1、超超臨界直流鍋爐變壓運行特性分析內容摘要我國電力以煤電為主, 在獲取相同電能的情況下, 提高燃煤電廠的效率是節約能源的主要途徑,而超臨界大容量機組恰恰滿足這一要求。通過對超超臨界鍋爐機組技術特點的介紹，分析其變壓運行時的有關問題，得出超超臨界鍋爐機組具有運行可靠性高，經濟性高，廠效率高，煤耗低，具有良好的負荷調節特性和顯著的環保效益等特點。超超臨界鍋爐與亞臨界相比占有一定的優勢，是我國燃煤鍋爐技術發展的方向。關鍵詞： 超超臨界 直流鍋爐 變壓運行 技術特點 經濟性Abstract ：China's coal-based electricity to the power of acces

2、s to the same circumstances, improve the efficiency of coal-fired power plant is the major means of energy conservation, and large-capacity supercritical generating units precisely meet this requirement. Ultra-supercritical boiler through the introduction of technical features to analyze the issues

3、related to transformer running, come running ultra supercritical boiler with high reliability, economy and high plant efficiency, low coal consumption, with good load regulation characteristics and significant environmental benefits and so on. The ultra supercritical boiler compares with subcritical

4、ly and holds certain superiority. Supercritical and subcritical boiler holds certain advantages in comparison, is China's coal-fired boiler technology development direction .Key words: Ultra-supercritical oncethrough boiler variable pressure operation technique characteristics economic目錄第一章 前言3第

5、二章 超超臨界直流鍋爐變壓運行方式41 兩種運行方式的介紹42 變壓運行的分類43 機組變壓運行的特點5第三章 超超臨界直流鍋爐變壓運行的主要問題81 水冷壁系統82 爐膛和燃燒系統153 過熱器、再熱器系統164 空氣預熱器系統165 啟動循環系統17第四章 機組變壓運行的經濟性分析211 理論經濟性分析212 實際運行經濟性分析21第五章 現有機組運行中存在的問題及措施231 運行中存在的重要問題232 解決問題的措施23第六章 結束語25參考文獻26附錄27第一章 前言在超超臨界鍋爐內，隨著壓力的提高，水的飽和溫度也隨之提高，汽化潛熱減少，水和汽的密度差也隨之減少。當壓力提高到臨界壓力（

6、22.12Mpa）時，汽化潛熱為0，汽和水的密度差也等于零，水在該壓力下加熱到臨界溫度（374.15）時即全部汽化成蒸汽，因此超超臨界壓力下水變成蒸汽不再存在汽水兩相區。由此可知，超超臨界壓力直流鍋爐由水變成過熱蒸汽經歷了兩個階段即加熱和過熱，而工質狀態由水逐漸變成過熱蒸汽。因此超超臨界直流鍋爐沒有汽包，啟停速度快，與一般亞臨界汽包爐相比，超超臨界直流鍋爐啟動到滿負荷運行，變負荷速度可提高1倍左右。另外，超超臨界機組具有無可比擬經濟性，單臺機組發電熱效率最高可達50%，每kWh煤耗最低僅有255g（丹麥BWE公司），較亞臨界壓力機組（每kWh煤耗最低約有327g左右）煤耗低；同時采用低氧化氮技

7、術，在燃燒過程中減少65%的氮氧化合物及其它有害物質的形成，且脫硫率可超過98%，可實現節能降耗、環保的目的。機組運行通常有兩種方式，即定壓運行和變壓運行，超超臨界鍋爐多采用變壓運行方式。機組采用變壓運行方式時，其各個系統部件與采用定壓運行方式時相比較，會有諸多迥異；相對于定壓運行，在變壓運行過程中亦會產生許多新的運行狀況；為什么現在大型機組多采用變壓運行方式？變壓運行的經濟性一定就比定壓運行的高嗎？針對以上所述，本文將就超超臨界直流鍋爐變壓運行的特性展開一些討論分析。第二章 超超臨界直流鍋爐變壓運行的方式2-1 兩種運行方式的介紹單元機組的運行目前有兩種基本形式，即定壓運行（或稱等壓運行）和

8、變壓運行（或稱滑壓運行）。定壓運行是指汽輪機在不同工況運行時，依靠調節汽輪機調節汽門的開度來改變機組的功率，而汽輪機前的新汽壓力維持不變。采用此方法跟蹤負荷調峰時，在汽輪機內將產生較大的溫度變化，且低負荷時主蒸汽節流損失很大，機組的熱效率下降。因此國內外新裝機組一般不采用此方法調峰，而是采用變壓運行方式。所謂變壓運行，是指汽輪機在不同工況運行時，不僅主汽門是全開的，而且調節汽門也是全開的（或部分全開），機組效率的變動是靠汽輪機前主蒸汽壓力的改變來實現的，但主蒸汽的溫度維持額定值不變。處在變壓運行中的單元機組，當外界負荷變動時，在汽輪機跟隨的控制方式中，負荷變動指令直接下達給鍋爐的燃燒調節系統和

9、給水調節系統，鍋爐就按指令要求改變燃燒工況和給水量，使出口主蒸汽的壓力和流量適應外界負荷變動后的需要。而在定壓運行時，該負荷指令是送給汽輪機調節系統改變調節汽門的開度。2-2 變壓運行的分類根據汽輪機進汽調節汽門在負荷變動時開啟的方式不同，變壓運行又可分為純變壓運行、節流變壓運行和復合變壓運行三種方式。2-2-1 純變壓運行在整個負荷變化范圍內，汽輪機的進汽調節汽門全開，由鍋爐改變主蒸汽壓力來適應機組負荷變化。這種運行方式存在很大的時滯，負荷適應性差，不能滿足調頻的要求。另外在低負荷時，進汽門全開，進汽壓力低，機組循環效率下降較多。2-2-2 節流變壓運行在正常運行條件下，汽輪機進汽調節汽門不

