【正文】 .......................................29 減小煙溫偏差的措施 ....................................................................................29 減少蒸汽側偏差的措施 ...............................................................................32 結 論 .........................................................................................................................32 致 謝 .........................................................................................................................33 參考文獻 .....................................................................................................................36 第 1 章 緒 論 1 第 1 章 緒 論 課題背景 隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，火力發(fā)電機組的裝機容量不斷增大， 300MW、600MW 機組已成為電網(wǎng)中的主力機組，這部分機組運行質(zhì)量的優(yōu)劣對整個電網(wǎng)運行的可靠性、經(jīng)濟性有著非常重要的影響。隨著機組容量的增大，鍋爐過熱系統(tǒng)因熱偏差引起的超溫爆管事故愈加頻繁，極大地影響了發(fā)電廠的安全、經(jīng)濟運行。 目前，我國大型電站的過熱系統(tǒng)存在兩個突出的問題 [2]:一是某些機組的受熱面管子因超溫頻頻發(fā)生爆管事故，嚴重威脅機組的安全運行；二是某些機組的過熱器雖然沒有發(fā)生爆管事故，但是由于設計時采用了高質(zhì)量流速，整體采用高檔合金鋼，使得機組制造成本增加以及機組運行經(jīng)濟性變差。我國許多鍋爐制造廠普遍采用原蘇聯(lián)熱力計算標準方法來計算壁溫，這種方法對于過去容量小、參數(shù)低的鍋爐機組來說，計算結果還比較正確，但是對于現(xiàn)代大容量、高參數(shù)的電站鍋爐來說，不可避免地帶來一些問題。 正是由于大型機組具有上述特點，原有的熱偏差及壁溫計算方法已不適應。因此，分析研究鍋爐高溫受熱面產(chǎn)生熱偏差的機理與原因，改善原有的熱偏差計算方法，以便獲得高溫受熱面管子的真實壁溫，從根本上采取相應措施，減少或防止高溫受熱面的超溫爆管事故的發(fā)生，具有非常重要的實際意義 [3]。但是由于爐內(nèi)環(huán)狀氣流螺旋上升至爐膛出口時存在較大的殘余旋轉造成沿煙道寬度方向的煙速 煙溫偏差，以及因集箱聯(lián)接方式、渦流等原因造成的并聯(lián)管屏流量分布不均和同屏各管吸熱不均，經(jīng)常引起受熱面局部超溫爆管事故的發(fā)生。就爐內(nèi)氣流殘余旋轉引起的煙速煙溫偏差問題，許多學者采用模化試驗和數(shù)值模擬的方法，進行了大量的實驗研究和技術攻關，對爐側引起熱偏差的機理有了進一步的認識，并獲得一些通過優(yōu)化燃燒系統(tǒng)減小熱偏差的可行性方案。對于帶等徑三通結構集箱中蒸汽的渦流問題，國內(nèi)做了初步的試驗研究，由于其復雜性，還有待進一步地深入研究。國外對這些問題雖開展過一些工作，但涉及的廣度和深度有限。綜合考慮引起熱偏差的各種因素，準確計算管子出口汽溫和危險部位的壁溫，是過熱器和再熱器超溫爆管事故分析 、改造的技術關鍵；同時，也是鍋爐制造廠家提高鍋爐設計水平的重要環(huán)節(jié) [4]。 （ 2）蒸汽側流量偏差的因素分析，包括受熱面集箱引入、引出方式不當造成的屏（片）間流量偏差和同屏各管圈因阻力特性不同引起的流量分配不均以及因吸熱不均引起的流量不均。 ，提出減小受熱面熱偏差、防止超溫爆管的相對措施，并論證其可行性。具體思路如下： ，結合大型實例鍋爐，進行分析、計算、驗證。 ，利用實測數(shù)據(jù)，檢驗計算結果的正確性，并完成本課題的剩余工作。 (2) 一個管組沿煙道寬度各片屏的蒸汽流量的偏差 , 這是由進出口集箱中蒸汽靜壓的變化所造成的 。 例如一片管屏的外圈管長度最長 ,同時外圈管子口徑又與其它管子相同 , 則流量最小 。 (4) 一片屏中各根管子的吸熱量的偏差 , 這是由每根管子各個管段吸收屏前、屏后及屏間煙氣的輻射熱量以及對流熱量的偏差所引起 。如果屏前煙氣的煙溫高、黑度大 , 外圈管的總吸熱量就會增大很多 。 以上 5 個因素中 , 只有第 1 個因素與燃燒系統(tǒng)的設計及運行 2 方面都有關。 除了上述引起熱偏差的設計及結構方面的原因外，在鍋爐機組的運行過程中，一些非正常的運行狀況也會引起熱偏差現(xiàn)象或加劇熱偏差的幅度，例如火焰中心偏移、煤種變化、燃燒不正常、高壓加熱器切除、過量空氣系數(shù)過高等原因都可能使對流煙道中的煙 溫升高，使過熱器的噴水量增加，造成噴水點前各級受熱面的介質(zhì)溫度高于設計值。 過熱器熱偏差的概念敘述 由于設計和運行等因素的影響，在過熱器、再熱器管組中并聯(lián)各根管子吸熱量、介質(zhì)流量及管子阻力系數(shù)存在差別，使得各根管子中的蒸汽焓增也就各不相同，于是管子內(nèi)工質(zhì)溫度亦不相同，這種現(xiàn)象就稱為過熱器和再熱器的熱偏差。管子焓增等于管組平均焓增的管子稱為平均管；焓增大于管組 第 2 章 過熱器系統(tǒng)的熱偏差理論分析 5 平均焓增的管子， 稱為偏差管。 如以角標 1 和 2 分別表示管圈進出口的數(shù)值，則有： poooo GHqhhh ???? 102 ppppp GHqhhh ???? 12 (22) 其中： oq 、 oH oG — 分別表示管組受熱面的外幣平均熱負荷、平均受熱面積和平均工質(zhì)流量； pq 、 pH 、 pG — 分別表示偏差管受熱面的外壁熱負荷、受熱面積和工質(zhì)流量。 煙氣側熱偏差的原因 四角切向燃燒鍋爐是我國目前大型火電廠的主要爐型，這種爐型憑其爐內(nèi)火焰充滿度高、風粉混合強烈、煤種適應性強、煤粉燃盡度 高等系列優(yōu)點被普遍采用。研究發(fā)現(xiàn)其對流煙道左右兩側的煙溫偏差非常明顯，多數(shù)鍋爐煙溫偏差達到 100℃以上，有的甚至高達 270℃以上 [8]。而引起對流煙道煙速煙溫偏差的一個重要原因就是爐膛出口存在的殘余旋轉。 東北電力大學本科畢業(yè)論文 6 煙速偏差形成機理 由爐內(nèi)氣流流動特點知道，進入屏區(qū)的氣流軸向上升速度沿爐寬方向 基本上是左右對稱的，左右兩側速度高，中部速度低， 這樣進入屏區(qū)中間通道的氣流流量小，流速低，而進入屏區(qū)左右兩側通道的氣流流量大，流速高[16~17]。而右側氣流由于切向速度方向指向爐后，氣流在進入屏區(qū)后上升很短的高度就進入對流煙道，相對左側氣流而言，右側氣流發(fā)生了“短路”。因此，對流煙道內(nèi)形成左右兩側煙氣速度偏差的根本原因是由于爐膛上升旋轉氣流的殘余旋轉導致煙氣在屏區(qū)左右兩側的流動差異，造成了煙氣速度沿爐膛高度和寬度方向上的不均性[8]。大量鍋爐局部超溫分析表明，煙溫偏差是造成受熱面超溫爆管的一個主要原因，因此有必要對影響煙溫偏差大小的因素進行一定的分析。但若 a/b 時，射流兩側的補氣條件就會發(fā)生顯著的差異，射流卷吸煙氣后將使兩側的壓力差別也大，從而使射流偏斜，不但燃燒的實際切圓直徑增大，而且火焰中心也易發(fā)生偏移，爐內(nèi)四面水冷壁的熱負荷分布不均變大；加之爐膛出口氣流殘余扭轉增大，煙道中煙速煙溫偏差增大，使煙道中的過熱器再熱器的汽溫偏差增大。此外，煙溫偏差的大小與爐膛深度和水平煙道高度的比值也有一定的關系。切圓直徑增大，有利于煤粉氣流著火和燃盡，但過大的切圓直徑易使氣流偏斜貼壁，殘余旋轉過大，使煙溫、汽溫偏差增加。 [10] (1)運行方式 (2)燃燒煤種偏離設計煤種 (3)一、二次風配風比 (4)燃燒器四角風粉不均勻 (5)煤粉細度 (6)三次風的影響 （ 7）負荷變化快慢 由于電網(wǎng)調(diào)度的需要，機組負荷經(jīng)常進行大幅度變化，如果燃燒器層數(shù)及磨煤機投、停調(diào)整不當，會造成著火推遲和火焰中心上移等問題，使爐膛出口煙溫上升，加劇爐膛出口的煙溫偏差。 東北電力大學本科畢業(yè)論文 8 蒸汽側流量偏差原因 國內(nèi)人員 對引起受熱面工質(zhì)流量分布不均原因的研究進行得比較早，取得了較為成熟的理論成果，并運用于實踐。 （ 3）由熱效 應引起的流量分配不均。從式 可以看出，壓差與阻力系數(shù)一定時，工質(zhì)比容與流量的平方成反比。 