大容量锅炉变工况运行研究毕业论文1.doc

河北工程大学毕业设计（论文）摘 要大容量锅炉变工况运行研究是一个重要的课题，热力计算是变工况研究的基础。对于大容量锅炉机组，若采用我国以前的传统计算方法，会出现计算数据和实际运行数据有较大误差的情况。本文以辐射换热理论为基础，建立了新的大容量锅炉传热模型，并采用了新的热力计算标准对本课题选取的机组进行计算。新的分区段传热模型，将燃烧区域按实际运行时燃烧器的投运方式细分，并计算出燃烧器区域的温度分布和沿炉膛高度方向上的温度分布。辐射式过热器和屏式过热器的计算新方法更符合实际运行规律。本课题以现有的锅炉和传热学理论为基础，以实际运行数据为依据，对计算结果进行比较、分析，为大容量锅炉变工况运行提供了参考。关键词：锅炉、变工况运行、传热模型abstractvariant operation research of the high-capacity boiler is an important subject, and the heat calculation is the foundation of variant wok condition research. if we use old calculation ways to analyze the high-capacity boiler, there will be remarkable inaccuracy between calculation results and real operational data. this paper based the radiant theory establishes a new model of the high-capacity boiler heat transfer . and the new criterion of heat calculation is used to the selected unit. the new fragment model subdivides the combustor zone across the operation. so the temperature along the furnace are obtained. radiant and platen super heaters new method are more agree with the practice law. the paper is based on boiler knowledge and heat transfer theory and depends on practical operation data. the analysis on calculation results can provide reference for operation of the high-capacity boiler. key words: boiler, variant operation, heat transfer model 34目 录摘 要iabstractii第一章 绪 论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状21.2.1 国内研究现状21.2.2 国外研究现状2第二章 煤的特性及其对锅炉工作的影响42.1 概述42.2 煤的常规特性42.2.1煤的组成特性及工业分析42.2.2 煤的成分计算标准及计算42.2.3 煤的发热量52.3 煤质对锅炉设备的影响62.3.1 煤质对制粉设备以及制粉系统的影响62.3.2 煤质对锅炉及辅助设备的影响6第三章 燃烧过程的特性分析73.1 概述73.2 影响煤粉气流稳定着火的因素73.3 燃烧完全的分析73.3.1概述73.3.2燃烧完全影响因素的分析83.4 优化锅炉燃烧提高运行经济性93.4.1 煤粉的燃尽程度对经济性的影响93.4.2 过量空气系数对经济性的影响93.4.3 煤粉细度对经济性的影响93.4.4 锅炉煤种和负荷适应性9第四章 过热器和再热器的汽温特性分析104.1 概述104.2 汽温特性104.3蒸汽温度调节方法10第五章 大容量锅炉传热模型的改进125.1 现有模型的特点125.1.1 前苏联锅炉机组热力计算标准的主要特点125.1.2 误差原因分析125.2 传热模型的改进135.2.1 