直流鍋爐的運(yùn)行特性

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,直流鍋爐的運(yùn)行特性,一、靜態(tài)特性,（一）、汽溫靜態(tài)特性,穩(wěn)定工況下，以給水為基準(zhǔn)的過(guò)熱蒸汽總焓升可按下式計(jì)算,式中,鍋爐輸入熱量，,kJ/kg;,鍋爐效率；,、,給水焓、過(guò)熱器出口焓，,kJ/kg;,再熱器相對(duì)吸熱量，,再熱器吸熱量，,kJ/kg,。,1.,煤水比,B/G,保持式中 、和 不變，則當(dāng)鍋爐給水量從變化到 ，對(duì)應(yīng)的燃料量變化到 時(shí)，過(guò)熱器出口焓值的變化量可寫(xiě)為,式中 、,工況變動(dòng)前、后的過(guò)熱器出口,焓，,kJ/kg;,、,工況變動(dòng)前、后的煤水比，,o,對(duì)于亞臨界鍋爐，。若保持給水流量不變，燃料量增加,10%,（），則過(guò)熱蒸汽出口焓將增加,216kJ/kg,，相應(yīng)的溫升約為 ；如果熱負(fù)荷不變，而工質(zhì)流量減少,10%,（），則過(guò)熱蒸汽焓增為,247kJ/kg,，相應(yīng)的溫升約 。,=B/B,g=G/G,2,給水溫度,當(dāng)給水溫度降低時(shí)，若保持煤水比不變，則由上式可知，過(guò)熱器出口焓（汽溫）將隨之降低。只有調(diào)大煤水比，使之與增大了的過(guò)熱蒸汽總焓升相對(duì)應(yīng)，才能保持汽溫穩(wěn)定。,3,過(guò)量空氣系數(shù),爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)主要是通過(guò)再熱器相對(duì)吸熱量的變化而影響過(guò)熱汽溫的。當(dāng)爐內(nèi)送風(fēng)量增大時(shí)，對(duì)流式再熱器的吸熱量因煙氣流量的增大而增加，而輻射式再熱器的吸熱量則基本不變，因此再熱器總吸熱量及相對(duì)吸熱量增大，在煤水比未變動(dòng)的情況下，根據(jù)上式過(guò)熱器出口汽溫將降低。運(yùn)行中也需要改變?cè)O(shè)定的煤水比。,4,鍋爐效率,當(dāng)鍋爐效率降低時(shí)，過(guò)熱汽溫將下降。運(yùn)行中爐膛結(jié)焦、過(guò)熱器結(jié)焦、風(fēng)量偏大，都會(huì)使排煙損失增大，效率降低；燃燒不完全也是鍋爐效率下降的一個(gè)因素。上述情況出現(xiàn)時(shí)均會(huì)使煤水比發(fā)生變化。,5.,變壓運(yùn)行,變壓運(yùn)行時(shí)的主蒸汽壓力是鍋爐負(fù)荷函數(shù)。當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)主蒸汽壓力下降，與之相應(yīng)的工質(zhì)理論熱量（從給水加熱至額定出口汽溫所必須吸收的熱量）增大，如煤水比不變，則汽溫將下降。如保持汽溫，則煤水比按比例增加。,再熱汽溫,穩(wěn)定工況下，再熱器出口焓值,(kJ/kg),按下式計(jì)算,式中,再熱器進(jìn)口焓值，,kJ/kg,；,d,再熱汽流量份額。,保持式中 、和 不變，則當(dāng)鍋爐給水量從變化到 ，對(duì)應(yīng)的燃料量變化到 時(shí)，再熱器出口焓值的變化量可寫(xiě)為,在任何負(fù)荷下，當(dāng)燃料量與給水量成比例變化是時(shí)（,m,1,=m,0,）即可保證再熱汽溫為額定值。這個(gè)結(jié)論與主汽溫調(diào)節(jié)的要求是一致的。