10、全開，例如只開到90%，留有10%的開度儲備，保持一定的節流。在機組加負荷時，全開調節汽門，利用鍋爐的蓄能達到快速帶負荷的目的。此后，隨著蒸汽壓力的提高，調節汽門重新恢復到原來的位置。機組加負荷時，通過全開調節汽門，使運行方式由變壓加節流壓力線下降到純變壓的壓力線，從而使鍋爐輸出貯存的蓄熱。這種運行方式解決了純變壓運行時負荷調整時滯大的缺點。但由于正常運行時，調節汽門不能全開，有一定的節流損失，也會降低機組運行的經濟性。2-2-3 復合變壓運行復合變壓運行是定壓運行和變壓運行組合的運行方式。指機組在高負荷區（一般為80%100%MCR）保持定壓運行，用增減噴嘴開度來調節負荷；在中間負荷區（一般

11、30%80%MCR），全開部分調節汽門（如三閥全開）進行變壓運行；在極低負荷區（一般為30%MCR以下），恢復定壓運行方式（但壓力定值較低），這是一種應用較廣的復合變壓運行方式，也稱為定-滑-定復合變壓運行。低負荷下采用定壓運行的另一個原因，是因為壓力低時，dt/dp大，為了避免在省煤器中發生沸騰或在蒸發受熱面內產生過大的熱應力。定-滑-定的運行方式，既具備高負荷區調頻的能力、滿足低負荷定壓運行的要求，而且在中間負荷區具有較高的運行效率和負荷適應性，所以得到了普遍的應用。2-3 機組變壓運行的特點變壓運行優于定壓運行，主要體現在汽輪機方面。汽輪機的配汽調節方式分節流調節和噴嘴調節，在定壓運行時

12、，即使采用相對影響較小的節流調節，汽輪機調節級后的汽溫也隨工況有較大幅度的下降，而噴嘴調節情況則更嚴重。當變壓運行時，由于調節汽門全開或基本全開(只有1020的節流)，以及過熱汽溫維持額定工況，因此汽輪機第一級后的汽溫幾乎不變，見圖2-1。第一級后汽溫基本不變，代表了其后各級汽溫也基本不變。圖2-1汽輪機第一級后蒸汽溫度的變化因此，變壓運行時鍋爐出口以及汽輪機各級的汽溫變化都很小或幾乎不變。這樣，汽輪機金屬的熱應力、熱變形小，有利于電站機組快速啟運和變負荷運行，極大地提高了機組運行的機動性，尤其適用于調峰。特別對于中間再熱機組：定壓運行時，當負荷降低時高壓缸排汽溫度降低，使再熱器出口汽溫難以維

13、持，引起中低壓缸內汽溫降低，這不僅影響機組效率，也使汽輪機熱應力、熱變形增大，這是非常不利的；而在變壓運行時，由于初壓隨負荷減少而降低，使蒸汽比熱容減小，因此，過熱蒸汽和再熱蒸汽都易于提高到規定溫度。再熱汽溫的穩定和不降，使中低壓缸的運行條件得到改善，對汽輪機的安全運行帶來保障。所以，和定壓運行相比，變壓運行有如下優點：（1）變壓運行時，由于調速汽門基本上全開，因而減少了新蒸汽的節流損失，也改善了汽輪機高壓端蒸汽流動情況。因此，變壓運行時汽輪機內效率較定壓運行時高。負荷越低，這個優點越突出。（2）變壓運行時高壓缸排汽溫幾乎不變，從而可在很寬的負荷范圍內維持再熱汽溫不變，提高了低負荷的經濟性。（

14、3）變壓運行時可以實現各種負荷下一二次汽溫基本不變而且汽輪機進汽調節門全開和第一級通流面積不變，因而汽輪機內部工質溫度變化不大，使汽輪機的汽缸與轉子的相對膨脹值不隨負荷的改變而改變，汽缸不易變形，從而保證汽缸和法蘭連接處嚴密不漏，有利于汽輪機的安全。定壓運行時溫度變化大，會出現較大熱應力和熱變形，變負荷速度受到限制。變壓運行時，限制機組負荷變化速度的不再是汽缸壁，而是與飽和工質接觸的鍋爐壁厚部件，如鍋筒。故機組變壓運行時允許的負荷變化速度比定壓運行時大。（4）相對定壓運行，機組變壓運行時，鍋爐，汽輪機及主蒸汽管道等承壓部件都在較低應力狀態下工作，有利于延長機組的使用壽命。（5）變壓運行時給水泵

15、功率可節約很多。變壓運行時給水泵多采用變速泵，和定壓運行相比，在部分負荷時給水泵輸入功率不但因流量減少而減低，同時還由于出口壓力降低而進一步減少。變壓運行也有一定的如下缺點：（1）變壓運行時，隨著負荷降低機組循環效率明顯下降，這主要是由于初壓減低使得機組蒸汽可用焓減少的緣故。變壓運行的經濟性，取決于壓力降低使循環效率的減低和汽輪機內效率的提高、給水泵耗功減少以及再熱汽溫升高而使循環效率提高等各項因素的綜合，而且隨著機組的結構、參數和采用的變壓運行方式而異，不能簡單地認為變壓運行一定比定壓運行經濟。即使同一臺機組，同一種變壓運行方式，在不同的負荷區段，變壓運行與定壓運行的經濟性比較，也會有不同的