杜卜炉内换热计算方法（新方法）135.2.2 炉内换热计算标准135.2.3 屏式过热器传热计算新方法145.2.4 大屏过热器传热计算新方法166.1 分区段计算的目的186.1.1 概述186.1.2 米多尔分区段模型186.2 新分区段模型的建立186.3 燃烧器区域温度的计算207.1 炉膛传热原理227.1.1 炉膛传热过程227.1.2 火焰辐射227.1.3 炉膛辐射传热公式237.2 炉膛受热面的辐射特性247.2.1 角系数247.2.2 热有效系数257.2.3 污染系数25第八章 b&wb300mw锅炉热力特性分析268.1 分区段模型分析应用268.1.1 计算结果268.1.2 计算结果分析288.2 排烟温度及排烟热损失288.3 炉膛出口烟温特性298.3.1 概述298.3.2 影响炉膛出口烟温的因素30致 谢32参考文献33第一章 绪 论1.1 课题背景随着国民经济在国家宏观调控下持续快速发展，我国的电力工业发展迅猛，截至 2004 年五月底，全国发电装机容量已经达到四亿零六十万千瓦。近年来，中国电力工业不断实现跨越式发展。一九八七年至一九九五年，中国发电装机容量和发电量先后跃过法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯和日本，跃居世界第二位。2000年四月，中国装机容量突破三亿千瓦。在此后的几年时间，又净增发电装机容量一亿千瓦，成为新中国成立以来电力建设发展最快的时期。中国经济进入新一轮增长周期的上升阶段，受经济持续、快速发展的拉动，中国电力消费增长速度迅速上升，电力供不应求的紧张局面再次出现。由于在建能力过低，电力装机增长速度下降，2001 年初出现了电力供应短缺的苗头，2002 年火电发电设备利用小时数上升到 5272，出现了局部地区、局部时段电力供应短缺现象，2003 年夏天更是出现了大面积缺电的现象。从世界各国的电力发展史看，处在工业化加速阶段的国家和地区，电力消费增长率超过经济增长率是比较普遍的现象。20多年来，我国的电力消费弹性系数平均不到 0.82，虽然支撑了我国的经济高速增长但是仍有长期的缺电出现。我国电力消费水平仍处于较低阶段，随着电力基础设施的完善，电力消费会保持较高的增长速度。根据国际经验和我国目前电力消费发展的趋势，今后我国的电力消费弹性系数至少应达到 0.85-0.9，电力增长才能基本满足国民经济发展的需要。在电力消费快速增长的同时，电力负荷特性也有明显的变化。第三产业和民用电量的增长迅速，其中商业用电增长高于工业用电增长速度。以建筑用电为主的第三产业和民用用电使电力负荷出现季节性高峰特点。对电力调峰能力的冲击远远大于对全年平均用电量增加的作用。电力峰谷差将加大，季节调峰和分时间调峰问题日益突出。电力调峰能力的需求将成为电力消费需求增长的重要特征。社会经济向前发展的同时，电力负荷峰谷差将继续扩大，电力需求比电力增长更加迅速。从消费端看，要加强需求侧管理；从供应端看，电力要加强调峰能力，以适应经济发展的要求。我国能源资源中以煤炭资源最为丰富，储藏量为 32000 亿吨，已探明的储量为9968 亿吨，可供开采的储量为 2578 亿吨。但按人口计算，我国人均煤炭能源资源占有量只有 233.4吨，而美国人均煤炭资源占有量为1045吨，前苏联人均煤炭资源占有量为 1846吨，世界人均煤炭资源占有量为 312.7吨。从以上数字能够看出我国的煤炭资源是十分有限的。在分布上，东北、华北和西北地区煤的储藏量多，煤的灰分、硫分低，热值高，煤质好。华东、华南、西南地区煤的储藏量较少，煤的灰分和硫分高，热值低，煤质较差。电力体制改革不断的深入发展，电力规模不断扩大，结构也发生了很大的变化。1954 年6月，我国第一台 6mw 发电机组投产发电，现在 300mw 和 600mw 机组已经成为运行中的主力机组。我国的电力建设正向着高参数、大机组，高电压、大电网发展。电力负荷峰谷差不断增大，煤炭资源有限，而且种类众多，这些特点都决定了我国电力机组将经常处于变工况条件下运行。变工况运行容易给机组带来一系列问题：（1）热工参数达不到设计值，影响锅炉的安全性和经济性。（2）燃烧工况发生变化时，尤其是入炉煤质与锅炉性能耦合较差时，会出现燃烧不稳定，锅炉效率下降，以及引发灭火、放炮等事故。（3）变工况运行时，容易出现再热点。因此对锅炉变工况特性进行研究是主汽温不足、过热汽温偏高、排烟温度较高等严重问题。