電廠鍋爐過熱器調節系統優化研究

張厚軍

（山東電力建設第一工程有限公司，山東 濟南 250102）

0 引 言

電能是滿足各項基本社會服務的基礎。鍋爐是電廠的基本組成部分，實現電廠的能源轉換，確保電廠的服務能力。鍋爐服務過程中，為確保鍋爐出口蒸汽的質量，可選擇過熱器調節系統，實現對蒸汽的處置，并減少排放污染，保障電廠的環保能力和節能能力?；诖?，展開電廠鍋爐過熱器調節系統的研究，分析具體的優化。

1 過熱器及調節系統分析

鍋爐是一種能量轉換裝置，可將燃料能源轉變為其他能源類型。電廠鍋爐在具體的服務中，借助過熱器提高鍋爐汽水系統的功能。具體服務中，可以將飽和蒸汽加熱成為具備一定過熱度的過熱蒸汽，經過過熱器的處置，使得蒸汽具備更好的焓值，從而保障更高的做功能力，達到提升電廠熱循環效率的目的。當前，隨著機組容量的增加，蒸汽參數也會變高。這種情況下，過熱器的作用更為突出，能增強鍋爐的整體服務能力。

對于現代火電機組，鍋爐容量顯著增加，對蒸汽的參數要求更高。然而，在實際的鍋爐工作中，受材料性能的制約，過熱蒸汽的參數無法隨意實現。因為在具體設置中需要保障管壁溫度低于抗氧化溫度。最佳溫度為T，小于T會造成材料明顯浪費，大于T會導致材料出現安全性問題。表1為幾種常見材料的使用溫度。

表1 常見金屬材料的使用溫度

在具體的過熱器研究中，可結合實際情況，對鍋爐過熱器進行研究。可以發現，鍋爐的過熱器可以分為幾種類型。

1.1 對流過熱器

對流過熱器主要借助對流熱傳遞的方式，實現過熱調節的目的。熱能可以在液體或氣體中傳遞，由于質點位置的移動，使溫度趨于均勻。實際使用中，可將這類過熱器放置于對流煙道內，主要是借助對流傳熱的方式吸收熱量，再按照對流受熱面的布置方式，實現垂直與水平的對流過熱。

1.2 半輻射過熱器

由于鍋爐的相關工藝不斷完善，鍋爐的容量和蒸汽參數均明顯提升。具體應用中，半輻射過熱器可實現對煙氣、爐膛內的熱輻射等。但是，由于火焰輻射的干擾，導致偏差相對較多，且容易發生超溫現象。為解決這些問題，可以采取如下幾種措施：第一，對于外圈，為保障基本性能，可對材料進行優選，選擇更優的材料類型；第二，調整外圈的管子長度，使之變得更短；第三，進一步優化外圈管子，促使管子交叉。

1.3 輻射過熱器

輻射過熱器主要布置在爐膛墻壁，實現對熱輻射的吸收。其中，再熱器屬于一種中壓過熱器，配合輻射再熱器，布置在水冷壁前墻和兩側墻，實現對爐膛內輻射的吸收。

2 電廠鍋爐過熱器調節系統中影響過熱蒸汽的變化因素

結合實際情況，對過熱蒸汽氣溫的影響因素進行分析，提升鍋爐的整體可靠性。

2.1 鍋爐負荷

過熱器調節系統中，過熱蒸汽擁有一般對流氣溫特性?？梢岳斫鉃殡S著鍋爐負荷的上升，氣溫隨之上升，負荷下降，氣溫也隨之下降。但是，如果過熱器系統具有輻射特性，則會出現相反的結果[1]。半輻射受熱面因為同時吸收輻射與對流熱量，氣溫隨負荷的變化相對較小。需要注意的是，因為負荷的變化，再熱器入口的氣溫也會隨之發生變化。但是，再熱氣出口氣溫的變化比過熱器多。

2.2 過量空氣系數和減溫噴水

在具體的鍋爐工作中，爐膛溫度水平下降，同時輻射傳熱減弱，輻射過熱器出口汽溫明顯降低。對于對流過熱器，則受到燃燒的熱影響。在噴水溫度中，加入減溫噴水后，沿汽水回路長度的工質溫度特性，如圖1所示。

