【導讀】本次畢業(yè)設計(論文)的題目是鐵嶺電廠300MW機組再熱氣溫控制系統(tǒng)設計。長期穩(wěn)定處于協(xié)調(diào)控制的方案。升溫，然后再送入汽輪機中、低壓缸繼續(xù)做功。采取蒸汽中間再熱可以提高電廠循環(huán)熱效。率，降低汽輪機末端葉片的蒸汽濕度，減少汽耗等。發(fā)電機組廣泛采用了蒸汽中間再熱技術。力設備的安全，發(fā)揮機組的運行效率，提高電廠的經(jīng)濟性。保持再熱器出口蒸汽溫度在動態(tài)過程中處于允許的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時等于給定值?；蚋淖?nèi)紵鳎ɑ鹱欤┑膬A斜角度。

　　

【正文】 拉伸應力，汽包進行冷卻，過程與之相反，即內(nèi)壁溫度低于外壁溫度，內(nèi)壁產(chǎn)生拉伸應力，外壁產(chǎn)生壓縮應力。此外，在鍋爐啟動過程中，汽包的汽 空間和水空間的壁溫是不一樣的，為了保證汽包的安全運行，必須采取以下措施：（ 1）嚴格控制汽包溫差，防止內(nèi)外壁溫差過高引起過大的溫度應力；（ 2）汽包 采用 環(huán)形夾套結構；（ 3）鍋爐起停初期，適當?shù)倪M水與放水，可以保證汽包各部分受熱均勻，促進鍋內(nèi)水循環(huán)的建立。在升火過程中，汽包的上半部的壁溫高于下半部壁溫；在停爐冷卻過程中，仍然是汽包上半部溫度高，下半部溫度低，而形成溫差。維持汽包正常和平穩(wěn)的水位是自然循環(huán)鍋爐安全運行的重要措施之一。對于亞臨界自然循環(huán)鍋爐，汽包水位的選取是既要保證高水位 使 汽包具有足夠的蒸汽空間，避免 蒸汽帶水，保證蒸汽品質(zhì)；也要保證低水位時距下降管入口亦有充分的高度，避免下降管帶汽。 飽和蒸汽的品質(zhì)在很大程度上取決于爐水的含鹽濃度，為了保證合格的蒸汽品質(zhì)，必須將爐水的含鹽濃度維持在合理的范圍內(nèi)，就要將部分含鹽較濃的爐水排出，并補充一些較為清潔的給水，這就是所謂的鍋爐排污。汽包鍋爐的排污有連續(xù)排污和定期排污，連續(xù)排污是連續(xù)不斷的排出一部分爐水，使爐水含鹽濃度不致過高；爐水中可能有沉渣和鐵銹，為防止這些雜質(zhì)在水冷壁管沉積和堵塞，所以經(jīng)過一段時間后必須把這些雜質(zhì)排出，這就是所謂的定期排污，由于雜質(zhì)多沉積在汽水 系統(tǒng)的較低處，因此定期排污一般從水冷壁的下聯(lián)箱引出，間斷進行。 3． 尾部受熱面： 省煤器和空氣預熱器布置在鍋爐對流煙道的最后或?qū)α鳠煹赖南路?，進入這些受熱面的煙氣溫度已不高，故常把這兩個部件統(tǒng)稱為尾部受熱面或低溫受熱面。在承受壓力的受熱面中，省煤器的金屬溫度最低；在整個鍋爐機組受熱面中，空氣預熱器金屬溫度最低。由于金屬受熱面溫度低，煙氣中的水蒸氣和硫酸蒸汽有可能在管壁上凝結，從而導致金屬產(chǎn)生低溫腐蝕。另外，夾帶大量溫度較低而較硬的灰粒的煙氣以一定速度沖刷受熱面時，還會造成受熱面的飛灰磨損和積灰。因而腐蝕 、積灰和磨損稱為低溫受熱面運行中突出的問題。 省煤器是利用鍋爐尾部煙氣的熱量來加熱給水的一種熱交換設備，它可以降低排煙溫度，提高鍋爐效率節(jié)省燃料。