为了更好的掌握锅炉在变工况时的运行特点，使锅炉对负荷和煤质都有较好的适应性。因此对锅炉变工况特性进行研究是十分必要的。变工况的研究是在热力计算基础之上的，80 年代前，我国一直采用前苏联的锅炉机组热力计算标准方法。该标准是在 100mw 以下锅炉机组实验研究的基础上建立起来的，对于 100mw 以下机组，计算数据和实际运行数据基本符合。但用于200mw 及以上的大容量锅炉机组时，计算值与实际运行值存在较大的误差。近些年，我国的各主要锅炉制造厂相继引进了世界各国的大容量、高参数电站锅炉的设计技术和计算方法，并且以运行反馈、实验统计等研究为基础，建立了炉膛换热计算的经验性公式。这些方法在负荷和煤质变化不大时运行情况良好，但目前，我国机组经常处于变工况运行，有的机组对运行条件变化的适应性比较差，有的机组汽温达不到额定值或者偏高，这些都影响机组经济安全运行。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状锅炉变工况运行特性的分析、研究是以锅炉热力计算为基础，然后根据运行和实测数据进行验证。锅炉热力计算有整体计算和一维分区段计算。现在我国尚没有一套比较成熟的电站锅炉行业的热力计算方法，锅炉的设计计算和校核计算大都采用原苏联的锅炉机组热力计算标准方法。近年来，我国又引进了一下国外的标准，如哈尔滨锅炉厂引进美国 ce 技术；北京锅炉厂引进巴威公司的技术等等。另外，各锅炉厂还有自己的一些附加规定。这些标准和规定都有自己的特点，并不统一，这不仅不利于锅炉厂和电厂的交流合作。同时，这些引进的一些标准并不能很好的适应中国国情。这也是近年来造成我国锅炉过热器、再热器超温爆管、排烟温度偏高等问题的原因之一。1.2.2 国外研究现状为了适应峰谷差增大和入炉煤质变化的要求，提高机组运行的经济性和安全性，世界各国的大锅炉制造公司开发了许多新技术。美国、俄罗斯、德国、日本等国家对变工况的研究工作进行的早，也做了大量的试验，对这方面的研究处于领先地位并形成了自己的特色。近些年，我国在锅炉工业也有很大的发展，进行了很多技术开发与研究工作（1）机组调峰（2）扩大煤种适应范围（3）提高机组自动化水平（4）加强辅机配套和提高监控系统（5）消化和吸收引进技术等。但是与国外相比，我国的技术水平还有一定的差距。在变工况特性方面的研究工作做得还少，大都是应用国外的经验，因此，有必要在这方面展开研究，以适应当前发展的需要，努力使我国锅炉变工况运行技术提高到新的水平。第二章 煤的特性及其对锅炉工作的影响2.1 概述煤的特性是锅炉设计、运行的基础。对于不同的煤，要相应采用不同的燃烧设备和运行方式。煤的特性表征了煤的基本性质，可以作为分析煤的着火、燃烧性质和对锅炉影响的依据。入炉煤质与设计煤质会有一定的偏差，会经常发生变化。而煤质的变化是锅炉变工况运行的一种情况。入炉煤质的变化会带来诸多的问题，如：锅炉效率下降、着火不稳定。2.2 煤的常规特性2.2.1煤的组成特性及工业分析(1) 煤是一种植物化石,主要是由碳、氢、氧和少量的氮、硫组成。另外，在煤的形成、开采和运输过程中，加入的水分和矿物质(燃烧后成为灰分），也成为煤的组成成分。煤的元素分析是指对煤中c、h、o、n、s五种元素的分析的总称。煤的元素分析结果用各种元素的质量百分数表示。在锅炉设计、热工试验和燃烧控制等方面都需掌握煤的元素分析成分组成，元素分析结果对煤质研究、工业利用和环境评价等极为有用。(2) 在煤的着火、燃烧过程中，煤中各种成分的变化情况是：将煤加热到一定温度时，首先水分被蒸发出来；接着再加热，煤中的h、o、n、s及部分碳所组成的有机化合物便分解，变成气体挥发出来，这些气体称为挥发分；挥发分析出后，剩下的就是焦炭，焦炭就是固定碳和灰分。分析煤中水分、挥发分、固定碳和灰分等四种成分的质量百分数，成为煤的工业分析。2.2.2 煤的成分计算标准及计算(1) 由于煤中水分和灰分含量易受外界条件的影响而发生变化,水分或灰分的含量变化了，其他元素成分的质量百分数也会随之而变化。所以不能简单地只用各成分的质量百分数来表示煤的成分组成特性。有时为了使用或研究工作的需要，在计算煤的各成分百分含量时，可将某种成分不计算在内。这种根据煤存在的条件或根据需要而规定的“成分组合”称为基准。如果所用的基准不同，同一种煤的同一成分的百分含量便不一样。常用的基准有以下四种：1. 