圖1 加入減溫噴水后沿汽水回路長度的工質溫度特性

圖1 中，A為沒有減溫噴水，B為有減溫噴水，C為加大減溫噴水。由圖1可知，在T1時刻內，C的溫度最大；T2時刻內，三者溫度非常接近。

2.3 給水溫度

給水溫度和汽溫有直接的聯系。隨著給水溫度的升高，產生蒸汽量的燃料會相應減少，燃燒的產物容積也不斷減少，煙氣流速下降顯著，同時爐膛出口煙氣溫度也會下降，最終使過熱汽的溫度的下降。實際的電廠運行過程中，如果高壓加熱器發生故障，將無法正常工作，會使給水溫度下降，最終造成出口汽溫顯著上升。

2.4 燃料性質

燃煤的水分和灰分影響著發熱量。其中，燃煤中的灰分和水分量過多，會導致發熱量顯著下降。為綜合提高鍋爐的蒸發量，必須增加燃煤的使用量。但是，這樣會造成煙氣容積發生變化。同時，水分的蒸發和灰分本身的溫度提高，需要吸收鍋爐內部的熱量，會造成鍋爐內溫度水平明顯下降，降低傳熱[2]。水分較多，也容易造成煙氣容積增多，煙氣速度增高，對流傳熱量增加，導致出口溫度升高。

2.5 受熱面結渣與火焰中心高度

過熱器的受熱面如果發生積灰或結渣的情況，會導致爐內輻射傳遞熱量減少，進入到過熱器內部的煙溫度增高，使得過熱汽溫上升。如果積灰和結渣較為嚴重，會導致汽溫下降。

3 電廠鍋爐過熱器調節系統優化研究

結合實際情況，分析電廠鍋爐在實際工作中對電廠鍋爐過熱器調節系統的優化措施。

3.1 汽溫的調節優化

結合實際情況，對電廠鍋爐過熱器調節系統的汽溫進行優化與控制，旨在保障蒸汽與汽溫的效果，突出過熱器溫度調節系統的可靠性。

3.1.1 提高屏過后溫度

優化改進中，使鍋爐爐膛煙氣先度過半輻射屏式過熱器，然后配合末級再熱器。這種優化方式可實現對換熱量的控制，尤其是在負荷穩定的前提下。此外，需注意對管壁超溫的控制。

3.1.2 調整風量

過量空氣系數，需注意供養量大小和送風機喘振。具體的優化中，選擇正寶塔培風，并控制出口兩側的煙溫度偏差。如果氣溫發生變化，應做好監控與調整，再進行相應的影響因素與變化聯系。

3.2 蒸汽調節控制系統的優化

在過熱器調節系統優化中，需要對蒸汽調節控制系統進行優化。為確保管子外壁的溫度低于鋼材耗氧溫度，需要在過流器前布置大量對流蒸發管束。結合鍋爐的基本情況，可以發現爐膛的輻射熱和氣化潛熱存在差異。如果實際情況需要，可將一些過熱受熱面布置到爐膛內部。結合具體的鍋爐容量和蒸汽壓力情況，將過熱器和再熱器布置到更高的區域，進而達到吸熱量的比例。

在具體的再熱器調節系統中，由于再熱器出口氣溫受到進口汽溫的影響，通常情況下主要通過設置輻射過熱器達到吸收直接輻射熱的目的。還可以完成對煙氣對流放熱的吸收，進而達到保障鍋爐工作安全系數的效果。

3.3 蒸汽系統的優化

為實現系統的優化，需要預先展開對系統模型和數據的分析。結合鍋爐系統的基本功能，蒸汽系統的主要任務是將鍋爐所產生的蒸汽按照壓力要求傳送到相應的操作裝置中。在具體的模型分析中，可借助Simulink工作實現曲線繪制，由模擬實驗得到蒸汽壓力與回油量、噴油量的關系[3]。此外，可以通過提高循環效率，借助噴水減溫的方式實現，結合所采集的實時數據，調整噴水減溫，實現定性定量的研究，進而完成對蒸汽系統的控制與優化。

在具體的蒸汽系統運行過程中，需要注意相關事項。應保障汽溫的穩定，避免汽溫發生大波動。運用相應的溫度調控方案，保證溫度維持恒定，處于額定汽溫范圍。此外，需要注意對平行管之間的熱偏差，控制管子直徑在45～65 mm，最終實現對系統的優化與控制。

4 結 論

研究分析電廠鍋爐過熱器調節系統，先分析具體系統的詳細內容，包括具體過熱器類型及其他相對內容，再結合實際情況對影響汽溫的主要因素進行分析，主要需要注意受熱面結渣、火焰中心高度、給水溫度、燃料性質等。此外，詳細研究具體電廠鍋爐過熱器調節系統優化措施，包括對汽溫的調節優化、蒸汽系統的優化等，提高電廠鍋爐的可靠性，實現對溫度損失的處置，降低鍋爐能耗，提升電廠的服務能力。