畢業(yè)設(shè)計(jì)--600mw單元機(jī)組高負(fù)荷工況下主汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　二 〇 一 〇 年 六 月</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)班 級(jí)自2006-1</p><

2、;p>　學(xué) 院電力學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化</p><p>　系 別自動(dòng)化系起止日期2010年4月5日至 7月2日</p><p>　設(shè)計(jì)題目600MW單元機(jī)組高負(fù)荷工況下主汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　第一指導(dǎo)教師姓名席東民職 稱/學(xué) 位副教授/碩士是否外聘是□ 否■</p><p>　第二指導(dǎo)教師姓名職 稱/學(xué) 位是否外聘

3、是□ 否□</p><p>　題目類型■工程類 □裝備裝置類 □產(chǎn)品類 □軟件類</p><p>　選題依據(jù)（來(lái)源、目的、意義）600MW單元機(jī)組應(yīng)用越來(lái)越廣范，其主蒸汽的溫度是整個(gè)機(jī)組汽水行程中的重要參數(shù)，該對(duì)象過(guò)熱器具有大遲延、大慣性的特點(diǎn)，而且存在嚴(yán)重的非線性和時(shí)變特性。影響汽溫變化的擾動(dòng)因素也很多，這些因素都會(huì)影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，繼續(xù)

4、深入研究新的控制方法以提高過(guò)熱汽溫的控制品質(zhì)，仍具有較高的理論與實(shí)用價(jià)值，意義重大。本課題來(lái)源于工程實(shí)際研究項(xiàng)目。</p><p>　設(shè)計(jì)技術(shù)條件、技術(shù)參數(shù)等附后頁(yè)</p><p>　可提供的客觀條件原始資料：研究對(duì)象數(shù)學(xué)模型。學(xué)院提供免費(fèi)計(jì)算機(jī)時(shí)和相關(guān)軟件如MATLAB和WORD等。學(xué)院火電廠仿真實(shí)驗(yàn)室。學(xué)院圖書館相關(guān)資料。</p><p>　工作內(nèi)容、要求及進(jìn)程

5、(1)1-2周:查閱相關(guān)資料。重點(diǎn)是查找單元機(jī)組汽溫控制系統(tǒng)特點(diǎn)及特性，進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告。(2)3-4周:結(jié)合有關(guān)資料進(jìn)行被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性分析，在此基礎(chǔ)上研究被控對(duì)象的輸出輸入量。(3)5-8周:研究被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，選擇控制算法，對(duì)所選算法進(jìn)行性能分析。(4)9-10周:對(duì)控制效果進(jìn)行MATLAB仿真，分析仿真結(jié)果，得出最后結(jié)論。(5)11-12周:編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書，翻譯英文資料。(6)13周:進(jìn)一步熟悉設(shè)計(jì)

6、內(nèi)容，準(zhǔn)備答辯稿，進(jìn)行畢業(yè)答辯。成果形式：（1）畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。（2）仿真曲線圖。</p><p>　系 主 任 簽章： 年 月 日</p><p>　指導(dǎo)教師簽發(fā)日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽字：</p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</p><

7、p><b>　　摘 要</b></p><p>　　600MW單元機(jī)組的主蒸汽溫度是整個(gè)機(jī)組汽水行程中的重要參數(shù)，在運(yùn)行中必須要嚴(yán)格控制主汽溫度。過(guò)熱汽溫的通道具有大慣性、大遲延的特點(diǎn)，而且存在嚴(yán)重的非線性和時(shí)變特性。影響汽溫變化的擾動(dòng)因素很多，如蒸汽流量變化、燃燒工況變化、鍋爐給水溫度變化等，這些因素都會(huì)影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，繼續(xù)深入研究新的控制方法以提高過(guò)熱汽溫的控制品

8、質(zhì)，仍具有較高的理論與實(shí)用價(jià)值，意義重大。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)研究了火電廠汽水流程的相關(guān)生產(chǎn)過(guò)程，分析了高負(fù)荷工況下主汽溫的動(dòng)態(tài)特性及影響主汽溫的主要因素。針對(duì)主汽溫控制對(duì)象控制通道慣性遲延大、被調(diào)量信號(hào)反應(yīng)慢的特點(diǎn)，采用串級(jí)控制系統(tǒng)和導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路汽溫控制系統(tǒng)來(lái)改善被控對(duì)象的響應(yīng)過(guò)程。通過(guò)計(jì)算，分析和調(diào)整等步驟，得出調(diào)節(jié)器的比例帶、積分時(shí)間常數(shù)等參數(shù)，并進(jìn)行調(diào)試仿真，仿真結(jié)果表明，相關(guān)算法使

9、得600MW機(jī)組高負(fù)荷工況下主汽溫的控制效果得以改善。</p><p>　　關(guān)鍵詞：主蒸汽溫度控制；串級(jí)控制系統(tǒng)；導(dǎo)前汽溫微分控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The main steam temperature of 600MW Unit is an important parameter to

10、the whole steam-water stroke, so it has to be strictly controlled through the operation. The channel of super-heater steam temperature is generally with characteristic of large inertia and large delay, especially the non

11、linear and time-variant characteristics. There are many reasons causing the variation of steam temperature, such as the change of steam flow, the condition of combustion and the temperature of boiler feedwater.</p>

12、<p>　　The paper has studied the production process of steam-water from thermal power plant, analyzes the dynamic characteristics of the main steam temperature in the operation condition with high load, as well as

13、the main factors of impacting the main steam temperature. For the characteristic of large inertia and large delay, the cascade control system and double-loop steam temperature control system with predecessor derivative o

14、f steam temperature are using to improve the response process of controll</p><p>　　Keywords: Main steam temperature control; Cascade control system; Predecessor derivative of steam temperature control</p&

15、gt;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第一章600MW單元機(jī)組鍋爐設(shè)備2</p><p>　　1.1 600MW機(jī)組鍋爐類型和特性2</p><p>　　1.1.1 鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)方式2<

16、/p><p>　　1.1.2 燃燒方式3</p><p>　　1.2 鍋爐整體布置3</p><p>　　1.3 鍋爐汽水系統(tǒng)介紹5</p><p>　　1.3.1 鍋爐水和飽和蒸汽流程及布置5</p><p>　　1.3.2 過(guò)熱與再熱蒸汽流程8</p><p><b>　　第

17、二章過(guò)熱器9</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)概述9</p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)組成9</p><p>　　2.2 工作原理及分類10</p><p>　　2.2.1 過(guò)熱器的工作原理10</p><p>　

18、　2.2.2 過(guò)熱器分類11</p><p>　　2.3 過(guò)熱器的汽溫特性13</p><p>　　2.4 過(guò)熱器的熱偏差14</p><p>　　2.4.1 熱偏差概念14</p><p>　　2.4.2 產(chǎn)生熱偏差的原因14</p><p>　　2.4.3 減少熱偏差的措施16</p>&

19、lt;p>　　第三章主汽溫控制19</p><p><b>　　3.1 概述19</b></p><p>　　3.1.1 汽溫控制的重要性19</p><p>　　3.1.2 主汽溫控制介紹20</p><p>　　3.2 影響汽溫變化的因素21</p><p>　　3.2.1

20、煙氣側(cè)的主要影響因素21</p><p>　　3.2.2 蒸汽側(cè)的主要影響因素22</p><p>　　3.3 主蒸汽溫度控制分析23</p><p>　　3.3.1 過(guò)熱汽溫控制的任務(wù)23</p><p>　　3.3.2 過(guò)熱汽溫被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性24</p><p>　　3.4 噴水減溫控制系統(tǒng)25&l

21、t;/p><p>　　第四章汽溫控制系統(tǒng)采用方案27</p><p><b>　　4.1 概述27</b></p><p>　　4.2 串級(jí)控制系統(tǒng)27</p><p>　　4.2.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理27</p><p>　　4.2.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的分析28</p>&

22、lt;p>　　4.2.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和整定28</p><p>　　4.3 導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路控制系統(tǒng)31</p><p>　　4.3.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理31</p><p>　　4.3.2 控制系統(tǒng)的分析32</p><p>　　4.3.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與整定34</p><p>

23、　　第五章控制系統(tǒng)整定與MATLAB仿真37</p><p><b>　　5.1 概述37</b></p><p>　　5.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的整定與仿真37</p><p>　　5.2.1 系統(tǒng)整定37</p><p>　　5.2.2 系統(tǒng)仿真40</p><p>　　5.2.3 系統(tǒng)

24、仿真分析41</p><p>　　5.3 導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的控制系統(tǒng)整定與仿真42</p><p>　　5.3.1 系統(tǒng)整定42</p><p>　　5.3.2 系統(tǒng)仿真44</p><p>　　5.3.3 系統(tǒng)仿真分析45</p><p>　　5.4 兩種控制方案的比較46</p><