由于給水在進入蒸發(fā)受熱面之前，現(xiàn)在省煤器內(nèi)加熱，這樣就減少了 水在蒸發(fā)受熱面內(nèi)的吸熱量，因此采用省煤器可以取代部分蒸發(fā)受熱面。 同時，省煤器的結構比蒸發(fā)受熱面簡單，造價也較低。此外，給水經(jīng)過省煤器后，提高了進入汽包的給水溫度，減少了給水與汽包壁之間的溫差，從而使汽包的若應力降低，因此，省煤器的作用不僅 是 省煤，實際上已成為現(xiàn)代鍋爐中不可缺少的一個組成部件。 4． 空氣 預熱器： 空氣預熱器也是一個利用尾部煙道中煙氣的余熱來加熱空氣的熱交換設備，在電站鍋爐中，它已成為一個不可或缺的重要組成部分。空氣通過空氣預熱器后送入爐膛，由于送入爐內(nèi)的空氣溫度提高，可使爐膛溫度得到相應的提高，可使燃料迅速著火，改善或強化燃燒，保證低負荷下著火的穩(wěn)定性；在現(xiàn)代大型鍋爐中，由于給水的回熱加熱，給水溫度已經(jīng)提高很多，利用溫度比給水溫度低很多的空氣冷卻煙氣，可進一步降低排煙溫度，減沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 20 少排煙損失；送入爐膛熱空氣溫度提高，可增強爐內(nèi)的輻射傳熱；熱空氣還可作為制粉系統(tǒng)中的干燥劑。 空氣預熱器受熱面積灰 后，由于灰的熱阻較大，因而使傳熱惡化，排煙溫度升高，排煙熱損失增大，鍋爐效率降低；同時積灰使受熱面氣流通道縮小，引起流動阻力及風機電耗的增大；積灰還會加劇受熱面的低溫腐蝕。飛灰顆粒組成成分、煙氣流動工況、煙速、受熱面金屬溫度等都是影響積灰的因素。采取適當?shù)臒煔饬魉佟⒉扇∏袑嵱行У姆栏g措施、合理組織和調(diào)整燃燒，保持一定的過量空氣系數(shù)、裝設吹灰器屏定期進行空氣預熱器的吹灰、切實做好防爆防漏工作等都是防止積灰的有效措施。 5． 鍋爐汽壓的調(diào)整： 鍋爐運行時主蒸汽壓力的控制是通過鍋爐出力與汽輪機蒸汽進汽量的平 衡來實現(xiàn)的，當兩者平衡時，對于定壓運行的機組，便能穩(wěn)定工況、變工況或各種擾動下均保持主蒸汽壓力的穩(wěn)定；對于變壓運行的機組，便能始終保持主蒸汽壓力按負荷對應的關系進行變化。 鍋爐在運行時，汽壓總是被作為被監(jiān)視和控制的主要參數(shù)之一，汽壓降低會減少蒸汽在汽輪機中膨脹作功的焓降，使蒸汽 做 功能力降低，在外界負荷不變情況下，汽耗量也隨之增大，從而降低發(fā)電廠的經(jīng)濟性；同時汽輪機的軸向推力增加容易發(fā)生推力軸瓦燒壞等事故。如果蒸汽壓力降低過多會使汽輪機被迫不能保持額定負荷。汽壓過高，使汽輪機轉(zhuǎn)子以及汽缸、鍋爐承壓管道 的 機械應 力過大，將危及機爐和蒸汽管道的安全。鍋爐汽壓高低對于汽包水位、汽溫等主要運行參數(shù)也有很大影響，當汽壓降低由于對應的飽和溫度降低，使部分爐水蒸發(fā)，會引起爐水體積膨脹，故汽包水位要上升，反之則爐水體積要收縮，汽包水位下降，引起虛假水位。