汽温调节和热偏差

1、第二篇 锅炉受热面过热器和再热器过热器和再热器的汽温特性运行中影响汽温的因素蒸汽温度的调节方法热偏差第四节第四节 过热器和再热器的汽温特性过热器和再热器的汽温特性汽温特性：过热器或再热器出口蒸汽温度与锅炉负荷（或工质流量）之间的关系。（负荷对汽温的影响）1 1 辐射式过热器辐射式过热器2 2 对流式过热器对流式过热器( (近近) )3 3 对流式过热器对流式过热器( (远远) ) 锅炉负荷增加，辐射式过热器汽温下降，对流式过热器汽温上升。对流过热器愈远，烟温愈低，辐射换热份额愈小，汽温变化愈大。后屏半辐射过热器的汽温特性相对平稳一些。锅炉负荷变化时，再热器由于进口汽温随之变化，使出口汽温变化幅

2、度更大。针对汽包锅炉。直流锅炉保持给水/燃料比能维持过热汽温第五节第五节 运行中影响汽温的因素运行中影响汽温的因素过量空气 烟气量、流速对流过热汽温系数 炉内温度辐射汽温(炉内) 炉内吸热炉膛出口T布置在炉内的辐射汽温下降，烟道上汽温布置在炉内的辐射汽温下降，烟道上汽温 增加过量空气系数是提高过热汽温的常用方法，但排烟增加过量空气系数是提高过热汽温的常用方法，但排烟损失会增加，锅炉热效率下降。损失会增加，锅炉热效率下降。过量空气系数变化过量空气系数变化10%10%，相应汽温变化，相应汽温变化10-2010-20。过过量空气系数量空气系数 锅炉运行时高加有可能停运，可下降60 给水温度在200以

3、上高加停运高加停运给水温度给水温度 燃料量燃料量B烟温烟温、烟速、烟速对流过、再热器温度对流过、再热器温度 辐射式过热器影响很小，因炉膛温度不大，负荷不辐射式过热器影响很小，因炉膛温度不大，负荷不增加。增加。 实际应用中，如高压停运，一般采用降负荷运行。实际应用中，如高压停运，一般采用降负荷运行。 给给水温度变化水温度变化2 2，汽，汽温反向变化接近温反向变化接近1 1。保持锅炉负荷保持锅炉负荷给水温度给水温度煤粉锅炉运行过程中经常有结渣、积灰、沾污。炉内水冷壁结渣或积灰炉内水冷壁结渣或积灰炉内辐射吸热量炉内辐射吸热量炉膛出口烟温炉膛出口烟温过热器汽温过热器汽温过热器或再热器本身结渣或积灰过热

4、器或再热器本身结渣或积灰吸热量减少吸热量减少过热器过热器汽温汽温 锅炉结渣会导致过热蒸汽下降？锅炉结渣会导致过热蒸汽下降？ 受热面污染受热面污染使用饱和蒸汽吹灰，或其他辅机用汽，流经受热使用饱和蒸汽吹灰，或其他辅机用汽，流经受热面的蒸汽量将减少，需要增加燃料量，相面的蒸汽量将减少，需要增加燃料量，相当当于于增加负荷增加负荷对流过热器汽温对流过热器汽温，辐辐射过热器射过热器汽温汽温饱饱和蒸汽：吹灰，辅机、风机、水泵等和蒸汽：吹灰，辅机、风机、水泵等饱饱和水：排污，辅机加热等和水：排污，辅机加热等饱饱和水排污焓值低和水排污焓值低，影，影响不大。响不大。 饱和蒸汽用量（吹灰与排污）饱和蒸汽用量（吹灰

5、与排污）燃烧器上倾燃烧器上倾中心上移中心上移炉内辐射吸热量炉内辐射吸热量 高温区上移高温区上移 出口烟温出口烟温 炉膛上部温压炉膛上部温压 传热温压传热温压 炉膛上部过热汽温炉膛上部过热汽温 水平烟道水平烟道汽温汽温对流受热面距离炉膛越远，对汽温影响越小。对流受热面距离炉膛越远，对汽温影响越小。火电机组常用的调温方法，加工工艺要求高。火电机组常用的调温方法，加工工艺要求高。燃烧器运行方式燃烧器运行方式影响火焰中心位置情况：(1) 煤种特性，着火性能有关煤种特性，着火性能有关 煤种差、粗着火后延火焰拉长中心上移(2) 不同燃烧器投运方式不同燃烧器投运方式 不同层次投运，上组或下组投运(3) 燃烧

