大容量鍋爐變工況運行研究畢業(yè)論文1

1、摘 要大容量鍋爐變工況運行研究是一個重要的課題，熱力計算是變工況研究的基礎(chǔ)。對于大容量鍋爐機組，若采用我國以前的傳統(tǒng)計算方法，會出現(xiàn)計算數(shù)據(jù)和實際運行數(shù)據(jù)有較大誤差的情況。本文以輻射換熱理論為基礎(chǔ)，建立了新的大容量鍋爐傳熱模型，并采用了新的熱力計算標準對本課題選取的機組進行計算。新的分區(qū)段傳熱模型，將燃燒區(qū)域按實際運行時燃燒器的投運方式細分，并計算出燃燒器區(qū)域的溫度分布和沿爐膛高度方向上的溫度分布。輻射式過熱器和屏式過熱器的計算新方法更符合實際運行規(guī)律。本課題以現(xiàn)有的鍋爐和傳熱學理論為基礎(chǔ)，以實際運行數(shù)據(jù)為依據(jù)，對計算結(jié)果進行比較、分析，為大容量鍋爐變工況運行提供了參考。關(guān)鍵詞：鍋爐、變工況運

2、行、傳熱模型abstractvariant operation research of the high-capacity boiler is an important subject, and the heat calculation is the foundation of variant wok condition research. if we use old calculation ways to analyze the high-capacity boiler, there will be remarkable inaccuracy between calculation resu

3、lts and real operational data. this paper based the radiant theory establishes a new model of the high-capacity boiler heat transfer . and the new criterion of heat calculation is used to the selected unit. the new fragment model subdivides the combustor zone across the operation. so the temperature

4、 along the furnace are obtained. radiant and platen super heaters new method are more agree with the practice law. the paper is based on boiler knowledge and heat transfer theory and depends on practical operation data. the analysis on calculation results can provide reference for operation of the h

5、igh-capacity boiler. key words: boiler, variant operation, heat transfer model 目 錄摘 要iabstractii第一章 緒 論11.1 課題背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀21.2.2 國外研究現(xiàn)狀2第二章 煤的特性及其對鍋爐工作的影響42.1 概述42.2 煤的常規(guī)特性42.2.1煤的組成特性及工業(yè)分析42.2.2 煤的成分計算標準及計算42.2.3 煤的發(fā)熱量52.3 煤質(zhì)對鍋爐設(shè)備的影響62.3.1 煤質(zhì)對制粉設(shè)備以及制粉系統(tǒng)的影響62.3.2 煤質(zhì)對鍋爐及輔助設(shè)備的影響6第三章 燃燒過

6、程的特性分析73.1 概述73.2 影響煤粉氣流穩(wěn)定著火的因素73.3 燃燒完全的分析73.3.1概述73.3.2燃燒完全影響因素的分析83.4 優(yōu)化鍋爐燃燒提高運行經(jīng)濟性93.4.1 煤粉的燃盡程度對經(jīng)濟性的影響93.4.2 過量空氣系數(shù)對經(jīng)濟性的影響93.4.3 煤粉細度對經(jīng)濟性的影響93.4.4 鍋爐煤種和負荷適應(yīng)性9第四章 過熱器和再熱器的汽溫特性分析104.1 概述104.2 汽溫特性104.3蒸汽溫度調(diào)節(jié)方法10第五章 大容量鍋爐傳熱模型的改進125.1 現(xiàn)有模型的特點125.1.1 前蘇聯(lián)鍋爐機組熱力計算標準的主要特點125.1.2 誤差原因分析125.2 傳熱模型的改進135.

7、2.1 杜卜爐內(nèi)換熱計算方法（新方法）135.2.2 爐內(nèi)換熱計算標準135.2.3 屏式過熱器傳熱計算新方法145.2.4 大屏過熱器傳熱計算新方法166.1 分區(qū)段計算的目的186.1.1 概述186.1.2 米多爾分區(qū)段模型186.2 新分區(qū)段模型的建立186.3 燃燒器區(qū)域溫度的計算207.1 爐膛傳熱原理227.1.1 爐膛傳熱過程227.1.2 火焰輻射227.1.3 爐膛輻射傳熱公式237.2 爐膛受熱面的輻射特性247.2.1 角系數(shù)247.2.2 熱有效系數(shù)257.2.3 污染系數(shù)25第八章 b&wb300mw鍋爐熱力特性分析268.1 分區(qū)段模型分析應(yīng)用268.1.1 計算

8、結(jié)果268.1.2 計算結(jié)果分析288.2 排煙溫度及排煙熱損失288.3 爐膛出口煙溫特性298.3.1 概述298.3.2 影響爐膛出口煙溫的因素30致 謝32參考文獻33第一章 緒 論1.1 課題背景隨著國民經(jīng)濟在國家宏觀調(diào)控下持續(xù)快速發(fā)展，我國的電力工業(yè)發(fā)展迅猛，截至 2004 年五月底，全國發(fā)電裝機容量已經(jīng)達到四億零六十萬千瓦。近年來，中國電力工業(yè)不斷實現(xiàn)跨越式發(fā)展。一九八七年至一九九五年，中國發(fā)電裝機容量和發(fā)電量先后躍過法國、英國、加拿大、德國、俄羅斯和日本，躍居世界第二位。2000年四月，中國裝機容量突破三億千瓦。在此后的幾年時間，又凈增發(fā)電裝機容量一億千瓦，成為新中國成立以來電

9、力建設(shè)發(fā)展最快的時期。中國經(jīng)濟進入新一輪增長周期的上升階段，受經(jīng)濟持續(xù)、快速發(fā)展的拉動，中國電力消費增長速度迅速上升，電力供不應(yīng)求的緊張局面再次出現(xiàn)。由于在建能力過低，電力裝機增長速度下降，2001 年初出現(xiàn)了電力供應(yīng)短缺的苗頭，2002 年火電發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)上升到 5272，出現(xiàn)了局部地區(qū)、局部時段電力供應(yīng)短缺現(xiàn)象，2003 年夏天更是出現(xiàn)了大面積缺電的現(xiàn)象。從世界各國的電力發(fā)展史看，處在工業(yè)化加速階段的國家和地區(qū)，電力消費增長率超過經(jīng)濟增長率是比較普遍的現(xiàn)象。20多年來，我國的電力消費彈性系數(shù)平均不到 0.82，雖然支撐了我國的經(jīng)濟高速增長但是仍有長期的缺電出現(xiàn)。我國電力消費水平仍處于