汽壓變化對汽溫的影響，一般是汽壓升高時，過熱蒸汽的溫度也升高，這是因為，當氣壓升高時對應的飽和溫度的焓值增大，在燃料消耗量未改變時，鍋爐的蒸發(fā)量要瞬間減小，在傳熱系數(shù)傳熱面積和傳熱溫壓基本不變的情況下，平均每公斤蒸汽的吸熱量必然增大，導致過熱蒸汽溫度升高。 汽壓變化的速度表明了鍋 爐保持及恢復汽壓的能力，汽壓的變化速度影響因素是：負荷的變化速度、鍋爐的儲熱能力及燃燒設備的慣性等。負荷變化是主動也是影響最大的因素，負荷變化速度越快，引起汽壓變化的速度也越快，對于單元制機組而言，汽輪機負荷的變化幅度將直接影響鍋爐主蒸汽壓力的變化。鍋爐儲熱能力是指當外界負荷變化而燃燒工況不變時，鍋爐能夠放出或者吸收熱量的能力，鍋爐的儲熱能力對汽壓的變化是一個緩沖作用。燃燒設備的慣性是指從燃料量開始變化到爐內(nèi)建立新的熱負荷所需要的時間，在鍋爐運行時，燃燒設備慣性越大，負荷變化時，汽壓變化的速度就越慢。 汽壓 變化反應了鍋爐蒸發(fā)量與外界負荷之間的平衡，由于外界負荷、爐內(nèi)燃燒工況、換熱情況以及鍋爐內(nèi)工作情況經(jīng)常變化，引起鍋爐蒸發(fā)量的不斷變化，所以汽壓的變化與波動是必然的，汽壓穩(wěn)定只是相對的。引起鍋爐汽壓的變化原因很多，主要有兩方面：一是鍋爐內(nèi)部因素一是鍋爐外部因素。外部因素是指非鍋爐設備本身的原因造成的擾動，主要有外界負荷的變化；高壓加熱器因故障退出運行；給水壓力變化。內(nèi)部因素主要是指爐內(nèi)燃燒工況的變動和鍋爐內(nèi)工作情況的異常。當外界負荷不變時，汽壓的穩(wěn)定主要取決于爐內(nèi)燃燒工況，此外，鍋爐換熱狀況的改變也會影響汽壓的 穩(wěn)定。 6． 蒸汽溫度的調(diào)整及控制： 過熱器出口汽溫是蒸汽質(zhì)量的重要指標之一，過熱蒸汽汽溫過高，會加快金屬材料的300MW 發(fā)電 機組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設計 21 蠕變，還會使過熱器蒸汽管道汽輪機高壓部分產(chǎn)生額外的熱應力，從而縮短設備的使用壽命。汽溫過低，會使汽輪機最后幾級的蒸汽濕度增加，對葉片的侵蝕作用加劇。嚴重時還會發(fā)生水沖擊。當壓力不變時汽溫加大，蒸汽的熱焓必然減少，蒸汽的作功能力將減少，汽耗必然增加，電廠經(jīng)濟性降低。 沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 22 4 再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 火電廠再熱汽溫控制系 統(tǒng)概述 再熱蒸汽溫度控制的意義與任務 在大容量、高參數(shù)機組中，新蒸汽在汽輪機高壓缸內(nèi)膨脹做功后，需送回到鍋爐再熱器中加熱升溫，然后再送人汽輪機中、低壓缸繼續(xù)做功。這樣可以提高機組的循環(huán)效率，并防止汽輪機末級蒸汽帶水，減少汽耗，提高熱經(jīng)濟性。提高再熱蒸汽溫度對于提高循環(huán)效率是十分重要的，但受金屬材料的限制，目前一般機組的再熱蒸汽溫度都控制在 560℃以下。另一方面，在鍋爐運行中，再熱器出口溫度更容易受到負荷和燃燒工況等因素的影響而發(fā)生變化，而且變化的幅度是相當大的，如果不進行控制，可能造成中壓 缸轉(zhuǎn)子與汽缸產(chǎn)生較大的熱變形，引起汽輪機振動，造成事故。