16、結果。（2）變壓運行是靠主汽壓力的變化來調節負荷，而壓力調節比較遲緩，所以不宜擔任電網一次調頻的任務。這是因為當機組負荷增大時，鍋爐以加強燃燒來提高主汽壓力，但此時鍋爐因壓力提高要儲蓄一部分熱量，這樣就增加了遲延時間。另外，壓力調節要求有較高的技術水平的集中控制與之配合，才能獲得最佳的運行方式。所以在設計變壓運行時，必須將主機、輔機及機、鍋和電網綜合考慮才行。第三章 超超臨界直流鍋爐變壓運行的主要問題3-1 水冷壁系統對變壓運行超臨界壓力直流鍋爐而言，其運行分為3個階段，即啟動初期循環運行、亞臨界直流運行和超臨界直流運行。這種變壓運行方式使水冷壁的工作條件變得極為復雜，從啟動至額定負荷運行，鍋

17、爐運行壓力從高壓、超高壓、亞臨界壓力逐漸增加到超臨界壓力，水冷壁的工質由雙相流體轉變為單相流體，工質溫度也發生很大變化。在啟動過程中和低負荷運行時，由于壓力較小，導致汽、水密度差較大，易產生過大的熱偏差和流動不穩定；在超臨界壓力和高負荷下，單相介質的傳熱系數比亞臨界兩相流體的傳熱系數低，流體和水冷壁的溫度高，可能產生超溫現象。因此，變壓運行超臨界壓力及超超臨界壓力直流鍋爐水冷壁結構的選型和設計，其關鍵是要防止水動力不穩定和傳熱惡化，保證在正常的運行條件和允許的負荷變化范圍內，水循環安全、可靠。早期國產亞臨界直流鍋爐水冷壁的結構為垂直管圈式，近幾年，隨著鍋爐容量的不斷增大，在600 MW和1 0

18、00 MW 級的國產技術引進型超臨界壓力及超超臨界壓力直流鍋爐上，引入了螺旋管圈水冷壁結構型式。本章主要針對變壓運行下超臨界壓力及超超臨界壓力直流鍋爐水冷壁的水循環安全性進行分析，并對螺旋管圈水冷壁與垂直管圈水冷壁進行技術比較。3-1-1 水循環安全性分析（1）水動力不穩定性超超臨界壓力直流鍋爐在直流負荷以下和啟動過程中，爐膛水冷壁進口工質為未飽和水，出口為汽水混合物，由于兩相介質密度的差異，將可能出現水動力不穩定的問題，主要表現為多值性和脈動。a）多值性在亞臨界壓力下，在汽、水雙相蒸發區內，同一片管組的各管子結構和受熱情況均相同，在相同的壓力差下，不同管子會出現2種甚至3種不同的流量，這種現

19、象即為水動力多值性。并聯蒸發管發生多值性流動時，部分流量小的管子會因出口工質溫度過高而引起管壁超溫，同時管子中的流量還可能隨時間而經常變化，使蒸發管中的起沸點經常移動，致使起沸點附近的管壁溫度反復波動，從而容易引起管子金屬疲勞破壞。對于螺旋管圈，管子進、出口壓力差與質量流量的關系主要由摩擦阻力與質量流量之間的關系決定，摩擦阻力與管子內工質的平均質量體積和質量流量的平方有關，由于不同管子工質的平均質量體積有可能不同，因而可能出現多值性。對于垂直管圈，管子進、出口壓力差與質量流量的關系由摩擦阻力與質量流量的關系、重位壓頭與質量流量之間的關系共同決定，由于重位壓頭與質量流量是線性關系，因而垂直管圈的

20、水動力特性較穩定，出現多值性的可能性較螺旋管圈小。由以上分析可知，產生多值性的根本原因是蒸汽與水的質量體積不同。提高壓力，減小汽、水的質量體積差，可有效防止多值性發生。此外，減少或控制管子進口工質欠焓程度，有利于提高水動力的穩定性，這是因為當進口水溫等于飽和溫度(水的欠焓值為零)時，管子中加熱水區段不存在，蒸汽產量不變化，則質量流量與阻力(壓力差)成單一關系，而與工質的平均質量體積無關。b) 脈動脈動是指蒸發受熱面中質量流量隨時間周期性變化的現象，分為全爐脈動、屏間脈動和管間脈動等3種形式，經常發生的是管間脈動。發生管間脈動時，管屏進、出口聯箱之間的壓力差和總質量流量都沒有變化，而各管的質量流

21、量卻在波動，并且各管進口水質量流量與出口蒸汽質量流量作相反的變化。脈動會引起管子出口工質溫度周期性變化，從而引起金屬壁溫波動，使管子產生疲勞破壞；脈動還使各并聯管出現較大的熱偏差，可能造成部分管子超溫。產生脈動的根本原因是蒸發受熱面中蒸汽與水的質量體積存在差異，引發脈動的外因主要是爐內熱負荷突變，特別是蒸發開始區段熱負荷的突變，造成局部壓力突增，從而引發脈動。在鍋爐啟動過程中，由于壓力低，爐內熱負荷不穩定，因而脈動在該階段最易出現。提高工作壓力，減小蒸汽與水的質量體積差，可降低脈動出現的可能性。提高質量流量對消除脈動是十分有利的，這是由于質量流量高，可以將由于熱負荷突增而產生的蒸汽很快地帶走，

22、防止因局部壓力突增而引起脈動。對螺旋管圈，在啟動初期提高啟動壓力和建立足夠的啟動質量流量是消除脈動的有效措施。提高加熱區段與蒸發區段的阻力比也可防止脈動，這是由于提高加熱區段阻力后，當蒸發開始區段出現局部壓力突升時，對進口工質的質量流量影響較小，一般采取在加熱區段進口加裝節流圈或在加熱區段使用小管徑管子的方法來提高加熱區段阻力。另外，為防止脈動，應使各并聯管的長度、直徑、彎曲程度盡量相同，以減小各管質量流量和結構的差異。（2） 傳熱惡化a) 熱偏差由于受熱力不均勻、水力不均勻、結構布置不均勻等因素的影響，直流鍋爐蒸發受熱面會產生熱偏差。對于螺旋管圈，由于各管工質在爐膛中的吸熱量相差較小，其熱偏