6、器倾斜角度燃烧器倾斜角度 单个摆动，一次风摆动，整组摆动。30度 (1) 油、气着火快油、气着火快燃烧火炬短燃烧火炬短火焰中心低火焰中心低汽温下降汽温下降(2) 煤中水分煤中水分 烟气流量烟气流量 对流汽温对流汽温 炉内火焰温度炉内火焰温度 辐射汽温辐射汽温CWS 30% 油炉改烧水煤浆负荷下降油炉改烧水煤浆负荷下降煤煤种灰分增加，汽温也会升高。种灰分增加，汽温也会升高。火焰中心高低：无烟煤烟煤油、气火焰中心高低：无烟煤烟煤油、气 难着火难着火 着火着火 容易着火容易着火 劣质煤优质煤劣质煤优质煤 粗煤粉粗煤粉细细煤粉煤粉燃料种类和成分燃料种类和成分影影响因素总结响因素总结各因素对过热汽温影响

7、各因素对过热汽温影响 影响因素影响因素 汽温变化（汽温变化（） 锅炉负荷锅炉负荷 10% 10 炉膛过剩空气系数炉膛过剩空气系数 10% 1020 给水温度给水温度 10 45 燃煤水分燃煤水分 1% 1.5 燃煤灰分燃煤灰分 10% 5重要性重要性 过热蒸汽和再热蒸汽是电站锅炉的最终产品，直接影响到电厂经济性与安全性，锅炉最终目的是产生合格蒸汽，而合格蒸汽重要标志 蒸汽温度 10 循环热效率 0.5% 超出极限值 1020 寿命一半 通常规定 -10+5 蒸汽参数要求在一定范围内，设计时要考虑有效的调节手段，运行中要不断地调节蒸汽温度。第六节第六节 蒸汽温度的调节方法蒸汽温度的调节方法汽温允

8、许偏差值汽温允许偏差值锅炉型式锅炉型式过热汽温过热汽温允许偏差允许偏差备注备注电站锅炉额定过热汽温575%-100%负荷+10短期300+30-20工业锅炉35020400+10-20过热蒸汽温度的容许偏差值过热蒸汽温度的容许偏差值再热蒸汽允许偏差：再热蒸汽允许偏差：+5-10-10基本要求：基本要求：调节惯性或延迟时间小（灵敏）；调节范围大（调节惯性或延迟时间小（灵敏）；调节范围大（70100%70100%负荷）；负荷）；对循环热效率影响小；结构简单可靠；对循环热效率影响小；结构简单可靠； 附加设备消耗少。附加设备消耗少。汽汽温调节一般与减温器紧密相连。减温器是通过冷却蒸汽来温调节一般与减温

9、器紧密相连。减温器是通过冷却蒸汽来控制最终输出蒸汽温度的调节方法控制最终输出蒸汽温度的调节方法 。在减温器内，蒸汽在减温器内，蒸汽只能降温，不能升温只能降温，不能升温，是单向的温度调节。，是单向的温度调节。蒸蒸汽侧汽侧喷水减温器喷水减温器原理原理：直接喷入蒸汽掺混。直接喷入蒸汽掺混。优点优点：惯性小，调节灵敏，易自动惯性小，调节灵敏，易自动化，应用最广，但对水质要求高。化，应用最广，但对水质要求高。给水给水：直接来自给水泵出口。直接来自给水泵出口。设计给水量设计给水量：5%8%5%8%蒸发量。蒸发量。汽温下降汽温下降：50605060。用途用途：用于过热器，用于过热器，一般不用于再一般不用于再

