直流鍋爐的運(yùn)行特性

1、直流鍋爐的運(yùn)行特性直流鍋爐的運(yùn)行特性 一、靜態(tài)特性 （一）、汽溫靜態(tài)特性（一）、汽溫靜態(tài)特性 穩(wěn)定工況下，以給水為基準(zhǔn)的過(guò)熱蒸汽總 焓升可按下式計(jì)算 式中 鍋爐輸入熱量，kJ/kg; 鍋爐效率； 、 給水焓、過(guò)熱器出口焓，kJ/kg; 再熱器相對(duì)吸熱量， 再熱器吸熱量，kJ/kg。 (1) zr grgs BQrr hh G r Q gs h grh zr r zrr Q () zrr zr r Q r Q 1. 煤水比B/G 保持式中 、 、 和 不變，則當(dāng)鍋爐給水量從 變化到 ，對(duì)應(yīng)的燃料量變化到 時(shí)，過(guò)熱器出 口焓值的變化量可寫(xiě)為 式中 、 工況變動(dòng)前、后的過(guò)熱器出口 焓，kJ/kg;

2、、 工況變動(dòng)前、后的煤水比， gs h Qr zr r 1 B 0 G 1 G 0 ,1,0 1 ()(1) grgrgrgrgs m hhhhh m ,0gr h ,1gr h 0 m 1 m o 對(duì)于亞臨界鍋爐， 。若 保持給水流量不變，燃料量增加10% （ ），則過(guò)熱蒸汽出口焓將增加 216kJ/kg，相應(yīng)的溫升約為 ；如果熱負(fù) 荷不變，而工質(zhì)流量減少10%（ ）， 則過(guò)熱蒸汽焓增為247kJ/kg，相應(yīng)的溫升 約 。 10 1.1mm 2160/ grgs hhkJ kg 100 C 10 1.11mm 110 C =B/B, g=G/G 2給水溫度 當(dāng)給水溫度降低時(shí)，若保持煤水比不變

3、， 則由上式可知，過(guò)熱器出口焓（汽溫）將隨 之降低。只有調(diào)大煤水比，使之與增大了的 過(guò)熱蒸汽總焓升相對(duì)應(yīng)，才能保持汽溫穩(wěn)定。 3過(guò)量空氣系數(shù) 爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)主要是通過(guò)再熱器相 對(duì)吸熱量的變化而影響過(guò)熱汽溫的。當(dāng)爐內(nèi) 送風(fēng)量增大時(shí)，對(duì)流式再熱器的吸熱量因煙 氣流量的增大而增加，而輻射式再熱器的吸 熱量則基本不變，因此再熱器總吸熱量及相 對(duì)吸熱量增大，在煤水比未變動(dòng)的情況下， 根據(jù)上式過(guò)熱器出口汽溫將降低。運(yùn)行中也 需要改變?cè)O(shè)定的煤水比。 4鍋爐效率 當(dāng)鍋爐效率降低時(shí)，過(guò)熱汽溫將下降。 運(yùn)行中爐膛結(jié)焦、過(guò)熱器結(jié)焦、風(fēng)量偏大， 都會(huì)使排煙損失增大，效率降低；燃燒不完 全也是鍋爐效率下降的一個(gè)因素。

4、上述情況 出現(xiàn)時(shí)均會(huì)使煤水比發(fā)生變化。 5.變壓運(yùn)行 變壓運(yùn)行時(shí)的主蒸汽壓力是鍋爐負(fù)荷函 數(shù)。當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)主蒸汽壓力下降，與之相 應(yīng)的工質(zhì)理論熱量（從給水加熱至額定出口 汽溫所必須吸收的熱量）增大，如煤水比不 變，則汽溫將下降。如保持汽溫，則煤水比 按比例增加。 再熱汽溫 穩(wěn)定工況下，再熱器出口焓值 (kJ/kg)按 下式計(jì)算 式中 再熱器進(jìn)口焓值，kJ/kg； d 再熱汽流量份額。 zrh r zr zrzr BQ r hh dG zr h 保持式中 、 、 和 不變，則當(dāng)鍋爐給水量 從變化到 ，對(duì)應(yīng)的燃料量變化到 時(shí)，再熱器 出口焓值的變化量可寫(xiě)為 在任何負(fù)荷下，當(dāng)燃料量與給水量成比例變化

