锅炉动静态特性

技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学锅炉正常运行调整以及静态和动态特性锅炉正常运行是指单元机组启动后的锅炉运行过程。锅炉正常运行内容主要是监视和调整各种状态参数，满足汽轮发电机对蒸汽流量、蒸汽参数的要求，并保持锅炉长期连续安全经济运行。锅炉各种状态参数之间的运行关系、变化规律称为锅炉运行特性，它有静态特性和动态特性两种。锅炉在各个工况的稳定状态下，各种状态参数都有确定的数值，称为静态特性。例如，不同的燃料量就有相应的蒸汽流量、相应的受热面吸热量、相应的汽温与汽压等，这些都是锅炉的静态特性。锅炉从一个工况变到另一个工况的过程中，各种状态参数随着时间而变化，最终到达一个新的稳定状态。各种状态参数在变工况中随着时间变化的方向、历程和速度等称为锅炉的动态特性。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学第二节锅炉状态参数监控要求锅炉状态参数主要有主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、汽包水位、炉膛风压等。在运行中必须对各种状态参数进行连续的监视和控制。一、主蒸汽压力单元机组蒸汽压力沿流程变化如图5—1所示。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学过热器出口压力称为主蒸汽压力。主蒸汽压力是蒸汽质量的重要指标，定压运行时各负荷都要维持主蒸汽压力额定值，允许小范围内波动。1000t／h亚临界压力自然循环锅炉主蒸汽额定压力为16.7MPa，允许波动范围为土0.196MPa。过热器压力降随机组负荷而变化。机组负荷D↑→过热器压力降↑。主蒸汽压力一定时，汽包压力随机组负荷增加而上升。燃烧扰动和负荷扰动→主蒸汽压力变化。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学二、主蒸汽与再热蒸汽温度过热器出口蒸汽温度称为主蒸汽温度。主蒸汽温度与再热蒸汽温度统称为锅炉汽温。正常运行中锅炉汽温应维持在额定值，允许波动范围一般为+5～一10℃。汽温高限由制造厂选用钢材品种、设计特点而定。一般情况下，高参数机组材料的许用温度上限值都较接近锅炉受热面部件的金属正常工作温度(参见图2—8)，故锅炉汽温不大的超限就会使受热面、联箱、蒸汽管道、阀门、汽轮机等金属温度超过材料的许用温度，材料的机械强度下降，高温腐蚀和蠕变速度加快，材料松弛，寿命缩短，严重时材料短期内损坏。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学三、汽包水位汽包锅炉水位控制值实况见表5—l。汽包水位分正常水位、报警水位、保护动作水位三种。正常运行汽包水位→应在正常水位范围内波动。汽包水位到达报警水位→应采取紧急措施恢复正常水位。汽包水位到达保护动作水位→保护动作自动降低负荷直至机组停止运行。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学第三节静态特性一、燃料量——传热型式与传热量分配锅炉负荷↑→锅炉燃料量↑燃料量↑↓→锅炉辐射、对流传热型式的热传量份额在各级受热面中的分配发生变化→各级受热面的吸热量与工质焓增发生变化。锅炉烟温、汽温静态特性的基础。1．锅炉传热型式传热量分配锅炉辐射传热型式和对流传热型式的传热量份额分配决定于炉膛出口分界面处的烟气温度θl’’(℃)和烟气容积Vy(m3／kg)。θl’’↑→辐射传热型式的传热量份额↓对流传热型式的传热量份额↑。炉膛出口处的过量空气系数↑，使Vy↑辐射传热型式传热量份额↓，对流传热型式传热量份额↑。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学2．燃料量——辐射传热型式传热量Bj增大将使BjQf增大，Qf下降；并可进一步看出BjQf增大小于的Bj增大。3．燃料量一对流传热型式传热量BjQd增大是由于Bj与Qd两项同时增大的结果，故BjQd增大大于Bj增大。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学4．