收到基(应用基)：以收到状态的煤为基准计算煤中全部成分的组合称为收到基。对进厂原煤或炉前煤都应按收到基计算各项成分。2. 空气干燥基（分析基）：以与空气温度达到平衡状态的煤为基准。即供分析化验的煤样在实验室一定温度条件下，自然干燥失去外在水分，其余的成分组合便是空气干燥基。3. 干燥基：以假想无水状态的煤为基准。干燥基中因无水分，故灰分不受水分变动的影响，灰分含量百分数相对比较稳定。4. 干燥无灰基（可燃基)：以假想无水、无灰状态的煤为基准。干燥无灰基因无水、无灰，故剩下的成分便不受水分、灰分变动的影响，使表示碳、氢、氧、氮、硫成分百分数最稳定的基准。（2）煤的计算基准的换算由于煤质分析所使用的煤样式空气干燥基煤样，分析结果的计算是以空气干燥基为基准得出的，但是在锅炉设计、计算时，是按实际进入锅炉的炉前煤、即收到基为计算标准的，所以一方面要测定炉前煤的收到基成分，同时还要对煤的各种成分进行基准的换算。 换算公式为： （21）式中 按原基准计算的某一成分的质量百分数，% x按新基准计算的同一成分的质量百分数，% k换算系数换算系数可由表2-1查出 表 2-1xokx收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基收到基1空气干燥基1干燥基1干燥无灰基12.2.3 煤的发热量煤的发热量是指单位质量的煤在完全燃烧时所释放出的热量。单位是kj/kg。常用下列三种规定值表示：（1）弹筒发热量 qb：弹筒发热量是在实验室中用氧弹式量热计测定的实测值。（2）高位发热量qgr：每样在氧弹内燃烧时产生的热量（即弹筒发热量qb）减去硫和氮生成酸的校正之后所得的热量，成为高位发热量。（3）低位发热量qnet：煤的高位发热量减去煤样中水和氢燃烧时生成的水的蒸发潜热后的热值，称为低位发热量，这是在锅炉运行中煤的有效发热量。 由弹筒发热量换算成高位发热量公式，即 （22） 由高位发热量换算成低位发热量公式，即 （23） 由空气干燥基高位发热量qar,gr换算为收到基高位发热量qar,gr的公式为 （24） 2.3 煤质对锅炉设备的影响2.3.1 煤质对制粉设备以及制粉系统的影响煤中水分会直接影响磨煤机的出力、锅炉的效率，同时会为低温受热面的积灰、腐蚀创造条件；煤粉细度影响煤在锅炉中的燃烧情况，大颗粒煤粉会造成结渣、不完全燃烧损失加大，高过氧量需求和腐蚀等；煤的可磨性影响磨煤机的出力和电耗量，如果煤耐磨，磨煤机研磨不见磨损大；挥发分高，还容易引起磨煤机的着火和爆炸，造成严重后果。灰分多，增加煤粉设备的能耗。2.3.2 煤质对锅炉及辅助设备的影响 (1) 着火提前，使得燃烧器周围结渣,严重时容易烧损。(2) 着火延迟，影响火焰监测。(3) 燃烧不稳定，锅炉效率降低，主蒸汽温度和负荷达不到设计值。(4) 火焰太长，不完全燃烧损失增加。(5) 水冷壁容易被高温腐蚀，省煤器、再热器、过热器可能出现超温、爆管等。(6) 灰分多，可能磨损受热面（如果烟速高），如果烟速低，会形成受热面积灰，降低传热效果，并使排烟温度升高，增加排烟热损失，降低锅炉热效率；灰分多，也会产生炉内结渣，同时会腐蚀金属；灰分还是造成环境污染的根源。(7) 灰渣是造成炉膛结渣和高温对流受热面沾污和结渣的主要来源，降低锅炉的出力，熔化的灰渣堆炉膛耐火衬砖也有很大的侵蚀性。(8) 燃煤含硫，会产生硫酸蒸汽冷却后变成硫酸，对低温受热面形成酸腐蚀，以及伴随而来的堵灰和烟道堵塞问题。而过热器和再热器的高温腐蚀和沾污，也与含硫有关。 第三章 燃烧过程的特性分析3.1 概述煤在空气中的燃烧过程,可以分为四个阶段：(1) 预热干燥阶段。主要是将煤中水分蒸发出来，在这个阶段中，燃料不但不能发热，而且要大量吸收炉膛烟气中的热量。(2) 挥发分析出并着火阶段。主要是煤中的高分子碳氢化合物加热，进行热分解，分解出包含可燃气体、二氧化碳和水蒸汽所组成的挥发分。挥发分一经析出，便马上着火。(3) 燃烧阶段。首先是挥发分燃烧，放出大量的热量，为焦炭燃烧提供温度条件。随之焦炭燃烧，这个阶段需要大量的氧气，以满足燃烧的需要，这样就能放出大量热量，使温度急剧上升。(4) 燃尽阶段：这个阶段主要是残余的焦炭最后燃尽，成为灰渣。因为残余的焦炭常被灰分和烟气所包围，空气很难与之接触，使燃尽阶段的燃烧反应进行得十分缓慢，容易造成不完全燃烧损失。将燃烧过程分成上述四个阶段是为了分析问题方便。实际上，以上各阶段是交错进行的。