25、p><b>　　結(jié) 論47</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)48</b></p><p><b>　　謝 辭50</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　大容量、高參數(shù)、高效率的大機(jī)組標(biāo)志一個(gè)國(guó)

26、家的技術(shù)裝備水平[1]。隨著生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝的發(fā)展，自動(dòng)控制水平的不斷提高，600MW單元機(jī)組在我國(guó)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，我國(guó)電站的首臺(tái)600 MW火力發(fā)電機(jī)組為元寶山電廠的2號(hào)機(jī)組，鍋爐是德國(guó)Steinmiiller公司制造的亞臨界本生型直流鍋爐，燃用元寶山當(dāng)?shù)氐睦夏旰置?，?985年底投產(chǎn)。此后，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，對(duì)電力的急劇需求促進(jìn)了大容量機(jī)組的發(fā)展，到目前為止，600 MW級(jí)的火力發(fā)電機(jī)組已有數(shù)十臺(tái)投入運(yùn)行[2]。 </

27、p><p>　　當(dāng)前，提高蒸汽參數(shù)并與發(fā)展大容量機(jī)組相結(jié)合是提高常規(guī)火電廠效率及降低單位容量造價(jià)最有效的途徑。與同容量亞臨界火電機(jī)組的熱效率相比，在理論上采用超臨界參數(shù)可提高效率2%～5%，采用超超臨界參數(shù)可提高4%～5%。目前，世界上先進(jìn)的超臨界機(jī)組效率已達(dá)到47%～49%。</p><p>　　600MW發(fā)電機(jī)組具有容量大，參數(shù)高，耗能低，可靠性高，對(duì)環(huán)境污染小等特點(diǎn)，所以大容量火電機(jī)組已

28、成為各電廠中的主要機(jī)組，它對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，經(jīng)濟(jì)性，和系統(tǒng)的的自動(dòng)化程度提出了更高的要求。與此相應(yīng)，對(duì)主汽溫控制系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。火電廠鍋爐汽溫控制系統(tǒng)具有大遲延、大慣性的特點(diǎn)。近年來(lái)，由于結(jié)構(gòu)布置等原因，600MW機(jī)組5號(hào)、6號(hào)鍋爐分隔屏過(guò)熱器發(fā)生爆管故障，造成機(jī)組停運(yùn)，給機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成了重大影響[3]。因此，對(duì)600MW機(jī)組高負(fù)荷工況下的深入研究，仍具有理論和實(shí)際意義。</p><p>　　600

29、MW單元機(jī)組鍋爐設(shè)備</p><p>　　本章簡(jiǎn)要介紹600MW單元機(jī)組與主汽溫控制相關(guān)的鍋爐設(shè)備，舉例闡述鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)方式、鍋爐整體布置、汽水系統(tǒng)、過(guò)熱器以及再熱器系統(tǒng)，著重介紹過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的過(guò)熱蒸汽流程，并為后續(xù)章節(jié)做鋪墊。</p><p>　　1.1 600MW機(jī)組鍋爐類型和特性</p><p>　　1.1.1 鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)方式</

30、p><p>　　鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)方式主要有自然循環(huán)、控制循環(huán)、直流爐和復(fù)合循環(huán)爐四種。直流爐適用于超臨界及亞臨界壓力參數(shù)，自然循環(huán)及控制循環(huán)只適用于亞臨界壓力參數(shù)。目前，我國(guó)600MW級(jí)鍋爐主要有自然循環(huán)、控制循環(huán)和直流爐三種型式。</p><p>　　自然循環(huán)汽包爐主要特點(diǎn)是流動(dòng)方式簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，在以往的電站鍋爐中采用自然循環(huán)鍋爐是相當(dāng)普遍的。目前，我國(guó)已投運(yùn)的600MW級(jí)自然循環(huán)

31、鍋爐設(shè)備也是引進(jìn)拔柏葛公司和福斯特·惠勒公司的。自然循環(huán)主要依靠下降管內(nèi)水的平均密度與水冷壁內(nèi)汽水泥合物的平均密度之差而進(jìn)行的，由于它們的密度差造成一定的流動(dòng)壓頭，從而使蒸發(fā)受熱面內(nèi)工質(zhì)達(dá)到往復(fù)循環(huán)。因此，隨著壓力從15.092MPa上升至20.678MPa，下降管內(nèi)的水密度僅減少約10%，而水冷壁管內(nèi)的密度則幾乎保持不變，仍能維持足夠的有效壓頭。由于自然循環(huán)鍋爐具有能適應(yīng)爐膛內(nèi)吸收熱量變化而進(jìn)行自調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，因此吸收熱量最多

32、的管子通過(guò)的水量也最多，可防止傳熱不均勻現(xiàn)象的產(chǎn)生。自然循環(huán)不需用循環(huán)泵，故投資及運(yùn)行費(fèi)用均可減少。</p><p>　　控制循環(huán)鍋爐的主要特點(diǎn)是在鍋爐循環(huán)回路的下降管和上升管之間加裝循環(huán)泵以提高循環(huán)回路的流動(dòng)壓頭，因此汽包及上升管、下降管可采用較小的直徑。但是加裝輔助循環(huán)泵，運(yùn)行時(shí)需消耗一定的功率，一般情況下循環(huán)泵消耗的功率相當(dāng)于鍋爐功率的0.3%～0.4%。</p><p>　　直流鍋

33、爐也是大容量鍋爐發(fā)展方向之一。特別是采用超臨界參數(shù)的鍋爐，直流鍋爐是唯一能采用的鍋爐型式。主要有本生型直流爐和通用壓力型鍋爐（UP爐）。通用壓力型鍋爐是指無(wú)論亞臨界或起臨界參數(shù)，均可采用的爐型，它是在本生爐基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的一種爐型。主要特點(diǎn)是采用全焊膜式水冷壁，工質(zhì)一次或二次上升，連接管多次混合，每個(gè)回路焓增較小，并有較高的質(zhì)量流速，可保持水冷壁可靠的冷卻。</p><p>　　復(fù)合循環(huán)爐是根據(jù)控制循環(huán)鍋爐的經(jīng)驗(yàn)

34、發(fā)展而來(lái)的，目前在我國(guó)還沒(méi)有引進(jìn)這種型式的直流鍋爐。此種類型的直流鍋爐的主要特點(diǎn)是在直流鍋爐系統(tǒng)中加1～2臺(tái)復(fù)合循環(huán)泵，在低負(fù)荷時(shí)將水冷壁出口工質(zhì)通過(guò)混合球，并與從省煤器來(lái)的給水在混合在混合球內(nèi)進(jìn)行均勻混合，然后再進(jìn)入循環(huán)泵的入口進(jìn)行再循環(huán)。在高負(fù)荷時(shí)（一般在60%～80%MCR以上）則停止再循環(huán)，以直流方式運(yùn)行[1]。</p><p>　　1.1.2 燃燒方式</p><p>　　從目前

35、國(guó)內(nèi)引進(jìn)的或引進(jìn)技術(shù)制造的600MW級(jí)鍋爐來(lái)看，北侖電廠1號(hào)爐引進(jìn)技術(shù)制造的600MW鍋爐以及石洞口第二電廠兩臺(tái)超臨界壓力600MW鍋爐，它們的燃燒系統(tǒng)都采用CE公司的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，即為四角布置直流燃燒器的切圓燃燒方式。再熱汽溫調(diào)節(jié)采用擺動(dòng)燃燒器，配置HP、RP碗式中速磨煤機(jī)的直吹式制粉系統(tǒng)。</p><p>　　近年來(lái)，為了改善低負(fù)荷的燃燒穩(wěn)定性和降低NOx的生成，對(duì)600MW級(jí)鍋爐的燃燒器的結(jié)構(gòu)作了不少的改進(jìn)

36、，概括起來(lái)有以下特點(diǎn)：四角切圓布置直流燃燒器，采用高調(diào)節(jié)比的煤粉噴嘴，用兩級(jí)燃燒，減少四角切圓燃燒鍋爐的爐膛出口水平煙道左右兩側(cè)煙溫差、流速偏差及防止過(guò)熱器、再熱器局部超溫爆管。這些改進(jìn)措施對(duì)600MW以上機(jī)組的安全運(yùn)行有極為重要的意義。</p><p>　　1.2 鍋爐整體布置</p><p>　　以北侖電廠600MW控制循環(huán)鍋爐為例，鍋爐的布置呈倒“U”型，如圖1-1所示，在標(biāo)高為36

