【正文】 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）熱電廠鍋爐過熱蒸汽溫度控制設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 1第一章 生產(chǎn)工藝概述 2 2 3 4第二章 過熱蒸汽溫度控制原理簡介 6 6 7第三章 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 10 10 10 10 10 11 11 11 1副控制器控制規(guī)律的選擇 1反作用的選擇 12總 結(jié) 14參考文獻 15第一章 汽溫控制系統(tǒng)的組成與對象動態(tài)特性本章將以330MW的單元機組鍋爐為例，通過研究其高溫、亞臨界壓力、中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛前后對沖燃燒、燃煤粉汽包爐，且汽輪機為單軸、三缸、兩排汽、再熱、凝汽沖動式，說明過熱器與再熱器在鍋爐中的位置及布置情況，從而全面掌握研究對象的生產(chǎn)過程，并熟悉其動態(tài)特性及分析影響汽溫變化的各種因素。 過熱器的分類及基本結(jié)構(gòu) 過熱器的分類過熱器可以根據(jù)它所采用的傳熱方式分為對流過熱器、半輻射過熱器及輻射過熱器三種。對流過熱器是放在爐膛外面對流煙道里的過熱器，它主要以對流傳熱方式吸收流過它的煙氣的熱量。半輻射過熱器也稱屏式過熱器，一般放在爐膛上部出口附近，它既吸收爐膛火焰的輻射熱，又以對流方式吸收流過它的煙氣的熱量。輻射過熱器是放在爐頂或爐墻上的過熱器，它基本上只吸收爐膛內(nèi)火焰和煙氣的輻射熱?，F(xiàn)代大容量高參數(shù)鍋爐的過熱器主要由對流過熱器，屏式過熱器，包覆過熱器，頂棚過熱器，聯(lián)箱及減溫器構(gòu)成。制造它們的材料一般都是合金鋼，有的還需用特種鋼來制造。（1）對流過熱器：布置在煙道內(nèi)，依靠熱煙氣對流傳熱的過熱器，稱為對流式過熱器。對流過熱器是由聯(lián)箱和很多細長的蛇形管束所組成。蛇形管可作立式或臥式布置。過熱器的進出口聯(lián)箱放在爐墻外部，起著分配和匯集蒸汽的作用。蛇形管與聯(lián)箱上的管接頭焊接在一起。大容量鍋爐的對流過熱器布置在煙溫很高的區(qū)域內(nèi)，其蒸汽溫度和管壁的熱負荷都很高。而蒸汽側(cè)放熱系數(shù)比省煤器中的水或蒸發(fā)受熱面中的汽水混合物的放熱系數(shù)都低的多，因此過熱器受熱面必須用具有良好的高溫強度特性的優(yōu)質(zhì)碳素鋼或含有鉻、鉬、釩的耐熱合金鋼制造。過熱器管子用什么材料制造，取決于它所處的工作條件?，F(xiàn)代鍋爐對流過熱器多采用立式布置，因為這樣可以采用簡單可靠的懸吊固定方法，而臥式過熱器的固定比較困難。立式布置的主要缺點，是停爐時積存在管內(nèi)的凝結(jié)水不易排出，容易引起蛇形管下部彎頭腐蝕。（2）輻射過熱器：輻射過熱器可布置在燃燒室四壁，也稱墻式或壁式過熱器，或布置在爐頂，稱頂棚過熱器，直接吸收輻射熱。在做墻式布置時輻射過熱器的管子可以布置在燃燒室四壁的任一面墻上，可以僅布置在燃燒室上部，也可以沿燃燒室高度全部布置；它可以集中布置在某一區(qū)域，也可以與蒸發(fā)受熱面管子間隔布置。在自然循環(huán)鍋爐中，輻射過熱器管子布置在燃燒室上部，能使管子避開熱負荷最高的火焰中心區(qū)域。但是這種布置會使水冷壁管的吸熱高度降低,可能影響水循環(huán)的安全性。如果輻射過熱器沿燃燒室全部高度布置，則處于火焰中心區(qū)的管子容易過熱燒壞。特別是升火過程中，為保證管子的冷卻必須采取從外界引進蒸汽等專門措施。在直流鍋爐中，情況有所不同，水冷壁上部都有一定的過熱度，相當(dāng)于輻射過熱器，由于上部爐溫較低，所以可保證安全。