23、差較小。減小熱偏差的措施有：在設計上盡量使各管的長度和結構保持均勻；燃燒器的布置盡量分散，運行時盡量使爐內熱負荷均勻；在水冷壁入口加裝節流圈或節流閥。b) 膜態沸騰在亞臨界壓力下，直流鍋爐水冷壁管圈可能發生膜態沸騰。膜態沸騰是指在內壁面形成一層汽膜的沸騰狀態，由于汽膜熱阻力很大，因而管壁溫升十分劇烈，易使管子金屬過熱損壞。在超臨界壓力下，當熱負荷大，且管內流速較低時，在緊貼壁面的地方，會發生與亞臨界壓力下膜態沸騰類似的放熱惡化(稱為類膜態沸騰)，導致壁溫急劇上升，其壁溫飛升值取決于熱負荷和管內質量流量的大小。膜態沸騰和類膜態沸騰還會造成壁溫波動，使管子金屬疲勞損壞。對于直流鍋爐，完全避免膜態沸

24、騰是不可能的，主要的辦法是推遲和抑制。3-1-2 超超臨界直流鍋爐螺旋管圈水冷壁的基本型式為了在水冷壁頂部采用結構技術較成熟的懸吊結構及發揮垂直管圈水動力穩定性較好的優點，現代超臨界壓力及超超臨界壓力直流鍋爐的螺旋管圈水冷壁一般采用下部為螺旋管圈與上部為垂直管圈相結合的結構型式，兩者之間采用中間聯箱連接(圖3-1)，或使用鍛造管件過渡連接(圖3-2)。另外，為確保水冷壁管子安全、可靠，在爐膛高負荷區，螺旋管圈可使用內螺紋管。圖3-1 螺旋管圈與垂直管圈以中間聯箱連接圖3-2 螺旋管圈與垂直管圈以鍛造管件連接 3-1-3 螺旋管圈水冷壁的技術特點螺旋管圈水冷壁的技術特點有以下幾點：（1）管間熱偏

25、差小螺旋管在盤旋上升的過程中，每根管子都經過爐膛四周，途經深度、寬度方向熱負荷分布不同的區域，所以每根管子的吸熱都是相當均勻的。因此，螺旋管圈中并聯的各個管子，以整個長度而言，熱偏差較小，尤其當負荷變化、燃燒工況改變時，因熱力不均產生的熱偏差很小。圖3-3為日本巴布科克日立公司(BHK) 1臺1 050 MW 超臨界鍋爐分別在30額定負荷、50額定負荷和100額定負荷下的螺旋管圈水冷壁出口工質溫度實測值。從圖3-3可見，采用螺旋管圈可以保證在不同負荷下熱偏差很小。3-3 不同負荷下螺旋管圈出口工質溫度 （2）抗燃燒干擾能力強螺旋傾斜上升的水冷壁管圈，其每根管子都通過爐膛不同受熱區域，即使采用切

26、圓燃燒方式，當火焰中心發生較大偏斜時，仍能保證每根管子的吸熱偏差較小，使各管出口溫度偏差保持較小值。這與一次垂直上升管圈比，在抗燃燒干擾方面要有利得多。（3）布置與選擇管徑靈活與垂直上升管圈相比，在滿足同樣的流通斷面以獲得一定質量流量的條件下，螺旋管圈水冷壁所需管子數量和管徑，可通過改變管子水平傾斜角度來調整，使之獲得合理的設計值，以確保鍋爐安全運行和水冷壁自身的剛性合適。與垂直管圈水冷壁相比，螺旋管圈水冷壁的管子數量大大減少，而且不需加大管子之間的節距，使管子和肋片的金屬壁溫在任何工況下都安全。（4）水動力穩定性高由前可知，螺旋管圈可獲得較高的質量流量。例如600 MW 級超超臨界壓力直流鍋

27、爐，采用螺旋管圈與垂直管圈相結合的結構，其鍋爐最大連續蒸發量(BMCR)和最低負荷工況下的質量流量比純垂直管圈的質量流量高約40。較高的質量流量對消除脈動和降低管子進口欠焓值以防止多值性發生是十分有利的，并可有效地抑制膜態沸騰和類膜態沸騰的發生。另外，超超臨界壓力直流鍋爐在高熱負荷區采用了內螺紋管結構的螺旋管圈，使傳熱系數大大提高，進一步提高了水冷壁管子的安全性。（5）不必設置水冷壁進口節流圈對于垂直管圈，為了減少熱偏差和脈動的影響，必須在水冷壁進口按照沿寬度方向的熱負荷分布曲線設置流量分配節流圈或節流閥。這樣一方面增加了水冷壁的阻力；另一方面，針對某一鍋爐負荷和預定的熱負荷分布而設置的節流圈

28、，在鍋爐負荷發生變化或熱負荷偏離預定曲線(如煤質變化或爐膛發生結渣)時會部分地失去作用，而且直流鍋爐隨著運行時間的加長，管子內壁會發生不同程度的結垢，導致節流圈的設計條件發生變化。受熱面積灰和結焦引起的熱偏差也會使節流圈的作用降低。上述問題導致節流圈給水冷壁的安全運行帶來很大的隱患。對于螺旋管圈，因熱力不均引起的熱偏差很小，并可通過選擇合適的管徑和質量流量來防止脈動，因而不需要設置節流圈，這樣不僅提高了鍋爐的可靠性，而且大大減少了鍋爐投運初期的調試工作量和運行后的設備維護量。（6）煤種變化和負荷變化的適應性好采用較高質量流量設計，且進口不需設置節流圈，螺旋管圈水冷壁的傳熱、流量分配和介質出口溫