10、較低階段，隨著電力基礎(chǔ)設(shè)施的完善，電力消費會保持較高的增長速度。根據(jù)國際經(jīng)驗和我國目前電力消費發(fā)展的趨勢，今后我國的電力消費彈性系數(shù)至少應(yīng)達到 0.85-0.9，電力增長才能基本滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。在電力消費快速增長的同時，電力負荷特性也有明顯的變化。第三產(chǎn)業(yè)和民用電量的增長迅速，其中商業(yè)用電增長高于工業(yè)用電增長速度。以建筑用電為主的第三產(chǎn)業(yè)和民用用電使電力負荷出現(xiàn)季節(jié)性高峰特點。對電力調(diào)峰能力的沖擊遠遠大于對全年平均用電量增加的作用。電力峰谷差將加大，季節(jié)調(diào)峰和分時間調(diào)峰問題日益突出。電力調(diào)峰能力的需求將成為電力消費需求增長的重要特征。社會經(jīng)濟向前發(fā)展的同時，電力負荷峰谷差將繼續(xù)擴大，電

11、力需求比電力增長更加迅速。從消費端看，要加強需求側(cè)管理；從供應(yīng)端看，電力要加強調(diào)峰能力，以適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展的要求。我國能源資源中以煤炭資源最為豐富，儲藏量為 32000 億噸，已探明的儲量為9968 億噸，可供開采的儲量為 2578 億噸。但按人口計算，我國人均煤炭能源資源占有量只有 233.4噸，而美國人均煤炭資源占有量為1045噸，前蘇聯(lián)人均煤炭資源占有量為 1846噸，世界人均煤炭資源占有量為 312.7噸。從以上數(shù)字能夠看出我國的煤炭資源是十分有限的。在分布上，東北、華北和西北地區(qū)煤的儲藏量多，煤的灰分、硫分低，熱值高，煤質(zhì)好。華東、華南、西南地區(qū)煤的儲藏量較少，煤的灰分和硫分高，熱值低，

12、煤質(zhì)較差。電力體制改革不斷的深入發(fā)展，電力規(guī)模不斷擴大，結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大的變化。1954 年6月，我國第一臺 6mw 發(fā)電機組投產(chǎn)發(fā)電，現(xiàn)在 300mw 和 600mw 機組已經(jīng)成為運行中的主力機組。我國的電力建設(shè)正向著高參數(shù)、大機組，高電壓、大電網(wǎng)發(fā)展。電力負荷峰谷差不斷增大，煤炭資源有限，而且種類眾多，這些特點都決定了我國電力機組將經(jīng)常處于變工況條件下運行。變工況運行容易給機組帶來一系列問題：（1）熱工參數(shù)達不到設(shè)計值，影響鍋爐的安全性和經(jīng)濟性。（2）燃燒工況發(fā)生變化時，尤其是入爐煤質(zhì)與鍋爐性能耦合較差時，會出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定，鍋爐效率下降，以及引發(fā)滅火、放炮等事故。（3）變工況運行時，容易出

13、現(xiàn)再熱點。因此對鍋爐變工況特性進行研究是主汽溫不足、過熱汽溫偏高、排煙溫度較高等嚴重問題。為了更好的掌握鍋爐在變工況時的運行特點，使鍋爐對負荷和煤質(zhì)都有較好的適應(yīng)性。因此對鍋爐變工況特性進行研究是十分必要的。變工況的研究是在熱力計算基礎(chǔ)之上的，80 年代前，我國一直采用前蘇聯(lián)的鍋爐機組熱力計算標準方法。該標準是在 100mw 以下鍋爐機組實驗研究的基礎(chǔ)上建立起來的，對于 100mw 以下機組，計算數(shù)據(jù)和實際運行數(shù)據(jù)基本符合。但用于200mw 及以上的大容量鍋爐機組時，計算值與實際運行值存在較大的誤差。近些年，我國的各主要鍋爐制造廠相繼引進了世界各國的大容量、高參數(shù)電站鍋爐的設(shè)計技術(shù)和計算方法，

14、并且以運行反饋、實驗統(tǒng)計等研究為基礎(chǔ)，建立了爐膛換熱計算的經(jīng)驗性公式。這些方法在負荷和煤質(zhì)變化不大時運行情況良好，但目前，我國機組經(jīng)常處于變工況運行，有的機組對運行條件變化的適應(yīng)性比較差，有的機組汽溫達不到額定值或者偏高，這些都影響機組經(jīng)濟安全運行。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀鍋爐變工況運行特性的分析、研究是以鍋爐熱力計算為基礎(chǔ)，然后根據(jù)運行和實測數(shù)據(jù)進行驗證。鍋爐熱力計算有整體計算和一維分區(qū)段計算?，F(xiàn)在我國尚沒有一套比較成熟的電站鍋爐行業(yè)的熱力計算方法，鍋爐的設(shè)計計算和校核計算大都采用原蘇聯(lián)的鍋爐機組熱力計算標準方法。近年來，我國又引進了一下國外的標準，如哈爾濱鍋爐廠引進美