3.2 影响煤粉气流稳定着火的因素煤粉空气混和物经燃烧器以射流方式被喷入炉膛后，通过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时又受到炉膛四壁及高温火焰的辐射，被迅速加热，热量达到一定温度后就开始着火。将煤粉气流加热到着火温度所需的热量称为着火热。着火热随燃料性质、燃烧设备以及运行工况的变化而变化。影响因素有：（1）燃料性质（2）炉内散热条件（3）煤粉气流的初温（4）一次风量和一次风速 （5）燃烧器结构特性（6）锅炉负荷。综上所述，组织强烈的烟气回流和燃烧器出口附近煤粉一次风气流与烟气的强烈混合，使保证着火热量和稳定着火过程的首要条件；提高煤粉气流初温，采用适当的一次风量和风速是降低着火热的有效措施；提高煤粉细度和敷设卫燃带是燃用无烟煤稳定着火的常用方法。3.3 燃烧完全的分析3.3.1概述要组织良好的燃烧过程，其标志就是尽量接近完全燃烧，也就是在炉内不结渣的前提下，燃烧速度快而且燃烧完全，得到最高的燃烧效率。要做到完全燃烧，条件为： （1） 供应充足而又合适的空气量。 （2） 适当高的炉温。 （3） 空气和煤粉的良好扰动和混合。 （4） 在炉内要有足够的停留时间。3.3.2燃烧完全影响因素的分析首先燃料组成成分也就是自身的燃烧特性直接影响着燃尽程度。煤中的含碳量高，需要的燃尽时间就比较长。同时炉膛的结构也是影响燃尽的主要因素，炉膛结果参数对燃尽的一些反映在炉膛容积热强度和燃料在炉内的最短停留时间，最短停留时间要能保证燃料燃烧效率达到98%以上。其次炉膛容积热强度qv也影响燃尽，从理论上讲，qv值选取的低，煤粉在炉膛内停留时间长，燃尽率也越高。炉膛容积热强度qv可用来说明燃料在炉内的停留时间，但是单纯用qv表示燃料在炉内的停留时间有不足之处。因为大型锅炉的燃烧器高度达10米以上，燃烧器区域所占容积很大，要保证最上层一次风中煤粉完全燃烧，起决定作用的是上排一次风喷口中心至炉膛出口（大屏下端）的距离。然后是炉膛形状，即与炉膛断面积、燃料量、烟气量有关。燃料在炉内的最小停留时间可用下述关系来表示： （31）式中 l燃烧器上一次风中心至屏下端距离，m 烟气在炉内的平均上升速度， m/s （32）式中 计算燃料消耗量， kg/h； 烟气体积，/kg烟气平均温度 （33） 式中 炉膛出口烟温，理论燃烧温度，对于 100mw300mw 的锅炉机组，在规定的煤粉细度下，燃尽时间一般为 1.52.8 秒之间，其中烟煤的燃尽时间大约为 2.02.2 秒。3.4 优化锅炉燃烧提高运行经济性3.4.1 煤粉的燃尽程度对经济性的影响煤粉燃尽程度对运行经济性的影响主要表现在飞灰和炉渣的含碳量，当飞灰和炉渣含碳量增加时，锅炉效率降低。煤粉的燃尽程度主要取决于炉内温度，煤粉和空气的混合程度、煤粉细度、煤粉在炉内的停留时间和煤本身的燃烧特性。一般而言，对于低灰分，高热值的烟煤，提高燃尽程度主要应从改善炉内煤粉和空气的混合着手；对于无烟煤、贫煤和高灰分、低热值的劣质烟煤，提高燃尽程度主要从改善炉内空气动力结构，提高炉内温度和煤粉细度，配风方式等方面进行全面的分析，才能找出提高煤粉燃尽程度的具体方法和措施。3.4.2 过量空气系数对经济性的影响过量空气系数对运行经济性的影响主要表现在锅炉排烟损失上。当过量空气系数增加时，排烟损失增加，但是过量空气增加时，一般飞灰或炉渣的含碳量将会减少。因此，一台锅炉的最佳运行过量空气系数，应根据机械不完全燃烧损失和排烟温度热损失之和最小的原则，通过试验来确定，大型电站锅炉炉膛出口的过量空气系数一般控制在 1.1-1.2。3.4.3 煤粉细度对经济性的影响煤粉细度是指煤粉颗粒尺寸的大小，它是衡量煤粉品质的重要指标。煤粉细度一般用一组标准筛来测定，将一定数量的煤粉式样放在筛子上筛分，筛分后留在筛子上的煤粉质量占筛前煤粉总质量的百分数，就称为煤粉细度。电厂常用筛孔尺寸为90 m 和 200 m的两种筛子测量煤粉细度，用符号 r90和r200表示。在其他条件相同时，煤粉细度 r90和r200越大，煤粉燃尽所需要的时间越长，煤粉的燃尽程度往往越差。因此，提高煤粉细度，可提高燃尽程度；但是提高煤粉细度，则制粉电耗增加，这可能会抵消因提高燃尽程度而得到的好处。3.4.4 锅炉煤种和负荷适应性锅炉具有较好的煤种和负荷适应性对提高锅炉运行的经济性和安全性具有重要意义，这是因为：（1）根据我国能源政策，锅炉尽量燃烧质量较差的煤，而将优煤用于化工、冶金等领域。