超臨界鍋爐再熱蒸汽品質特性研究

馬曉飛，單志亮

（新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

超臨界鍋爐再熱蒸汽品質特性研究

馬曉飛，單志亮

（新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830013）

超臨界鍋爐再熱蒸汽對機組的安全經濟運行影響較大，超臨界鍋爐自身是沒有汽保的，并且過熱受熱面、蒸發受熱面之間沒有固定的界限劃分，超臨界鍋爐在實際的運行過程中，運行工況一旦發生變化，會直接影響受熱面的長度。由此可知超臨界壓力鍋爐的各個運行因素受氣溫變化影響較大，本文對超臨界鍋爐再熱蒸汽靜態特性進行分析，提出了超臨界鍋爐再熱氣溫的調節方法，對氣溫控制方程及在控制中間點溫度下的再熱氣溫靜態特性進行分析。

超臨界鍋爐；再熱蒸汽；品質特性

隨著我國社會經濟的迅速發展，帶動了電力工業行業的發展，火電機組是我國電力行業中的重要組成部分，在實際的生產過程中主要以燃煤機組為主，火電機組會造成一定的環境污染，嚴重制約著我國電力工業的發展。為了降低電力工業行業對環境造成的污染，需要加大對超臨界機組的研究力度，為清潔煤發電技術提供正確的指導方向，提升能源利用效率，在根源上解決環境污染問題。將超臨界壓力機組作為我國火力發電廠中的一項重要技術，展現出自身較強的應用價值。

1 超臨界鍋爐再熱蒸汽靜態特性

1.1 煤水比

在超臨界鍋爐中，如果給水量在保持不變的情況下，過熱蒸汽出口比焓將會增加，溫升大約為 100℃。在熱負荷不變的情況下，工質流量會逐漸縮短，過熱蒸汽出口工質比焓會持續增加，溫升為 110℃。在熱負荷不變的情況下，工質流量會逐漸減少，導致過熱蒸汽的出口比焓增加，溫升為 90℃。因此，可知煤水比是直流鍋爐調溫的基本手段，通常水流量和燃燒率是不成比例的，對噴水量有著較大的需求。減溫水量的增加，會導致噴水點中的工質流量逐漸減少，水冷壁中的溫度會持續升高，會影響著受熱面的安全性，增加了氣溫調節的難度。

1.2 過量空氣系數

過量空氣受再熱氣吸熱份額影響較大，會隨之出現明顯的變化，會導致過熱氣溫發生較大的變化。如果過量空氣系數出現明顯的增加時，煙氣量的持續增加，會導致再熱氣中的吸熱量也隨之增加，并產生較大的輻射現象。再熱氣的吸熱量會隨著相對吸熱量的增大而逐漸增大。因此，在過量空氣系數持續增加時，需要確保爐膛內的出口煙溫度保持不變。在給水流量和煤水比不變的情況下，會導致爐膛內的輻射熱量呈現出明顯的減少情況。

1.3 煤質變化

大容量的超臨界壓力鍋爐會隨著煤種的適應性逐漸增強，目前電力廠所用的煤不是單一的煤種，隨著煤種不斷發生變化，會導致燃料中的元素構成發生較大的變化，煤質成分對煙氣的換熱特性會造成較大的影響。煤種的灰分及水分會出現明顯的變大現象，如果觀察到火焰的位置發生了明顯的上移變化，可以認定為燃燒過程出現了延遲現象，如果發熱量出現明顯的降低現象，需要保持煤水比不會發生明顯的變化，減少鍋爐內的熱量輸入，在燃燒過程中，燃料所釋放出來的熱量如果與工質熱量存在不匹配情況，說明過熱氣溫發生了明顯的變化。

1.4 給水溫度

鍋爐內的水溫出現急劇降低是由于機組加熱器出現嚴重的運行故障。如果過熱器出口中的蒸汽焓值出現明顯的降低情況，會導致超臨界鍋爐的加熱段持續延長，過熱氣溫會急劇下降，過熱段的縮短現象較為明顯。對于出現的該種現象，需要做好煤水配比工作，合理設置煤水比，增加過熱蒸汽總焓，確保過熱氣溫的穩定性。但是從實際的觀察上來看，這個特性與自然循環鍋爐是相反的，一旦給水溫度降低，會導致過熱氣溫升高。給水溫度升高時，又會導致過熱氣溫降低，如果給水的溫度每降低3℃，會導致過熱氣溫出現明顯的升高。