15、國 ce 技術(shù)；北京鍋爐廠引進巴威公司的技術(shù)等等。另外，各鍋爐廠還有自己的一些附加規(guī)定。這些標準和規(guī)定都有自己的特點，并不統(tǒng)一，這不僅不利于鍋爐廠和電廠的交流合作。同時，這些引進的一些標準并不能很好的適應(yīng)中國國情。這也是近年來造成我國鍋爐過熱器、再熱器超溫爆管、排煙溫度偏高等問題的原因之一。1.2.2 國外研究現(xiàn)狀為了適應(yīng)峰谷差增大和入爐煤質(zhì)變化的要求，提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性，世界各國的大鍋爐制造公司開發(fā)了許多新技術(shù)。美國、俄羅斯、德國、日本等國家對變工況的研究工作進行的早，也做了大量的試驗，對這方面的研究處于領(lǐng)先地位并形成了自己的特色。近些年，我國在鍋爐工業(yè)也有很大的發(fā)展，進行了很多技

16、術(shù)開發(fā)與研究工作（1）機組調(diào)峰（2）擴大煤種適應(yīng)范圍（3）提高機組自動化水平（4）加強輔機配套和提高監(jiān)控系統(tǒng)（5）消化和吸收引進技術(shù)等。但是與國外相比，我國的技術(shù)水平還有一定的差距。在變工況特性方面的研究工作做得還少，大都是應(yīng)用國外的經(jīng)驗，因此，有必要在這方面展開研究，以適應(yīng)當前發(fā)展的需要，努力使我國鍋爐變工況運行技術(shù)提高到新的水平。第二章 煤的特性及其對鍋爐工作的影響2.1 概述煤的特性是鍋爐設(shè)計、運行的基礎(chǔ)。對于不同的煤，要相應(yīng)采用不同的燃燒設(shè)備和運行方式。煤的特性表征了煤的基本性質(zhì)，可以作為分析煤的著火、燃燒性質(zhì)和對鍋爐影響的依據(jù)。入爐煤質(zhì)與設(shè)計煤質(zhì)會有一定的偏差，會經(jīng)常發(fā)生變化。而煤質(zhì)

17、的變化是鍋爐變工況運行的一種情況。入爐煤質(zhì)的變化會帶來諸多的問題，如：鍋爐效率下降、著火不穩(wěn)定。2.2 煤的常規(guī)特性2.2.1煤的組成特性及工業(yè)分析(1) 煤是一種植物化石,主要是由碳、氫、氧和少量的氮、硫組成。另外，在煤的形成、開采和運輸過程中，加入的水分和礦物質(zhì)(燃燒后成為灰分），也成為煤的組成成分。煤的元素分析是指對煤中c、h、o、n、s五種元素的分析的總稱。煤的元素分析結(jié)果用各種元素的質(zhì)量百分數(shù)表示。在鍋爐設(shè)計、熱工試驗和燃燒控制等方面都需掌握煤的元素分析成分組成，元素分析結(jié)果對煤質(zhì)研究、工業(yè)利用和環(huán)境評價等極為有用。(2) 在煤的著火、燃燒過程中，煤中各種成分的變化情況是：將煤加熱到

18、一定溫度時，首先水分被蒸發(fā)出來；接著再加熱，煤中的h、o、n、s及部分碳所組成的有機化合物便分解，變成氣體揮發(fā)出來，這些氣體稱為揮發(fā)分；揮發(fā)分析出后，剩下的就是焦炭，焦炭就是固定碳和灰分。分析煤中水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分等四種成分的質(zhì)量百分數(shù)，成為煤的工業(yè)分析。2.2.2 煤的成分計算標準及計算(1) 由于煤中水分和灰分含量易受外界條件的影響而發(fā)生變化,水分或灰分的含量變化了，其他元素成分的質(zhì)量百分數(shù)也會隨之而變化。所以不能簡單地只用各成分的質(zhì)量百分數(shù)來表示煤的成分組成特性。有時為了使用或研究工作的需要，在計算煤的各成分百分含量時，可將某種成分不計算在內(nèi)。這種根據(jù)煤存在的條件或根據(jù)需要而規(guī)定

19、的“成分組合”稱為基準。如果所用的基準不同，同一種煤的同一成分的百分含量便不一樣。常用的基準有以下四種：1. 收到基(應(yīng)用基)：以收到狀態(tài)的煤為基準計算煤中全部成分的組合稱為收到基。對進廠原煤或爐前煤都應(yīng)按收到基計算各項成分。2. 空氣干燥基（分析基）：以與空氣溫度達到平衡狀態(tài)的煤為基準。即供分析化驗的煤樣在實驗室一定溫度條件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分組合便是空氣干燥基。3. 干燥基：以假想無水狀態(tài)的煤為基準。干燥基中因無水分，故灰分不受水分變動的影響，灰分含量百分數(shù)相對比較穩(wěn)定。4. 干燥無灰基（可燃基)：以假想無水、無灰狀態(tài)的煤為基準。干燥無灰基因無水、無灰，故剩下的成分便不受水

20、分、灰分變動的影響，使表示碳、氫、氧、氮、硫成分百分數(shù)最穩(wěn)定的基準。（2）煤的計算基準的換算由于煤質(zhì)分析所使用的煤樣式空氣干燥基煤樣，分析結(jié)果的計算是以空氣干燥基為基準得出的，但是在鍋爐設(shè)計、計算時，是按實際進入鍋爐的爐前煤、即收到基為計算標準的，所以一方面要測定爐前煤的收到基成分，同時還要對煤的各種成分進行基準的換算。 換算公式為： （21）式中 按原基準計算的某一成分的質(zhì)量百分數(shù)，% x按新基準計算的同一成分的質(zhì)量百分數(shù)，% k換算系數(shù)換算系數(shù)可由表2-1查出 表 2-1xokx收到基空氣干燥基干燥基干燥無灰基收到基1空氣干燥基1干燥基1干燥無灰基12.2.3 煤的發(fā)熱量煤的發(fā)熱量是指單位