5、 是時(shí)（m1=m0）即可保證再熱汽溫為額定值。這 個(gè)結(jié)論與主汽溫調(diào)節(jié)的要求是一致的。 Qr zr r 1 B 0 G 1 G zr h 0 ,1,00 1 () (1) zrzrzrzrzr m hhhhh m 煤發(fā)熱量、過(guò)量空氣系數(shù)、受熱面 結(jié)焦、定壓運(yùn)行、滑壓運(yùn)行方式等對(duì)再 熱汽溫影響的分析與過(guò)熱汽溫相仿。隨 著煤熱值降低、過(guò)量空氣的增加，在煤 水比不變時(shí)再熱汽溫升高；滑壓運(yùn)行比 定壓運(yùn)行更易于穩(wěn)定再熱汽溫。 （二）、汽壓靜態(tài)特性（二）、汽壓靜態(tài)特性 1燃料量擾動(dòng) 燃料量增加B，汽輪機(jī)調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度不變： (1)給水流量隨燃料量增加，保持煤水比不變（mo ml），由于鍋爐產(chǎn)汽量增大，汽壓上升

6、。 (2)給水流量保持不變，煤水比增大（m1m。）， 為維持汽溫必須增加減溫水量，同樣由于蒸汽流 量增大，汽壓上升。 (3)給水流量和減溫水量都不變，則汽溫升高，蒸汽 容積增大，汽壓也有所上升。這是由于在汽輪機(jī) 調(diào)門(mén)開(kāi)度不變的情況下，蒸汽流速增大使流動(dòng)阻 力增大所致。但如果汽溫的升高在允許的較小值， 則汽壓無(wú)明顯變化。 2給水流量擾動(dòng) 給水流量增加G，汽輪機(jī)調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度不變： （1）燃料量隨給水流量增加，保持煤水比不變 （m。ml），由于蒸汽流量增大，汽壓上 升。 （2）燃料量不變，減小減溫水量保持汽溫，則 汽壓不變。 （3）燃料量和減溫水量都不變，如汽溫下降在 許可范圍內(nèi)，則蒸汽流量的增大使

7、汽壓上升。 3汽輪機(jī)調(diào)門(mén)擾動(dòng) 若汽輪機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)大k，而燃料量和給水流 量均不變，由于工況穩(wěn)定后，汽輪機(jī)排汽量 仍等于給水流量，并未變化。根據(jù)汽輪機(jī)調(diào) 門(mén)的壓力一流量特性可知，汽壓降低。 （三）水冷壁流量負(fù)荷特性 直流鍋爐變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，質(zhì)量流速相應(yīng)變化，若為滑 壓運(yùn)行，則汽壓也隨之升降，對(duì)蒸發(fā)管的水動(dòng)力特性將發(fā)生 影響。 1流量偏差特性 (1)負(fù)荷降低的影響。水冷壁的總壓差按下式計(jì)算 式中 pzw重位壓差，Pa； Plz流動(dòng)阻力，Pa。 2/ 2/ 2 2 wRp hgp wRhgppp lz zw lzzwz 對(duì)于一次上升垂直管屏，額定負(fù)荷下重位壓差 上pzw與流動(dòng)阻力上Plz相差不多。在低負(fù)荷

