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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

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