我国煤种繁多，煤炭供应渠道多样化，锅炉所烧煤质多变，且呈不断下降趋势。（2）随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，电网负荷的峰谷差增大，许多中小型机组的调峰以低负荷运行方式为主。第四章 过热器和再热器的汽温特性分析4.1 概述 过热蒸汽温度与再热蒸汽温度直接影响电厂的经济性与安全性。汽温每降低10会使循环热效率降低0.5%。过热器与再热器长期在超温1020下运行，其寿命会缩短一半，而且会影响汽轮机的寿命。通常规定汽温偏离额定值的范围为105。因为锅炉不可能始终在设计工况下运行，汽温变化不可避免，所以，掌握汽温变化特性，运行时及时调节，十分重要。4.2 汽温特性 锅炉负荷变化时，过热器与再热器出口的蒸汽温度跟随变化的规律，称为汽温特性。随着锅炉负荷的增加，过热器中蒸汽流量和燃料消耗量都相应增大，但炉内火焰温度升高甚少。辐射式过热器吸收的炉膛辐射热增加不多，不及过热器蒸汽流量增加的比例大，因此辐射式过热器中蒸汽的焓增减少，出口蒸汽温度下降。同时，由于炉内火焰温度升高甚少，炉内水冷壁的吸热量也增加甚微，多耗燃料产生的热量将使得炉膛出口烟温升高。燃料耗量增加还使得炉内高温烟气流量增大。由于烟气温度及流速的增高，布置在水平与尾部烟道的对流式过热器的换热量增大许多，过热蒸汽焓增增大，出口烟温升高。对流式过热器的出口烟温是随着负荷的增加而增加的。过热器离炉膛出口越远，过热器进口烟温降低，烟气对过热器的辐射换热份额减少，汽温随负荷增加而上升的趋势更明显。再热蒸汽温度随锅炉负荷变化规律与过热器相同。只是，锅炉负荷降低时，汽轮机高压缸排气温度降低，再热器入口汽温下降。与过热汽温相比，对流式再热器汽温随负荷降低而降低要严重些。相反，辐射式再热器汽温随负荷升高而降低要平缓些。由于辐射式和对流式的汽温特性正好相反，同时采用辐射式和对流式联合布置的过热器与再热器系统，它的汽温特性介于辐射式和对流式汽温特性之间，汽温特性变化比较平稳。4.3蒸汽温度调节方法现代大型电站锅炉汽温调节方法常用的有喷水减温、汽汽热交换、蒸汽旁通、烟气再循环、分隔烟道挡板调节和改变火焰中心位置等。前三种属蒸汽侧调节方法，后三种属烟气侧调节方法。对汽温调节方法的基本要求是：调节惯性或延迟时间小，调节范围大，对循环热效率影响小，结构简单可靠及附加设备消耗少。（1）喷水减温方法喷水减温是将水直接喷入过热蒸汽中，水被加热，汽化和过热，吸收蒸汽中的热量，达到调节汽温的目的。喷水减温是直接接触式热交换，惯性小，调节灵敏，易于自动化，加上其结构简单，因此电站锅炉普遍采用。而表面式减温器由于结构复杂，调温惯性大，只在给水品质要求较低的小型锅炉中采用。再热器不宜采用喷水减温，因为会使电厂的循环热效率降低。喷水再热器的水在低压下被加热汽化和过热，仅在汽轮机的中低压缸中做功，犹如附加了一个中压循环系统，中压循环的效率低，因此将使整个系统的循环热效率降低。（2）汽汽交换器用于再热汽温的调节，利用高温高压过热蒸汽来加热再热蒸汽，达到调节再热汽温的目的。可布置在烟道外和烟道内。（3）蒸汽旁通法当再热汽温偏高时，调节三通阀，使旁通蒸汽量加大。低温再热器内蒸汽流量减少，出口汽温升高，低温再热器由于进出口平均汽温升高，与烟气的温压降低而使吸热量减少，汽温降低。由于高温再热器处烟温高，进口汽温的降低对其传热温压的增加影响不大，吸热量增加很少。于是再热器总吸热量降低，出口汽温下降。相反，减少蒸汽旁通量将使再热汽温升高。蒸汽旁通法调节再热汽温的优点是结构简单，惯性小，缺点是再热器金属消耗量增加。（4）烟气再循环法烟气再循环法的工作原理是再循环风机将省煤器后温度为250350的一部分烟气抽出，送入炉膛，改变各受热面的吸热量比例，以调节汽温。（5）分隔烟道挡板调节法当再热汽温变化时，调节挡板开度，改变流过再热器的烟气量，使再热器吸热量改变，达到调节再热汽温的目的。烟气挡板设备简单，操作方便，已被许多大型电站锅炉采用。（6）改变火焰中心位置方法摆动式燃烧器多用于燃烧器四角布置锅炉。上下摆动燃烧器，使煤粉火炬上下倾斜，改变火焰中心的位置，从而改变炉膛出口烟气温度，调节过热或再热汽温。改变火焰中心位置的调温方法调节灵敏，惯性很小，但不精细，常与喷水减温等其他调温方法配合使用。第五章 大容量锅炉传热模型的改进5.1 现有模型的特点300mw 以上的大容量电站锅炉受热面的设计和布置，尤其是锅炉炉膛辐射受热面的设计与布置对于锅炉的运行性能影响很大。