21、質(zhì)量的煤在完全燃燒時所釋放出的熱量。單位是kj/kg。常用下列三種規(guī)定值表示：（1）彈筒發(fā)熱量 qb：彈筒發(fā)熱量是在實驗室中用氧彈式量熱計測定的實測值。（2）高位發(fā)熱量qgr：每樣在氧彈內(nèi)燃燒時產(chǎn)生的熱量（即彈筒發(fā)熱量qb）減去硫和氮生成酸的校正之后所得的熱量，成為高位發(fā)熱量。（3）低位發(fā)熱量qnet：煤的高位發(fā)熱量減去煤樣中水和氫燃燒時生成的水的蒸發(fā)潛熱后的熱值，稱為低位發(fā)熱量，這是在鍋爐運行中煤的有效發(fā)熱量。 由彈筒發(fā)熱量換算成高位發(fā)熱量公式，即 （22） 由高位發(fā)熱量換算成低位發(fā)熱量公式，即 （23） 由空氣干燥基高位發(fā)熱量qar,gr換算為收到基高位發(fā)熱量qar,gr的公式為 （24）

22、 2.3 煤質(zhì)對鍋爐設(shè)備的影響2.3.1 煤質(zhì)對制粉設(shè)備以及制粉系統(tǒng)的影響煤中水分會直接影響磨煤機的出力、鍋爐的效率，同時會為低溫受熱面的積灰、腐蝕創(chuàng)造條件；煤粉細度影響煤在鍋爐中的燃燒情況，大顆粒煤粉會造成結(jié)渣、不完全燃燒損失加大，高過氧量需求和腐蝕等；煤的可磨性影響磨煤機的出力和電耗量，如果煤耐磨，磨煤機研磨不見磨損大；揮發(fā)分高，還容易引起磨煤機的著火和爆炸，造成嚴重后果?；曳侄?，增加煤粉設(shè)備的能耗。2.3.2 煤質(zhì)對鍋爐及輔助設(shè)備的影響 (1) 著火提前，使得燃燒器周圍結(jié)渣,嚴重時容易燒損。(2) 著火延遲，影響火焰監(jiān)測。(3) 燃燒不穩(wěn)定，鍋爐效率降低，主蒸汽溫度和負荷達不到設(shè)計值。(

23、4) 火焰太長，不完全燃燒損失增加。(5) 水冷壁容易被高溫腐蝕，省煤器、再熱器、過熱器可能出現(xiàn)超溫、爆管等。(6) 灰分多，可能磨損受熱面（如果煙速高），如果煙速低，會形成受熱面積灰，降低傳熱效果，并使排煙溫度升高，增加排煙熱損失，降低鍋爐熱效率；灰分多，也會產(chǎn)生爐內(nèi)結(jié)渣，同時會腐蝕金屬；灰分還是造成環(huán)境污染的根源。(7) 灰渣是造成爐膛結(jié)渣和高溫對流受熱面沾污和結(jié)渣的主要來源，降低鍋爐的出力，熔化的灰渣堆爐膛耐火襯磚也有很大的侵蝕性。(8) 燃煤含硫，會產(chǎn)生硫酸蒸汽冷卻后變成硫酸，對低溫受熱面形成酸腐蝕，以及伴隨而來的堵灰和煙道堵塞問題。而過熱器和再熱器的高溫腐蝕和沾污，也與含硫有關(guān)。 第

24、三章 燃燒過程的特性分析3.1 概述煤在空氣中的燃燒過程,可以分為四個階段：(1) 預(yù)熱干燥階段。主要是將煤中水分蒸發(fā)出來，在這個階段中，燃料不但不能發(fā)熱，而且要大量吸收爐膛煙氣中的熱量。(2) 揮發(fā)分析出并著火階段。主要是煤中的高分子碳氫化合物加熱，進行熱分解，分解出包含可燃氣體、二氧化碳和水蒸汽所組成的揮發(fā)分。揮發(fā)分一經(jīng)析出，便馬上著火。(3) 燃燒階段。首先是揮發(fā)分燃燒，放出大量的熱量，為焦炭燃燒提供溫度條件。隨之焦炭燃燒，這個階段需要大量的氧氣，以滿足燃燒的需要，這樣就能放出大量熱量，使溫度急劇上升。(4) 燃盡階段：這個階段主要是殘余的焦炭最后燃盡，成為灰渣。因為殘余的焦炭常被灰分和

25、煙氣所包圍，空氣很難與之接觸，使燃盡階段的燃燒反應(yīng)進行得十分緩慢，容易造成不完全燃燒損失。將燃燒過程分成上述四個階段是為了分析問題方便。實際上，以上各階段是交錯進行的。3.2 影響煤粉氣流穩(wěn)定著火的因素煤粉空氣混和物經(jīng)燃燒器以射流方式被噴入爐膛后，通過湍流擴散和回流，卷吸周圍的高溫煙氣，同時又受到爐膛四壁及高溫火焰的輻射，被迅速加熱，熱量達到一定溫度后就開始著火。將煤粉氣流加熱到著火溫度所需的熱量稱為著火熱。著火熱隨燃料性質(zhì)、燃燒設(shè)備以及運行工況的變化而變化。影響因素有：（1）燃料性質(zhì)（2）爐內(nèi)散熱條件（3）煤粉氣流的初溫（4）一次風量和一次風速 （5）燃燒器結(jié)構(gòu)特性（6）鍋爐負荷。綜上所述，

26、組織強烈的煙氣回流和燃燒器出口附近煤粉一次風氣流與煙氣的強烈混合，使保證著火熱量和穩(wěn)定著火過程的首要條件；提高煤粉氣流初溫，采用適當?shù)囊淮物L量和風速是降低著火熱的有效措施；提高煤粉細度和敷設(shè)衛(wèi)燃帶是燃用無煙煤穩(wěn)定著火的常用方法。3.3 燃燒完全的分析3.3.1概述要組織良好的燃燒過程，其標志就是盡量接近完全燃燒，也就是在爐內(nèi)不結(jié)渣的前提下，燃燒速度快而且燃燒完全，得到最高的燃燒效率。要做到完全燃燒，條件為： （1） 供應(yīng)充足而又合適的空氣量。 （2） 適當高的爐溫。 （3） 空氣和煤粉的良好擾動和混合。 （4） 在爐內(nèi)要有足夠的停留時間。3.3.2燃燒完全影響因素的分析首先燃料組成成分也就是自

