锅炉运行调节与优化

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1、第十二章 锅炉运行调节与优化n参数变化，维持锅炉机组的安全经济运行n任务：适应外界负荷的变化；维持正常水位；维持蒸汽参数；保持汽水品质；经济燃烧，减少损失。第一节 直流锅炉的运行特性n直流锅炉和汽包锅炉不同，受热面没有固定 的加热、蒸发和过热过程的明确分界线，其 运行特性和汽包锅炉不同。直流锅炉的概念 可以简单地定义为只有一根管子的锅炉，泵 将水从管子的一端送入，管子放在火焰中加 热，水在管内被加热成蒸汽，从另一端流出 。管子的输出是给水流量和燃料加热量的函 数。 一、直流锅炉静态特性1主蒸汽温度静态特性n直流锅炉用煤水比来表示汽温的静态特性。 燃料量和给水量的比值称为煤水比。在煤质 、给水温

2、度和锅炉效率不变的前提下，煤水 比不变，则过热蒸汽温度不变。煤水比提高 ，燃料量增加，过热汽温上升；煤水比下降 ，过热汽温降低。 n如果考虑不同负荷下锅炉效率等参数的变化 ，煤水比应针对负荷进行修正，以便运行时 控制汽温。如锅炉效率下降，应增大煤水比 ，即单位质量的水要消耗更多的燃料。n如果煤质特性变化，也应修正煤水比。如煤 的发热量增加，煤水比应相应下降。给水温 度提高，应减小煤水比。 2主蒸汽压力静态特性n直流锅炉的主蒸汽压力主要由燃料量和给水 参数影响。 （1）与燃料量的关系n如果汽轮机调节汽门开度不变，燃料量增加 ，蒸汽压力升高。燃料量减少，压力降低。 （2）与给水流量的关系n如果汽轮

3、机调节汽门开度不变，基本规律是 ：给水量增加，蒸汽压力升高。给水量减少 ，压力降低。 二、直流锅炉动态特性 燃料量扰动 给水量扰动汽机调门开度扰动第二节 直流锅炉运行特性一、直流锅炉参数调节的特点n直流锅炉与汽包锅炉相比，其参数调节的主 要特点是：主蒸汽流量的改变必需首先调 节给水流量，而不是首先调节燃煤量；主 蒸汽温度改变主要依靠煤水比来进行调节， 而不是依靠减温水，喷水减温只是细调； 主蒸汽压力的调节必需与主蒸汽温度协调， 都与煤水比有关；在主蒸汽温度调节过程 中，时滞和时间常数都很大，必须通过中间 点的温度来控制主蒸汽温度。 1煤水比n直流锅炉煤水比指锅炉燃煤量与给水流量之 比。在适应外

4、界负荷需求的条件下，燃料发 热量、锅炉给水焓、锅炉热效率不变时，对 应一定负荷，只有保证一定的煤水比不变， 才能保持主蒸汽温度和压力在额定范围内变 化。给水量和燃料量与负荷一一对应，直流 锅炉储热少，当负荷变化时，给水量的调节 是保证锅炉的物质平衡，燃料量的调节是保 证能量平衡，如果其中之一不平衡，则会引 起主蒸汽和压力的变化。 2减温器的喷水量n与汽包锅炉不同，直流锅炉不能以喷水减温 作为主蒸汽温度调节的主要手段。n当主蒸汽流量不变时，减温器喷水量增加， 锅炉的给水量必然减少，引起喷水点前工质 焓上升，抵消了部分喷水的作用，也会引起 喷水点前受热面金属超温。n虽然直流锅炉过热器也设有多级喷水

5、减温器 ，但喷水量应严格控制，仅作为主蒸汽温度 的细调，和煤水比协调进行调温，总喷水量 较小，控制喷水点后受热面金属不超温。 3变压运行对煤水比的影响n当锅炉变压运行时，主蒸汽压力与负荷一一 对应。当压力降低，温度不变时，蒸汽的焓 上升。如果给水焓不变，则锅炉负荷下降， 蒸汽的焓增升高，则需要更多的煤，煤水比 随锅炉负荷下降而升高。 4中间点温度n对于直流锅炉，当燃料量或给水量变动时，主蒸 汽温度的时滞较大，必须用中间点温度作为主控 信号才能保证调节品质。n一般选择具有一定过热度的汽温点为中间点，位 置在分离器出口。负荷一般在35%100%范围内 ，中间点为微过热状态。锅炉燃料量变化时，炉 膛

