean to the boiler proper. When the economizer population and the separator leave the saliva the conductivity are smaller than 1μs/cm or the iron content is smaller than 100mg/kg, the clean completes. 4.After the ignition, water quality control After boiler ignition, the water temperature elevates gradually, impurities and so on pot internal oxidation iron will further also dissolve in the water, therefore after igniting, must carry on the thermal state circulation clean. Four. Heating surface sector change and working substance inflation Drum boiler's steam drum is various heating surfaces threshold. But concurrent boiler's three big heating surfaces (superheater, economizer, water cooling wall) series connection, although is distinguishes clearly in the structure, but the working substance condition fixed dividing line, it has not changed along with the operating mode. The concurrent boiler startup procedure water's heating, the evaporation and the steam overheated three heating surface section is forms gradually. Entire process after three stages, The first stage: The start initial period, the complete 61 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 heating surface uses in adding the hot water. The characteristic has not changed for the working substance phase state, the boiler water leakage current capacity is equal to for the discharge of water. The second stage: After boiler ignition, throws increase which along with the fuel the human measures, in the water cooling wall the working substance temperature elevates gradually, when the fuel inputs achieve some value, in this place the water cooling wall somewhere the working substance temperature achieves the saturation temperature which the pressure corresponds, the working substance starts to evaporate, forms the vapor point, starts to produce the steam. This time, in its behind heating surface the working substance was still the water; Produces a steam local pressure to elevate, the behind water will extrude, the boiler discharges the working substance current capacity to be bigger than far for the discharge of water. After producing steam behind the heating surface domestic waters is replaced by the soft drink mixture, the boiler discharges the working substance current capacity to reply is equal to for the discharge of water, entered the person second stage, this stage's heating surface divided into the water heating and the water vaporizes two 62 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 sectors. Transforms by the first stage into the second stage transition-period, the boiler discharges the working substance current capacity to be bigger