超臨界鍋爐再熱蒸汽品質(zhì)特性研究

馬曉飛，單志亮

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

超臨界鍋爐再熱蒸汽品質(zhì)特性研究

馬曉飛，單志亮

（新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

超臨界鍋爐再熱蒸汽對機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響較大，超臨界鍋爐自身是沒有汽保的，并且過熱受熱面、蒸發(fā)受熱面之間沒有固定的界限劃分，超臨界鍋爐在實際的運(yùn)行過程中，運(yùn)行工況一旦發(fā)生變化，會直接影響受熱面的長度。由此可知超臨界壓力鍋爐的各個運(yùn)行因素受氣溫變化影響較大，本文對超臨界鍋爐再熱蒸汽靜態(tài)特性進(jìn)行分析，提出了超臨界鍋爐再熱氣溫的調(diào)節(jié)方法，對氣溫控制方程及在控制中間點溫度下的再熱氣溫靜態(tài)特性進(jìn)行分析。

超臨界鍋爐；再熱蒸汽；品質(zhì)特性

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，帶動了電力工業(yè)行業(yè)的發(fā)展，火電機(jī)組是我國電力行業(yè)中的重要組成部分，在實際的生產(chǎn)過程中主要以燃煤機(jī)組為主，火電機(jī)組會造成一定的環(huán)境污染，嚴(yán)重制約著我國電力工業(yè)的發(fā)展。為了降低電力工業(yè)行業(yè)對環(huán)境造成的污染，需要加大對超臨界機(jī)組的研究力度，為清潔煤發(fā)電技術(shù)提供正確的指導(dǎo)方向，提升能源利用效率，在根源上解決環(huán)境污染問題。將超臨界壓力機(jī)組作為我國火力發(fā)電廠中的一項重要技術(shù)，展現(xiàn)出自身較強(qiáng)的應(yīng)用價值。

1 超臨界鍋爐再熱蒸汽靜態(tài)特性

1.1 煤水比

在超臨界鍋爐中，如果給水量在保持不變的情況下，過熱蒸汽出口比焓將會增加，溫升大約為 100℃。在熱負(fù)荷不變的情況下，工質(zhì)流量會逐漸縮短，過熱蒸汽出口工質(zhì)比焓會持續(xù)增加，溫升為 110℃。在熱負(fù)荷不變的情況下，工質(zhì)流量會逐漸減少，導(dǎo)致過熱蒸汽的出口比焓增加，溫升為 90℃。因此，可知煤水比是直流鍋爐調(diào)溫的基本手段，通常水流量和燃燒率是不成比例的，對噴水量有著較大的需求。減溫水量的增加，會導(dǎo)致噴水點中的工質(zhì)流量逐漸減少，水冷壁中的溫度會持續(xù)升高，會影響著受熱面的安全性，增加了氣溫調(diào)節(jié)的難度。

1.2 過量空氣系數(shù)

過量空氣受再熱氣吸熱份額影響較大，會隨之出現(xiàn)明顯的變化，會導(dǎo)致過熱氣溫發(fā)生較大的變化。如果過量空氣系數(shù)出現(xiàn)明顯的增加時，煙氣量的持續(xù)增加，會導(dǎo)致再熱氣中的吸熱量也隨之增加，并產(chǎn)生較大的輻射現(xiàn)象。再熱氣的吸熱量會隨著相對吸熱量的增大而逐漸增大。因此，在過量空氣系數(shù)持續(xù)增加時，需要確保爐膛內(nèi)的出口煙溫度保持不變。在給水流量和煤水比不變的情況下，會導(dǎo)致爐膛內(nèi)的輻射熱量呈現(xiàn)出明顯的減少情況。

1.3 煤質(zhì)變化

大容量的超臨界壓力鍋爐會隨著煤種的適應(yīng)性逐漸增強(qiáng)，目前電力廠所用的煤不是單一的煤種，隨著煤種不斷發(fā)生變化，會導(dǎo)致燃料中的元素構(gòu)成發(fā)生較大的變化，煤質(zhì)成分對煙氣的換熱特性會造成較大的影響。煤種的灰分及水分會出現(xiàn)明顯的變大現(xiàn)象，如果觀察到火焰的位置發(fā)生了明顯的上移變化，可以認(rèn)定為燃燒過程出現(xiàn)了延遲現(xiàn)象，如果發(fā)熱量出現(xiàn)明顯的降低現(xiàn)象，需要保持煤水比不會發(fā)生明顯的變化，減少鍋爐內(nèi)的熱量輸入，在燃燒過程中，燃料所釋放出來的熱量如果與工質(zhì)熱量存在不匹配情況，說明過熱氣溫發(fā)生了明顯的變化。