10、热器热器。数量数量：2 2个，第个，第1 1个屏前，粗调；第个屏前，粗调；第2 2个高温对流过热器前，细调。个高温对流过热器前，细调。位置位置：过热器中间联箱或连接管内。：过热器中间联箱或连接管内。锅炉给水作减温器的连接系统锅炉给水作减温器的连接系统笛形多孔喷水减温器笛形多孔喷水减温器笛形多孔管上开有若干喷水孔，喷孔一般在背向气流方向的一侧，以使喷水方向和气流方向一致。喷水在保护套管内蒸发完毕。喷孔直径通常5-7mm；喷水速度为3-5m/s。旋涡式喷水减温器旋涡式喷水减温器文丘里管喷水减温器文丘里管喷水减温器1减温器联箱；减温器联箱；2文丘里管；文丘里管；3喷水孔；喷水孔；4环形水室；环形水室

11、；5减温水室；减温水室；6混合室混合室蒸汽侧蒸汽侧汽汽- -汽热交换器汽热交换器原理原理：过热蒸汽加热再热蒸：过热蒸汽加热再热蒸汽。汽。优点优点：非接触式，对水无要：非接触式，对水无要求，惯性尚小，金属耗量小。求，惯性尚小，金属耗量小。用途用途：用于再热器。：用于再热器。缺点缺点：管道连接系统复杂，：管道连接系统复杂，制造工艺要求高，锅炉气密制造工艺要求高，锅炉气密性降低。性降低。形式形式：炉内，炉外：炉内，炉外/ /管式，筒管式，筒式。式。管式汽管式汽-汽热交换器汽热交换器筒式汽筒式汽- -汽热交换器汽热交换器在800-1000mm直径圆筒内布置许多U形管，过热蒸汽在管内流动，再热蒸汽在筒内

12、多次横向迂回冲刷，传热性能较好。蒸汽侧蒸汽侧面式减温器面式减温器原理原理：水在管中流，蒸在外：水在管中流，蒸在外面流。面流。优点优点：非接触式，对水无要：非接触式，对水无要求，惯性一般。求，惯性一般。冷却水冷却水：给水：给水40-60%40-60%，用完，用完送至省煤器。送至省煤器。汽温下降汽温下降：40504050。用途用途：中压锅炉过热器、再：中压锅炉过热器、再热器。热器。缺点缺点：不灵敏，惰性大。：不灵敏，惰性大。给水冷却的面式减温器结构给水冷却的面式减温器结构蒸汽侧蒸汽侧蒸蒸汽旁通汽旁通原理原理：用水平烟道的高温：用水平烟道的高温再热器加热尾部烟井的再热器加热尾部烟井的低温再热器。低温

13、再热器。优点优点：结构简单，惯性小。：结构简单，惯性小。缺点缺点：金属消量增加。：金属消量增加。用途用途：用于再热器，在进：用于再热器，在进口装三通。口装三通。烟气侧烟气侧烟道挡板调节器烟道挡板调节器原理原理：利用挡板来改变流经：利用挡板来改变流经分烟道的烟量，达到调节分烟道的烟量，达到调节再热汽温目的。再热汽温目的。优点优点：设备简单，操作方便，：设备简单，操作方便，目前电厂用得较多。目前电厂用得较多。缺点缺点：挡板易变形，流速提：挡板易变形，流速提高引起磨损再热器。高引起磨损再热器。各种烟气挡板调节汽温方法及装置各种烟气挡板调节汽温方法及装置再热器与过热器并联结构再热器与过热器并联结构 旁

14、通烟道旁通烟道 再热器与过热再热器与过热器器并并联平行烟道联平行烟道 再热器与省煤再热器与省煤器器并并联平行烟道联平行烟道烟气侧烟气侧烟气再循环烟气再循环原理原理：用再循环风机将部分低温烟气：用再循环风机将部分低温烟气（一般是省煤器后）送入炉内，达（一般是省煤器后）送入炉内，达到调节汽温到调节汽温。烟温烟温：300-350300-350。优点优点：调节灵敏，幅度大，：调节灵敏，幅度大，降低降低NOxNOx浓度浓度。汽温变化汽温变化：2(1%2(1%再循环烟气量再循环烟气量) )，均匀炉膛热负荷。均匀炉膛热负荷。送入点送入点：冷灰斗、炉膛上部。：冷灰斗、炉膛上部。用途用途：一般调节再热器。：一般