,煤發(fā)熱量、過(guò)量空氣系數(shù)、受熱面結(jié)焦、定壓運(yùn)行、滑壓運(yùn)行方式等對(duì)再熱汽溫影響的分析與過(guò)熱汽溫相仿。隨著煤熱值降低,、,過(guò)量空氣的增加，在煤水比不變時(shí)再熱汽溫升高；滑壓運(yùn)行比定壓運(yùn)行更易于穩(wěn)定再熱汽溫。,（二）、汽壓靜態(tài)特性,1,燃料量擾動(dòng),燃料量增加,B,，,汽輪機(jī)調(diào)速汽門開(kāi)度不變：,(1),給水流量隨燃料量增加，保持煤水比不變（,m,o,m,l,），,由于鍋爐產(chǎn)汽量增大，汽壓上升。,(2),給水流量保持不變，煤水比增大（,m,1,m,。），,為維持汽溫必須增加減溫水量，同樣由于蒸汽流量增大，汽壓上升。,(3),給水流量和減溫水量都不變，則汽溫升高，蒸汽容積增大，汽壓也有所上升。這是由于在汽輪機(jī)調(diào)門開(kāi)度不變的情況下，蒸汽流速增大使流動(dòng)阻力增大所致。但如果汽溫的升高在允許的較小值，則汽壓無(wú)明顯變化。,2,給水流量擾動(dòng),給水流量增加,G,，,汽輪機(jī)調(diào)速汽門開(kāi)度不變：,（1）,燃料量隨給水流量增加，保持煤水比不變（,m,。,m,l,），,由于蒸汽流量增大，汽壓上升。,（,2,）燃料量不變，減小減溫水量保持汽溫，則汽壓不變。,（,3,）燃料量和減溫水量都不變，如汽溫下降在許可范圍內(nèi)，則蒸汽流量的增大使汽壓上升。,3,汽輪機(jī)調(diào)門擾動(dòng),若汽輪機(jī)調(diào)門開(kāi)大,k,，,而燃料量和給水流量均不變，由于工況穩(wěn)定后，汽輪機(jī)排汽量仍等于給水流量，并未變化。根據(jù)汽輪機(jī)調(diào)門的壓力一流量特性可知，汽壓降低。,（三）水冷壁流量,負(fù)荷特性,直流鍋爐變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，質(zhì)量流速相應(yīng)變化，若為滑壓運(yùn)行，則汽壓也隨之升降，對(duì)蒸發(fā)管的水動(dòng)力特性將發(fā)生影響。,1,流量偏差特性,(1),負(fù)荷降低的影響。水冷壁的總壓差按下式計(jì)算,式中,p,zw,重位壓差，,Pa,；,P,lz,流動(dòng)阻力，,Pa,。,對(duì)于一次上升垂直管屏，額定負(fù)荷下重位壓差上,p,zw,與流動(dòng)阻力上,P,lz,相差不多。在低負(fù)荷下，總壓差中以重位壓差上,p,zw,為主，水冷壁系統(tǒng)在低負(fù)荷下是自然循環(huán)特性。高負(fù)荷時(shí)，總壓差中以流阻上,P,lz,為主，水冷壁系統(tǒng)是強(qiáng)迫流動(dòng)特性。,對(duì)于水平管圈，由于管屏高度與管屏長(zhǎng)度相比很小，所以重位壓差凸,p,zw,所占比例不大，它顯示強(qiáng)迫流動(dòng)的流動(dòng)特性。且隨著負(fù)荷的降低，強(qiáng)迫流動(dòng)特性增強(qiáng)，即在低負(fù)荷下，同樣的吸熱不均，會(huì)引起更大的流量偏差。,對(duì)于由水平管圈和垂直管屏聯(lián)合組成的水冷壁系統(tǒng)，由于垂直管屏入口已為含汽率較高的汽水混合物，故垂直管屏,p,zw,相對(duì)很小，總壓差中以流阻,P,lz,為主，所以垂直管屏呈現(xiàn)較強(qiáng)的強(qiáng)迫流動(dòng)特性。