27、身的燃燒特性直接影響著燃盡程度。煤中的含碳量高，需要的燃盡時間就比較長。同時爐膛的結(jié)構(gòu)也是影響燃盡的主要因素，爐膛結(jié)果參數(shù)對燃盡的一些反映在爐膛容積熱強度和燃料在爐內(nèi)的最短停留時間，最短停留時間要能保證燃料燃燒效率達到98%以上。其次爐膛容積熱強度qv也影響燃盡，從理論上講，qv值選取的低，煤粉在爐膛內(nèi)停留時間長，燃盡率也越高。爐膛容積熱強度qv可用來說明燃料在爐內(nèi)的停留時間，但是單純用qv表示燃料在爐內(nèi)的停留時間有不足之處。因為大型鍋爐的燃燒器高度達10米以上，燃燒器區(qū)域所占容積很大，要保證最上層一次風中煤粉完全燃燒，起決定作用的是上排一次風噴口中心至爐膛出口（大屏下端）的距離。然后是爐膛形

28、狀，即與爐膛斷面積、燃料量、煙氣量有關(guān)。燃料在爐內(nèi)的最小停留時間可用下述關(guān)系來表示： （31）式中 l燃燒器上一次風中心至屏下端距離，m 煙氣在爐內(nèi)的平均上升速度， m/s （32）式中 計算燃料消耗量， kg/h； 煙氣體積，/kg煙氣平均溫度 （33） 式中 爐膛出口煙溫，理論燃燒溫度，對于 100mw300mw 的鍋爐機組，在規(guī)定的煤粉細度下，燃盡時間一般為 1.52.8 秒之間，其中煙煤的燃盡時間大約為 2.02.2 秒。3.4 優(yōu)化鍋爐燃燒提高運行經(jīng)濟性3.4.1 煤粉的燃盡程度對經(jīng)濟性的影響煤粉燃盡程度對運行經(jīng)濟性的影響主要表現(xiàn)在飛灰和爐渣的含碳量，當飛灰和爐渣含碳量增加時，鍋爐效

29、率降低。煤粉的燃盡程度主要取決于爐內(nèi)溫度，煤粉和空氣的混合程度、煤粉細度、煤粉在爐內(nèi)的停留時間和煤本身的燃燒特性。一般而言，對于低灰分，高熱值的煙煤，提高燃盡程度主要應(yīng)從改善爐內(nèi)煤粉和空氣的混合著手；對于無煙煤、貧煤和高灰分、低熱值的劣質(zhì)煙煤，提高燃盡程度主要從改善爐內(nèi)空氣動力結(jié)構(gòu)，提高爐內(nèi)溫度和煤粉細度，配風方式等方面進行全面的分析，才能找出提高煤粉燃盡程度的具體方法和措施。3.4.2 過量空氣系數(shù)對經(jīng)濟性的影響過量空氣系數(shù)對運行經(jīng)濟性的影響主要表現(xiàn)在鍋爐排煙損失上。當過量空氣系數(shù)增加時，排煙損失增加，但是過量空氣增加時，一般飛灰或爐渣的含碳量將會減少。因此，一臺鍋爐的最佳運行過量空氣系數(shù)，

30、應(yīng)根據(jù)機械不完全燃燒損失和排煙溫度熱損失之和最小的原則，通過試驗來確定，大型電站鍋爐爐膛出口的過量空氣系數(shù)一般控制在 1.1-1.2。3.4.3 煤粉細度對經(jīng)濟性的影響煤粉細度是指煤粉顆粒尺寸的大小，它是衡量煤粉品質(zhì)的重要指標。煤粉細度一般用一組標準篩來測定，將一定數(shù)量的煤粉式樣放在篩子上篩分，篩分后留在篩子上的煤粉質(zhì)量占篩前煤粉總質(zhì)量的百分數(shù)，就稱為煤粉細度。電廠常用篩孔尺寸為90 m 和 200 m的兩種篩子測量煤粉細度，用符號 r90和r200表示。在其他條件相同時，煤粉細度 r90和r200越大，煤粉燃盡所需要的時間越長，煤粉的燃盡程度往往越差。因此，提高煤粉細度，可提高燃盡程度；但是

31、提高煤粉細度，則制粉電耗增加，這可能會抵消因提高燃盡程度而得到的好處。3.4.4 鍋爐煤種和負荷適應(yīng)性鍋爐具有較好的煤種和負荷適應(yīng)性對提高鍋爐運行的經(jīng)濟性和安全性具有重要意義，這是因為：（1）根據(jù)我國能源政策，鍋爐盡量燃燒質(zhì)量較差的煤，而將優(yōu)煤用于化工、冶金等領(lǐng)域。我國煤種繁多，煤炭供應(yīng)渠道多樣化，鍋爐所燒煤質(zhì)多變，且呈不斷下降趨勢。（2）隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，電網(wǎng)負荷的峰谷差增大，許多中小型機組的調(diào)峰以低負荷運行方式為主。第四章 過熱器和再熱器的汽溫特性分析4.1 概述 過熱蒸汽溫度與再熱蒸汽溫度直接影響電廠的經(jīng)濟性與安全性。汽溫每降低10會使循環(huán)熱效率降低0.5%。過熱器

32、與再熱器長期在超溫1020下運行，其壽命會縮短一半，而且會影響汽輪機的壽命。通常規(guī)定汽溫偏離額定值的范圍為105。因為鍋爐不可能始終在設(shè)計工況下運行，汽溫變化不可避免，所以，掌握汽溫變化特性，運行時及時調(diào)節(jié)，十分重要。4.2 汽溫特性 鍋爐負荷變化時，過熱器與再熱器出口的蒸汽溫度跟隨變化的規(guī)律，稱為汽溫特性。隨著鍋爐負荷的增加，過熱器中蒸汽流量和燃料消耗量都相應(yīng)增大，但爐內(nèi)火焰溫度升高甚少。輻射式過熱器吸收的爐膛輻射熱增加不多，不及過熱器蒸汽流量增加的比例大，因此輻射式過熱器中蒸汽的焓增減少，出口蒸汽溫度下降。同時，由于爐內(nèi)火焰溫度升高甚少，爐內(nèi)水冷壁的吸熱量也增加甚微，多耗燃料產(chǎn)生的熱量將使