37、.7m層以上為全露天。鍋爐主廠房和汽機(jī)房相隔9m除氧跨，從煤倉(cāng)間到防塵器進(jìn)口共設(shè)有10根立柱，總跨距為70.573m。緊靠除氧跨的是煤倉(cāng)間，煤倉(cāng)間布置有6只原煤倉(cāng)，每只原煤倉(cāng)的體積為738m3，可倉(cāng)儲(chǔ)原煤523噸。在煤倉(cāng)下部的標(biāo)高17m層平臺(tái)上布置6臺(tái)美國(guó)STOCK公司生產(chǎn)的電子稱量式給煤機(jī)。在零米層布置6臺(tái)CE公司生產(chǎn)的HP—983中速磨煤機(jī)。原煤由輸煤系統(tǒng)皮帶經(jīng)固定端輸煤棧橋送入原煤倉(cāng)、再通過(guò)給煤機(jī)送入磨煤機(jī)，經(jīng)磨煤機(jī)碾磨成合格細(xì)度

38、的煤粉，由一次風(fēng)送入爐膛燃燒。</p><p>　　鍋爐房頂部標(biāo)高為83.3m，爐頂為人字形頂棚，頂棚下設(shè)爐頂小室，頂棚和爐頂小室之間布設(shè)主蒸汽管道、再熱蒸汽熱段管道和再熱蒸汽冷段管道。在爐頂小室內(nèi)布設(shè)汽包、過(guò)熱器聯(lián)箱、再熱器聯(lián)箱以及過(guò)熱器、再熱器和省煤器等各種聯(lián)接管。汽包中心在爐前標(biāo)高為67.055m處，再熱器進(jìn)口聯(lián)箱在爐前標(biāo)高為46.465m處，鋼水循環(huán)泵設(shè)在爐前標(biāo)高為23.675m，下聯(lián)箱（亦稱水包）中心線

39、標(biāo)高為8.56m，整個(gè)下聯(lián)箱沿爐膛四周環(huán)形并成一體布置。低溫過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器依次沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向在局部煙道由上而下布置。高溫（后屏）和中溫（分隔屏）過(guò)熱器分別以屏的形式布置在爐膛上方。再熱器的低溫部分布置在前墻水冷壁的上方，為壁式再熱器，中溫和高溫再熱器布置在爐膛出口處的折焰角上部及水平煙道內(nèi)，蒸汽流向與煙氣的流向相反，即呈逆流布置。鍋爐全部承壓部件為懸吊結(jié)構(gòu)，可向下自由膨脹，橫向膨脹中心點(diǎn)在爐膛中心，即水冷壁可前后、左右自由膨

40、脹。爐膛設(shè)計(jì)的承壓強(qiáng)度為±7.6KPa。在36.7m層為混凝土大平臺(tái)，該平臺(tái)以下鍋爐房為封閉式。</p><p>　　2臺(tái)送風(fēng)機(jī)和2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)沿爐膛中心線對(duì)稱布置，送風(fēng)機(jī)在內(nèi)側(cè)，一次風(fēng)機(jī)在外側(cè)。靜電除塵器為4個(gè)通道5個(gè)電場(chǎng)，有2臺(tái)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的離心式引風(fēng)機(jī)，離引風(fēng)機(jī)出口11m處是高度為240m的煙囪，經(jīng)陳塵后的煙氣由此排向大氣[1]。</p><p>　　圖1-1 2008t/h控制

41、循環(huán)鍋爐本體示意圖</p><p>　　1.3 鍋爐汽水系統(tǒng)介紹</p><p>　　1.3.1 鍋爐水和飽和蒸汽流程及布置</p><p>　　CE公司設(shè)計(jì)和制造的北侖電廠1號(hào)鍋爐，其鍋水循環(huán)是利用安裝在下降母管管路中的3臺(tái)鍋水循環(huán)泵來(lái)進(jìn)行的。為確保各水循環(huán)回路出口含汽率均一，在水冷壁的下集箱(水包)內(nèi)的每根水冷壁管的入口處設(shè)置了孔徑為6.35～31.75mm的節(jié)

42、流孔板。</p><p>　　該鍋爐水和飽和蒸汽的流程如圖1-2所示。</p><p>　　圖1-2 2008t/h控制循環(huán)鍋爐的水和飽和蒸汽系統(tǒng)流程</p><p>　　來(lái)自給水母管的給水經(jīng)省煤器進(jìn)口聯(lián)箱1、省煤器蛇形管2、省煤器中間聯(lián)箱3、省煤器懸吊管4、省煤器出口聯(lián)箱5、省煤器出口聯(lián)接管6，由汽包底部進(jìn)入汽包7，并與汽包中的鍋爐給水混合，然后經(jīng)下降母管8進(jìn)入鍋

43、爐水循環(huán)泵進(jìn)口聯(lián)箱9，鍋爐水循環(huán)泵11將水從進(jìn)口聯(lián)箱吸入，經(jīng)鍋爐水循環(huán)泵進(jìn)口短管10、鍋爐水循環(huán)泵出口截止/逆止閥12和鍋爐水循環(huán)泵出口短管13、進(jìn)入水冷壁環(huán)形下聯(lián)箱（水包）14～17。</p><p>　　鍋水進(jìn)水冷壁下聯(lián)箱后，首先經(jīng)過(guò)孔徑為4.76mm的多孔板濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，然后經(jīng)節(jié)流孔板進(jìn)入水冷壁管。在鍋爐啟動(dòng)期間，部分鍋爐水也可從水冷壁下聯(lián)箱進(jìn)入省煤器再循環(huán)管36，以確保省煤器內(nèi)水流量，以保證其安全[1]。

44、</p><p>　　圖1-3 過(guò)熱蒸汽和再熱蒸汽系統(tǒng)布置圖</p><p>　　鍋爐水在水冷壁管內(nèi)進(jìn)行加熱并向上流動(dòng)、平行流過(guò)三部分管路：一路是前水冷壁管18、19；一路是后冷水管20、21，后水冷壁折焰角管22，后水冷壁懸吊管23，爐膛延伸側(cè)墻管24和水冷壁垂簾管25；另一路是側(cè)水冷壁管26。</p><p>　　在水冷壁管中生成的汽水混合物，由水冷壁各出口聯(lián)箱

45、27～31匯集后經(jīng)汽水出管32～35引入汽包，汽水混合物在汽包中進(jìn)行分離，飽和蒸汽進(jìn)入過(guò)熱汽系統(tǒng)，水返回到汽包水側(cè)繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)[1]。</p><p>　　過(guò)熱蒸汽和再熱蒸汽系統(tǒng)布置和流程，如圖1-4所示。</p><p>　　圖1-4 過(guò)熱蒸汽和再熱蒸汽系統(tǒng)流程圖</p><p>　　1.3.2 過(guò)熱與再熱蒸汽流程</p><p>　　過(guò)熱

46、蒸汽流程圖如圖1-5所示：</p><p>　　圖1-5 過(guò)熱蒸汽流程圖</p><p>　　蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸做功后，經(jīng)冷段再熱管道41回到鍋爐再熱器系統(tǒng)，再熱蒸汽流程圖如圖1-6所示：</p><p>　　圖1-6 再熱蒸汽流程圖</p><p>　　過(guò)熱器系統(tǒng)由5部分組成，其流程是：頂棚→包覆→低溫過(guò)熱器→分隔屏→末級(jí)過(guò)熱器。</

47、p><p>　　再熱器系統(tǒng)由壁式輻射再熱器和中溫再熱器及高溫再熱器組成。</p><p><b>　　過(guò)熱器</b></p><p>　　本章研究過(guò)熱器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，過(guò)熱器的工作原理及分類，以及過(guò)熱器的汽溫特性與熱偏差。</p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)概述</b></p><

48、p>　　2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　過(guò)熱器的系統(tǒng)布置，應(yīng)能滿足蒸汽系統(tǒng)的要求，并具有靈活的調(diào)溫手段，還應(yīng)保證運(yùn)行中管壁不超溫和具有較高的經(jīng)濟(jì)性等，其復(fù)雜性與鍋爐的參數(shù)有關(guān)。</p><p>　　CE公司600MW的2008t/h控制循環(huán)鍋爐的過(guò)熱器系統(tǒng)采用輻射——對(duì)流組合式，包括；爐頂和包覆、低溫過(guò)熱器、前屏過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器五部分。爐頂和包覆管均布置在煙溫

49、較低區(qū)域，吸熱少，傳熱效果也較差。低溫過(guò)熱器由水平和立式兩部分組成，一般順列布置橫向節(jié)距較大，以控制煙氣流速、減少飛灰對(duì)管子的磨損。爐膛上部的前部布置前屏過(guò)熱器，懸吊在爐膛的前上方，起到分隔爐膛出口煙氣，減少煙氣爐膛出口的殘余扭轉(zhuǎn)，以便爐膛出口氣流均勻的作用。后屏過(guò)熱器布置在爐膛上部的后部，而高溫過(guò)熱器布置于水平煙道的后側(cè)。</p><p>　　過(guò)熱汽溫采用噴水調(diào)節(jié)。各級(jí)過(guò)熱器最大限度地采用蒸汽冷卻的定位管和吊掛