與水平管圈一樣，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，強(qiáng)迫流動(dòng)特性增強(qiáng)。,工質(zhì)流量增加時(shí)，重位壓頭也隨之增大，這是由于含汽率減小的緣故。因此，高負(fù)荷時(shí)的水動(dòng)力穩(wěn)定性都是較好的。,（,2,）壓力降低的影響,直流鍋爐采用滑壓運(yùn)行，低負(fù)荷時(shí)壓力相應(yīng)降低。壓力降低時(shí)汽水密度差加大，平均管的密度減小，在同樣的質(zhì)量流量下，,p,zw,減小、,p,z,增大，即原來(lái)顯示強(qiáng)迫流動(dòng)特性的管屏將更加增加其強(qiáng)迫特性，因而降低水冷壁的工作安全性。,2,水動(dòng)力穩(wěn)定性,產(chǎn)生水動(dòng)力多值性的根本原因是水冷壁進(jìn)口的給水有欠焓。當(dāng)給水欠焓超過(guò)某一定值之后，就會(huì)發(fā)生水動(dòng)力的不穩(wěn)定。,水平管圈式水冷壁，可按下式判斷是否出現(xiàn)水動(dòng)力多值性,工作壓力（,MPa,）,8.0,12.0,16.0,20.0,24.0,r,（,/”,l,）,21.1,33.4,48.5,71.1,-,隨著壓力的降低，汽化潛熱,r,和密度比,/,”,均增大，但后者增大得更快，使式中的,r（,/,”,l）,項(xiàng)降低。也就是說(shuō)，隨著壓力的降低，滿足上式將變得越來(lái)越困難或者說(shuō)裕度更低。,因此，水平管圈的直流鍋爐低壓力運(yùn)行時(shí)，更應(yīng)注意水動(dòng)力穩(wěn)定性的問(wèn)題。,對(duì)于垂直管圈，重位壓頭不能忽略，水動(dòng)力特性可認(rèn)為是水平管圈的特性疊加一個(gè)重位壓頭而形成的。因此，垂直管圈的水冷壁一般沒(méi)有水動(dòng)力不穩(wěn)定的問(wèn)題。但壓力很低時(shí)，重位壓頭迅速減小，仍有可能使水動(dòng)力的穩(wěn)定性變差。,低負(fù)荷下，水冷壁的進(jìn)水溫度降低，欠焓增大，容易出現(xiàn)水動(dòng)力多值性。因此運(yùn)行中應(yīng)限制欠焓,h,小于,420,kJ,kg,，,負(fù)荷低于一定值時(shí)，則必須限制水冷壁質(zhì)量流速的進(jìn)一步降低，保持你在高于安全流量,G,lj,以上。由圖可知，壓力越低，不發(fā)生水動(dòng)力多值性的安全邊界流量,G,lj,就越高。,二、動(dòng)態(tài)特性,(一,),動(dòng)態(tài)過(guò)程鍋內(nèi)工質(zhì)貯存量變化,1 物理現(xiàn)象,附加蒸發(fā)量：由于鍋內(nèi)貯存水量的變化而使蒸汽,質(zhì)量流量增加或減小的部分。,分析,兩工況間水冷壁管段貯水空間變化,Vs=V,s2,-V,s1,穩(wěn)定工況下受熱管段長(zhǎng)度和熱負(fù)荷,燃料量擾動(dòng)貯水空間變化,給水流量擾動(dòng)貯水空間變化,鍋內(nèi)工質(zhì)貯水量變化,1,燃料量擾動(dòng),在其他條件不變的情況下，燃料量,B,增加。蒸發(fā)量在短暫延遲后先上升，后下降，最后穩(wěn)定下來(lái)與給水量保持平衡。,其原因是，在變化之初，由于熱負(fù)荷立即變化，熱水段逐步縮短；蒸發(fā)段將蒸發(fā)出更多的飽和蒸汽，使過(guò)熱蒸汽流量,D,增大，其長(zhǎng)度也逐步縮短，當(dāng)蒸發(fā)段和熱水段的長(zhǎng)度減少到使過(guò)熱蒸汽流量,D,重新與給水量相等時(shí)，即不再變化。