33、得爐膛出口煙溫升高。燃料耗量增加還使得爐內(nèi)高溫煙氣流量增大。由于煙氣溫度及流速的增高，布置在水平與尾部煙道的對流式過熱器的換熱量增大許多，過熱蒸汽焓增增大，出口煙溫升高。對流式過熱器的出口煙溫是隨著負荷的增加而增加的。過熱器離爐膛出口越遠，過熱器進口煙溫降低，煙氣對過熱器的輻射換熱份額減少，汽溫隨負荷增加而上升的趨勢更明顯。再熱蒸汽溫度隨鍋爐負荷變化規(guī)律與過熱器相同。只是，鍋爐負荷降低時，汽輪機高壓缸排氣溫度降低，再熱器入口汽溫下降。與過熱汽溫相比，對流式再熱器汽溫隨負荷降低而降低要嚴重些。相反，輻射式再熱器汽溫隨負荷升高而降低要平緩些。由于輻射式和對流式的汽溫特性正好相反，同時采用輻射式和對

34、流式聯(lián)合布置的過熱器與再熱器系統(tǒng)，它的汽溫特性介于輻射式和對流式汽溫特性之間，汽溫特性變化比較平穩(wěn)。4.3蒸汽溫度調(diào)節(jié)方法現(xiàn)代大型電站鍋爐汽溫調(diào)節(jié)方法常用的有噴水減溫、汽汽熱交換、蒸汽旁通、煙氣再循環(huán)、分隔煙道擋板調(diào)節(jié)和改變火焰中心位置等。前三種屬蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)方法，后三種屬煙氣側(cè)調(diào)節(jié)方法。對汽溫調(diào)節(jié)方法的基本要求是：調(diào)節(jié)慣性或延遲時間小，調(diào)節(jié)范圍大，對循環(huán)熱效率影響小，結(jié)構(gòu)簡單可靠及附加設(shè)備消耗少。（1）噴水減溫方法噴水減溫是將水直接噴入過熱蒸汽中，水被加熱，汽化和過熱，吸收蒸汽中的熱量，達到調(diào)節(jié)汽溫的目的。噴水減溫是直接接觸式熱交換，慣性小，調(diào)節(jié)靈敏，易于自動化，加上其結(jié)構(gòu)簡單，因此電站鍋爐普

35、遍采用。而表面式減溫器由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)溫慣性大，只在給水品質(zhì)要求較低的小型鍋爐中采用。再熱器不宜采用噴水減溫，因為會使電廠的循環(huán)熱效率降低。噴水再熱器的水在低壓下被加熱汽化和過熱，僅在汽輪機的中低壓缸中做功，猶如附加了一個中壓循環(huán)系統(tǒng)，中壓循環(huán)的效率低，因此將使整個系統(tǒng)的循環(huán)熱效率降低。（2）汽汽交換器用于再熱汽溫的調(diào)節(jié)，利用高溫高壓過熱蒸汽來加熱再熱蒸汽，達到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的?？刹贾迷跓煹劳夂蜔煹纼?nèi)。（3）蒸汽旁通法當再熱汽溫偏高時，調(diào)節(jié)三通閥，使旁通蒸汽量加大。低溫再熱器內(nèi)蒸汽流量減少，出口汽溫升高，低溫再熱器由于進出口平均汽溫升高，與煙氣的溫壓降低而使吸熱量減少，汽溫降低。由于高溫再熱

36、器處煙溫高，進口汽溫的降低對其傳熱溫壓的增加影響不大，吸熱量增加很少。于是再熱器總吸熱量降低，出口汽溫下降。相反，減少蒸汽旁通量將使再熱汽溫升高。蒸汽旁通法調(diào)節(jié)再熱汽溫的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，慣性小，缺點是再熱器金屬消耗量增加。（4）煙氣再循環(huán)法煙氣再循環(huán)法的工作原理是再循環(huán)風機將省煤器后溫度為250350的一部分煙氣抽出，送入爐膛，改變各受熱面的吸熱量比例，以調(diào)節(jié)汽溫。（5）分隔煙道擋板調(diào)節(jié)法當再熱汽溫變化時，調(diào)節(jié)擋板開度，改變流過再熱器的煙氣量，使再熱器吸熱量改變，達到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的。煙氣擋板設(shè)備簡單，操作方便，已被許多大型電站鍋爐采用。（6）改變火焰中心位置方法擺動式燃燒器多用于燃燒器四角

37、布置鍋爐。上下擺動燃燒器，使煤粉火炬上下傾斜，改變火焰中心的位置，從而改變爐膛出口煙氣溫度，調(diào)節(jié)過熱或再熱汽溫。改變火焰中心位置的調(diào)溫方法調(diào)節(jié)靈敏，慣性很小，但不精細，常與噴水減溫等其他調(diào)溫方法配合使用。第五章 大容量鍋爐傳熱模型的改進5.1 現(xiàn)有模型的特點300mw 以上的大容量電站鍋爐受熱面的設(shè)計和布置，尤其是鍋爐爐膛輻射受熱面的設(shè)計與布置對于鍋爐的運行性能影響很大。在電站鍋爐熱力計算方面，我國一直采用前蘇聯(lián)的鍋爐機組熱力計算標準方法，并注意積累自己的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。國內(nèi)的各大鍋爐廠也相繼引進了國外 300mw 和 600mw 壓臨界參數(shù)電站鍋爐的設(shè)計技術(shù)與計算方法，如美國 ce 公司、b&w