8、下， 總壓差中以重位壓差上pzw為主，水冷壁系統(tǒng)在低 負(fù)荷下是自然循環(huán)特性。高負(fù)荷時(shí)，總壓差中以流 阻上Plz為主，水冷壁系統(tǒng)是強(qiáng)迫流動(dòng)特性。 對(duì)于水平管圈，由于管屏高度與管屏長(zhǎng)度相比 很小，所以重位壓差凸pzw所占比例不大，它顯示 強(qiáng)迫流動(dòng)的流動(dòng)特性。且隨著負(fù)荷的降低，強(qiáng)迫流 動(dòng)特性增強(qiáng)，即在低負(fù)荷下，同樣的吸熱不均，會(huì) 引起更大的流量偏差。 對(duì)于由水平管圈和垂直管屏聯(lián)合組成的水 冷壁系統(tǒng)，由于垂直管屏入口已為含汽率較 高的汽水混合物，故垂直管屏pzw相對(duì)很小， 總壓差中以流阻Plz為主，所以垂直管屏呈現(xiàn) 較強(qiáng)的強(qiáng)迫流動(dòng)特性。與水平管圈一樣，當(dāng) 負(fù)荷降低時(shí)，強(qiáng)迫流動(dòng)特性增強(qiáng)。 工質(zhì)流量增加時(shí)

9、，重位壓頭也隨之增大，這是由于含汽率減 小的緣故。因此，高負(fù)荷時(shí)的水動(dòng)力穩(wěn)定性都是較好的。 （2）壓力降低的影響 直流鍋爐采用滑壓運(yùn)行，低負(fù)荷時(shí)壓力 相應(yīng)降低。壓力降低時(shí)汽水密度差加大，平 均管的密度減小，在同樣的質(zhì)量流量下， pzw減小、pz增大，即原來(lái)顯示強(qiáng)迫流動(dòng)特 性的管屏將更加增加其強(qiáng)迫特性，因而降低 水冷壁的工作安全性。 2水動(dòng)力穩(wěn)定性 產(chǎn)生水動(dòng)力多值性的根本原因是水冷壁進(jìn)口的給 水有欠焓。當(dāng)給水欠焓超過(guò)某一定值之后，就會(huì)發(fā) 生水動(dòng)力的不穩(wěn)定。 水平管圈式水冷壁，可按下式判斷是否出現(xiàn)水動(dòng) 力多值性 ) 1 ( 46. 7 a r h 工作壓力工作壓力 （MPa） 8.012.016.

10、020.024.0 r（/”l） 21.133.448.5 71.1 - 隨著壓力的降低，汽化潛熱 r 和密度比 /”均增大，但后者增大得更快，使式 中的r（/”l）項(xiàng)降低。也就是說(shuō)， 隨著壓力的降低，滿(mǎn)足上式將變得越來(lái)越困難 或者說(shuō)裕度更低。 因此，水平管圈的直流鍋爐低壓力運(yùn)行時(shí)， 更應(yīng)注意水動(dòng)力穩(wěn)定性的問(wèn)題。 對(duì)于垂直管圈，重位壓頭不能忽略，水動(dòng) 力特性可認(rèn)為是水平管圈的特性疊加一個(gè)重 位壓頭而形成的。因此，垂直管圈的水冷壁 一般沒(méi)有水動(dòng)力不穩(wěn)定的問(wèn)題。但壓力很低 時(shí)，重位壓頭迅速減小，仍有可能使水動(dòng)力 的穩(wěn)定性變差。 低負(fù)荷下，水冷壁的進(jìn)水 溫度降低，欠焓增大，容易出 現(xiàn)水動(dòng)力多值性。因

11、此運(yùn)行中 應(yīng)限制欠焓h小于420 kJkg， 負(fù)荷低于一定值時(shí)，則必須限 制水冷壁質(zhì)量流速的進(jìn)一步降 低，保持你在高于安全流量Glj 以上。由圖可知，壓力越低， 不發(fā)生水動(dòng)力多值性的安全邊 界流量Glj就越高。 二、動(dòng)態(tài)特性 (一) 動(dòng)態(tài)過(guò)程鍋內(nèi)工質(zhì)貯存量變化 1 物理現(xiàn)象 附加蒸發(fā)量：由于鍋內(nèi)貯存水量的變化而使蒸汽 質(zhì)量流量增加或減小的部分。 2 分析分析 兩工況間水冷壁管段貯水空間變化Vs=Vs2-Vs1 穩(wěn)定工況下受熱管段長(zhǎng)度和熱負(fù)荷 燃料量擾動(dòng)貯水空間變化 給水流量擾動(dòng)貯水空間變化 鍋 內(nèi) 工 質(zhì) 貯 水 量 變 化 1燃料量擾動(dòng) w在其他條件不變的情況下，燃料量B增加。蒸發(fā)量 在短暫