50、管，以保證運(yùn)行的可靠性。前、后屏沿爐膛深度方向有汽冷定位夾緊管，并與前水冷壁之間裝設(shè)導(dǎo)向定位裝置，以作為管屏的定位和夾緊，防止運(yùn)行中管屏的擺動(dòng)。后屏用橫向的汽冷定位管，以保證屏與屏之間的橫向節(jié)距，并防止運(yùn)行中的擺動(dòng)。對(duì)于布置在高煙溫區(qū)的管屏（前、后屏），延長(zhǎng)其最里面的管圈作為管屏底部的夾緊用。</p><p>　　過(guò)熱器系統(tǒng)設(shè)有一套5%的啟動(dòng)旁路，從尾部煙道下部包覆管的下環(huán)形集箱接至凝汽器，旁路系統(tǒng)容量按4.12

51、MPa壓力下飽和蒸汽設(shè)計(jì)的流量（約100t/h）考慮。在啟動(dòng)開(kāi)始過(guò)程中該旁路全開(kāi)，直到汽機(jī)并網(wǎng)后才關(guān)閉。使用該系統(tǒng)可增加爐膛燃燒率．加速提高過(guò)熱器出口溫度，同時(shí)可限制蒸汽壓力的上升速度，使蒸汽參數(shù)能較快地達(dá)到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)的要求。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，采用5%鍋爐旁路系統(tǒng)后，鍋爐熱態(tài)啟動(dòng)從點(diǎn)火到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)僅用40分鐘即可完成[1]。</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)組成</p><p>　　CE公

52、司600MW的2008t/h控制循環(huán)鍋爐的過(guò)熱器系統(tǒng)主要由下列五部分組成：</p><p>　　末級(jí)過(guò)熱器（后屏過(guò)熱器）；</p><p>　　分隔屏過(guò)熱器（前屏過(guò)熱器）；</p><p><b>　　懸吊式低溫過(guò)熱器；</b></p><p><b>　　水平式低溫過(guò)熱器；</b></p&g

53、t;<p>　　后煙道包覆和頂棚過(guò)熱器。</p><p>　　末級(jí)過(guò)熱器位于折焰角的前上方，共有25片管屏，管徑為50.8mm，壁厚5．44mm，材質(zhì)為SA—213T22和TP304、TP307，管子節(jié)距60mm，管屏間距為762mm，沿爐膛寬度方向布置。</p><p>　　分隔屏過(guò)熱器布置在前墻水冷壁和未級(jí)過(guò)熱器之間的爐膛上方，分成前、后兩個(gè)分隔屏，各有6片屏組成。分隔屏

54、為457.2×6.43mm的管子，材質(zhì)為SA—213T11，管屏間距離3048mm，沿爐膛寬度方向布置。前后分隔屏的每片管屏均有3個(gè)回路(3組U形管)，每個(gè)回路有10根管子、節(jié)距為67mm。</p><p>　　懸吊式低溫過(guò)熱器位于后煙道內(nèi)，后墻水冷壁延伸管的垂簾管正后方和水平式低溫過(guò)熱器的上方，共有127片，管徑為50.8mm，壁厚5.72mm，材質(zhì)SA—209T1，管子節(jié)距114mm，管排間距為15

55、2.4mm，沿爐膛寬度方向布置。</p><p>　　水平式低溫過(guò)熱器分上下2個(gè)管組，位于后煙道省煤器的上方，共127片，采用57.2×6.10mm的管子，材質(zhì)SA—178C，管子節(jié)距114mm，管排節(jié)距152.4mm，沿爐膛寬度方向布置。</p><p>　　后煙道包覆和頂棚過(guò)熱器由尾部煙道的側(cè)包墻、前包墻、頂棚、后包墻及爐膛和水平煙道頂棚過(guò)熱器組成。</p>&

56、lt;p>　　汽冷夾管和流體冷卻管，既作為過(guò)熱器受熱面的組成部分，又對(duì)過(guò)熱器和再熱器管屏組件起夾緊和定位作用，以保持管屏的平直度，防止運(yùn)行過(guò)程中過(guò)分偏斜和擺動(dòng)。其中汽冷夾管用于分隔屏和末級(jí)過(guò)熱器的夾緊和定位，流體冷卻管用于未級(jí)過(guò)熱器，后屏再熱器和末級(jí)再熱器的夾緊和定位[1]。</p><p>　　2.2 工作原理及分類</p><p>　　2.2.1 過(guò)熱器的工作原理</p&g

57、t;<p>　　在電站鍋爐中，過(guò)熱器的作用是將飽和蒸汽加熱到具有一定溫度的過(guò)熱蒸汽以提高電站效率；與此同時(shí)，調(diào)節(jié)蒸汽溫度，當(dāng)鍋爐負(fù)荷、煤種等運(yùn)行工況變化時(shí)，進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持其出口溫度在額定值的-10～+5℃范圍內(nèi)[4]。</p><p>　　以石洞口二廠1900t/h超臨界壓力鍋爐過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)為例，過(guò)熱器的工作原理為：從汽水分離器中出來(lái)的過(guò)熱蒸汽（汽水分離器正常運(yùn)行為干態(tài)）通過(guò)4個(gè)連通管，到頂棚過(guò)熱器

58、入口聯(lián)箱，進(jìn)入由128根并列管組成的前頂棚過(guò)熱器，有三種管徑，兩種壁厚。水平煙道處后頂棚有167根并列管至中間聯(lián)箱。然后一路從后部煙道頂棚到后包覆，另一路由煙道垂簾管到后部煙道前包覆，均匯集至環(huán)形集箱。從環(huán)形集箱分三路：第一路至后部煙道兩側(cè)包覆；第二路至水平煙道兩側(cè)包覆；第三路至低再懸吊管進(jìn)入懸吊管出口集箱。第一路和第二路匯集至包覆出口集箱并與懸吊管出口集箱匯合進(jìn)入前屏進(jìn)口集箱。過(guò)熱蒸汽從前屏過(guò)熱器至后屏過(guò)熱器，最后由末級(jí)過(guò)熱器至主蒸汽

59、管[1]。</p><p>　　2.2.2 過(guò)熱器分類</p><p>　　根據(jù)傳熱方式的不同，過(guò)熱器可分為對(duì)流式、輻射式、半輻射式、包覆過(guò)熱器四種形式[4]。</p><p>　　對(duì)流過(guò)熱器是指布置在對(duì)流煙道內(nèi)主要吸收煙氣對(duì)流放熱的過(guò)熱器。對(duì)流過(guò)熱器由蛇形管受熱面和進(jìn)、出口聯(lián)箱組成。蛇形管一般采用外徑為28～58mm的無(wú)縫鋼管彎制而成。管壁厚度根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算確定，管

60、材根據(jù)過(guò)熱器工作條件確定。根據(jù)煙氣與蒸汽的流動(dòng)方向，對(duì)流過(guò)熱器可分為逆流、順流、雙逆流及混合流四種布置方式。如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 對(duì)流過(guò)熱器的分類</p><p>　　(a)逆流 (b)順流 (c)雙逆流 (d)混合流</p><p>　　逆流布置的過(guò)熱器，蒸汽溫度高的一段處于煙氣高溫區(qū)，金屬壁溫高，但由于平均傳熱溫差大，所需受熱面較少，這

61、種布置方式常用于過(guò)熱器的低溫級(jí)。順流布置的過(guò)熱器，蒸汽溫度高的一片處于煙氣低溫區(qū)，金屬壁溫較低，安全性較好。但由于平均傳熱溫差小，所需受熱面較多，經(jīng)濟(jì)性差，順流布置方式多用于蒸汽溫度較高的最末級(jí)?；旌狭鞑贾玫倪^(guò)熱器，“冷段”為逆流布置，“熱段”為順流布置，“冷段”具有較大的平均傳熱溫差，“熱段”管壁溫度也不致過(guò)高。它廣泛用于中壓鍋爐，高壓和超高壓鍋爐過(guò)熱器的最后一級(jí)也常釆用這種布置方式。</p><p>　　根據(jù)

62、蛇形管的布置方式，對(duì)流過(guò)熱器可分為立式和臥式兩種。立式過(guò)熱器的蛇形管為垂直放置，它的支吊結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單且管子不易積灰，蛇形管的上彎頭通過(guò)吊鉤吊掛在鍋爐的鋼架上，停爐時(shí)管內(nèi)存水不易排出，立式過(guò)熱器通常布置在爐膛出口的水平煙道中。臥式過(guò)熱器的蛇形管為水平放置，停爐時(shí)管內(nèi)存水容易排出，但其支吊結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且管子易積灰，通常用有工質(zhì)冷卻的受熱面管子作為其懸吊管，臥式過(guò)熱器通常布置在尾部豎井煙道中。</p><p>　　根據(jù)