38、公司和 fw 公司的計算方法，在吸取世界各國先進技術(shù)與計算方法同時，并仍然充分注意結(jié)合國內(nèi)電站鍋爐運行和試驗的大量實際數(shù)據(jù)，針對中國煤質(zhì)燃燒特性進行修正。但是目前該標準仍然是解決工程技術(shù)問題和鍋爐性能研究以及計算機模擬電站鍋爐等熱量過程的主要方法。5.1.1 前蘇聯(lián)鍋爐機組熱力計算標準的主要特點（1）以相似理論為基礎(chǔ)，在對 100mw 以下的鍋爐機組進行大量的試驗研究的基礎(chǔ)上，建立了具有較強的理論解析性和可靠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)的計算方法。（2）爐膛換熱計算方法用于 100mw 以下的鍋爐計算熱力計算時，計算數(shù)據(jù)與實際運行中的試驗數(shù)據(jù)基本符合。但是，用于 200mw 以上的鍋爐機組時，計算值與實際運行值

39、有較大的誤差。這種誤差在我國的 200mw 機組上體現(xiàn)了出來，一般情況計算值比實際運行值低 100130，以致造成過熱器超溫或減溫水量過大等問題。5.1.2 誤差原因分析（1）爐內(nèi)溫度場是非等溫性的，沿爐膛高度方向上的非等溫性已經(jīng)在 m 值中間考慮過。但是，大容量鍋爐爐膛橫斷面上的溫度場也是非等溫性的，這種非等溫對爐內(nèi)換熱強度具有顯著的影響。（2）在水冷壁近壁面處有一個煙溫突變層，煙溫突變層減弱了水冷壁與爐膛中心處火焰的熱交換強度，即產(chǎn)生了一個對輻射的“屏蔽效應(yīng)”。這種屏蔽作用對熱有效系數(shù)產(chǎn)生影響，其結(jié)果使熱有效系數(shù)減小。（3）火焰與爐壁對輻射都具有選擇性，灰體模型的誤差較大。熱有效系數(shù)也具有

40、一定的選擇性，即值隨著輻射波長有明顯的變化，在小容量機組熱力計算中未予以考慮。（4）從燃燒中心到爐膛出口處，爐膛黑度的數(shù)值變化很大，采用平均值計算也會造成誤差?；鹧婧诙仍谂c單色輻射波長有關(guān)，這使爐膛黑度的變化更為復(fù)雜。（5）煙氣中大量彌漫的固體粒子使輻射流產(chǎn)生散射作用，散射也會使爐膛總換熱強度減弱，即散射對爐膛總換熱量產(chǎn)生了一個“屏蔽效應(yīng)”。氣流含灰濃度越高，散射性越強，散射將引起爐膛黑度值降低。5.2 傳熱模型的改進5.2.1 杜卜爐內(nèi)換熱計算方法（新方法）在爐膛的換熱計算中，爐膛出口煙溫是爐膛換熱計算的重要參數(shù)，它直接影響著其他計算部分。對于大容量鍋爐，采用原方法進行屏式過熱器和輻射式過熱

41、器的傳熱計算，得出的數(shù)據(jù)和運行存在偏差較大，因此大屏過熱器和屏式過熱器的傳熱計算模型也是需要改進的。爐膛出口煙溫計算新公式： （51）式中 -按輸入爐膛的熱量計算的水冷壁熱負荷公式（51）中引用了新的波爾茲曼準則數(shù)，它更能反映出爐內(nèi)實際的換熱能力。杜卜公式突出了理論燃燒溫度對爐內(nèi)換熱的影響，這就意味著，煤質(zhì)特性對爐內(nèi)換熱產(chǎn)生的影響作用較大，它必然對爐膛出口煙溫值產(chǎn)生顯著影響。即煤質(zhì)的發(fā)熱量越大，理論燃燒溫度越高，對爐膛出口煙溫值產(chǎn)生的影響越大。5.2.2 爐內(nèi)換熱計算標準 爐膛出口煙氣溫度公式： （52）其中：-爐膛傳熱系數(shù)爐膛水冷壁沾污系數(shù)-爐膛中總的輻射受熱面積，-絕對燃燒時煙氣的溫度-保

42、熱系數(shù)-計算燃燒時煙氣的溫度，kg/h-煙氣平均比熱5.2.3 屏式過熱器傳熱計算新方法屏式過熱器一般布置在爐膛上部和出口處，它的傳熱規(guī)律是當爐膛出口煙溫升高時，在進口汽溫不變的條件下，出口汽溫相應(yīng)升高。因為爐膛出口煙溫升高時管間煙氣對管屏的輻射換熱增強，對流傳熱量也增加。但后屏過熱器傳熱特性的主要特點是輻射傳熱，尤其是管間傳熱，所以后屏過熱器的傳熱計算應(yīng)突出管間傳熱。在以前的熱力計算中，后屏的傳熱計算以對流為主，將輻射傳熱合并到對流傳熱計算方法中。這樣，后屏過熱器的傳熱計算沒有反映出輻射換熱的特點。新的傳熱計算更能夠符合實際傳熱過程的基本規(guī)律。新方法是以有效輻射的理論為基礎(chǔ)，將屏式過熱器的傳

43、熱量分成三部分：管間煙氣對管屏的輻射換熱，來自爐膛及分隔屏去的直接輻射，純對流傳熱。所以屏式過熱器的總傳熱量為： （53）一、管間煙氣對管屏的輻射換熱： （54） 式中， h p應(yīng)按輻射受熱面積計算方法確定。但是屏間煙氣溫度的計算要復(fù)雜些，進入后屏的煙氣流量為兩部分，一部分由屏底部的水平界面流入后屏區(qū)，這部分煙氣的溫度比較高。另一部分煙氣來自分隔屏區(qū)的平行斷面，這部分煙氣的溫度比較低。故后屏區(qū)域的煙氣進口的平均溫度按下式計算 （55）、分別為通過后屏水平斷面由爐膛直接進入的煙氣流量和溫度、由分隔屏區(qū)進入后屏的煙氣流量和溫度。流量的分配可以按照流通斷面積比例分配。即： （56）所以 （57) 二