12、延遲后先上升，后下降，最后穩(wěn)定下來(lái)與給 水量保持平衡。 其原因是，在變化之初，由于熱負(fù)荷立即變化， 熱水段逐步縮短；蒸發(fā)段將蒸發(fā)出更多的飽和蒸汽， 使過(guò)熱蒸汽流量D增大，其長(zhǎng)度也逐步縮短，當(dāng)蒸 發(fā)段和熱水段的長(zhǎng)度減少到使過(guò)熱蒸汽流量D重新 與給水量相等時(shí)，即不再變化。 w燃料量增加，過(guò)熱段加長(zhǎng)，過(guò)熱汽溫升高。但在過(guò) 渡過(guò)程的初始階段，由于蒸發(fā)量與燃燒放熱量近乎 按比例變化，再加以管壁金屬貯熱所起的延緩作用， 所以過(guò)熱汽溫要經(jīng)過(guò)一定時(shí)滯后才逐漸變化。如果 燃料量增加的速度和幅度都很急劇，有可能使鍋爐 瞬間排出大量蒸汽。在這種情況下，汽溫將首先下 降，然后再逐漸上升。 w蒸汽壓力在短暫延遲后逐漸上

13、升，最后穩(wěn)定在較 高的水平。最初的上升是由于蒸發(fā)量的增大，隨 后保持較高的數(shù)值是由于汽溫的升高（汽輪機(jī)調(diào) 速閥開(kāi)度未變）。 2給水量擾動(dòng) 在其他條件不變的情況下，給水量增加，熱水段延長(zhǎng)。蒸 汽流量逐漸增大到擾動(dòng)后的給水流量。過(guò)渡過(guò)程中，由于蒸 汽流量小于給水流量，所以工質(zhì)貯存量不斷增加。 隨著蒸汽流量的逐漸增大和過(guò)熱段的減小，出口過(guò)熱汽溫 漸漸降低。但在汽溫降低時(shí)金屬放出貯熱，對(duì)汽溫變化有一 定的減緩作用。 汽壓則隨著蒸汽流量的增大而逐漸升高。值得一提的是， 雖然蒸汽流量增加，但由于燃料量并未增加，故穩(wěn)定后工質(zhì) 的總吸熱量并未變化，只是單位工質(zhì)吸熱量減?。ǔ隹谄麥?降低）而已。 當(dāng)給水量擾動(dòng)時(shí)

14、，蒸發(fā)量、汽溫和汽壓的變化都存在時(shí)滯。 這是因?yàn)樽詳_動(dòng)開(kāi)始，給水自入口流動(dòng)到原熱水段末端時(shí)需 要一定的時(shí)間，因而蒸發(fā)量產(chǎn)生時(shí)滯。蒸發(fā)量時(shí)滯又引起汽 壓和汽溫的時(shí)滯。 3功率擾動(dòng) 功率擾動(dòng)是指調(diào)速汽門(mén)動(dòng)作取用部分蒸汽，增加 汽輪機(jī)功率，而燃料量、給水量不變化的情況。 若調(diào)速汽門(mén)突然開(kāi)大，蒸汽流量立即增加，汽壓 下降。汽壓沒(méi)有像蒸汽流量那樣急劇變化。 在給水壓力和給水門(mén)開(kāi)度不變的條件下，由于汽 壓降低，給水流量實(shí)際上是自動(dòng)增加的。這樣，平 衡后的給水流量和蒸汽流量有所增加。在燃料量不 變的情況下，這意味著單位工質(zhì)吸熱量必定減小， 或者說(shuō)出口汽溫（焓）必定減小。 在超臨界區(qū)運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)特性與亞臨界鍋爐相 似，但變化過(guò)程較為和緩。燃料量B增加時(shí)，鍋爐 熱水