2 超臨界鍋爐再熱氣溫的調節

超臨界壓力鍋爐的再熱氣溫調節方法與過熱氣溫的調節方法存在著較大的差異，再熱氣溫產生的偏離額定值情況對機組運行的安全性和經濟性造成較大影響。金屬材料的使用性能受再熱氣溫影響較大，需要對再熱氣溫進行合理的控制，避免再熱氣溫出現明顯急劇下降狀態，會導致汽輪機中的轉子及壓缸之間產生嚴重的膨脹現象，容易引發汽輪機發生較大的振動，影響著汽輪機的安全運行。為了避免該種情況的發生，要采取必要的調節措施，將再熱氣溫保持在一定的范圍內。再熱器噴水會導致機組產生大量的煤耗，如果鍋爐的負荷或煤水發生變化時，需要充分運用煙氣側對再熱氣溫進行調節，將擺動燃燒器及調節煙氣擋板作為主要的調節手段，通過對流吸熱量或改變輻射吸熱量的形式對再熱氣溫進行調節。因此，如果發現再熱氣溫出現明顯的氣溫高低變化不統一現象，表明再熱器系統中具有較強的對流特性，對于該種情況，需要加大對中間點溫度進行調整，需要降低再熱氣溫，減少噴水量來實現。如果是在低負荷狀態下，需要適當提高中間點的溫度，提升再熱氣溫。為了了解再熱氣溫偏高及再熱器減溫水量過大等問題，需要分兩次來降低中間點的溫度 10℃，中間點溫度與壓力的關系曲線如圖1所示。

圖1 中間點溫度與壓力的關系曲線

3 氣溫控制方程及在控制中間點溫度下的再熱氣溫靜態特性

3.1 給水溫度變化

給水溫度發生明顯的變化，與鍋爐燃燒率沒有直接的影響，但是會導致中間點焓升持續增加。在確保煙氣側傳熱量比值不變的情況下，對氣溫控制值進行計算。當機組高壓加熱器被切除時，對回熱抽氣會產生排擠作用，導致再熱器中的蒸汽流量呈現出升高的趨勢，如果再熱蒸汽呈現出增加趨勢，說明高壓加熱器已經被切除。可見，給水溫度降低會對再熱氣溫造成較大的影響。

3.2 主蒸汽壓力變化

鍋爐內的給水流量減少，而過熱器減溫噴水量增大，再熱蒸汽流量不變，出現該種現象的主要原因是由于鍋爐降壓運行所產生的。如果鍋爐內的燃料量呈現出不變時，爐內再熱器的放熱量不會出現明顯的變化。在熱氣的進口壓力通常會隨著主汽壓力而產生明顯的降低情況，一旦過熱蒸汽壓力出現明顯的降低時，會導致再熱器的工質溫升持續增加。當主蒸汽的壓力發生明顯的降低時，再熱器的工質焓升基本上會保持不變。因此可知，再熱蒸汽壓力會隨著主蒸汽壓力的降低而降低，會導致再熱蒸汽溫度持續升高。

3.3 鍋爐負荷變化

在主蒸汽壓力不變的情況下，如果鍋爐的負荷呈現出持續升高的發展趨勢，需要對中間點的溫度進行固定，氣溫的控制方程式受煙氣側傳熱量比變化影響較大。如果將低溫再熱氣布置在鍋爐的尾部煙道中，吸收的煙氣會對傳熱量造成較大的影響，在燃料持續增加的情況下，爐膛內的溫度會持續升高，膛內輻射量會持續減小，對流傳熱量會持續增加。通常低溫過熱器在過熱器系統中會占有一定的比例，需要將負荷量控制在 30%～ 100%范圍內，如果低再熱的比例達到了 63%以上，說明再熱器系統展現出了明顯的正向氣溫特性。

3.4 過量空氣系數變化

如果爐膛內的過量空氣系數呈現出持續增加的發展趨勢，會導致煙氣吸熱量比值出現明顯的增加趨勢，進而影響再熱系數比值的增加，可以將數值增加認定是再熱器吸熱量增加所引發的，與過熱蒸汽沒有直接的關系。如果受熱面出現遠離爐膛出口的形式，會導致對流傳熱量呈現出增加的發展趨勢，需要將低溫再熱器布置在煙道的尾部位置，避免再熱氣溫受過量空氣系數影響，導致過熱氣溫呈現出明顯增高的發展趨勢。需要正確運用氣溫控制方程式，以便對鍋爐機組的運行工況進行方便、快捷的計算，明確氣溫的變化發展趨勢，采用正確的措施，確保鍋爐的安全經濟運行。

4 結語

本文主要是對超臨界鍋爐再熱蒸汽品質特性進行深入的研究，研究內容主要包括超臨界鍋爐再熱蒸汽靜態特性、超臨界鍋爐再熱氣溫的調節方法、氣溫控制方程及在控制中間點溫度下的再熱氣溫靜態特性三方面的內容。可知超臨界壓力鍋爐的主蒸汽壓力、給水溫度和鍋爐負荷出現明顯的變化趨勢時，會導致過量空氣系數出現明顯的變化，需要加大對過熱氣溫和再熱氣溫的變化情況進行控制。過量空氣對中間點溫度的設定會產生較大的影響。燃煤量的增加，會導致爐膛外的過熱器吸熱量比例呈現出增加趨勢，需要通過降低中間點的溫度來做好比值的設定工作。

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