63、鍋爐容量和必須保證的蒸汽流速，過(guò)熱器的蛇形管可布置成單管圈、雙管圈及多管圈形式。大容量鍋爐通常采用多管圈結(jié)構(gòu)。</p><p>　　按照蒸汽吸熱過(guò)熱的順序，鍋爐過(guò)熱器的布置一般也有四種型式：先對(duì)流后輻射、先輻射后對(duì)流、對(duì)流—輻射—對(duì)流和輻射—對(duì)流—輻射。具體見(jiàn)圖2-2所示。其中應(yīng)用最多的是先輻射后對(duì)流及對(duì)流—輻射—對(duì)流兩種。</p><p>　　圖2-2 過(guò)熱器的幾種基本布置型式</

64、p><p>　　輻射式過(guò)熱器是指布置在爐膛中直接吸收爐中輻射熱的過(guò)熱器。輻射式過(guò)熱器有多種布置方式，若布置在爐膛壁面上，稱為墻式過(guò)熱器；若水平布置在爐頂，稱為頂棚過(guò)熱器；若懸掛在爐膛上部并靠近前墻，稱為前屏過(guò)熱器。</p><p>　　輻射式過(guò)熱器不僅使?fàn)t膛有足夠的受熱面來(lái)冷卻煙氣，同時(shí)由于輻射式過(guò)熱器的溫度特性與對(duì)流式過(guò)熱器相反，還可改善鍋爐汽溫調(diào)節(jié)特性。國(guó)內(nèi)大容量自然循環(huán)鍋爐為了確保安全可

65、靠運(yùn)行，通常采取頂棚過(guò)熱器，有時(shí)還采用前屏過(guò)熱器，未采用墻式過(guò)熱器。</p><p>　　半輻射式過(guò)熱器是指布置在爐膛上部或出口處，既吸收煙氣的對(duì)流熱又直接吸收爐內(nèi)的輻射熱的過(guò)熱器。由于它像屏風(fēng)一樣把爐膛上部隔成若干個(gè)空間，通常又稱為屏式過(guò)熱器。屏式過(guò)熱器由許多管子緊密排列的管屏組成，管屏通常懸掛在爐頂構(gòu)架上，可以自由向下膨脹，為了增強(qiáng)屏的剛性，相鄰兩屏用連接管連接，在屏的下部用中間的管子把其余的管子包扎起來(lái)。&

66、lt;/p><p>　　屏式過(guò)熱器通常分為立式布置和臥式布置兩類。對(duì)具有前屏過(guò)熱器的鍋爐，常將屏式過(guò)熱器稱為后屏過(guò)熱器。屏式過(guò)熱器以輻射為主，與對(duì)流過(guò)熱器聯(lián)合使用，可改善汽溫變化特性。</p><p>　　大型鍋爐為了采用全懸吊結(jié)構(gòu)和敷管式爐墻，在水平煙道、轉(zhuǎn)向室、尾部煙道內(nèi)壁布置了過(guò)熱器管，此種過(guò)熱器稱為包覆過(guò)熱器。包覆過(guò)熱器懸吊在鍋爐頂梁上，爐墻敷設(shè)在管子上，可簡(jiǎn)化爐墻結(jié)構(gòu)。包覆過(guò)熱器的傳

67、熱效果差，吸熱量小，通常作為鍋爐的附加受熱面[5]。</p><p>　　2.3 過(guò)熱器的汽溫特性</p><p>　　所謂汽溫特性，是過(guò)熱器出口蒸汽溫度與鍋爐負(fù)荷之間的關(guān)系。輻射式過(guò)熱器只吸收爐內(nèi)的直接輻射熱。隨著鍋爐負(fù)荷的增加，輻射過(guò)熱器中工質(zhì)的流量和鍋爐的燃料耗量按比例增大，但爐內(nèi)輻射熱并不按比例增加，因?yàn)闋t內(nèi)火焰溫度的升高不太多。也就是說(shuō)，隨鍋爐負(fù)荷的增加，爐內(nèi)輻射熱的份額相對(duì)下降

68、，輻射式過(guò)熱器中蒸汽的焓增減少，出口蒸汽溫度下降，如圖2-3中曲線1所示，當(dāng)鍋爐負(fù)荷增大時(shí)，將有較多的熱量隨煙氣離開(kāi)爐膛，被對(duì)流過(guò)熱器等受熱面所吸收，對(duì)流過(guò)熱器中的煙速和煙溫提高，過(guò)熱器中工質(zhì)的焓增隨之增大。因此，對(duì)流式過(guò)熱器的出口汽溫是隨鍋爐負(fù)荷的提高而增加的。過(guò)熱器布置遠(yuǎn)離爐膛出口時(shí)，汽溫隨鍋爐負(fù)荷的提高而增加的趨勢(shì)更加明顯，如圖2-3中曲線2、3所示，對(duì)流式過(guò)熱器的出口汽溫是隨著負(fù)荷的增加而增大的。過(guò)熱器離爐膛出口越遠(yuǎn)，過(guò)熱器進(jìn)口

69、煙溫降低，煙氣對(duì)過(guò)熱器的輻射換熱份額減少，汽溫隨負(fù)荷增加而上升的趨勢(shì)更明顯，這就是圖中曲線3的斜率大于曲線2的原因?？梢灶A(yù)期，屏式過(guò)熱器的汽溫特性將稍微平穩(wěn)一些，因?yàn)樗誀t內(nèi)輻射和煙氣對(duì)流兩種方式吸收熱量。不過(guò)它的汽溫特性有可能是在高負(fù)荷時(shí)對(duì)流傳熱占優(yōu)勢(shì)而低負(fù)荷時(shí)則輻射傳熱占優(yōu)勢(shì)。高壓和</p><p>　　圖2-3 過(guò)熱器的汽溫特性</p><p>　　1-輻射式過(guò)熱器 2-對(duì)流過(guò)熱器

70、</p><p>　　2.4 過(guò)熱器的熱偏差</p><p>　　2.4.1 熱偏差概念</p><p>　　過(guò)熱器及再熱器是由許多并列管子組成的，管子的結(jié)構(gòu)尺才、內(nèi)部阻力系數(shù)和所處熱負(fù)荷可能各不相同。因此，每根管子中蒸汽的焓增也就不同，這種現(xiàn)象就叫做過(guò)熱器（再熱器）的熱偏差。</p><p>　　隨著電站鍋爐容量的增大及蒸汽參數(shù)的提高，在鍋

71、爐中越來(lái)越多地采用屏式過(guò)熱器，同時(shí)由于鍋爐相對(duì)寬度的減小，對(duì)流過(guò)熱器每片蛇形管束所采用的管圈數(shù)也相應(yīng)增多?？梢?jiàn)，對(duì)于整個(gè)管組，不僅存在屏（片）間熱偏差，且同時(shí)還存在同屏（片）熱偏差。由于屏式過(guò)熱器位于爐膛內(nèi)或爐膛出口處的高溫區(qū)，受熱面的熱負(fù)荷很高，如屏間和同屏熱偏差過(guò)大，必將導(dǎo)致局部管子發(fā)生過(guò)熱損壞。根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，同屏熱偏差是影響屏可靠工作的最主要因素，必須予以足夠的重視。</p><p>　　由于過(guò)熱器

72、并列工作的管子之間受熱面積差異不大，產(chǎn)生熱偏差的基本原因主要是煙氣側(cè)的吸熱不均和蒸汽側(cè)的流量不均。顯然，對(duì)于過(guò)熱器來(lái)說(shuō)，最危險(xiǎn)的將是熱負(fù)荷較大而蒸汽流量較小，因而其汽溫又較高的那些管子[1]。</p><p>　　2.4.2 產(chǎn)生熱偏差的原因</p><p>　　過(guò)熱器（再熱器）熱偏差主要是由于吸熱不均和流量不均所造成的。</p><p>　　吸熱不均即煙氣側(cè)熱力不

73、均，過(guò)熱器管組的各并列管是沿著爐膛寬度方向均勻布置的，因此，鍋爐爐膛中沿寬度方向煙氣的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的分布不均勻，是造成過(guò)熱器并列管組熱力不均勻的主要原因。而這些原因的產(chǎn)生可能是由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引起的，也可能是由于運(yùn)行工況的改變引起的。</p><p>　　由于爐膛四壁布有水冷壁，因此靠近爐壁的煙氣溫度遠(yuǎn)比火焰中心溫度低。流速亦較小，爐膛中四面爐壁的熱負(fù)荷各不相同，對(duì)于某一壁面，沿其寬度和高度的熱負(fù)荷差別也較大。同時(shí)