1.4 給水溫度

鍋爐內(nèi)的水溫出現(xiàn)急劇降低是由于機(jī)組加熱器出現(xiàn)嚴(yán)重的運(yùn)行故障。如果過熱器出口中的蒸汽焓值出現(xiàn)明顯的降低情況，會導(dǎo)致超臨界鍋爐的加熱段持續(xù)延長，過熱氣溫會急劇下降，過熱段的縮短現(xiàn)象較為明顯。對于出現(xiàn)的該種現(xiàn)象，需要做好煤水配比工作，合理設(shè)置煤水比，增加過熱蒸汽總焓，確保過熱氣溫的穩(wěn)定性。但是從實際的觀察上來看，這個特性與自然循環(huán)鍋爐是相反的，一旦給水溫度降低，會導(dǎo)致過熱氣溫升高。給水溫度升高時，又會導(dǎo)致過熱氣溫降低，如果給水的溫度每降低3℃，會導(dǎo)致過熱氣溫出現(xiàn)明顯的升高。

2 超臨界鍋爐再熱氣溫的調(diào)節(jié)

超臨界壓力鍋爐的再熱氣溫調(diào)節(jié)方法與過熱氣溫的調(diào)節(jié)方法存在著較大的差異，再熱氣溫產(chǎn)生的偏離額定值情況對機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性造成較大影響。金屬材料的使用性能受再熱氣溫影響較大，需要對再熱氣溫進(jìn)行合理的控制，避免再熱氣溫出現(xiàn)明顯急劇下降狀態(tài)，會導(dǎo)致汽輪機(jī)中的轉(zhuǎn)子及壓缸之間產(chǎn)生嚴(yán)重的膨脹現(xiàn)象，容易引發(fā)汽輪機(jī)發(fā)生較大的振動，影響著汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。為了避免該種情況的發(fā)生，要采取必要的調(diào)節(jié)措施，將再熱氣溫保持在一定的范圍內(nèi)。再熱器噴水會導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生大量的煤耗，如果鍋爐的負(fù)荷或煤水發(fā)生變化時，需要充分運(yùn)用煙氣側(cè)對再熱氣溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，將擺動燃燒器及調(diào)節(jié)煙氣擋板作為主要的調(diào)節(jié)手段，通過對流吸熱量或改變輻射吸熱量的形式對再熱氣溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，如果發(fā)現(xiàn)再熱氣溫出現(xiàn)明顯的氣溫高低變化不統(tǒng)一現(xiàn)象，表明再熱器系統(tǒng)中具有較強(qiáng)的對流特性，對于該種情況，需要加大對中間點溫度進(jìn)行調(diào)整，需要降低再熱氣溫，減少噴水量來實現(xiàn)。如果是在低負(fù)荷狀態(tài)下，需要適當(dāng)提高中間點的溫度，提升再熱氣溫。為了了解再熱氣溫偏高及再熱器減溫水量過大等問題，需要分兩次來降低中間點的溫度 10℃，中間點溫度與壓力的關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 中間點溫度與壓力的關(guān)系曲線

3 氣溫控制方程及在控制中間點溫度下的再熱氣溫靜態(tài)特性

3.1 給水溫度變化

給水溫度發(fā)生明顯的變化，與鍋爐燃燒率沒有直接的影響，但是會導(dǎo)致中間點焓升持續(xù)增加。在確保煙氣側(cè)傳熱量比值不變的情況下，對氣溫控制值進(jìn)行計算。當(dāng)機(jī)組高壓加熱器被切除時，對回?zé)岢闅鈺a(chǎn)生排擠作用，導(dǎo)致再熱器中的蒸汽流量呈現(xiàn)出升高的趨勢，如果再熱蒸汽呈現(xiàn)出增加趨勢，說明高壓加熱器已經(jīng)被切除。可見，給水溫度降低會對再熱氣溫造成較大的影響。