29、度等不會受到燃燒器、磨煤機切換等工況的影響，對煤種變化、爐膛結渣以及機組負荷變化所引起的吸熱量的變化適應性好，變負荷、變壓力運行能力強。另外，采用中間混合聯箱作為螺旋管圈與垂直管圈的過渡連接，解決了工質由螺旋管圈進人垂直管圈時汽、水分配不均的問題，更加適應變壓運行的要求。（7）螺旋管圈的制造及安裝工藝要求高由于螺旋管圈水冷壁結構較復雜，給制造和安裝帶來較大困難，主要體現在以下幾方面：a)單片管排的彎度及寬度尺寸控制要求嚴格；b)螺旋管圈燃燒器區域的開孔處、螺旋管圈灰斗的制造和安裝工藝復雜；c)超長、超寬及管徑較小的管排吊裝組合困難；d)焊接工藝較復雜，尤其在螺旋管圈與垂直管圈的連接過渡段，容易

30、引起變形。螺旋管圈水冷壁結構可使其在各種工況下，特別是在啟動和低負荷工況下，讓各水冷壁管內具有足夠的質量流量，管間吸熱均勻，爐膛出口工質溫度偏差小，水動力較穩定，可有效抑制在亞臨界壓力下的膜態沸騰及超臨界壓力、超超臨界壓力下的類膜態沸騰，防止傳熱惡化。在機組負荷變化的適應性、燃料變化的適應性等方面具有明顯的優勢，特別是采用內螺紋管的螺旋管圈水冷壁，其變壓運行技術性能更具有卓越的優勢，隨著標準化設計的大量采用和設備制造、安裝工藝的逐漸成熟，傳統螺旋管圈水冷壁制造、安裝工藝復雜的缺點將逐漸得到克服，螺旋管圈水冷壁將成為超臨界壓力及超超臨界壓力直流鍋爐水冷壁結構的主要型式。3-2 爐膛和燃燒系統3-

31、2-1 考慮變壓運行時燃燒器的設計變壓運行機組鍋爐的燃燒系統的特點，主要是要求變負荷調節簡便靈敏，變負荷與低負荷時燃燒穩定。鍋爐燃燒穩定性與爐膛形式、燃燒器性能、爐膛熱強度、煤質等因素有關，很多時候取決于燃燒器的性能。下面介紹幾種效果較好的煤粉燃燒器。（1）美國CE公司的寬調節比燃燒器。煤粉爐穩定燃燒技術主要依據高煤粉濃度穩定燃燒的原理。例如美國CE公司采用該原理設計的寬調節比燃燒器，它在噴嘴的水平段內布置水平分隔板，煤粉流90度轉彎后送入水平段時，由于離心力的作用使高煤粉濃度的氣流進入分隔板的上部通道。在正常負荷時，出口端兩個噴嘴方向一致，兩股不同濃度的氣流離開噴嘴后迅速混合，起到相互補充空

32、氣和煤粉的作用；低負荷時，上下兩個噴嘴反方向轉動，高濃度煤粉氣流離開上噴嘴后仍能保持較高的煤粉濃度，提高了燃燒穩定性。這種燃燒器的調節比可達2.53.1。（2）CE公司在上述寬調節比燃燒器的基礎上又設計成固定式的寬調節比的燃燒器，噴嘴出口裝有鈍體，該燃燒器燃燒煤不投油助燃的最低負荷可達20%MCR。（3）B&W公司在調峰機組上采取了兩個措施：減小單只助燃器的熱功率，使其在32.238.1MW/只得水平；同時助燃器采用分隔小風箱結構。另外，鍋爐低負荷運行時常只有23臺磨煤機投運，故給煤系統的可靠性十分重要。近年來，有的一臺上采用兩種容量規格的磨煤機，其中小容量磨煤機在低負荷時使用。3-2

33、-2 鍋爐在運行中提高低負荷燃燒穩定性的措施（1） 適當降低一次風率，提高煤粉濃度。（2） 盡可能投運下層燃燒器，停用上層燃燒器。（3） 適當減少煤粉細度，提高一次風溫。（4） 適當降低爐膛負壓，減少漏風。（5） 加強火焰監視，一旦出現燃燒不穩定，要及時采取措施穩定燃燒。3-3 過熱器、再熱器系統機組在變壓運行時，過熱汽溫與再熱汽溫額定值的負荷范圍有所擴大，但負荷低到一定程度后，汽溫仍會隨負荷降低而下降。有必要時，可以增加過熱器、再熱器的受熱面積，同時相應增大調溫能力。變負荷時，過熱器與再熱器受熱面金屬易超過其材料的許用溫度，故對受熱面金屬材料有更高的要求。低負荷時，流經過熱器和再熱器的蒸汽流

34、量偏小，而且流量分配不均勻，使個別管子因為冷卻能力不足超溫過熱；鍋爐低負荷時，爐內燃燒容易偏斜，加上蒸汽流量在并聯管中分配不均，將會造成較大熱偏差。所以，要加強運行調整，如注意維持過量空氣系數不要過多，控制負荷變動率，增加管壁溫度測點以加強監視，保持運行燃燒器的勻稱等。3-4 空氣預熱器系統低負荷時，空氣預熱器容易堵灰和腐蝕，這就要求空氣預熱器在低負荷時能提供一定溫度的空氣，提高管壁溫度以防止低溫腐蝕。3-4-1 低負荷時提高空氣溫度的方法低負荷時提高空氣溫度的方法如下：（1） 空氣預熱器前的煙道或磨煤機前的風道內投入輔助燃料的燃燒，加熱煙氣或空氣。（2） 高溫煙氣部分短路至空氣預熱器進口處。