74、，當(dāng)燃燒工況組織不良，火焰中心偏斜，燃燒器負(fù)荷不一致。爐膛部分水冷壁嚴(yán)重結(jié)渣，爐膛上部或過(guò)熱器局部地區(qū)發(fā)生煤粉再燃燒時(shí)，均會(huì)造成爐內(nèi)煙氣溫度不均。并將不同程度地在對(duì)流煙道中延續(xù)下去，從而引起過(guò)熱器的吸熱不均。</p><p>　　由于設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)行等因素造成的過(guò)熱器管子節(jié)距不同，使個(gè)別管排之間有較大的煙氣流通截面，形成煙氣走廊。該處由于煙氣流通阻力較小，煙速加快，對(duì)流傳熱增強(qiáng)。同時(shí)，由于煙氣走廊具有較厚的輻射層

75、厚度，又使輻射吸熱增加，而其他部分管子吸熱相對(duì)減少，造成熱力不均。</p><p>　　此外，受熱面污染亦會(huì)造成并列工作管子吸熱的嚴(yán)重不均。顯然，結(jié)渣和積灰較多的管子吸熱減少，對(duì)流煙道部分堵灰結(jié)渣時(shí)，其余截面因煙速增大，因而吸熱增加。</p><p>　　還應(yīng)指出的是，吸熱多的管子由于蒸汽溫度高、比容大、流動(dòng)阻力增加，使工質(zhì)流量減少，更加大了熱偏差。</p><p>

76、;　　流量不均即工質(zhì)側(cè)水力不均勻，在并列工作的過(guò)熱器蛇形管中，流經(jīng)每根管子的蒸汽流量主要取決于該管子的流動(dòng)阻力系數(shù)、管子進(jìn)出口之間的壓力差以及管中蒸汽的比容。并列蛇形管一般均與進(jìn)、出口集箱相連接，稱之為分配集箱和匯集集箱，所以各管進(jìn)、出口之間的壓差與沿集箱長(zhǎng)度的壓力分布特性有關(guān)，而后者取決于過(guò)熱器連接方式。下面以過(guò)熱器Z形連接方式為例加以說(shuō)明。蒸汽由分配集箱左端引入，并從匯集集箱右端導(dǎo)出。在分配集箱中，沿集箱長(zhǎng)度方向工質(zhì)流量因逐漸分配給

77、蛇形管而不斷減少。在其右端，蒸汽流量下降到最小值。其動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，即?dòng)能沿集箱長(zhǎng)度方向逐漸降低而靜壓逐漸升高。與此相反，在匯集集箱中，靜壓沿集箱流動(dòng)方向則逐漸降低。由此可知，在Z形連接管組中，管圈兩端的壓差有很大差異，因而在過(guò)熱器的并列蛇形管中導(dǎo)致了較大的流量不均。兩集箱左端的壓力差最小，故左端蛇形管中的工質(zhì)流量最小，右端集箱間的壓力差最大，故右端蛇形管中工質(zhì)流量最大，中間蛇形管中流量介乎兩者之間。</p><

78、;p>　　在U形連接管組中，兩個(gè)集箱內(nèi)靜壓變化方向相同，因此各并列蛇形管兩端的壓差相差較小，使管組的流量不均得到改善。</p><p>　　顯然，采用多管均勻引入和導(dǎo)出的連接方式可以更好地消除過(guò)熱器蛇形管間的流量不均，但是要增加集箱的并列開(kāi)孔。</p><p>　　由于鍋爐實(shí)際工作的復(fù)雜性，要完全消除熱偏差是不可能的。特別是在近代大型鍋爐中，由于鍋爐尺寸很大，煙溫分布不易均勻，爐膛出

79、口處煙溫偏差可達(dá)200～300℃，而蒸汽在過(guò)熱器中的焓增又很大，致使個(gè)別管圈的汽溫偏差可達(dá)50～70℃，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)100～l50℃以上，但是也必須盡量減小熱偏差來(lái)保證過(guò)熱器和再過(guò)熱器的安全運(yùn)行。</p><p>　　除了在鍋爐設(shè)計(jì)中應(yīng)使并聯(lián)各蛇形管的長(zhǎng)度、管徑、節(jié)距等幾何尺寸按照受熱的情況合理的分配，燃燒器的布置盡量均勻，在運(yùn)行操作中確保燃燒穩(wěn)定煙氣均勻并充滿爐膛空間，沿爐膛寬度方向煙氣的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)盡量均勻，

80、控制左右側(cè)煙溫差不過(guò)大，根據(jù)受熱面的污染情況，適時(shí)投入吹灰器減少積灰和結(jié)渣外，目前減少熱偏差的主要方法有以下幾種：沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向，將過(guò)熱器受熱面分成若干級(jí)，級(jí)間有集箱使蒸汽充分混合。對(duì)某一級(jí)來(lái)說(shuō)把受熱不同的管子引入同一集箱，再進(jìn)入另一集箱，蒸汽在經(jīng)過(guò)引出管時(shí)（或在集箱內(nèi)）就會(huì)混合起來(lái)，并消除前面產(chǎn)生的熱偏差，使各級(jí)的熱偏差不會(huì)迭加及累積。</p><p>　　分級(jí)以后，由于每一級(jí)中工質(zhì)的平均焓增減小，從而使焓增偏

81、差的絕對(duì)值減小，并列蛇形管中的熱偏差相應(yīng)減小。顯然，級(jí)分的越多，熱偏差就越小。一般參數(shù)越高的鍋爐過(guò)熱器的級(jí)數(shù)越多。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將過(guò)熱器分級(jí)后，每一級(jí)中工質(zhì)的焓增量一般不超過(guò)250～400kJ/kg，則可使熱偏差減小到允許范圍。</p><p>　　在蒸汽過(guò)熱過(guò)程中，隨著蒸汽溫度增加，其比熱容不斷下降，因而在最末級(jí)過(guò)熱器中，蒸汽比熱容最小，使得在同樣熱偏差的條件下，其溫度偏差最大。同時(shí)，考慮到末級(jí)過(guò)熱器中蒸汽溫度又最

82、高，工作條件最差，因而末級(jí)過(guò)熱器的燴增更要小些，一般不超過(guò)125～200kJ/kg。這樣，對(duì)減小末級(jí)過(guò)熱器汽溫調(diào)節(jié)的遲滯性也有好處。</p><p>　　再熱蒸汽由于壓力低，比熱容更小，故各級(jí)再熱器焓增亦不宜過(guò)大。尤其是布置在爐膛和靠近爐膛高熱負(fù)荷區(qū)的再熱器或高溫對(duì)流再熱器，否則將產(chǎn)生比過(guò)熱器更大的汽溫偏差。</p><p>　　其次，為了減輕因中間煙溫高、流速快，兩側(cè)煙溫低、流速慢所造成

83、的過(guò)熱器熱偏差，通常沿?zé)煹缹挾确较蜻M(jìn)行分級(jí)，即將受熱面布置成并聯(lián)混流方式[1]。</p><p>　　2.4.3 減少熱偏差的措施</p><p>　　減輕熱偏差的主要措施是減少吸熱不均，其主要措施有以下幾方面。</p><p>　　將過(guò)熱器、再熱器分級(jí)，級(jí)間進(jìn)行中間混合。即減少每一級(jí)過(guò)熱器、再熱器焓增，這樣出口汽溫的偏差也會(huì)減少。</p><p

84、>　　級(jí)間進(jìn)行交叉流動(dòng)，以消除兩側(cè)煙氣的熱力偏差。但在再熱器系統(tǒng)中一般不宜采用左右交叉，其目的為了減少系統(tǒng)的流動(dòng)阻力，以提高再熱蒸汽的作功能力。</p><p>　　連接管與過(guò)熱器（再熱器）的進(jìn)出口聯(lián)箱之間采用多管引入和多管引出的連接方式，減少各管之間壓差差異。</p><p>　　減少屏前或管束前煙氣空間尺寸，減少屏間、片間煙氣空間的差異。受熱面前煙氣空間深度越小，煙氣空間對(duì)同屏、

85、同片各管輻射傳熱的偏差也越小。用水冷或汽冷定位管（600MW鍋爐用汽冷定位管）固定各屏或各片受熱面，以防止其擺動(dòng)、并使煙氣空間固定，傳熱穩(wěn)定。</p><p>　　適當(dāng)均衡并列各管的長(zhǎng)度和吸熱量，增大部分管段的管徑，減少其阻力（一級(jí)過(guò)熱器或再熱器按受熱條件、壁溫工況采用不同材料、不同管徑）。</p><p>　　分隔屏過(guò)熱器中每片屏分若干組，對(duì)于600MW鍋爐，由于蒸汽流量大，四片分隔屏的