44、、的計算方法：主要包括三部分，從后屏底部的水平界面上直接接受的爐膛輻射熱、爐膛輻射透過分隔屏區(qū)的部分輻射熱和分隔屏區(qū)熱煙氣與后屏區(qū)的輻射熱交換. 后屏接受外來輻射熱的熱的計算方法：的計算方法： = （58） （1）后屏進口斷面接受的直接輻射 根據(jù)有效輻射和熱有效系數(shù)的概念： （59） 表示后投射到后屏入口斷面上的有效輻射熱流密度。 表示后屏入口斷面上接受到的熱流密度。因為后屏的進口斷面有兩個，且來自兩個斷面上的熱流密度值并不相同，為了簡化計算，作如下處理： （5-10） 來自后屏底部斷面的爐膛直接輻射和來自分隔屏區(qū)的輻射熱流分別為： （5-11）這樣，在后屏進口斷面上的輻射熱交換為： （5-1

45、2） （5-13） 、分別表示屏進口斷面和爐膛受熱面的熱有效系數(shù)。表示投射到后屏進口斷面上的熱流密度。 （5-14） （5-15） 所以 （5-16）（2）后屏出口斷面向后屏后的輻射 （5-17） （5-18） 式中 r是對不同種類燃料的煙氣輻射力的修正系數(shù)。當燃用固體燃料時，一般可取 r =0.5，令r / 1，則有 （5-19） （5-20） （3）純對流傳熱 qd 。后屏的對流傳熱量計算按純對流方式計算，不再考慮管間輻射放熱，即： （5-21） （5-22）式中fd 按管子的周圍面積計算-考慮煙氣沖刷不均的影響系數(shù)， 0.85在實際計算中，由于煙氣流動場分布不均，煙氣流對屏的沖刷不均，導

46、致管屏煙氣側(cè)實際的對流放熱系數(shù)偏小。5.2.4 大屏過熱器傳熱計算新方法 大屏的傳熱計算是基于屏區(qū)的煙溫水平，而不是爐膛的總換熱特性。所以，傳熱計算應(yīng)當與爐膛分開進行。爐膛出口煙溫升高，屏區(qū)煙溫提高，大屏的傳熱量增大。 大屏過熱器傳熱量可以分為三部分：大屏間高溫煙氣對管屏的輻射放熱 qf1、大屏接受爐膛的輻射熱qf2和煙氣流過大屏時的對流放熱qd。 所以大屏的總傳熱量為： （5-23）（1） 大屏間高溫煙氣對管屏的輻射放熱 （5-24） 式中 - 屏的黑度 屏的輻射受熱面積 屏的熱有效系數(shù) -屏間煙氣的平均溫度（2） 大屏接受爐膛的輻射熱 ：可分為三部分熱量：接受爐膛的輻射熱，這部分輻射熱通過

47、屏底部的水平界面，同時分隔屏區(qū)向爐膛的反向輻射也通過該界面；分隔屏區(qū)煙氣向煙氣后屏的輻射，這部分輻射熱通過與后屏平行的界面向后屏輻射；爐膛的輻射熱透過分隔屏區(qū)，向后屏輻射的部分。所以 （5-25） （5-26） （5-27）和分別表示大屏接受爐膛的輻射熱的水平界面和大屏與后屏平行的界面， 是考慮大屏區(qū)高溫煙氣對爐膛反向輻射后的吸熱系數(shù)。 （3） 煙氣流過大屏時的對流放熱qd （5-28） （5-29）一般屏區(qū)煙氣流速較低，對流傳熱很小，qd 可忽略不計。前面分析了大容量鍋爐在爐膛出口煙溫，后屏過熱器和大屏過熱器的傳熱計算新方 法，新方法更能體現(xiàn)出了鍋爐的運行特性規(guī)律。由于實際運行情況復(fù)雜多變，

48、在進行熱力計算時，要根據(jù)機組的實際特點，尤其是主要參數(shù)和系數(shù)的選取上，要以運行數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。大容量鍋爐傳熱計算中還存在著許多其他的問題，需要進一步的研究。第六章 分區(qū)段模型計算6.1 分區(qū)段計算的目的6.1.1 概述由于爐內(nèi)溫度場不均勻，爐內(nèi)各部分受熱面的熱負荷可以有很大區(qū)別，設(shè)計時往往需要知道各部分的局部熱負荷。爐膛一般是長方形的，常常首先需要知道的是沿爐膛高度方向的受熱面熱負荷分布。要計算沿爐膛軸線方向的局部熱負荷有兩種途徑：（1） 按照零維模型方法計算平均熱負荷，然后利用熱負荷分布系數(shù)計算局部熱負荷，分布系數(shù)是通過試驗得到的即 式中 輻射受熱面的平均熱負荷沿爐膛高度方向的熱負荷分

49、布系數(shù)這種方法比較簡單，但是熱負荷分布系數(shù)是個經(jīng)驗系數(shù)，只能適用于類似的爐型。對于復(fù)雜的爐膛，例如爐膛內(nèi)布置了較多的屏式受熱面，這一方法不能采用。（2）沿爐膛高度將鍋爐分割成若干個區(qū)段，對每個區(qū)段分別進行傳熱計算，得出各個區(qū)段的煙氣溫度和受熱面熱負荷。因此，分區(qū)段計算實質(zhì)上也就是爐膛熱力計算的一維模型。6.1.2 米多爾分區(qū)段模型米多爾分區(qū)段模型是將爐膛沿高度方向分成幾個區(qū)段，根據(jù)輻射換熱理論分別對每個區(qū)段進行傳熱計算，得出各個區(qū)段的溫度以及受熱面熱負荷。米多爾分區(qū)段計算方法的重要特點是：認為換熱只能在相互接觸的物體間進行，一個區(qū)段向相鄰區(qū)段的輻射熱全部被該段煙氣所吸收，不能到達它周圍的壁面，也不能穿透它到達更遠的區(qū)段。在米多爾分區(qū)