從以上概述可以知道，沿煙道寬度上各排管子之間流量的分布主要取決于進出口集箱中沿軸向方向上靜壓的分布和各排管子幾何特性的偏差以及由熱偏差引起的工質(zhì)比容偏差。 引起屏間流量偏差的原因 許多電站鍋爐過熱器和再熱器管組的分配、匯流集箱直徑設計的太小或引入引出方式不當，且大型鍋爐的集箱長度較長，蒸汽在集箱軸向方向上的靜壓發(fā)生較大的變化而造成非常大的屏（片）間流量偏差。 大型鍋爐為簡化系統(tǒng)或減小集箱長度方向流量分布不均，多采用徑向引入、引出的三通聯(lián)接方式。這種集箱中的靜壓變化比較復雜，各管子流量偏差系數(shù) 1? 的計算比較繁瑣。由于該類集箱內(nèi)靜壓分布比較復雜 ，還有待進一步的研究 [13]。由于同一管屏中各套管長度、管徑及材質(zhì)不同，各管的阻力系數(shù)不同，從而使各管的流量不同 [14]。 從表達式可以看出，管子長度、內(nèi)徑或管材不同時，管子阻力系數(shù)是不同的。因此，即使并聯(lián)各管的長度、內(nèi)徑以及局部阻力相同時，材質(zhì)不同流量也會不同 [15]。但是由于同屏各管具有顯著的長度偏差、內(nèi)徑偏差或管材差異，從而引起的管間流量偏差則是不應忽視的。 大型鍋爐的對流過熱器由于集箱中蒸汽流速高，動壓頭大，不論是幾個管系之間，一個管系中的各管組之間，還是一個管組中的各并聯(lián)管子之間，都可能由于集 箱中的靜壓變化過大產(chǎn)生較大的流量偏差。因此，再熱器管組非常容易產(chǎn)生由集箱靜壓變化所造成的流量偏差。因此，準確計算過熱器受熱面熱偏差大小及管子壁溫就尤為重要。原有壁溫計算方法的不足有以下幾點 [18]： （ 1）原方法認為蒸汽流量最小的管子正好熱負荷最大，而實際運行實踐證明，情況并非如此； （ 2）在計算校核點的平均汽溫時，沒有考慮到各管段吸熱能力的不同，即取傳熱系數(shù)為定值； （ 3）在確定計算點周向平均熱負荷時，沒有考慮到管束前 煙氣空間的影響。國內(nèi)人員對熱偏差和壁溫計算方法進行了不斷的研究和改進，并取得了一定的成效。這些理論的可行性有待進一步研究和論證。 熱負荷不均系數(shù)計算 由熱偏差的成因知，受熱面管組及并聯(lián)管子接受的熱負荷分布不均是產(chǎn)生屏間及同屏熱偏差的一個主要因素。在吸熱不均系數(shù)計算中，就幾個比較重要的方面進行分析。爐膛出口沿寬度方向熱負荷不均系的計算公式為 [20]： 7 1 9 4 1 5 8 234 ?????? XXXXkr? （ 31） 式 中 X 代表爐膛相對寬度。對流煙道中沿寬度的吸熱不均勻系 數(shù)kr? 與下列因素有關[21]： 圖 31 切向燃燒固態(tài)排渣煤粉爐爐膛出口 kr? （ 1）鍋爐寬度愈寬，沿煙道寬度的煙溫偏差愈大，熱負荷最高處的吸熱不均勻系數(shù) kr? 值愈大； （ 2）沿煙氣流程熱力不均勻性逐漸減小，即隨著煙氣平均溫度的降低，吸熱不均勻系數(shù)的最大值 krmax,? 逐漸減??； （ 3）隨煙氣與介質(zhì)之間的溫壓 t? 減小，吸熱不均系數(shù) krmax,? 增大； （ 4）一般來說，切向燃燒方式沿煙道寬度的吸熱不均勻分布曲線比較固定，可能是中間高兩側低，曲線沿煙道中心對稱分布，如圖 32（ a）的曲線 1，或者熱負荷最高點位置偏向煙道某側 ,如圖 32（ a）中的曲線 2；也可能是呈馬鞍型的如 32（ b）曲線 [22]。隨著鍋爐容量的增加，如 300MW 和 600MW 機組鍋爐，切向燃燒方式的爐膛出口煙速煙溫的偏差加劇，爐膛出口煙溫偏差有的高達 100℃以上。 令煙道寬度為 a，坐標原點定位在煙道左端處，絕對坐 標 x 的相對坐標為 X=x/a，由第二章的內(nèi)容知道，沿煙道寬度的吸熱不均系數(shù) krmax,? 分布函數(shù)為： EDXCXBXAXEaxDaCaxBaxAk??????????????????????????????????334234rxx? （ 32） 若過熱器再熱器沿煙道寬度沒有分成幾段，可認為集箱長度 L=a。 （ 1） 0/ ?? axX 時， 1??r? ； （ 2） 1/ ?? axX 時， 2??r? ； （ 3） maxX ?? / 時， ???r ； （ 4） maxX ?? / 時 ，曲線在此處具有極大值，曲線在此處的斜率為零，即 0/ ?dXd krx? ； （ 5） 曲線下面積應等于 1，即積分 110?? dXkrx? 利用五個已知條件可得以下方程組 ????????????????????????????????12