6、辐射传热的响应快，后部的对流受热面传热响 应较慢，以辐射受热面后的汽温作为中间点温度 对燃料的扰动响应很快，同时中间点汽温也不受 喷水减温器的影响。 二、直流锅炉参数调节 1主蒸汽温度调节n直流锅炉的主蒸汽温度调节主要依靠煤水比，喷 水减温为细调。如果给水量不变，锅炉燃煤量增 加，受热面吸热量成比例增加，在受热面内热水 段和蒸发段的长度相对缩短，而过热段的长度相 对增加，主汽温度必然升高。相反，如锅炉燃煤 量不变，给水量增加，受热面吸热量没有变化， 热水段和蒸发段长度相对增加，过热段长度缩短 ，主汽温度下降。煤水比不但在燃料发热量、锅 炉给水焓、锅炉热效率改变时需要及时调整，而 且在负荷改变时

7、也需要调整。 n以某600MW超临界锅炉为例，当锅炉负荷从额定 负荷下降到50%，分离器压力由26.4MPa降低到 14.1MPa时，由于压力下降，蒸汽的焓增要增大， 煤水比由0.1295上升到0.1514，中间点温度由 418下降到365。在亚临界参数运行范围内， 中间点温度始终高于饱和温度30左右。而且中 间点温度与煤水比有一一对应关系，以中间点温 度来控制汽温是合适的。n为了提高主蒸汽温度的稳定性和调节过程中的灵 敏性，直流锅炉都配有几级喷水减温，作为细调 手段，并保护其后受热面不超温。 2再热汽温调节n如果其他条件不变，对应一定负荷，只要保 持一定的煤水比，再热器出口蒸汽焓也维持 不变

8、。因此再热蒸汽温度调节和主蒸汽温度 调节对煤水比的要求是一致的。再热汽温也 以煤水比调节为主。 n为了保持高的热循环效率，再热蒸汽不采用 喷水减温方式作为辅助调温手段，而采用烟 气侧调温方式调节再热汽温，但要设置事故 喷水减温。但烟气侧调节再热汽温也破坏了 主蒸汽温度调节的平衡。例如采用烟气挡板 调温的锅炉，当负荷下降时，再热器侧挡板 开度增大，而过热器侧挡板开度减小，即过 热汽温会降低，需要减少减温水；而采用摆 动式燃烧器调温，随燃烧器摆角向上变化， 过热汽温与再热汽温为同向变化，都会升高 ，需要增加过热器的减温水。 n因此在超临界锅炉的给水控制和主蒸汽温度 控制系统中，都采用燃烧器摆动角度

9、或烟气 挡板开度信号作为修正。不同的再热汽温调 节方式，使主蒸汽调温的减温水量有变化， 如采用摆动燃烧器的方式比烟气挡板方式的 减温水量要大，且都随锅炉复负荷下降而减 少。下图所示为C电厂600MW超临界锅炉 摆动燃烧器调再热汽温和Q电厂600MW超 临界锅炉烟气挡板调节再热汽温时，过热器 减温水随负荷变化的关系。 减温水量与负荷的关系 3主蒸汽压力调节n直流锅炉的主蒸汽温度和压力必须协调调节 。大容量超临界锅炉在低负荷时采用变压运 行，高负荷时采用定压运行。压力调节可采 用机炉协调控制或锅炉跟踪方式。协调控制 以负荷调节为主要信号，再用负荷偏差和主 蒸汽压力偏差来进行修正。锅炉跟踪方式以 主

10、蒸汽压力为主要信号，当锅炉燃料量与锅 炉负荷不相适应时，用负荷与燃料量的差分 信号产生一个过调量，从而可加快锅炉燃料 量的调整，稳定主蒸汽压力。 三、变压运行n随着电网的发展，峰谷负荷差大，要求机组进行 调峰运行。对调峰机组的要求：良好的启停特性 ；低负荷稳定运行；安全稳定变负荷特性；低负 荷保持较高效率。n单元机组基本方式中的定压运行指汽轮机在不同 工况下，依靠调节汽门的开度调节负荷，机前压 力不变。但汽机内有较大温度变化，低负荷节流 损失大，效率低。故新机组一般采用变压运行方 式。即主汽门全开，调节汽门全开（或部分全开 ），依靠机前压力变化适应负荷变化，主汽温度 额定。 n变压运行实质是让

11、锅炉产生低压蒸汽驱动汽轮机 做功，可提高机组低负荷运行时的经济性和汽轮 机的安全性，压力低，有利于蒸汽温度额定。但 在高负荷时，蒸汽压力低，机组运行的经济性未 能提高，还影响了机组的调频性能。低负荷时， 如果蒸汽压力低于12MPa，机组的热循环效率下 降很快，会抵消变压运行带来的好处，所以目前 的机组都采用定压-变压-定压运行方式。即高负荷 和低负荷时采用定压运行方式，中间负荷段采用 变压运行方式。这种方式使汽机在全负荷范围内 保持较高效率，具有良好的负荷调节性能，因而 被普遍采用。负荷区间需要进行技术经济比较， 考虑经济性与安全性，要由优化试验确定。 n低负荷运行对锅炉有一定影响，主要有：锅

