十二章锅炉运行调节与优化.pptx
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1、n参数变化,维持锅炉机组的安全经济运行参数变化,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;任务:适应外界负荷的变化;维持正常水位;维持正常水位;维持蒸汽参数;维持蒸汽参数;保持汽水品质;保持汽水品质;经济燃烧,减少损失。经济燃烧,减少损失。第一节第一节 直流锅炉的运行特性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,泵可以简单地定义为只有一根管子的
2、锅炉,泵将水从管子的一端送入,管子放在火焰中加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。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。管子的输出是给水流量和燃料加热量的函数。一、直流锅炉静态特性一、直流锅炉静态特性1主蒸汽温度静态特性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。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、燃料量和给水量的比值称为煤水比。在煤质、给水温度和锅炉效率不变的前提下,煤水比给水温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,不变,
3、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,燃料量增加,过热汽温上升;煤水比下降,过热汽温降低。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,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,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。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。给水温的发热量增加,煤水比应相应下降。给水温度提高,应减
4、小煤水比。度提高,应减小煤水比。2主蒸汽压力静态特性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直流锅炉的主蒸汽压力主要由燃料量和给水参数影响。参数影响。(1)与燃料量的关系)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,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。蒸汽压力升高。燃料量减少,压力降低。(2)与给水流量的关系)与给水流量的关系n如果汽轮机调节汽门开度不变,基本规律是:如果汽轮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,给水量增加,蒸汽压力升高。给水量减少,压力降低。压力降低。二、直流锅炉动态特性二、
5、直流锅炉动态特性 燃料量扰动燃料量扰动 给水量扰动给水量扰动汽机调门开度扰动汽机调门开度扰动第二节第二节 直流锅炉运行特性直流锅炉运行特性一、直流锅炉参数调节的特点一、直流锅炉参数调节的特点n直流锅炉与汽包锅炉相比,其参数调节的主直流锅炉与汽包锅炉相比,其参数调节的主要特点是:要特点是:主蒸汽流量的改变必需首先调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;节给水流量,而不是首先调节燃煤量;主主蒸汽温度改变主要依靠煤水比来进行调节,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;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,主
6、蒸汽压力的调节必需与主蒸汽温度协调,都与煤水比有关;都与煤水比有关;在主蒸汽温度调节过程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。点的温度来控制主蒸汽温度。1煤水比煤水比n直流锅炉煤水比指锅炉燃煤量与给水流量之直流锅炉煤水比指锅炉燃煤量与给水流量之比。在适应外界负荷需求的条件下,燃料发比。在适应外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,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才能保
7、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。起主蒸汽和压力的变化。2减温器的喷水量减温器的喷水量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。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,当主蒸汽流量
8、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。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减温器,虽然直流锅炉过热器也设有多级喷水减温器,但喷水量应严格控制,仅作为主蒸汽温度的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。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变压运行对煤水比的影响n当锅炉变压运行时,主蒸汽
9、压力与负荷一一当锅炉变压运行时,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,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。随锅炉负荷下降而升高。4中间点温度中间点温度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。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
10、,位置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。负荷一般在在分离器出口。负荷一般在35%100%范围内,中范围内,中间点为微过热状态。锅炉燃料量变化时,炉膛辐射间点为微过热状态。锅炉燃料量变化时,炉膛辐射传热的响应快,后部的对流受热面传热响应较慢,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动响应很快,同时中间点汽温也不受喷水减温器的影响。影响。二、直流锅炉参数调节二、直流锅炉参数调节1主蒸汽温度调节主蒸汽温度调节n直流锅炉的主蒸汽温度调节主要依靠
11、煤水比,喷水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,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,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。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
12、燃料发热量、锅炉给水焓、锅炉热效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,而且在负荷改变时也需要率改变时需要及时调整,而且在负荷改变时也需要调整。调整。n以某以某600MW超临界锅炉为例,当锅炉负荷从额定负超临界锅炉为例,当锅炉负荷从额定负荷下降到荷下降到50%,分离器压力由,分离器压力由26.4MPa降低到降低到14.1MPa时,由于压力下降,蒸汽的焓增要增大,时,由于压力下降,蒸汽的焓增要增大,煤水比由煤水比由0.1295上升到上升到0.1514,中间点温度由,中间点温度由418下降到下降到365。在亚临界参数运行范围内,中间点温。在亚临界参数运行范围内,中间点温度