传热量份额由于Bj增多时Qf下降，故辐射传热型式传热量份额随Bj增多而下降。由于Bj增多时Qd上升，故对流传热型式传热量份额随Bj增多而上升。5．负荷一烟温、汽温静态特性不大的负荷变化范围内，可认为锅炉热效率、工质焓增不变，则燃料量正比于负荷D。因此，分析锅炉运行特性用燃料量或负荷作为自变量是等价的。(1)负荷---烟温静态特性。负荷D增加，相应燃料量也增多，上述分析已得出结论：Bj增加，理论燃烧温度Ta不变，炉膛出口烟气温度θl’’上升，排烟温度也略有上升。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学(2)负荷一汽温静态特性。图5—5为锅炉负荷与主蒸汽温度、再热汽温度静态特性。负荷一汽温静态特性是根据上述传热型式传热量份额分配分析结论以及在以下条件下得到的；1)过热器是对流辐射联合型传热面，以对流型式为主；2)过热器进口为汽包出口的饱和蒸汽，在负荷变化范围内认为饱和蒸汽焓值不变；3)再热器为对流型式传热面；4)汽轮机高压缸排汽为再热器进口蒸汽，其汽温随着负荷增高而上升；5)受热面的传热量主要决定于烟气侧的条件。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学二、过量空气系数一传热型式与传热量分配1．αl’’一BQf炉膛入口过量空气系数αl’↓↑和炉膛漏风△αl↓↑→炉膛出口过量空气系数变化αl’’。αl’’上升将使理论燃烧温度↓，火焰黑度af↓→造成炉膛辐射传热量BjQf(kJ／h)、Qf(kJ／kg)↓。烟气量增加↑→炉膛出口烟温变化很小。炉膛漏风的温度很低，它对炉膛辐射传热量的影响更大。2．αl’’一BQdαl’’↑→烟气容积Vy↑，烟气在烟道中的流速↑，使对流传热量BjQd(kJ／h)、Qd(kJ／kg)↑。对流传热量增大幅度小于烟气容积量的增大幅度，故烟气温度沿烟道流程下降速度比原来的相对较小(图5—6)。静态特性示于图5—7。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学3．△α一BQd、θ烟道漏风对对流传热量BQd、烟温θ的影响决定于漏风点的位置。如漏风在炉膛出口处，则该处的烟温下降，对流传热量减少，但是随着烟气流程烟温逐渐接近原来值，某一位置后超过原来值，对流传热量也随着烟温升高而增大。上述烟温变化规律示于图5—8。如果漏风发生在尾部烟道某位置，其变化规律与上述相同，有可能烟温还未到达原来值烟气已离开昀后一级受热面了。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学三、蒸汽温度静态特性影响因素锅炉定压运行主蒸汽压力维持不变，主蒸汽温度与焓值是单一函数，由蒸汽焓值就可定蒸汽温度。锅炉变压运行主蒸汽压力随负荷变化，故主蒸汽温度必须由蒸汽焓值和压力共同确定。例如，主蒸汽温度为540℃，主蒸汽压力为3.5MPa，如果维持该状态下的焓值，主蒸汽压力升至17MPa，主蒸汽温度为590℃，升高了50℃。1．主蒸汽温度影响因素图5-9技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学(1)1kg蒸汽在过热器中的吸热量，是过热器蒸汽焓增的主体部分。1)锅炉负荷增大，B、Dgr都上升。假如在1、2两种负荷下锅炉热效率不变，则表示两负荷下，不影响过热蒸汽焓值hgr。如果锅炉热效率则表示负荷由1变到2，由于增大而使hgr上升。昀主要的为，过热器都是辐射对流联合式，并以对流传热型式为主，故Bj增多使总热量增大、hgr上升。∑−−+=grjsjsbbgrjgrDGhhhQDBh)(技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学2)如果高压加热器停用，则给水温度下降，给水焓值也降低，为维持Dgr必须增加Bj，使上升、增大，结果hgr上升；Bj不变，则Dgr必下降，使上升，结果还是hgr上升。3)水冷壁发生结渣，则Dgr下降，单位工质燃料量上升，炉膛出口烟温也上升，总热量增大，这些都造成hgr上升；4)炉膛出口过量空气系数上升，使总热量上升，结果是hgr上升。(2)hb。锅炉定压运行汽包压力随负荷而上升，变压运行汽包压力变化更大。