在國產(chǎn)自然循環(huán)鍋爐中，未采用墻式布置的輻射過熱器，而多采用布置在爐頂?shù)捻斉镞^熱器，受熱面為緊靠爐頂?shù)闹惫?，稱為頂棚管。這種過熱器的輻射傳熱作用較墻式過熱器為弱，但因處于較低的煙氣溫度場，工作比較安全可靠，與屏式過熱器和包覆過熱器配合使用，效果較好。（3）屏式過熱器和包覆過熱器除了上述兩種過熱器外，還有一種介于兩者之間的半輻射過熱器。最常用的半輻射過熱器是布置在燃燒室上部或出口處的高溫?zé)焻^(qū)內(nèi)的屏式過熱器。其結(jié)構(gòu)特征為幾排拉稀的管屏。屏式過熱器沿爐寬平行布置，管屏數(shù)目一般為8—16片，—2米，各跟管子之間的相對間距S2/，屏中并聯(lián)管子的數(shù)目為15—30跟。管屏懸掛在爐頂?shù)匿摿荷?，受熱后能自由的向下膨脹。為了保持各屏間的節(jié)距，可將相臨兩屏中的若干對管子彎繞出來互相夾持在一起，而各屏本身的管子也應(yīng)夾持在同一平面上。屏式過熱器布置在對流過熱器前面，以降低對流過熱器入口煙溫，避免對流過熱器結(jié)渣。屏式過熱器的汽溫變化特性介于輻射與對流過熱器之間，所以變化也比較平穩(wěn)。圖11是布置在不同煙溫區(qū)域內(nèi)的過熱器的汽溫特性示意圖。從圖中可以看出，當(dāng)鍋爐負荷從33%增加到滿負荷時，曲線1所示的屏式過熱器的汽溫變化非常平穩(wěn)，僅上升了10℃；曲線2和3所示的對流過熱器的汽溫上升了42℃和50℃；而曲線4代表的輻射過熱器的汽溫卻大幅下降了。由于屏式過熱器具有過熱汽溫平穩(wěn)的特點，在現(xiàn)代大型鍋爐上廣泛地采用了這種過熱器。為了得到較好的傳熱效果，最好把屏式過熱器布置在煙溫為950—1050℃的煙道中。屏式過熱器進口煙溫的選擇，應(yīng)保證燃料進入屏式過熱器前已燃盡，否則在屏區(qū)再燃燒會嚴重影響管屏的工作安全。根據(jù)已采用屏式過熱器的許多鍋爐運行實踐證明，它能夠在1000—1300℃煙溫區(qū)內(nèi)可靠工作，并具有良好的汽溫變化特性。 過熱器的基本結(jié)構(gòu)圖11 布置在不同煙溫區(qū)域內(nèi)的過熱器氣溫特性1布置在煙溫1200℃區(qū)域的屏式過熱器；3布置在煙溫為1000℃和900℃區(qū)域內(nèi)的對流過熱器；4布置在燃燒室內(nèi)的輻射過熱器300MW單元機組是現(xiàn)在是我國火力發(fā)電機組的主力型號，多采用亞臨界參數(shù)及中間再熱。330MW機組鍋爐的過熱器，具體結(jié)構(gòu)見圖14所示。此過熱器具有以下特點：由于過熱蒸汽參數(shù)高，需要布置更多受熱面，因此爐膛內(nèi)布置大量屏式過熱器。采用輻射式、半輻射式和對流過熱器聯(lián)合過熱系統(tǒng)，以獲得良好的過熱蒸汽溫度變化特性。低溫過熱器采用逆流布置，以便獲得較大的傳熱溫差，從而節(jié)約鋼材。 采用兩級噴水減溫，這樣做的目的有兩個，一是為了使汽溫調(diào)節(jié)更靈敏，減小熱慣性，二是為了保護過熱器。第一級噴水減溫器布置在前屏過熱器之后，調(diào)節(jié)量較大且調(diào)節(jié)惰性大，用來調(diào)節(jié)因負荷、給水溫度和燃料性質(zhì)變化而引起的汽溫變化，為粗調(diào)。另外它還有保護屏式過熱器和對流過熱器受熱面的作用。第二級噴水減溫器布置在高溫對流過熱器（末級過熱器）之前，這一級熱慣性小，可保證出口汽溫能得到迅速調(diào)節(jié)。減溫器共有四只，每級安裝兩只，每只噴水量為每級噴水量的一半。減溫水源為自制冷凝水。