13、始终高于饱和温度度始终高于饱和温度30左右。而且中间点温度与左右。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。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,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。并保护其后受热面不超温。2再热汽温调节再热汽温调节n如果其他条件不变,对应一定负荷,只要保如果其他条件不变,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持一定的煤水比,再热器出口蒸汽焓也维持
14、不变。因此再热蒸汽温度调节和主蒸汽温度不变。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。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
15、器侧挡板调温的锅炉,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,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,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。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或烟气控制系统中,都采用燃烧器摆动角度或烟气挡板开度信号作为修正。不同的再热汽温调挡板开
16、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,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减温水量要大,且都随锅炉复负荷下降而减少。下图所示为少。下图所示为C电厂电厂600MW超临界锅炉摆超临界锅炉摆动燃烧器调再热汽温和动燃烧器调再热汽温和Q电厂电厂600MW超临界超临界锅炉烟气挡板调节再热汽温时,过热器减温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。水随负荷变化的关系。减温水量与负荷的关系减温水量与负荷的关系 3主蒸汽压力调节主蒸汽压力调节n直流锅
17、炉的主蒸汽温度和压力必须协调调节。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,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。锅炉跟踪方式以主蒸压力偏差来进行修正。锅炉跟踪方式以主蒸汽压力为主要信号,当锅炉燃料量与锅炉负汽压力为主要信号,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荷不相适应时,用负荷与燃料量
18、的差分信号产生一个过调量,从而可加快锅炉燃料量的产生一个过调量,从而可加快锅炉燃料量的调整,稳定主蒸汽压力。调整,稳定主蒸汽压力。三、变压运行三、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;低负荷保持负荷稳定运行;安全稳定变负荷特性;低负荷保持较高效率。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,机前压力不况下,依靠调节汽门的开度调
19、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,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。压力变化适应负荷变化,主汽温度额定。n变压运行实质是让锅炉产生低压蒸汽驱动汽轮机做变压运行实质是让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。但在高负安全性,压力低,有利
20、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,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,如果蒸汽压还影响了机组的调频性能。低负荷时,如果蒸汽压力低于力低于12MPa,机组的热循环效率下降很快,会抵,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消变压运行带来的好处,所以目前的机组都采用定压压-变压变压-定压运行方式。即高负荷和低负荷时采用定压运行方式。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,具有种方式
21、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。由优化试验确定。n低负荷运行对锅炉有一定影响,主要有:锅炉有低低负荷运行对锅炉有一定影响,主要有:锅炉有低负荷稳燃问题,超临界锅炉一般负荷稳燃问题,超临界锅炉一般35%MCR以上能不以上能不投油稳定燃烧,稳燃措施有降低一次风率,投下层投油稳定燃烧,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;燃烧器,煤粉更细,适当降低负压,减小漏风等;低负
22、荷时烟气速度低,温度也低,空气预热器易发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,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;低负荷时可能超温,且燃烧易偏斜,造成热偏
23、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。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,工质会经过亚临界、超临界锅炉变压运行,工质会经过亚临界、临界和超临界三个区域,参数调节复杂。直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,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,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
24、。现在的一次上升热偏差小,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变负荷速度主要受汽轮机的胀差和热应力的限制。限制。第三节第三节 锅炉的燃烧调整锅炉的燃烧调整一、概述一、概述(一)、燃烧调节的目的(一)、燃烧调节的目的n保证正常稳定的汽压、汽温和蒸发量;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、不结着火稳定、燃烧完全、火焰充满度好、不结渣、不超温;渣、不超温;n最高的运行经济性;最高的运行经济性;n减少污染排放。减少污染排放。(二)、影响燃烧的因素(二)、影响燃烧的
25、因素煤质煤质n挥发分是主要因素。挥发分高,着火容易,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,燃尽程度高,但易结渣等。相反,挥发分低,燃烧稳定性差,燃尽程度下降,经济性差。燃烧稳定性差,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,对着火要大,一次风速需增加,煤粉变粗,对着火和燃尽都不利。和燃尽都不利。n水分增加,燃烧困难,燃尽也差,同时烟气量水分增加,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,增加,热损失增大。还会降低制粉系统出力,易堵管,对
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