than far for the discharge of water phenomenon is called the working substance inflation. The third stage: When the boiler export working substance turns the superheated steam, the boiler heating surface forms the water heating, the water vaporization and the steam overheated three sectors. The boiler working substance inflation is in the concurrent boiler startup procedure important phenomenon. The influence startup procedure soft drink inflates the primary factor has the starting pressure, to give the water temperature, the boiler water-holding capacity, the fuel investment speed and the heat absorption capacity assignment. Understood that the working substance inflation characteristic, drew up the start-up curve for the concurrent boiler to cause the boiler to ride out the inflation time and the boiler initialize the system design has provided the basis. Five. Quantity of heat and working substance recycling Before the concurrent boiler ignition, must carry on the cold clean criticality circulation clean, after the ignition, must carry on the thermal state circulation clean, the startup 63 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 procedure cannot be lower than for the discharge of water starts the current capacity, after the steam turbine flushes transfers, must discharge the steam turbine unnecessary steam quantity. Obviously, in the startup procedure the boiler emissions water and the steam quantity are very big, creates the working substance and the thermal loss. Therefore, should consider that takes certain measure to discharge the working substance and the quantity of heat carries on the recycling, for example enters the water recovery eliminates the oxygen water tank either the water recovery condenser, the vapor recovery into eliminates the oxygen water tank, the heater or the water recovery condenser. 超临界锅炉的启停 第一节 概述 一、单元机组启停概述 锅炉由静止状态变成运行状态的过程称为启动。停运是启动的反 过程，即由负荷状态变成静止状态。锅炉启停的实质就是冷热态的转 变过程。 锅炉的启动分为冷态启动、温态启动、热态启动和极热态启动。 所谓冷态启动是指锅炉的初始状态为常温和无压的启动，这种启动通 常是新锅炉、锅炉经过检修或者经过较长时间停炉备用后的启动。温 态启动、热态启动和极热态启动则是指锅炉还保持有一定的压力和温 64 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 度，启动时的工作内容与冷态启动大致相同，它们是以冷态启动过程中的某一阶段作为启动的起始点，而启始点以前的某些工作内容在这里可以省略或简化，因而它们的启动时间可以较短。 对单元制机组而言，锅炉的启动时间是指从点火到机组带到额定负荷所花的全部时间。锅炉的启动时间，除了与启动前锅炉的状态有关外，还与锅炉机组的型式、容量、结构、燃料种类、电厂热力系统的型式及气候条件等有关。与国产600MW超临界机组配套的超临界直流锅炉，冷态启动时间为5~6h左右，温态启动时间为2,3h，热态启动时间为1,1.5h，极热态启动时间小于lh。锅炉启动时间的长短，除了上面提到的条件之外，尚应考虑以下两个因素: ?使锅炉机组的各部件逐步和均匀的得到加热，使之不致产生过大的热应力而威胁设备的安全。 ?在保证设备安全的前提下，尽量缩短启动时间，减少启动过程的工质损失及能量损失。 锅炉的启动也可以根据机组中锅炉和汽轮机的启动顺序，或启动时的蒸汽参数，把机组的启动分为定压启动(又称顺序启动)和滑参数启动(又称联合启动)。一般单元制机组都采用滑参数联合启动。 单元制机组锅炉停运有滑参数停运、定参数停运、事故停运三种类型。前两种有时也合称为正常停运。 锅炉的启停过程是一个不稳定的状态变化过程，过程中锅炉工况的变化很复杂。