86、每屏流量大，因此管圈數(shù)多。為減少同屏各管的熱偏差，則采用分組方法，使每一組的管圈數(shù)減少，同組各管熱偏差減少。</p><p>　　同一級(jí)過(guò)熱器、再熱器分二組，中間無(wú)聯(lián)箱，這一組外圈管至下一組為內(nèi)圈管，以均衡各管的吸熱量（即內(nèi)、外圈管交叉布置）。如北侖電廠1號(hào)爐CE制造鍋爐的中、高溫再熱器。</p><p>　　600MW鍋爐的過(guò)熱器、再熱器均采用不同直徑和壁厚的管子。按一級(jí)受熱面所處運(yùn)行工

87、況條件不同，采用不同管徑、壁厚及材料，以改善其熱偏差。</p><p>　　鄒縣電廠2020t/h鍋爐的分隔屏不采用U形管結(jié)構(gòu)，而采用反L形，以改善減少分隔屏的熱偏差。它是從爐前水冷壁引入至爐膛頂部引出。</p><p>　　減少爐膛出口煙氣殘余扭轉(zhuǎn)，減少爐膛出口及水平煙道的左右煙溫偏差，減少過(guò)熱蒸汽、再熱蒸汽的左右汽溫偏差，防止過(guò)熱器、再熱器超溫爆管。其主要措施有以下兩點(diǎn)。</p&

88、gt;<p>　　在爐膛上部加裝分隔屏（前屏）過(guò)熱器，以減少爐膛出口煙氣殘余旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)能量，從而使煙氣均流，以減少水平煙道受熱面（包括折焰角上部受熱面）的左右流動(dòng)偏差和左右煙溫偏差。</p><p>　　部分二次風(fēng)反切，以減少爐膛出口煙氣的旋轉(zhuǎn)能量。目前，600MW四角切圓燃燒的鍋爐采用較為廣泛。</p><p>　　運(yùn)行方面措施有：在設(shè)備投產(chǎn)或大修后，必須做好爐內(nèi)冷態(tài)空氣動(dòng)

89、力場(chǎng)試驗(yàn)和熱態(tài)燃燒調(diào)整試驗(yàn)。在正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)根據(jù)鍋爐出力要求，合理投運(yùn)燃燒器，調(diào)整好爐內(nèi)燃燒。煙氣要均勻充滿爐膛空間，避免產(chǎn)生偏斜和沖刷屏式過(guò)熱器。盡量使沿爐寬方向煙氣流量和溫度分布比較均勻，控制水平煙道左右煙溫偏差不能過(guò)大。及時(shí)吹灰，防止因結(jié)渣和積灰而引起的受熱不均現(xiàn)象產(chǎn)生[1]。</p><p><b>　　主汽溫控制</b></p><p>　　本章論述主蒸汽溫

90、度的控制及控制手段，分析影響汽溫變化的主要因素，被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，著重介紹噴水減溫控制系統(tǒng)的SAMA圖。</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　3.1.1 汽溫控制的重要性</p><p>　　蒸汽參數(shù)是表征鍋爐特性的重要特性之一，對(duì)鍋爐的額定汽溫都有明確的規(guī)定，并要求在運(yùn)行中不能有過(guò)大的偏差，這是因?yàn)椋?lt

91、;/p><p>　　汽溫過(guò)高，會(huì)使鍋爐受熱面及蒸汽管道金屬材料的蠕變速度加快，影響使用壽命。例如12Cr1MoV鋼在585℃時(shí)考慮約10萬(wàn)h的持久強(qiáng)度，在593℃時(shí)到3萬(wàn)h就將喪失其應(yīng)有強(qiáng)度。若受熱面嚴(yán)重超溫，將會(huì)因材料強(qiáng)度的急劇下降而導(dǎo)致管子發(fā)生爆破。同時(shí)，當(dāng)汽溫過(guò)高超過(guò)允許值時(shí)，還會(huì)使汽輪機(jī)的汽缸、主汽門、調(diào)節(jié)汽門、前幾級(jí)噴嘴和葉片等部件的機(jī)械強(qiáng)度降低，部件溫差熱應(yīng)力、熱變形增大，將導(dǎo)致設(shè)備的損壞或使用壽命的縮短

92、。</p><p>　　汽溫過(guò)低將會(huì)引起機(jī)組熱效率降低，使汽耗率增大。汽溫過(guò)低還會(huì)使汽輪機(jī)末幾級(jí)葉片的蒸汽濕度增大，這不僅使汽輪機(jī)內(nèi)效率降低，而且造成汽輪機(jī)末幾級(jí)葉片的浸蝕加劇。</p><p>　　由于汽溫偏低，使機(jī)組的理想焓降減少和內(nèi)效率的降低，機(jī)組的功率會(huì)隨著汽溫的下降而自行降低。如要維持機(jī)組功率不變，隨著汽溫的降低，蒸汽流量會(huì)自行增大，調(diào)節(jié)級(jí)理想焓降會(huì)減少，末級(jí)的理想焓降會(huì)增大。這

93、樣，末級(jí)葉片的彎應(yīng)力由于流量和理想焓降的增加而明顯的增大。如汽溫下降幅度越大，調(diào)門開(kāi)度增加越多，蒸汽流量增大，從而使末級(jí)葉片彎應(yīng)力可能會(huì)超過(guò)允許值。因此，汽溫下降超過(guò)規(guī)定值時(shí)，不允許機(jī)組繼續(xù)帶額定負(fù)荷，而需要限制機(jī)組的出力。</p><p>　　汽溫大幅度的快速下降會(huì)造成汽機(jī)金屬部件產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力、熱變形，甚至?xí)l(fā)生動(dòng)靜部件的摩擦，更為嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)水擊事故的發(fā)生，造成通流部分、推力軸承嚴(yán)重?fù)p壞（汽溫降

94、低過(guò)大會(huì)使汽機(jī)負(fù)的軸向推力增大），對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行十分不利。</p><p>　　過(guò)熱汽溫和再熱汽溫變化過(guò)大，除使管材及有關(guān)部件產(chǎn)生蛻變和疲勞損壞外，還將引起汽機(jī)差脹的變化，甚至產(chǎn)生機(jī)組振動(dòng)，危及機(jī)組的安全運(yùn)行[6]。</p><p>　　3.1.2 主汽溫控制介紹</p><p>　　汽包鍋爐的過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)采用噴水減溫器。噴水減溫器是將減溫水直接噴人過(guò)熱蒸汽中，吸

95、收蒸汽的熱量使水加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱，從而使汽溫降低，以達(dá)到調(diào)節(jié)過(guò)熱汽溫的目的。</p><p>　　由于噴水減溫器是將水汽直接接觸的原理工作的，故其調(diào)節(jié)幅度大、慣性小、調(diào)節(jié)靈敏，易于自動(dòng)化。加上其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此在過(guò)熱蒸汽調(diào)節(jié)中得到廣泛采用。在噴水減溫中，噴入的水與蒸汽直接混合，因而對(duì)水質(zhì)的要求很高，所用減溫水應(yīng)保證噴水后的過(guò)熱蒸汽中的含鹽量及含硅量符合規(guī)定的要求。通常用給水泵出口的給水作為減溫水，利用給水和減溫器之

96、間的壓差，達(dá)到有效噴射減溫的目的。</p><p>　　在各種類型鍋爐的過(guò)熱器布置中，過(guò)熱器采用多級(jí)布置，常采用多次減溫方式，一般裝置2～3級(jí)噴水減溫器。通常在屏式過(guò)熱器前設(shè)置第一級(jí)減溫器，以保護(hù)屏式過(guò)熱器安全（因?yàn)樗艿綘t膛強(qiáng)烈的輻射熱量），并作為過(guò)熱汽溫的粗調(diào)節(jié)。在末級(jí)過(guò)熱器前一般也裝置噴水減溫器，調(diào)節(jié)過(guò)熱器出口汽溫達(dá)到額定值，裝在末級(jí)過(guò)熱器之前，可以保證高溫過(guò)熱器的安全，同時(shí)可以減少時(shí)滯，提高調(diào)節(jié)的靈敏度。

97、</p><p>　　以往汽包爐過(guò)熱器系統(tǒng)分四級(jí)布置，即低溫過(guò)熱器、前屏過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器，并設(shè)置三級(jí)減溫器。第一級(jí)噴水減溫器裝置在低溫過(guò)熱器出口與前屏過(guò)熱器進(jìn)口處，其作用是控制前屏的進(jìn)口汽溫，以保證前屏的進(jìn)口汽溫，保證前屏工作的安全。第二級(jí)噴水減溫器設(shè)置在前屏與后屏過(guò)熱器之間，保護(hù)后屏過(guò)熱器，并依靠變更左、右兩側(cè)不同的噴水量，以消除爐膛出口煙溫及煙氣殘余扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的熱偏差，防止后屏管圈的局部超溫。第