汽包压力与饱和蒸汽焓值hb示于表5—2，hb随压力升高而下降。(3)过热器喷水减温使主蒸汽焓值下降，其原理是在Dgr不变下，喷入低焓水来代替高焓汽，使hgr下降。喷水减温原理，还可看出，hjs下降或Gjs上升都可使hgr下降。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学2．再热蒸汽温度影响因素再热器进口蒸汽焓为汽轮机高压缸排汽焓。图5—1l为定压和变压运行汽轮机高压缸排汽焓随负荷的变化曲线。由图可看出定压运行随负荷降低而下降，变压运行随负荷下降略有上升。再热器的有较强的对流传热型式传热量分配特性，故负荷升高上升幅度较大。此外，再热器的蒸汽压力低，比热小，同样蒸汽焓增幅下汽温的变化幅度较大。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学第四节动态特性一、汽压动态特性1．热量平衡原理及汽压动态特性汽包内的汽压是蒸发设备内部能量的集中表现，其值决定于输入与输出热量的平衡(图5—12)，当输入热量大于输出热量时，蒸发设备内部能量增大，汽压上升；反之，汽压下降。蒸发设备输入热量主要是水冷壁吸热量，汽包进水热量；输出热量主要是离开汽包的蒸汽热量，还有连续排污等。此外，蒸发设备内存汽水处于饱和状态，其压力、温度相应变化，汽包等金属温度也随着变化，可见汽压变化过程工质和金属也参与吸收或释放热量。蒸发设备输入侧的能量变化称为内部扰动，输出侧的能量变化称为外部扰动。内部或外部扰动都会发生汽压的变化。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学2．汽压变化速度例如，则0，结果是，汽压上升；ktpqb随着汽压上升而增大，它对有负反馈作用，使汽压上升速度减小。此外，根据蒸汽性质，Pqb3.2MPa时为正值，Pqb3.2MPaMPa时为负值。因此，前者对起负反馈的作用，后者起正反馈的作用。ktpqb与两项因素的综合，结果是Pqb3.2MPa为负反馈性质，高压、超高压也是负反馈性质，Pqb=20MPa正负反馈差不多相互抵消，Pqb20MPa为正反馈性质。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学二、水位动态特性上述分析可看出，与变化都会引起水位变化。这种不是由于蒸发设备进出质量流量不平衡而引起的汽包水位变化称为“虚假水位”。例如，燃料量扰动0，使水冷壁产汽量增多，增大，汽包水位上升(图5—17曲线a)；同时使Gqb增大，根据Gqb=ktPqb原理，汽轮机调速汽阀开度不变下Pqb上升，蒸汽密度增大，水位下降(图中曲线6)；还由于Gqb增大，，使汽包水位下降(图中曲线c)，实际汽包水位(图中曲线h)是上述三种水位曲线的叠加。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学三、汽温动态特性锅炉运行证实，无论发生何种影响汽温因素的扰动，过热器或再热器出口汽温并不是立即变化，开始变化后也是从慢到快，然而再转向慢，昀后稳定在新的温度水平。图5—18表示过热器出口汽温典型动态特性曲线。汽温由初值到终值的变化曲线称为飞升曲线。曲线的拐点是汽温变化速度昀快的点，通过该点作一切线，与汽温初值和终值水平线相交，两交点之间的时间称为时间常数，从扰动发生点到时间常数开始点之间的时间称为延滞时间。技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学第五节状态参数调节汽包锅炉的状态参数是指汽压、汽温与汽包水位。下面进行分析状态参数调节的基本原理。关于单元机组的控制原理将在以后的章节中论述。一、汽压调节1．内扰与外扰由式(5—26)，是汽压变化的原因，分析的诸因素，可分为内扰和外扰两类。由锅炉外部原因引起的扰动称为外扰，它主要是汽轮机改变调速汽阀开度发生的进汽流量的变化(ktpqb)。由锅炉内部原因引起的扰动称为内扰，它主要是水冷壁吸热量的变化.技术比武讲义能源动力与机械工程学院华北电力大学在实际工作中，可从锅炉运行参数的综合分析来判断内扰和外扰。如果汽压与蒸汽流：量的变化方向是相反的，则是由于外扰引起的。例如，汽轮机调速汽阀开大，蒸汽流量增大，汽压下降；反之，汽