如在启动过程中:各部件的工作压力和温度随时在变化，启动时各部件的加热不可能完全均匀，金属体中存在着温度差， 65 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 会产生热应力。启动初期炉膛的温度低，在点火后的一段时间内，燃料投入量少，燃烧不容易控制，易出现燃烧不完全、不稳定、炉膛热负荷不均匀，还可能出现灭火和爆炸事故;在启动过程中，各受热面内部工质流动尚不正常，易引起局部超温。如工质流动尚未正常时的水冷壁，未通蒸汽或蒸汽量很小时的过热器和再热器，都可能有超温损坏的危险等。 因此，锅炉启动停运是锅炉机组运行的重要阶段，必须进行严密监视，优化各种工况，建立最佳的启动停运指标，以保证锅炉安全经济启停。 二、直流锅炉启停概述 根据工质在蒸发受热面内的流动状况，锅炉可分为自然循环锅炉、控制循环锅炉、直流锅炉。直流锅炉的工作原理为工质一次通过各受热面，被加热到所需的温度;其本质特点包括:?没有汽包;?工质强制流动，一次通过;?受热面无固定界限。 对于采用超临界参数的火电机组，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉炉型。由于直流锅炉结构和工作原理上的特殊性，使其启动过程也具有一些特殊性，和汽包炉相比，其启动有相近的地方，但也具有一些不同的特点。直流锅炉启动过程的主要特点为: 为保证受热面安全工作，直流锅炉启动一开始就必须建立启动流量和启动压力，而在启动过程中，顺次出来的工质是水、水蒸气，为减少热量损失和工质损失，装设了启动旁路系统。 自然循环锅炉和控制循环锅炉由于有汽包，升温升压过程进行得慢， 66 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 否则热应力太大，而直流锅炉没有汽包，升温过程可以快一些，即直流锅炉启动快。 第二节 超临界锅炉的启动特性 一、启动流量和启动压力 当直流锅炉没有采用辅助循环泵时，在全负荷范围内水冷壁工质质量流速是靠给水流量来实现的。启动时的最低给水流量称为启动流量，它由水冷壁安全质量流速来决定。启动流量一般为(25,,35,)MCR的给水流量。点火前由给水泵建立启动流量。 锅炉启动时的压力称为启动压力;不同类型的直流锅炉建立启动压力的方法是不同的。例如沁北电厂采用的DGl900,25.4—?1型超临界直流锅炉为螺旋管圈、内置汽水分离器的直流锅炉，锅内零压下点火，点火后压力从零压开始逐渐上升，主蒸汽压力也随着上升。此期间，限制高压旁路最小开度，对再热器通蒸汽。 二、升温速度 直流锅炉没有汽包，水冷壁并联管流量分配合理、工质流速较快，故允许升温速度比自然循环汽包锅炉高。但超临界大容量直流锅炉的联箱、汽水分离器等部件的壁面较厚，故升温速度也受到一定的限制。直流锅炉热态冲洗到建立汽轮机冲转参数过程中，汽水分 离器人口升温速度不应超过2?/min。 三、启动水工况 直流锅炉给水通过蒸发受热面一次蒸发完毕，水中杂质有三个去向，即:?沉积在受热面内壁;?沉积在汽轮机通流部分;?进入凝 67 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 汽器。其中主要是前两项，而进入凝汽器的杂质很少。 锅水中杂质除了来自给水，还有管道系统及锅炉本体内的沉积物和被溶入锅水的氧化物。因此，每次启动要对管道系统和锅炉本体进行冷、热态循环清洗。 1.给水品质 超临界直流锅炉给水按联合水处理(CWT)工况设计。给水由循环水和补给水组成。 2.省煤器进口处水品质 炉前给水系统管道中杂质对水污染，使省煤器进口水品质下降。因此启动前首先要对炉前给水系统进行循环清洗。当省煤器人口和分离器出口水的电导率小于1μs/cm或含铁量小于100mg/kg时，清洗完成。 3.蒸发受热面出口处(分离器出口)水品质 锅炉本体氧化铁杂质也会污染水质，因此启动时还要对锅炉本体进行循环清洗。当省煤器人口和分离器出口水的电导率小于1μs/cm或含铁量小于100mg/kg时，清洗完成。 4.点火后水质控制 锅炉点火后水温逐渐升高，锅内氧化铁等杂质也会进一步溶解于水中，因此点火后还要进行热态循环清洗。 四、受热面区段变化与工质膨胀 汽包锅炉的汽包是各受热面的分界点。而直流锅炉的三大受热面(过热器、省煤器、水冷壁)串联连接，虽然在结构上是分清的，但是 68 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 工质状态没有固定的分界，它随着工况而变化。 直流锅炉启动过程水的加热、蒸发及蒸汽的过热三个受热面段是逐渐形成的。整个过程历经三个阶段， 第一阶段:启动初期，全部受热面用于加热水。特点为工质相态没有发生变化，锅炉出水流量等于给水流量。 第二阶段:锅炉点火后，随着燃料投人量的增加，水冷壁内工质温度逐渐升高，当燃料投入量达到某一值时，水冷壁中某处工质温度达到该处压力所对应的饱和温度，工质开始蒸发，形成蒸发点，开始产生蒸汽。此时，其后部的受热面内工质仍为水;产汽点的局部压力升高，将后部的水挤压出去，锅炉排出工质流量远大于给水流量。当产汽点后部的受热面内水被汽水混合物代替后，锅炉排出工质流量回复到等于给水流量，进人了第二阶段，这阶段的受热面分为水加热和水汽化两个区段。由第一阶段转变为第二阶段的过渡期，锅炉排出工质流量远大于给水流量的现象称为工质膨胀。 第三阶段:锅炉出口工质变成过热蒸汽时，锅炉受热面形成水加热、水汽化及蒸汽的过热三个区段。 锅炉工质膨胀是直流锅炉启动过程中的重要现象。影响启动过程汽水膨胀的主要因素有启动压力、给水温度、锅炉蓄水量、燃料投入速度及吸热量的分配。了解工质膨胀特性，为直流锅炉拟定启动曲线以使锅炉安全渡过膨胀期及锅炉启动系统设计提供了依据。 五、热量与工质回收 直流锅炉点火前要进行冷态循环清洗，点火后要进行热态循环清 69 毕业设计 超临界锅炉汽温调节问题的分析 洗，启动过程给水流量不能低于启动流量，汽轮机冲转后还要排放汽轮机多余的蒸汽量。可见，启动过程中锅炉排放水和蒸汽量是很大的，造成工质与热量的损失。因此，应考虑采取一定的措施对排放工质与热量进行回收，例如将水回收入除氧水箱或凝汽器，蒸汽回收入除氧水箱、加热器或凝汽器。 70 毕业设计