蒸汽流程為：飽和蒸汽由汽包引出后經(jīng)一部分頂棚過熱器進入側(cè)墻和后墻包覆過熱器，流出后在聯(lián)箱內(nèi)混合，進入低溫對流過熱器，出來后再經(jīng)過另一部分頂棚過熱器進入前屏過熱器，流出后經(jīng)過第一級噴水減溫器減溫，再進入后屏過熱器，流出后經(jīng)過第二級減溫器減溫，進入高溫對流過熱器完成最后一次過熱后，送往汽輪機。圖12 300MW機組過熱器系統(tǒng)圖1汽包；2前屏過熱器；3后屏過熱器；4頂棚過熱器；5側(cè)墻包覆過熱器；6后墻包覆過熱器；7低溫對流過熱器；8第一級減溫器；9第二級減溫器；10高溫對流過熱器 過熱蒸汽溫度控制的意義與任務(wù)鍋爐過熱蒸汽溫度是影響機組生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟性的重要參數(shù)?，F(xiàn)代鍋爐的過熱器是在高溫、高壓的條件下工作的，過熱器出口的過熱蒸汽溫度是機組整個汽水行程中工質(zhì)溫度的最高點，也是金屬壁溫的最高處。過熱器采用的是耐高溫高壓的合金剛材料，過熱器正常運行的溫度已接近材料所允許的最高溫度。如果過熱蒸汽溫度過高，容易損壞過熱器，也會使蒸汽管道、汽輪機內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過大的熱膨脹而毀壞，影響機組的安全運行。如果過熱蒸汽溫度過低，將會降低機組的熱效率，一般蒸汽溫度降低510℃，熱效率約降低1%，不僅增加燃料的消耗量，浪費能源，而且還將使汽輪機最后幾級的蒸汽濕度增加，加速汽輪機葉片的水蝕。另外，過熱汽溫的降低還會導(dǎo)致汽輪機高壓級部分蒸汽的焓值減小，引起反動度增大，軸向推力增大，也對汽輪機安全運行帶來不利的影響。所以，過熱蒸汽溫度過高或過低都是生產(chǎn)過程所不允許的。 過熱蒸汽溫度控制對象的動靜態(tài)特性 靜態(tài)特性鍋爐負荷與過熱汽溫的關(guān)系鍋爐負荷增加時，爐膛燃燒的燃料增加，但是，爐膛中的最高的溫度沒有多大的變化，爐膛輻射放熱量相對變化不大，因此爐膛溫度增高不大。這就是說負荷增加時每千克燃料的輻射放熱百分率減少，而在爐膛后的對流熱區(qū)中，由于煙溫和煙速的提高，每千克燃料的對流放熱百分率將增大。因此，對于對流式過熱器來說，當(dāng)鍋爐的負荷增加時，會使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值升高；輻射式過熱器則具有相反的汽溫特性，即當(dāng)鍋爐的負荷增加時，會使出口汽溫的穩(wěn)態(tài)值降低。如果兩種過熱器串聯(lián)配合，可以取得較平坦的汽溫特性，但一般在采用這兩種過熱器串聯(lián)的鍋爐中，過熱器出口蒸汽溫度在某個負荷范圍內(nèi)，仍隨鍋爐負荷的增加有所升高。過剩空氣系數(shù)與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系過?？諝饬扛淖儠r，燃燒生成的煙氣量改變，因而所有對流受熱面吸熱隨之改變，而且對離爐膛出口較遠的受熱面影響顯著。因此，當(dāng)增大過剩空氣量時將使過熱汽溫上升。給水溫度與汽溫關(guān)系提高給水的溫度，將使過熱汽溫下降，這是因為產(chǎn)生每千克蒸汽所需的燃料量減少了，流過過熱器煙氣也就減少了。也可以認為：提高給水溫度后，在相同燃料下，鍋爐的蒸發(fā)量增加了，因此過熱汽溫將下降。則是否投入高壓給水加熱器將使給水溫度相差很大，這對過熱汽溫有顯著的影響。燃燒器的運行方式與過熱汽溫的靜態(tài)關(guān)系在爐膛內(nèi)投入高度不同的燃燒器或改變?nèi)紵鞯臄[角會影響爐內(nèi)溫度分布和爐膛出口煙溫，因而也會影響過熱汽溫，火焰中心相對提高時，過熱汽溫將升高。 動態(tài)特性目前，火電機組廠廣泛采用噴水減溫方式來控制過熱蒸汽溫度。影響汽溫變化的因素很多，但主要有蒸汽流量、煙氣傳熱量和減溫水量等。