因此，再熱器出口蒸汽溫度的控制成為大型火力發(fā)電機組不可缺少的一個控制項目。 再熱蒸汽溫度控制的意義與過熱蒸汽溫度控制一樣，是為了保證再熱器、汽輪機等熱力設備的安全，發(fā)揮機組的運行效率，提高電廠的經(jīng)濟性。再熱汽溫控制系統(tǒng)的任務是保持再熱器出口蒸汽溫度在動態(tài)過程中處于允許的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時等于給定值。 再熱蒸汽的特點 在電力工業(yè)的長期發(fā)展過程中，通過蒸汽的初參數(shù)不斷變化來提高電廠的循環(huán)熱效率。但蒸汽溫度的進一步提高受到高溫鋼材的限制，現(xiàn)大多 數(shù)電站鍋爐的過熱汽溫維持在540555 度的水平，僅提高壓力而不相應的提高過熱蒸汽的溫度，會使蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹終止時的濕度過高，從而影響汽輪機的安全運行。再熱循環(huán)的利用一方面可以進一步提高循環(huán)的熱效率（采用一次再熱可使循環(huán)效率提高 4%— 6%，二次再熱可提高 6%— 8%），另一方面可以把汽輪機末級葉片的蒸汽溫度控制在允許的范圍內(nèi)。 蒸汽參數(shù)的提高使水的蒸發(fā)熱減少，過熱熱增加，使鍋爐受熱面的布置發(fā)生變化，為增加爐內(nèi)吸熱量，在爐內(nèi)除布置蒸發(fā)受熱面外，還要布置過熱受熱面，因此再熱器的低溫級在爐內(nèi)以壁式再熱器或屏式再 熱器形式存在，高溫再熱器一般采用對流式。由于再熱器是加熱壓力較低的蒸汽，且所加熱的蒸汽為在高壓缸內(nèi)作功的蒸汽，故與過熱蒸汽相比有以下特點： （ 1） 再熱器的工作條件較差 由于再熱蒸汽壓力低，在相同的蒸汽流速下，管內(nèi)壁對再熱蒸汽的放熱系數(shù)比過熱蒸汽小得多（對于鐵嶺發(fā)電廠 1021T/H 亞臨界壓力鍋爐，在額定工況時的再熱蒸汽放熱系數(shù)僅為過熱蒸汽的 20%左右），所以再熱蒸汽對管壁的冷卻能力差，即在受熱面負荷相同的情況下，管壁與蒸汽間的溫差較過熱器大。 （ 2） 再熱器系統(tǒng)的阻力對機組的熱效率有較大影響 再熱器的位置使 該系統(tǒng)的阻力對蒸汽在汽輪機內(nèi)的有效焓降有很大影響，從而使熱耗300MW 發(fā)電 機組再熱 汽 溫控制系統(tǒng)設計 23 和熱效率相應減小，降低阻力既降低流速又會使通流面積過大，金屬耗量加大。 （ 3） 再熱器對汽溫偏差比較敏感 因蒸汽比熱隨壓力降低而減少，再熱蒸汽的壓力遠比過熱蒸汽低，所以在相同的熱偏差條件下，在偏差管與平均管的焓增差相同的情況下，所引起的出口汽溫偏差比過熱蒸汽大。從改善熱偏差的角度看，應在再熱器系統(tǒng)中增加混合交叉次數(shù)，但要考慮流動阻力加大的負面影響，鐵嶺電廠僅在低溫再熱器和高溫再熱器間采用一次交叉換熱。 （ 4）運行工況變化對再熱汽溫影響較大 當運行工 況變化時（如鍋爐出力、過量空氣系數(shù)、火焰中心位置等）將使受 熱面的吸熱量及蒸汽的焓增發(fā)生相應的變化，從而使出口汽溫的變化，在焓增相同的情況下，再熱汽溫的變化量要比過熱蒸汽大。 （ 5）運行方式對汽溫的影響較大 再熱器一般安裝在以對流熱交換為主的鍋爐煙道內(nèi)，所以再熱汽溫受煙氣流量及煙溫的影響較大，同時再熱汽溫又受汽輪機高壓缸排汽壓力和溫度的影響，對定壓運行而言這種影響很大，變壓運行時由于調(diào)門處于全開或部分全開，使流量、溫差等因素均有利于維持主汽溫和再熱溫度，故溫度變化較小。當定壓運行時，一般負荷每降低 1%，再熱汽 溫降低近 1%度。 再熱蒸汽溫度的影響因素 影響再熱蒸汽溫度的因素很多，例如機組負荷的大小，火焰中心位置的高低，煙氣側(cè)的煙氣溫度和煙速 (煙氣流量 )的變化，各受熱面積灰的程度，燃料、送風和給水的配比情況，給水溫度的高低，汽輪機高壓缸排汽參數(shù)等，其中最為突出的影響因素是負荷擾動和煙氣側(cè)的擾動。 由于再熱蒸汽的汽壓低，重量流速小，傳熱參數(shù)小，所以再熱器一般布置在鍋爐的后煙井或水平煙道中，它具有純對流受熱面的汽溫靜態(tài)特性 —— 單位重量工質(zhì)的吸熱量隨負荷的下降而降低。而且，當機組蒸汽負荷變化時，再熱蒸汽 溫度的變化幅度比過熱蒸汽溫度的變化幅度要大，上例如，某機組負荷降低 30％時，再熱蒸汽溫度下降 28— 35℃，差不多是負荷每降低 1％再熱蒸汽溫度下降 1℃。因此，負荷擾動對再熱汽溫的影響最為突出。 由于煙氣側(cè)的擾動是沿整個再熱器管長進行的，所以它對再熱蒸汽溫度的影響也比較顯著。但煙氣側(cè)的擾動對再熱蒸汽溫度的影響存在著管外至管內(nèi)的傳熱過程，所以它的影響程度次于蒸汽負荷的擾動。 再熱蒸汽溫度控制的方法手段 再熱汽溫的控制一般以煙氣側(cè)控制為主要控制手段，可采用的煙氣控制方法有：改變煙氣再循環(huán)流量、變換 煙氣擋板位置來改變通過再熱器的煙氣分流量、改變?nèi)紵鞯膬A斜角度來改變火焰中心位置、采用多層布置圓型燃燒器等。此外，還可以采用微量噴水和事故噴水來配合減溫。 沈陽工程學院畢業(yè)設計（論文） 24 (1) 采用煙氣再循環(huán)控制再熱汽溫的自動控制系統(tǒng) 煙氣再循環(huán)法是利用煙氣再循環(huán)風機，將部分煙氣從省煤器后抽出，再從爐底冷灰斗外送入爐膛，形成再循環(huán)煙氣流量。低溫煙氣送入爐膛底部可降低爐膛溫度，以減少爐膛的輻射傳熱，從而提高爐膛出口煙氣的溫度和流速，使再熱器的對流傳熱加強，達到調(diào)溫的目的。例如，當負荷降低而使再熱汽溫降低時，可通過開大再循環(huán)風機的出口擋 板來增加再循環(huán)煙氣的流量，使再熱汽溫升高，煙氣再循環(huán)裝置如圖 。煙氣再循環(huán)對主汽溫產(chǎn)生正向影響，即調(diào)高再熱汽溫時，同時主汽溫度升高。另外，煙氣再循環(huán)對主蒸汽壓力和蒸汽流量也要造成擾動，如圖 所示。若由于某種原因使再熱汽溫升高，這時起升溫作用的煙氣再循環(huán)裝置顯然是不需要投入的，只能用事故噴水進行再熱汽溫控制。當再循環(huán)設備停用時應自動打開熱風門，引入壓力稍高的熱風將爐膛煙氣封鎖