98、三級(jí)噴水減溫器裝置在后屏與高溫過(guò)熱器之間，其作用是對(duì)過(guò)熱汽溫進(jìn)行細(xì)調(diào)節(jié)，以使過(guò)熱器出口汽溫維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。</p><p>　　北侖電廠1號(hào)爐的過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)方式按CE設(shè)計(jì)傳統(tǒng)方法。過(guò)熱器采用一級(jí)噴水減溫器。布置在低溫過(guò)熱器到分隔屏的連接管道上，左右各一只，其直徑為559mm，壁厚60mm，材質(zhì)SA—335—P12，減溫水取自主給水管道（給水泵出口），最大噴水量為104t/h。減溫器采用多孔管型。采用一級(jí)噴水減

99、溫器，主要考慮分隔屏過(guò)熱器與后屏過(guò)熱器（即為末級(jí)過(guò)熱器）的汽溫特性匹配較好。分隔屏過(guò)熱器主要吸收爐膛輻射熱量，它是輻射式過(guò)熱器，隨著鍋爐負(fù)荷的降低而升高，而后屏過(guò)熱器則為半輻射式過(guò)熱器，它的汽溫特性是隨著負(fù)荷降低，出口汽溫稍有下降。因此在設(shè)計(jì)中如果該兩受熱面設(shè)計(jì)合理，能使過(guò)熱器出口汽溫維持在額定值。對(duì)于平野電廠600MW的鍋爐的過(guò)熱器系統(tǒng)也采用輻射——對(duì)流組合，包括爐頂和包覆、低溫過(guò)熱器、前屏（分隔屏）、后屏和高溫過(guò)熱器五部分，它也在低

100、溫過(guò)熱器出口到分隔屏過(guò)熱器的連接管道上裝置一級(jí)減溫器（左右各一只），這樣對(duì)于前屏、后屏及高溫過(guò)熱器設(shè)計(jì)時(shí)的汽溫特性也應(yīng)作充分考慮，使其能在不同負(fù)荷時(shí)，保持過(guò)熱器出口汽溫維持在額定值。另外擺動(dòng)燃燒器的調(diào)節(jié)主要目的是調(diào)節(jié)再熱汽溫，但對(duì)過(guò)熱汽溫的影響也是很大的，負(fù)荷降低時(shí)，在提高再</p><p>　　3.2 影響汽溫變化的因素</p><p>　　影響汽溫變化的因素很多，大體分為煙氣側(cè)的影響因

101、素和蒸汽側(cè)的影響因素。</p><p>　　3.2.1 煙氣側(cè)的主要影響因素</p><p>　?。?） 燃料性質(zhì)變化。燃料性質(zhì)的變化主要是燃煤揮發(fā)份、水分、灰分和含碳量以及煤粉細(xì)度的改變。當(dāng)燃煤的揮發(fā)分降低，含碳量增加或煤粉較粗時(shí)，煤粉在爐內(nèi)燃盡的時(shí)間增加，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，則將使汽溫升高。燃煤中的水分和灰分增加時(shí)，燃煤的發(fā)熱量降低。為了保證鍋爐蒸發(fā)量，必須增加燃料消耗量。

102、因?yàn)樗謸]發(fā)和灰分本身的提高均要吸收爐膛內(nèi)的熱量，故使?fàn)t膛內(nèi)溫度水平降低，爐內(nèi)輻射傳熱量減少，爐膛出口煙溫升高。同時(shí)水分的增加也使煙氣體積增大，煙氣流速增加。爐膛出口煙溫的升高和煙速的增加，使對(duì)流傳熱增加，也就使得對(duì)流過(guò)熱器的吸熱量增加，故汽溫升高。當(dāng)從燃煤改為燃油時(shí)，由于油的燃燒迅速，其火焰長(zhǎng)度比煤粉短，使火焰中心降低。同時(shí)由于油火焰的輻射強(qiáng)度比煤大，而使?fàn)t內(nèi)輻射傳熱增強(qiáng)，相應(yīng)爐膛出口煙溫降低，因而將使對(duì)流過(guò)熱器的汽溫降低，輻射過(guò)熱器

103、的汽溫升高。</p><p>　　（2） 燃料量變化。送入爐內(nèi)的燃料量取決于鍋爐負(fù)荷，負(fù)荷發(fā)生變化，燃料量必須相應(yīng)地變動(dòng)。燃料量變動(dòng)，爐膛出口煙溫就會(huì)發(fā)生變動(dòng)，煙氣流速也會(huì)發(fā)生變化。這樣就必然引起爐內(nèi)傳熱量的改變，從而引起過(guò)熱器內(nèi)工質(zhì)吸熱量的改變，使過(guò)熱蒸汽溫度發(fā)生變動(dòng)。</p><p>　?。?） 風(fēng)量調(diào)節(jié)變化。當(dāng)送風(fēng)量或漏風(fēng)量增加而使?fàn)t內(nèi)過(guò)剩空氣量增加時(shí)，由于低溫空氣的吸熱，將使?fàn)t膛溫

104、度降低，輻射傳熱減弱，爐膛出口煙溫升高。同時(shí)過(guò)?？諝饬康脑黾訉⑹沽鹘?jīng)對(duì)流過(guò)熱器的煙氣量增多，煙氣流速增大，使對(duì)流傳熱增強(qiáng)，從而引起對(duì)流過(guò)熱器的汽溫升高和輻射過(guò)熱器的汽溫降低。若風(fēng)量不足，燃燒不好，在煙道發(fā)生再燃燒時(shí)，也會(huì)引起對(duì)流過(guò)熱器的汽溫升高。在總風(fēng)量不變的情況下，由于配風(fēng)工況不同，造成爐內(nèi)火焰中心位置的變化，也會(huì)引起汽溫的變化。例如對(duì)于四角布置切圓燃燒方式的噴燃器，當(dāng)使其上面的二次風(fēng)加大而下面的二次風(fēng)減小時(shí)，將使火焰中心壓低，于是爐

105、膛出口煙溫降低，從而使對(duì)流過(guò)熱器的汽溫降低。當(dāng)引風(fēng)和配風(fēng)配合不當(dāng)，例如引風(fēng)量過(guò)大，爐膛負(fù)壓值太大，使火焰中心溫度提高，則過(guò)熱汽溫會(huì)隨之不正常的升高。</p><p>　?。?） 噴燃器運(yùn)行方式變化。噴燃器運(yùn)行方式改變時(shí)，將引起燃燒室火焰中心位置的改變，因而可能引起汽溫變化。例如，噴燃器從上排切換至下排時(shí)，汽溫可能會(huì)降低。</p><p>　?。?） 給水溫度變化。給水溫度的變化對(duì)汽溫有很大

106、的影響。當(dāng)給水溫度變化時(shí)，工質(zhì)在鍋爐中的焓增也發(fā)生變化，為了維持鍋爐蒸發(fā)量不變，燃料量勢(shì)必相應(yīng)的改變，以適應(yīng)加熱給水所需熱量的變化，由此將造成流經(jīng)對(duì)流過(guò)熱器的煙氣流速和煙氣溫度發(fā)生變化，因而引起汽溫變化。例如，當(dāng)給水溫度降低時(shí)，加熱給水所需的熱量增多，燃料量必然要加大。但這時(shí)蒸發(fā)量未變，即由飽和蒸汽加熱到額定溫度的過(guò)熱蒸汽所需的熱量未變，因而燃料量加大的結(jié)果必然造成過(guò)熱器煙氣側(cè)的傳熱量大于蒸汽側(cè)的需熱量，這就必然引起過(guò)熱汽溫的升高。&l

107、t;/p><p>　?。?） 受熱面的清潔程度。當(dāng)過(guò)熱器受熱面本身結(jié)渣，嚴(yán)重積灰或管內(nèi)結(jié)鹽垢時(shí)，將使汽溫降低。水冷壁或凝渣管管外積灰，結(jié)渣或管內(nèi)結(jié)垢將引起汽溫升高。因?yàn)闊o(wú)論是灰、渣或水垢都會(huì)阻礙傳熱，使水冷壁或結(jié)渣管的吸熱量減少，而使過(guò)熱器進(jìn)口的煙溫升高，因而引起汽溫升高。過(guò)熱器管內(nèi)結(jié)垢不但會(huì)影響汽溫，而且可能造成管壁過(guò)熱損壞。若過(guò)熱器積灰，結(jié)渣不均時(shí)，有的地方流過(guò)的煙氣量多，這部分汽溫就高[5]。</p>