35、3-4-2 低負荷時防止空氣預熱器低溫腐蝕的方法低負荷時防止空氣預熱器低溫腐蝕的方法如下：（1） 高溫煙氣短路至空氣預熱器進口。（2） 空氣預熱器進口裝置暖風器，用輔助汽源加熱空氣。（3） 熱風再循環，提高空氣預熱器的進口風溫。（4） 加強對空氣預熱器的吹灰。3-5 啟動循環系統超臨界機組啟動系統在超臨界直流鍋爐中，為適應變壓運行的要求，隨啟動時間長短及啟動頻率的大小，其啟動系統存在著兩種運行模式：一種是帶BCP(鍋爐循環泵)的循環系統，另一種就是不帶BCP的循環系統。3-5-1 帶BCP的循環系統（1）帶BCP的循環系統圖帶BCP的啟動循環系統由大循環回路和小循環回路組成。大循環回路由汽水分

36、離器、分離器儲水罐和儲水罐水位控制閥(361閥)組成。小循環回路由汽水分離器、分離器儲水罐、BCP循環泵(包括其輔助系統)和360閥組成。BCP循環泵的輔助系統包括：再循環泵的加熱系統、再循環泵加熱管路排水系統、再循環泵過冷管系統、再循環泵最小流量回流管路、再循環泵沖洗系統(包括高壓水沖洗和低壓水沖洗系統)、再循環泵冷卻水系統等等。各再循環泵輔助系統設置的功能簡述如下：最小流量回流管路的設置是為了改善BCP的調節特性及防止再循環泵過熱而設置的；過冷管系統的設置是為了防止在快速降負荷時，再循環泵進口循環水發生閃蒸；再循環泵的加熱管路設置是為了防止再循環泵受到熱沖擊；再循環泵的高壓沖洗系統是為了防

37、止再循環泵馬達部分的冷卻水系統異常，低壓沖洗系統的設置是在鍋爐停止運行進行化學清洗時，防止再循環泵馬達進水；再循環泵冷卻水系統是為了控制再循環泵馬達部分的水溫。該種啟動系統的循環回路圖如圖3-4（2） 帶BCP循環泵啟動系統的優缺點從啟動時間看，配置高低壓汽機旁路與鍋爐循環泵是可以確保最短的啟動時間；從鍋爐熱效率看，帶BCP循環泵啟動系統由于在啟動時利用了高、低壓加熱器及爐內的熱量，因此相比較沒有BCP循環泵的系統而言，其熱效率要高。但是帶BCP循環泵的系統由于輔助系統多，設備費用高，增加的投資大，而且系統的復雜隨之也帶來了每年必需的高額檢查維修費用。圖3-4 帶BCP的循環系統回路圖3-5-

38、2 不帶BCP的循環系統（1）該種啟動系統的循環回路圖如圖3-5不帶BCP的啟動循環系統由汽水分離器、分離器儲水罐和儲水罐水位控制閥(361閥)組成。與帶BCP的循環系統相比就是不包括BCP泵、360閥及其BCP的輔助系統部分。圖3-5 不帶BCP的循環系統回路圖（2）不帶BCP循環泵啟動系統的優缺點不帶BCP循環泵的啟動系統，其優點為：系統構成簡單，運行安全、可靠，并能節約大量投資。缺點就是：單從啟動時間看，配置高低壓汽機旁路與不帶鍋爐循環泵的啟動系統，其啟動時間相對于帶BCP循環泵的啟動系統來說要長一些；從鍋爐熱效率看，不帶BCP循環泵的啟動系統由于在啟動時高、低壓加熱器及爐內的熱量，要通

39、過冷凝器來冷卻，在啟停時熱量有一定的損失，因此相比較帶BCP循環泵的系統而言，其熱效率要低些。3-5-3 兩種啟動循環系統的綜合經濟比較選定鍋爐啟動系統時，必須先考慮機組是帶基本負荷運轉為主還是以其它方式運轉為主以及選用的燃燒設備情況后再確定最適宜該鍋爐島的啟動系統。而在當前我國電力發展及運行的實際情況看，大型的超臨界直流鍋爐在我國還處于起步、發展階段，從國外優良的運行業績和較高的鍋爐效率來看，大型超臨界直流鍋爐的變壓運行特點適合我國電力技術發展的要求，能參與調峰，并在運行初期，鍋爐的啟動和停爐次數較少，熱量的損失也就相對有限。而啟動時間的長短也并非完全由啟動方式確定，事實上，燃煤爐的實際啟動

40、時間與燃料系統磨煤機的選型有很大的關系。一般情況下磨煤機啟動前的熱機時間非常長。鍋爐的實際啟動時間可以說受磨煤機啟動時間的限制，而與配置高低壓汽機旁路或鍋爐循環泵并沒有很大的關系。帶與不帶BCP的啟動循環系統，在國外成熟的市場中，根據運行情況兩種啟動方式都采用過，從我國目前的情況分析來看，在現階段不帶BCP的啟動循環系統較為適合中國的電力發展技術的要求，并具有較高的經濟實用價值。但是隨著經濟發展以及一次能源的受限，電力需求又增大，眼前的電力格局將被打破，此時將考慮啟動時間的縮短和熱量損失問題與增加BCP循環系統所帶來的設備投資及運行維修費用進行綜合經濟性比較后，再決定是否需要設置鍋爐循環泵。第