3.2 主蒸汽壓力變化

鍋爐內(nèi)的給水流量減少，而過熱器減溫噴水量增大，再熱蒸汽流量不變，出現(xiàn)該種現(xiàn)象的主要原因是由于鍋爐降壓運(yùn)行所產(chǎn)生的。如果鍋爐內(nèi)的燃料量呈現(xiàn)出不變時，爐內(nèi)再熱器的放熱量不會出現(xiàn)明顯的變化。在熱氣的進(jìn)口壓力通常會隨著主汽壓力而產(chǎn)生明顯的降低情況，一旦過熱蒸汽壓力出現(xiàn)明顯的降低時，會導(dǎo)致再熱器的工質(zhì)溫升持續(xù)增加。當(dāng)主蒸汽的壓力發(fā)生明顯的降低時，再熱器的工質(zhì)焓升基本上會保持不變。因此可知，再熱蒸汽壓力會隨著主蒸汽壓力的降低而降低，會導(dǎo)致再熱蒸汽溫度持續(xù)升高。

3.3 鍋爐負(fù)荷變化

在主蒸汽壓力不變的情況下，如果鍋爐的負(fù)荷呈現(xiàn)出持續(xù)升高的發(fā)展趨勢，需要對中間點的溫度進(jìn)行固定，氣溫的控制方程式受煙氣側(cè)傳熱量比變化影響較大。如果將低溫再熱氣布置在鍋爐的尾部煙道中，吸收的煙氣會對傳熱量造成較大的影響，在燃料持續(xù)增加的情況下，爐膛內(nèi)的溫度會持續(xù)升高，膛內(nèi)輻射量會持續(xù)減小，對流傳熱量會持續(xù)增加。通常低溫過熱器在過熱器系統(tǒng)中會占有一定的比例，需要將負(fù)荷量控制在 30%～ 100%范圍內(nèi)，如果低再熱的比例達(dá)到了 63%以上，說明再熱器系統(tǒng)展現(xiàn)出了明顯的正向氣溫特性。

3.4 過量空氣系數(shù)變化

如果爐膛內(nèi)的過量空氣系數(shù)呈現(xiàn)出持續(xù)增加的發(fā)展趨勢，會導(dǎo)致煙氣吸熱量比值出現(xiàn)明顯的增加趨勢，進(jìn)而影響再熱系數(shù)比值的增加，可以將數(shù)值增加認(rèn)定是再熱器吸熱量增加所引發(fā)的，與過熱蒸汽沒有直接的關(guān)系。如果受熱面出現(xiàn)遠(yuǎn)離爐膛出口的形式，會導(dǎo)致對流傳熱量呈現(xiàn)出增加的發(fā)展趨勢，需要將低溫再熱器布置在煙道的尾部位置，避免再熱氣溫受過量空氣系數(shù)影響，導(dǎo)致過熱氣溫呈現(xiàn)出明顯增高的發(fā)展趨勢。需要正確運(yùn)用氣溫控制方程式，以便對鍋爐機(jī)組的運(yùn)行工況進(jìn)行方便、快捷的計算，明確氣溫的變化發(fā)展趨勢，采用正確的措施，確保鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4 結(jié)語

本文主要是對超臨界鍋爐再熱蒸汽品質(zhì)特性進(jìn)行深入的研究，研究內(nèi)容主要包括超臨界鍋爐再熱蒸汽靜態(tài)特性、超臨界鍋爐再熱氣溫的調(diào)節(jié)方法、氣溫控制方程及在控制中間點溫度下的再熱氣溫靜態(tài)特性三方面的內(nèi)容。可知超臨界壓力鍋爐的主蒸汽壓力、給水溫度和鍋爐負(fù)荷出現(xiàn)明顯的變化趨勢時，會導(dǎo)致過量空氣系數(shù)出現(xiàn)明顯的變化，需要加大對過熱氣溫和再熱氣溫的變化情況進(jìn)行控制。過量空氣對中間點溫度的設(shè)定會產(chǎn)生較大的影響。燃煤量的增加，會導(dǎo)致爐膛外的過熱器吸熱量比例呈現(xiàn)出增加趨勢，需要通過降低中間點的溫度來做好比值的設(shè)定工作。

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