在电站锅炉热力计算方面，我国一直采用前苏联的锅炉机组热力计算标准方法，并注意积累自己的经验数据。国内的各大锅炉厂也相继引进了国外 300mw 和 600mw 压临界参数电站锅炉的设计技术与计算方法，如美国 ce 公司、b&w 公司和 fw 公司的计算方法，在吸取世界各国先进技术与计算方法同时，并仍然充分注意结合国内电站锅炉运行和试验的大量实际数据，针对中国煤质燃烧特性进行修正。但是目前该标准仍然是解决工程技术问题和锅炉性能研究以及计算机模拟电站锅炉等热量过程的主要方法。5.1.1 前苏联锅炉机组热力计算标准的主要特点（1）以相似理论为基础，在对 100mw 以下的锅炉机组进行大量的试验研究的基础上，建立了具有较强的理论解析性和可靠的经验数据的计算方法。（2）炉膛换热计算方法用于 100mw 以下的锅炉计算热力计算时，计算数据与实际运行中的试验数据基本符合。但是，用于 200mw 以上的锅炉机组时，计算值与实际运行值有较大的误差。这种误差在我国的 200mw 机组上体现了出来，一般情况计算值比实际运行值低 100130，以致造成过热器超温或减温水量过大等问题。5.1.2 误差原因分析（1）炉内温度场是非等温性的，沿炉膛高度方向上的非等温性已经在 m 值中间考虑过。但是，大容量锅炉炉膛横断面上的温度场也是非等温性的，这种非等温对炉内换热强度具有显著的影响。（2）在水冷壁近壁面处有一个烟温突变层，烟温突变层减弱了水冷壁与炉膛中心处火焰的热交换强度，即产生了一个对辐射的“屏蔽效应”。这种屏蔽作用对热有效系数产生影响，其结果使热有效系数减小。（3）火焰与炉壁对辐射都具有选择性，灰体模型的误差较大。热有效系数也具有一定的选择性，即值随着辐射波长有明显的变化，在小容量机组热力计算中未予以考虑。（4）从燃烧中心到炉膛出口处，炉膛黑度的数值变化很大，采用平均值计算也会造成误差。火焰黑度在与单色辐射波长有关，这使炉膛黑度的变化更为复杂。（5）烟气中大量弥漫的固体粒子使辐射流产生散射作用，散射也会使炉膛总换热强度减弱，即散射对炉膛总换热量产生了一个“屏蔽效应”。气流含灰浓度越高，散射性越强，散射将引起炉膛黑度值降低。5.2 传热模型的改进5.2.1 杜卜炉内换热计算方法（新方法）在炉膛的换热计算中，炉膛出口烟温是炉膛换热计算的重要参数，它直接影响着其他计算部分。对于大容量锅炉，采用原方法进行屏式过热器和辐射式过热器的传热计算，得出的数据和运行存在偏差较大，因此大屏过热器和屏式过热器的传热计算模型也是需要改进的。炉膛出口烟温计算新公式： （51）式中 -按输入炉膛的热量计算的水冷壁热负荷公式（51）中引用了新的波尔兹曼准则数，它更能反映出炉内实际的换热能力。杜卜公式突出了理论燃烧温度对炉内换热的影响，这就意味着，煤质特性对炉内换热产生的影响作用较大，它必然对炉膛出口烟温值产生显著影响。即煤质的发热量越大，理论燃烧温度越高，对炉膛出口烟温值产生的影响越大。5.2.2 炉内换热计算标准 炉膛出口烟气温度公式： （52）其中：-炉膛传热系数炉膛水冷壁沾污系数-炉膛中总的辐射受热面积，-绝对燃烧时烟气的温度-保热系数-计算燃烧时烟气的温度，kg/h-烟气平均比热5.2.3 屏式过热器传热计算新方法屏式过热器一般布置在炉膛上部和出口处，它的传热规律是当炉膛出口烟温升高时，在进口汽温不变的条件下，出口汽温相应升高。因为炉膛出口烟温升高时管间烟气对管屏的辐射换热增强，对流传热量也增加。但后屏过热器传热特性的主要特点是辐射传热，尤其是管间传热，所以后屏过热器的传热计算应突出管间传热。在以前的热力计算中，后屏的传热计算以对流为主，将辐射传热合并到对流传热计算方法中。这样，后屏过热器的传热计算没有反映出辐射换热的特点。新的传热计算更能够符合实际传热过程的基本规律。新方法是以有效辐射的理论为基础，将屏式过热器的传热量分成三部分：管间烟气对管屏的辐射换热，来自炉膛及分隔屏去的直接辐射，纯对流传热。所以屏式过热器的总传热量为： （53）一、管间烟气对管屏的辐射换热： （54） 式中， h p应按辐射受热面积计算方法确定。但是屏间烟气温度的计算要复杂些，进入后屏的烟气流量为两部分，一部分由屏底部的水平界面流入后屏区，这部分烟气的温度比较高。另一部分烟气来自分隔屏区的平行断面，这部分烟气的温度比较低。故后屏区域的烟气进口的平均温度按下式计算 （55）、分别为通过后屏水平断面由炉膛直接进入的烟气流量和温度、由分隔屏区进入后屏的烟气流量和温度。