15、调节再热器。( (书图书图6-24)6-24)缺点缺点：炉内温度下降，增大燃烧损失，：炉内温度下降，增大燃烧损失，增加飞灰磨损和受热面积灰。增加飞灰磨损和受热面积灰。再循环烟气入口位置对汽温影响再循环烟气入口位置对汽温影响1炉膛；炉膛；2高过；高过；3高再；高再；4低过；低过；5省煤器；省煤器；6去空预器；去空预器；7炉膛出口烟温炉膛出口烟温再循环烟气从炉膛下部送入再循环烟气从炉膛下部送入 再循环烟气从炉膛上部送入再循环烟气从炉膛上部送入烟气侧烟气侧摆动式燃烧器（火焰中心）摆动式燃烧器（火焰中心）原理原理：改变炉膛火焰中心位：改变炉膛火焰中心位置来改变炉膛出口烟温，置来改变炉膛出口烟温，达到调

16、节蒸温。达到调节蒸温。优点优点：调节灵敏，惯性小。：调节灵敏，惯性小。汽温变化汽温变化：5060(5060(摆角摆角上倾上倾1010度，下倾度，下倾2020度度) )，摆，摆角角1 1度，再热汽温变化度，再热汽温变化2 2。用途用途：过热器、再热器。：过热器、再热器。缺点缺点：无法精确计量，下倾：无法精确计量，下倾易造成结渣。易造成结渣。倾易倾易结渣；配风方式改变配风方式改变第七节第七节 过热器和再热器热偏差过热器和再热器热偏差 过热器和再热器是由沿宽度方向平行排列的管屏管屏或管片管片组成，而每一管屏或管片又由数量不等的沿深度方向排列的并联管管圈组成。设计时希望各管屏和管圈在相互一致的平均条件

17、下工作，以保证运行的安全可靠，但实际运行中，不同管屏之间或不同管圈之间由于内部蒸汽流动条件、炉内烟气侧辐射和对流受热条件的不同，各管屏之间、管圈之间管屏之间、管圈之间管内蒸汽温度及管壁金属温度分布存在一定差异，这种平行管中工质焓增不均匀的现象称为。 7.1 热偏差定义热偏差定义GHqppjpjppjpppjpjpjppppjpjppjpGGHHqqGGHqHqGGQQii衡量热偏差大小用热偏差系数衡量热偏差大小用热偏差系数。定义为过热器或再热器管组定义为过热器或再热器管组中某一管子中某一管子(偏差管偏差管)的焓增的焓增ip与管组平均焓增与管组平均焓增ipj的比值。的比值。同屏热偏差和屏间热偏差

18、同屏热偏差和屏间热偏差同屏热偏差同屏热偏差同一管屏中偏差管焓增(温升)与该屏平均焓增(温升)的比值；屏间热偏差屏间热偏差屏组中偏差屏焓增(温升)与屏组平均焓增(温升)的比值。屏式过热器热偏差系数等于同屏热偏差系数与屏间热偏差系数的乘积。pjtp7.2 热偏差形成原因热偏差形成原因烟侧速度偏差引起的吸热热偏差 烟侧烟温偏差形成的吸热热偏差 同屏各管之间的吸热偏差 沿炉膛宽度各管屏之间的流量偏差 同屏各管间的流量偏差 由于喷水减温器集箱中涡流和漏流而引起的偏差 一、由吸热偏差引起的热偏差一、由吸热偏差引起的热偏差 四角切圆 直流燃烧使炉内形成旋转气流，这股旋转气流呈螺旋状上升一直保持到炉膛出口，即

19、存在扭转残余。造成炉膛出口速度偏差。当切圆为逆时针旋转时，炉膛出口烟速右侧高于左侧，反之，左侧高于右侧。 对流受热面中烟气主要是对流传热，横向冲刷顺列管组对流受热面中烟气主要是对流传热，横向冲刷顺列管组时，烟气侧对流换热系数与烟速时，烟气侧对流换热系数与烟速w有如下关系：有如下关系： 33. 065. 0PrRe2 . 0dCCszd65. 0wd四角切圆燃烧旋转流场四角切圆燃烧旋转流场水平烟道烟速偏差形成原因分析水平烟道烟速偏差形成原因分析引风机水平引力的动量烟气出口水平分速度动量；引风机水平引力的动量烟气出口水平分速度动量；引风机水平引力的动量烟气出口水平分速度动量；引风机水平引力的动量烟