12、炉有 低负荷稳燃问题，超临界锅炉一般35%MCR以上 能不投油稳定燃烧，稳燃措施有降低一次风率， 投下层燃烧器，煤粉更细，适当降低负压，减小 漏风等；低负荷时烟气速度低，温度也低，空气 预热器易发生堵灰、腐蚀等故障，应采取开暖风 器以提高金属壁温温度，加强吹灰等措施，提高 运行安全性；低负荷时汽温偏低，虽然变压运行 汽温易保持稳定，但负荷低到一定程度，仍会下 降，影响运行的经济性；低负荷时，蒸汽量减少 ，冷却效果差，过热器可能超温，且燃烧易偏斜 ，造成热偏差；低负荷时燃烧不均匀，水冷壁内 流量降低，直流锅炉的水循环安全性降低，要限 制最低负荷，加强燃烧调整等。 n超临界锅炉变压运行，工质会经过

13、亚临界、 临界和超临界三个区域，参数调节复杂。直 流锅炉无汽包这样的厚壁部件，热惯性小， 变负荷速率可提高。螺旋管圈水冷壁在相变 最大区域无中间联箱，不存在工质的再分配 ，热偏差小，适合变压运行。现在的一次上 升垂直管屏也适合变压运行。直流锅炉启动 和变负荷速度主要受汽轮机的胀差和热应力 的限制。 第三节 锅炉的燃烧调整一、概述 （一）、燃烧调节的目的n保证正常稳定的汽压、汽温和蒸发量；n着火稳定、燃烧完全、火焰充满度好、不结 渣、不超温；n最高的运行经济性；n减少污染排放。（二）、影响燃烧的因素 煤质n挥发分是主要因素。挥发分高，着火容易， 燃尽程度高，但易结渣等。相反，挥发分低 ，燃烧稳定

14、性差，燃尽程度下降，经济性差 。n发热量低，燃料消耗量增加，制粉系统出力 要大，一次风速需增加，煤粉变粗，对着火 和燃尽都不利。n水分增加，燃烧困难，燃尽也差，同时烟气 量增加，热损失增大。还会降低制粉系统出 力，易堵管，对锅炉尾部受热面的安全也有 影响。n灰分增加，燃烧困难。同时有结渣、磨损等 安全问题，对炉内空气动力场有影响。煤粉细度n颗粒细，燃烧好，但需要消耗制粉系统能量 。煤粉粗，着火及燃尽困难，同时燃烧过程 延长，使炉膛出口烟温升高，对受热面不利 。另外颗粒大易贴墙，造成壁面的还原性气 氛，带来安全问题。应控制合适的细度。煤粉浓度n一次风煤粉浓度对着火稳定性影响很大。有 最佳浓度值。

15、 锅炉负荷n负荷降低，燃烧稳定性变差。低到一定程度 ，燃烧不稳，需投油助燃。同时负荷降低， 燃烧效率降低，经济性变差。一、二次风配合n一次风提供着火所需空气，二次风提供后期 燃烧空气。二次风过早过晚混合进一次风， 都会影响燃烧。如果把握困难，宁晚勿早。 对于旋流燃烧器，基本是单只燃烧器决定燃 烧过程，各只间配合较少，因此一、二次风 的配合更为重要。一次风初温n提高煤粉气流初温，可稳定着火，对燃烧过 程有利。计算表明，一次风温从20升高至 300 ，着火热可减少60%，着火提前。（三）负荷与煤质变化时的燃烧调整原则n不同负荷下的燃烧调整 （1）高负荷，燃烧稳定，但易结渣、超温， 注意火焰位置居中

16、，避免偏斜，均匀分配风 粉，增大一次风率，使着火点靠后，适当降 低过量空气系数，降低损失。（2）低负荷时，燃烧不稳，可适当加大过量 空气系数，降低一次风率和风速，煤粉更细 ，集中火嘴，保证下层燃烧器投运以利于稳 燃，适当降低炉膛负压以减少漏风、提高炉 膛温度。n煤质变化时的燃烧调整挥发分低的煤种，难着火，应采取较小的一 次风率和风速，增大煤粉浓度，二次风速可 适当增大以提高穿透能力，使实际切圆变大 ，也避免过早混合，煤粉更细，较大的过量 空气系数；挥发分高，可适当降低二次风率 ，早混合，适当降低过量空气系数，多投燃 烧器以分散热负荷。（四）良好燃烧工况的判断与调节n正常稳定燃烧，火焰明亮稳定，高负荷时火 焰偏白，低负荷时偏黄，火焰中心在炉膛中 部，火焰充满炉膛，但不触及水冷壁。着火 点离燃烧器不远，火焰中没有明显的星点， 有星点则可能是煤粉分离集中，煤粉过粗或 炉膛温度过低。n如果火焰白亮刺眼，表明风量偏大，也可能 是结渣。如果火焰暗红闪动，则可能是风量 偏小，或漏风大使炉温低，也可