,燃料量增加，過(guò)熱段加長(zhǎng)，過(guò)熱汽溫升高。但在過(guò)渡過(guò)程的初始階段，由于蒸發(fā)量與燃燒放熱量近乎按比例變化，再加以管壁金屬貯熱所起的延緩作用，所以過(guò)熱汽溫要經(jīng)過(guò)一定時(shí)滯后才逐漸變化。如果燃料量增加的速度和幅度都很急劇，有可能使鍋爐瞬間排出大量蒸汽。在這種情況下，汽溫將首先下降，然后再逐漸上升。,蒸汽壓力在短暫延遲后逐漸上升，最后穩(wěn)定在較高的水平。最初的上升是由于蒸發(fā)量的增大，隨后保持較高的數(shù)值是由于汽溫的升高（汽輪機(jī)調(diào)速閥開(kāi)度未變）。,2,給水量擾動(dòng),在其他條件不變的情況下，給水量增加，熱水段延長(zhǎng)。蒸汽流量逐漸增大到擾動(dòng)后的給水流量。過(guò)渡過(guò)程中，由于蒸汽流量小于給水流量，所以工質(zhì)貯存量不斷增加。,隨著蒸汽流量的逐漸增大和過(guò)熱段的減小，出口過(guò)熱汽溫漸漸降低。但在汽溫降低時(shí)金屬放出貯熱，對(duì)汽溫變化有一定的減緩作用。,汽壓則隨著蒸汽流量的增大而逐漸升高。值得一提的是，雖然蒸汽流量增加，但由于燃料量并未增加，故穩(wěn)定后工質(zhì)的總吸熱量并未變化，只是單位工質(zhì)吸熱量減小（出口汽溫降低）而已。,當(dāng)給水量擾動(dòng)時(shí)，蒸發(fā)量、汽溫和汽壓的變化都存在時(shí)滯。這是因?yàn)樽詳_動(dòng)開(kāi)始，給水自入口流動(dòng)到原熱水段末端時(shí)需要一定的時(shí)間，因而蒸發(fā)量產(chǎn)生時(shí)滯。蒸發(fā)量時(shí)滯又引起汽壓和汽溫的時(shí)滯。,3,功率擾動(dòng),功率擾動(dòng)是指調(diào)速汽門動(dòng)作取用部分蒸汽，增加汽輪機(jī)功率，而燃料量、給水量不變化的情況。,若調(diào)速汽門突然開(kāi)大，蒸汽流量立即增加，汽壓下降。汽壓沒(méi)有像蒸汽流量那樣急劇變化。,在給水壓力和給水門開(kāi)度不變的條件下，由于汽壓降低，給水流量實(shí)際上是自動(dòng)增加的。這樣，平衡后的給水流量和蒸汽流量有所增加。在燃料量不變的情況下，這意味著單位工質(zhì)吸熱量必定減小，或者說(shuō)出口汽溫（焓）必定減小。,在超臨界區(qū)運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)特性與亞臨界鍋爐相似，但變化過(guò)程較為和緩。燃料量,B,增加時(shí)，鍋爐熱水、過(guò)熱段的邊界發(fā)生移動(dòng)，盡管沒(méi)有蒸發(fā)段，但熱水、過(guò)熱段的比體積差異也會(huì)使工質(zhì)貯存量在動(dòng)態(tài)過(guò)程中有所減小。因此出口蒸汽量稍大于入口給水量直至穩(wěn)態(tài)下建立新的平衡。,由于上述特點(diǎn)，超臨界機(jī)組在燃料量、給水量和功率擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，受蒸汽量波動(dòng)的影響較小，如燃料量擾動(dòng)時(shí)，抑制過(guò)熱汽溫變化的因素主要是金屬貯熱，而較少受蒸汽量影響，因而過(guò)熱汽溫變化得就快一些；而汽壓的波動(dòng)則基本上產(chǎn)生于汽溫的變化，變得較為和緩。,鍋爐壓力對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響,