20、气出口水平分速度动量；旋转气流炉膛出口流场图旋转气流炉膛出口流场图顺时针顺时针/ /逆时针？逆时针？炉膛出口处水平烟道速度分布炉膛出口处水平烟道速度分布后屏过热器后速度分布后屏过热器后速度分布烟侧烟温偏差形成的热偏差烟侧烟温偏差形成的热偏差 20世纪80年代初开始引进美国CE技术制造300MW以上机组锅炉，炉膛出口扭转残余问题开始突出。烟气侧偏差：GSEI(Gas Side Energy Imbalance) 由于炉膛出口烟气有较强的扭转残余，烟道沿宽度和高度方向存在烟速和烟温偏差。对于切圆逆时针旋转燃烧方式，右侧烟温和烟速高于左侧，而顺时针则相反。辐射换热系数与温度成正比辐射换热系数与温度成

21、正比31tf冷态速度偏差和热态烟温偏差冷态速度偏差和热态烟温偏差12345测点位置600650700750800850900温度下中上左侧右侧2358351435 2035 2635 3235 3835 4435 5035 5635 6235 6835 7435炉膛出口水平位置（左右）（mm）0123456风速 （m/s）左侧平均速度:0.866m/s右侧平均速:1.9m/s速度偏差2.19 造成同屏各管之间吸热偏差的主要原因：造成同屏各管之间吸热偏差的主要原因：总吸热量Q由辐射吸热Qf和对流吸热Qd两部分组成 Qff 管屏前高温烟气的辐射热量；Qfh 管屏后（或小烟室）高温气体的辐射热量；Q

22、fx 管屏下部烟室辐射量；Qfp 管屏间构成的烟室内高温烟气的辐射热量。同屏各管吸收对流热量不均匀同屏各管之间接受炉膛或屏前屏后屏间的辐射热量不均匀fxfpfhfffQQQQQ于是每一管圈的热偏差系数1为： 式式中，中，Q为计算管圈的总吸热量；为计算管圈的总吸热量；Di为该管圈的蒸汽流量；为该管圈的蒸汽流量；ipj为管屏平均焓增。为管屏平均焓增。 将管子分成不同类型的几段逐段计算其焓增，如管圈分为a,b,若干管段，则计算管圈的总吸热量Q为： Q=Qa+Qb+ +Qi+ 式中，任一管段的吸热量由以下几部分组成：式中，任一管段的吸热量由以下几部分组成：Qi=Qff+Qfh+Qfp+Qfx+Qd i

23、pj=Q /D 式中式中Q为管屏总吸热量，为管屏总吸热量，D为管屏内总流量。为管屏内总流量。 pjiiDQ11实炉试验表明同屏热偏差系数可高达1.31.4，从而造成局部管子超温。 通常为外圈管温度水平高。接受的辐射热量越多，同屏管数越多则偏差越大，如7套管的高温再热器的同屏热偏差系数1可达1.3，而3套管的高温过热器1值一般为1.15。某670t/h锅炉屏前烟气辐射角系数表明，第二排管单位长度的辐射吸热量仅为首排管的35.5，而末排管仅为首排管的6左右。 二、由于管间流量不同引起的偏差二、由于管间流量不同引起的偏差 对偏差管和平均管列出能量和连续方程，得到流量不均系数的基本计算公式为： 式中，

24、式中，f为管的流通面积；为管的流通面积；Z为管的总阻力系数，由沿程为管的总阻力系数，由沿程阻力和局部阻力组成，阻力和局部阻力组成，p为管内工质比容；为管内工质比容；h为分配为分配集箱和汇集集箱间的重位压头，一般远小于管子沿程阻集箱和汇集集箱间的重位压头，一般远小于管子沿程阻力；力；pp为管进出口静压差。为管进出口静压差。 pjpjpjpjp pp pp pp ppjpjpjpjpjpjp ppjpjp ppjpjp ppjpjp pG Gh/h/pph/h/pp Z Z Z Zf ff fw ww wf ff fG GG G 流量偏差示意图流量偏差示意图进入各并联管屏的蒸汽进入各并联管屏的蒸汽