在各種擾動下，汽溫控制對象是有煙池、慣性和自平衡能力的。蒸汽流量擾動下的蒸汽溫度對象的動態(tài)特性大型鍋爐都采用復(fù)合式過熱器，當(dāng)鍋爐負荷增加時，鍋爐燃燒率增加，通過對流式過熱器的煙氣量增加，而且煙氣溫度也隨負荷的增大而升高。這兩個因素都使對流式過熱器的氣溫升高。然而，當(dāng)負荷增加時，爐膛溫度升高的并不明顯，由爐膛輻射傳給過熱器的熱量比鍋爐蒸汽量增加所需熱量少，因此使輻射式過熱器出口溫度下降?？梢?，這兩種型式的過熱器對蒸汽流量的擾動的反映恰好相反，只要設(shè)計上配合得當(dāng)，就能使過熱其出口汽溫隨蒸汽流量變化的影響減小。因此在生產(chǎn)實踐中，通常把對流式過熱器與輻射式過熱器結(jié)合使用，還增設(shè)屏式過熱器，且對流方式下吸收的熱量比輻射方式下吸收的熱量多，綜合而言，過熱器出口汽溫是隨流量D的增加而升高的。動態(tài)特性曲線如圖13（a）所示。蒸汽流量擾動時，沿過熱器長度上各點的溫度幾乎是同時變化的，延遲時間較小，約為15s左右。圖13 在擾動下溫度的變化曲線煙氣側(cè)熱量擾動下蒸汽溫度對象的動態(tài)特性當(dāng)燃料量、送風(fēng)量或煤種等發(fā)生變化時，都會引起煙氣流速和煙氣溫度的變化，從而改變了傳熱情況，導(dǎo)致過熱器出口溫度的變化。由于煙氣傳熱量的改變是沿著整個過熱器長度方向上同時發(fā)生的，因此汽溫變化的遲延很小，一般在1525s之間。煙氣側(cè)擾動的汽溫響應(yīng)曲線如圖13（a）所示。它與蒸汽量擾動下的情況類似。蒸汽溫度在減溫水量擾動下的動態(tài)特性當(dāng)減溫水量發(fā)生擾動時，雖然減溫器出口處汽溫已發(fā)生變化，但要經(jīng)過較長的過熱器管道才能使出口汽溫發(fā)生變化，其擾動地點（過熱器入口）與測量蒸汽溫度的地點（過熱器出口）之間有著較大的距離，此時過熱器是一個有純滯后的多容對象。.動態(tài)曲線圖如圖13（b）所示。當(dāng)擾動發(fā)生后，要隔較長時間才能是蒸汽溫度發(fā)生變化，滯后時間比較大，滯后時間約為3060s。綜上所述，可歸納出以下幾點：（1）過熱器出口蒸汽溫度對象不管在哪一種擾動下都有延遲和慣性，有自平衡能力。而且改變?nèi)魏我粋€輸入?yún)?shù)（擾動），其他的輸入?yún)?shù)都可能直接或間接的影響出口蒸汽溫度，這使得控制對象的動態(tài)過程十分復(fù)雜。（2）在減溫水流量擾動下，過熱器出口蒸汽溫度對象具有較大的傳遞滯后和容量滯后，縮減減溫器與蒸汽溫度控制點之間的距離，可以改善其動態(tài)特性。（3）在煙氣側(cè)熱量和蒸汽流量擾動下，蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性比較好。 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理這里以330MW機組分散控制系統(tǒng)的過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)為例，對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理進行介紹。該330MW機組的過熱蒸汽溫度控制采用二級噴水減溫控制方式。過熱器設(shè)計成兩級噴水減溫方式，除可以有效減小過熱蒸汽溫度在基本擾動下的延遲，改善過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)外，第一級噴水減溫還具有防止屏式過熱器超溫、確保機組安全運行的作用。本機組過熱器一、二級噴水減溫器的控制目標就是在機組不同負荷下維持鍋爐二級減溫器入口和二級減溫器出口的蒸汽溫度為設(shè)定值。 過熱器一