流量的分配可以按照流通断面积比例分配。即： （56）所以 （57) 二、的计算方法：主要包括三部分，从后屏底部的水平界面上直接接受的炉膛辐射热、炉膛辐射透过分隔屏区的部分辐射热和分隔屏区热烟气与后屏区的辐射热交换. 后屏接受外来辐射热的热的计算方法：的计算方法： = （58） （1）后屏进口断面接受的直接辐射 根据有效辐射和热有效系数的概念： （59） 表示后投射到后屏入口断面上的有效辐射热流密度。 表示后屏入口断面上接受到的热流密度。因为后屏的进口断面有两个，且来自两个断面上的热流密度值并不相同，为了简化计算，作如下处理： （5-10） 来自后屏底部断面的炉膛直接辐射和来自分隔屏区的辐射热流分别为： （5-11）这样，在后屏进口断面上的辐射热交换为： （5-12） （5-13） 、分别表示屏进口断面和炉膛受热面的热有效系数。表示投射到后屏进口断面上的热流密度。 （5-14） （5-15） 所以 （5-16）（2）后屏出口断面向后屏后的辐射 （5-17） （5-18） 式中 r是对不同种类燃料的烟气辐射力的修正系数。当燃用固体燃料时，一般可取 r =0.5，令r / 1，则有 （5-19） （5-20） （3）纯对流传热 qd 。后屏的对流传热量计算按纯对流方式计算，不再考虑管间辐射放热，即： （5-21） （5-22）式中fd 按管子的周围面积计算-考虑烟气冲刷不均的影响系数， 0.85在实际计算中，由于烟气流动场分布不均，烟气流对屏的冲刷不均，导致管屏烟气侧实际的对流放热系数偏小。5.2.4 大屏过热器传热计算新方法 大屏的传热计算是基于屏区的烟温水平，而不是炉膛的总换热特性。所以，传热计算应当与炉膛分开进行。炉膛出口烟温升高，屏区烟温提高，大屏的传热量增大。 大屏过热器传热量可以分为三部分：大屏间高温烟气对管屏的辐射放热 qf1、大屏接受炉膛的辐射热qf2和烟气流过大屏时的对流放热qd。 所以大屏的总传热量为： （5-23）（1） 大屏间高温烟气对管屏的辐射放热 （5-24） 式中 - 屏的黑度 屏的辐射受热面积 屏的热有效系数 -屏间烟气的平均温度（2） 大屏接受炉膛的辐射热 ：可分为三部分热量：接受炉膛的辐射热，这部分辐射热通过屏底部的水平界面，同时分隔屏区向炉膛的反向辐射也通过该界面；分隔屏区烟气向烟气后屏的辐射，这部分辐射热通过与后屏平行的界面向后屏辐射；炉膛的辐射热透过分隔屏区，向后屏辐射的部分。所以 （5-25） （5-26） （5-27）和分别表示大屏接受炉膛的辐射热的水平界面和大屏与后屏平行的界面， 是考虑大屏区高温烟气对炉膛反向辐射后的吸热系数。 （3） 烟气流过大屏时的对流放热qd （5-28） （5-29）一般屏区烟气流速较低，对流传热很小，qd 可忽略不计。前面分析了大容量锅炉在炉膛出口烟温，后屏过热器和大屏过热器的传热计算新方 法，新方法更能体现出了锅炉的运行特性规律。由于实际运行情况复杂多变，在进行热力计算时，要根据机组的实际特点，尤其是主要参数和系数的选取上，要以运行数据和试验数据为基础。大容量锅炉传热计算中还存在着许多其他的问题，需要进一步的研究。第六章 分区段模型计算6.1 分区段计算的目的6.1.1 概述由于炉内温度场不均匀，炉内各部分受热面的热负荷可以有很大区别，设计时往往需要知道各部分的局部热负荷。炉膛一般是长方形的，常常首先需要知道的是沿炉膛高度方向的受热面热负荷分布。要计算沿炉膛轴线方向的局部热负荷有两种途径：（1） 按照零维模型方法计算平均热负荷，然后利用热负荷分布系数计算局部热负荷，分布系数是通过试验得到的即 式中 辐射受热面的平均热负荷沿炉膛高度方向的热负荷分布系数这种方法比较简单，但是热负荷分布系数是个经验系数，只能适用于类似的炉型。对于复杂的炉膛，例如炉膛内布置了较多的屏式受热面，这一方法不能采用。（2）沿炉膛高度将锅炉分割成若干个区段，对每个区段分别进行传热计算，得出各个区段的烟气温度和受热面热负荷。因此，分区段计算实质上也就是炉膛热力计算的一维模型。6.1.2 米多尔分区段模型米多尔分区段模型是将炉膛沿高度方向分成几个区段，根据辐射换热理论分别对每个区段进行传热计算，得出各个区段的温度以及受热面热负荷。米多尔分区段计算方法的重要特点是：认为换热只能在相互接触的物体间进行，一个区段向相邻区段的辐射热全部被该段烟气所吸收，不能到达它周围的壁面，也不能穿透它到达更远的区段