25、比容不同引起流动阻力差比容不同引起流动阻力差异形成的流量偏差异形成的流量偏差 由于集箱中静压分布不由于集箱中静压分布不均引起的管屏间流量偏差均引起的管屏间流量偏差 同屏各管阻力系数不同引起管间流量偏差 由于热效流动造成的管间流量偏差 集箱中静压变化造成管间流量偏差 三、由于各管屏进口汽温不同引起的偏差三、由于各管屏进口汽温不同引起的偏差烟速和烟温偏差 造成左右侧汽温偏差（水平烟道）和前后侧汽温偏差（转向室后尾部）。上一级管屏的汽温偏差如未消除，就会带入下一级管屏，使两级受热面的热偏差相互叠加。 四、由于过热器、再热器设计不合理引起四、由于过热器、再热器设计不合理引起的汽温偏差的汽温偏差 前级过

26、热器或再热器与后级管组之间的蒸汽未通过中间集箱或导汽管交叉混合，使前级管组出口沿烟道宽度方向的汽温偏差与本级管组的吸热偏差叠加起来。某些大容量锅炉过热器系统分左右两个回路，但其出口集箱往往仅采用一个总汇集集箱，如该集箱由单侧引出，会产生很大的集箱效应而造成左右回路和左右管组之间的流量偏差。喷水减温系统设计和运行的不当。 采用一个喷水调节阀调节左右两个过热器回路的喷水采用一个喷水调节阀调节左右两个过热器回路的喷水总量，如两侧燃烧工况和汽温有较大偏差，无法通过分总量，如两侧燃烧工况和汽温有较大偏差，无法通过分别调节左右侧喷水量来平衡两侧汽温。别调节左右侧喷水量来平衡两侧汽温。对于汽包锅炉，炉内燃烧

27、、沾污条件变化及热力系统对于汽包锅炉，炉内燃烧、沾污条件变化及热力系统高加投入与否等都会引起减温水总量变化，高加投入与否等都会引起减温水总量变化， 从而引起从而引起汽温变化。汽温变化。喷水阀调节性能不良使运行人员无法保持较小的末级喷水阀调节性能不良使运行人员无法保持较小的末级喷水量，从而产生对过热器不利的工况。喷水量，从而产生对过热器不利的工况。某些屏式过热器进出口集箱间以焊接隔板分隔，隔板与集箱间存在间隙时会使部分蒸汽短路，不流过受热面管子，而使管子产生超温。7.3 热偏差可能引起的不良后果热偏差可能引起的不良后果表现方式：表现方式：总体超温或欠温，过热汽温、再热汽温或减温水总体超温或欠温，

28、过热汽温、再热汽温或减温水量严重偏离额定值；量严重偏离额定值；局部超温，过热器或再热器管组中某些管片或管局部超温，过热器或再热器管组中某些管片或管片中的某些管子金属温度超过许用温度。片中的某些管子金属温度超过许用温度。最终结果：最终结果：过热器和再热器的超过热器和再热器的超温温引起引起爆管。爆管。汽温降低影响经济性。汽温降低影响经济性。 7.4 炉膛出口扭转残余及烟气炉膛出口扭转残余及烟气侧降侧降低热低热偏差的措施偏差的措施(1)炉膛出口扭转残余 定定义、影响因素、消除措施等义、影响因素、消除措施等(2)反切风技术应用一、二、三次风反切技术对消除或降低扭转残余或一、二、三次风反切技术对消除或降低扭转残余或烟温、烟速偏差影响烟温、烟速偏差影响(3)炉膛空气动力场 炉炉内空气动力特性对炉膛出口扭转残余影响内空气动力特性对炉膛出口扭转残余影响7.4.1 炉膛出口扭转残余炉膛出口扭转残余四角切圆燃烧锅炉在炉膛出口处存在扭转残余，它是表征炉膛出口速度不均匀的量，定义为： 式式中，中，R为炉膛截面平均宽度的一半；为炉膛截面平均宽度的一半；w,u分别为轴向速分别为轴向速度和切向速度；度和切向速度；r为气流旋转半径。为气流旋转半径。 00.2弱旋，0. 20.5中等旋，0.6强旋RRrdrwRdrwur0202不同残余扭转下的烟速偏差不同残余扭转下的烟速偏差工况残余扭转速度偏差系数平均值后屏后