41、四章 機組變壓運行的經濟性分析4-1 理論經濟性分析從熱力循環的理論角度考慮，機組在變壓運行時，一方面進汽閥的節流損失降低，漏汽損失也減少，高壓缸的效率有所增加，高壓缸的排汽溫度增高使機組更容易達到其設計的再熱蒸汽溫度，機組的汽動給水泵耗功也會因鍋爐的給水壓力降低而降低，小機耗汽量減少使得機組的經濟性得以提高；另一方面由于汽輪機高壓缸的焓降減少循環熱效率要減少，而機組的絕對內效率就是相對內效率和循環熱效率的乘積，所以機組變壓運行的負荷范圍和參數選擇必須綜合考慮這兩個方面的因素，分析比較相對內效率的增加幅度和循環熱效率的下降幅度，才能尋找出合理的滑壓運行和定壓運行點。針對這個問題有關專家的計算和

42、實驗表明，在遠離額定負荷時運用變壓比定壓經濟，而在接近額定負荷時認為定壓為好。具體取決于熱力循環的初壓、調節級的計算焓降、調節級速度比的選取以及其他，因為，這些參數可以確定某一臨界負荷，機組低于該負荷時宜采用變壓運行、高于該負荷時應用定壓運行方式。從經濟角度看，定-滑-定的復合變壓運行方式較為合理。4-2 實際運行經濟性分析現代超臨界機組采用復合變壓運行的方式，即在高負荷時保持額定的蒸汽壓力，在低負荷時保持最低允許的供汽壓力，在中間負荷時采用變壓運行。也即在高負荷及低負荷區，負荷調節采用改變汽輪機調節閥開度的方式，而蒸汽壓力保持不變；在中間負荷范圍，采用變壓運行，用改變鍋爐主蒸汽壓力的方式調節

43、負荷。例如石洞口二廠的600 MW 機組，在85負荷以上，采用定壓運行，保持汽輪機進口汽壓為24.2 MPa；在85到37負荷，采用變壓運行，蒸汽壓力隨負荷降低而降低，汽輪機進口汽壓由24.2 MPa降低到9.6 MPa；在37負荷以下，再采用定壓運行，保持汽輪機的進口汽壓為9.6 MPa。這種復合變壓運行方式可使機組在高負荷運行時保持額定壓力，具有最佳的循環效率和良好的負荷調節性能；在中間負荷，采用變壓運行，使汽輪機通流部分的容積流量基本不變，保持較高的內效率，并使汽輪機高壓缸的蒸汽溫度保持穩定，因而熱應力較小，具有快速變負荷的能力；在低負荷時定壓運行可防止壓力過低出現流動不穩定等問題，因而

44、具有最佳的綜合性能。通過對華能德州電廠的660 MW 機組定滑壓運行數據分析，得到以下結論：（1）確定在現有調節系統的情況下，機組經濟的運行方式應按照定-滑-定的運行曲線運行，即在額定負荷下采用定壓運行方式，在90%額定負荷和50%額定負荷之間運行時按照綜合得出的滑壓曲線運行，低于50%額定負荷時采用定壓運行，以使機組獲得較高的運行經濟性。（2）機組在部分負荷下變壓運行時，汽輪機高壓缸效率較高給水泵功耗降低，變壓運行的綜合經濟性優于定壓運行。（3）對于一般的大型汽輪發電機組來說，部分負荷時采用變壓運行方式不僅能夠提高機組的經濟性，增強參與機組調峰的靈活性同時，使汽輪機組的安全性也有所提高，使機

45、組在改變負荷時部件所受的熱應力沖擊較小，降低了設備的壽命損耗。（4）變壓運行時過熱器減溫水量一般足夠，但再熱器減溫水取自給水泵中間抽頭，而變壓帶部分負荷運行時給水泵中間抽頭出水壓力降低，而再熱蒸汽的壓力與滿負荷的壓力相差不多，因此有可能造成再熱器事故噴水減溫器失效，所以機組變壓運行時必須考慮到這一點。第五章 現有機組運行中存在的問題及措施鄒縣電廠1000MW 超超臨界機組鍋爐為DG3000/26.15-1 型高效超超臨界參數變壓直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、運轉層以上露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構 型鍋爐。設計煤種，校核煤種為兗礦煤和濟北煤礦的混合煤。5-1 運行存在的

46、重要問題：結焦（1）結焦情況鄒縣電廠1000MW超超臨界7號鍋爐在07年7月21日1:02發生掉大焦現象，造成渣斗第3個事故放渣門被鼓壞，鍋爐水封失去。07年7月30日6:30，掉大焦造成7號鍋爐事故放渣門泄漏。7月份夜間降負荷后經常能夠聽到7號鍋爐爐膛有掉焦的聲音。1000MW超超臨界8號鍋爐在168小時滿負荷試運行期間，也曾經發生過掉大焦造成集控室發生明顯振動的現象。（2）原因分析7號鍋爐在設計值時考慮了設計煤種和校核煤種的結焦傾向，設計的容積熱負荷，斷面熱負荷和燃燒器區域壁面熱負荷均取用了煙煤鍋爐的低限，可以有效減輕鍋爐結焦。但是值得注意的是分割屏過熱器入口煙溫，其設計值為1373，而設

47、計煤種和校核煤種的軟化溫度分別為1350和1290，顯然分割屏過熱器入口煙溫高于軟化溫度，這很可能造成分割屏過熱器下部的結焦。 7號鍋爐從2006 年12 月投產以來，一直沒有發生明顯的結焦現象。運行半年以后出現結焦現象，應該與水冷壁粘污有一定關系，水冷壁粘污能減弱水冷壁的傳熱能力，減少水冷壁的吸熱量，造成進入分割屏過熱器的煙氣溫度上升，發生結焦。鍋爐掉焦一般發生在前夜降負荷后，這說明結焦發生在白天高負荷條件下，此時爐膛煙溫較高易于發生結焦，當前夜降負荷后，爐膛溫度下降，焦塊冷卻收縮，破碎脫落發生掉焦。根據以上分析，可以得出以下結論：鍋爐結焦發生在分割屏過熱器下部，是由于進入分割屏過熱器的煙氣

48、溫度高于灰的軟化溫度引起的。5-2 防止結焦的對策（1）有停爐機會應檢查爐膛水冷壁和屏式過熱器粘污程度，進一步確認鍋爐結焦部位。停爐后應徹底清理爐膛結焦。（2）化驗鍋爐燃煤的灰成分和灰熔點，如果灰熔點偏低，應考慮以后摻燒高灰熔點的煤。（3）加強爐膛吹灰。水冷壁吹灰能保持水冷壁清潔，強化爐膛吸熱，降低進入鍋爐分割屏過熱器的煙氣溫度；屏式過熱器吹灰能及時清除分割屏過熱器上的結焦，防止焦塊長大導致掉大焦砸壞渣斗或冷灰斗水冷壁。（4）消除爐膛漏風，防止爐膛下部漏風抬高火焰中心。（5）控制煤粉細度，煤粉過粗會導致燃盡困難，火焰拖長，火焰中心上升，屏區煙溫升高。（6）高負荷時適當提高運行氧量。提高運行氧量

49、一方面可以降低爐膛煙溫，另一方面富氧燃燒可以防止產生還原性氣氛，而還原性氣氛會降低灰熔點導致結焦發生。建議省煤器出口氧量不要低于3.5%。（7）減緩降負荷的速率，防止由于急速降負荷造成的大量焦塊同時下落；可以通過多次升降負荷使生成的焦塊分批脫落。（8）加強燃燒調整，降低爐膛火焰中心位置。例如可以適當降低一次風速，提高一次風溫，增大燃盡風風量，采用較細的煤粉細度等。使爐膛火焰不偏斜，不發生貼壁燃燒現象；定期測量煤粉管溫度，防止煤粉管道堵塞，造成爐內火焰分配不均，沒有特殊情況，必須保證一臺磨煤機的八只燃燒器同時運行。（9）根據煤種變化，合理調整運行方式，及時調整鍋爐一次風壓力和磨煤機出口溫度。當煤

50、質較差，揮發份較低時，可以采用相對較低的一次風壓和較高的磨煤機出口溫度，以使煤粉氣流著火點提前，有利于煤粉的完全燃燒；當煤質較好，揮發份較高時，可以采用較高的一次風壓和較低的磨煤機出口溫度，以使煤粉氣流著火點推遲，有利于防止燃燒器噴口周圍結焦。（10）鍋爐低負荷運行如發生爐膛負壓波動大時應及時查明原因，采取相應的調整措施，保證鍋爐負壓運行，嚴禁冒正壓。磨煤機容量風檔板晃動造成磨煤機風量晃動時，可以切為手動控制；如果因空預器漏風造成爐膛負壓波動大，可以適當降低扇形板位置，降低空預器漏風。第六章 結束語通過幾十年的發展，超超臨界機組技術成熟可靠，具有熱效率高、運行成本低和污染小等優點，且超超臨界機

51、組在可用率、變負荷運行等方面可以與亞臨界機組相媲美，且大容量超超臨界機組比超臨界機組熱效率更高，當前我國已有許多臺1000MW超超臨界機組在運行,未來一兩年還將有一大批機組投運，所以1000MW 超超臨界機組是我國當前發展高效潔凈火電機組的首要選擇，加強超臨界和超超臨界機組專業技術研究是非常緊迫的，這對于掌握超超臨界機組特性、優化運行具有非常重要的意義。 此次畢業設計得到了姜錫倫老師的大力幫助，得鑒于姜老師許多寶貴的經驗及意見。最后衷心感謝姜錫倫老師對此次畢業設計的悉心指導！參考文獻：1.姜錫倫編 鍋爐設備及運行 中國電力出版社2.華東六省一市電機工程學會編 鍋爐設備及其系統 中國電力出版社3

52、.李聰編 電廠設備運行 水利電力出版社4.樊泉桂編 超超臨界及亞臨界參數鍋爐 中國電力出版社5.田子平編 大型鍋爐裝置及其原理 上海交通大學出版社6.西安熱工研究院編 超臨界、超超臨界燃煤發電技術 中國電力出版社7.張磊，廉根寬編 鍋爐設備運行技術問答 化學工業出版社8.張磊編 超臨界火力發電機組問答精選 化學工業出版社附錄：BOILER1Introduction of the boilerBoiler use heat to convert water into steam for a variety of applications. Primary among these are elec

53、tric power generation and industrial process heating. Steam has become a key resource because of its wide availability, advantageous properties and nontoxic nature. The steam flow rates and operating conditions can vary dramatically ;from 0.1 kg/s in one process use to more than 1260kg/s in large el

54、ectric power plants; from about 1 bar and 100 in some heating applications to more than 310 bar and 593 in advanced cycle power plant.2Boiler classificationModern steam generating systems can be classified by various criteria. These include end use, firing method, operating pressure, fuel and circul

55、ation method.Utility steam generation are used primarily to generate electricity in large central power stations. They are designed to optimize overall thermodynamic efficiency at the highest possible availability. A key characteristics of newer units is the use of a reheater section to increase ove

56、rall cycle efficiency.Industrial steam generators generally supply steam to processes or manufacturing activities and are designed with particular attention to process controlled (usually lower pressure), high reliability with minimum maintenance, use of one or more locally inexpensive fuels, especi

57、ally process byproducts or wastes, and low initial capital and minimum operating costs. On a capacity basis, the larger users of such industrial units are the pulp and paper industry, municipal solid waste reduction industry, food processing industry, petroleum/petrochemical industry, independent power producers and cogenerators，and some large manufacturing operations. Operating pressures range from 10 to 124 bar with saturated or superheated steam conditions. 3System arrangement and key componentsModern ste