張雷

摘 要：在電廠鍋爐運(yùn)行時過熱器和再熱器局部超溫的現(xiàn)象是最常見問題。為了解決問題，我們通過設(shè)計蒸汽流的分布，以改變過熱器和再熱器的燃燒側(cè)上的不均勻熱吸收的現(xiàn)象。本文詳細(xì)分析了過熱器和鍋爐過熱的原因，并提出了糾正措施。

關(guān)鍵詞：大容量電廠 過熱器 再熱器 超溫

中圖分類號：TM621文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-9082（2019）10-0204-02

鍋爐過熱器和再熱器過熱解決方案需要改善燃燒系統(tǒng)并對管道施加絕緣物質(zhì)。然而，在審查燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)之后，絕緣體的使用隨著時間的推移而減少。因此，為了補(bǔ)償燃燒側(cè)的不均勻吸熱，過熱器和再熱器的優(yōu)化對改變蒸汽流量的分布具有積極作用。

一、導(dǎo)致過熱器和再熱器局部超溫的原因

在鍋爐運(yùn)行期間，過熱器和再熱器產(chǎn)生局部過熱原因如下：首先，在燃燒模式中，煙囪上的熱吸收是不均勻的，因此，鍋爐容量增加的趨勢也在增加。其次，過濾器之間的蒸汽流不均勻，當(dāng)蒸汽進(jìn)入鍋爐時，入口濃縮罐的渦流區(qū)域中的靜壓降低，導(dǎo)致過濾器之間的蒸汽流不均勻的情況。第三，同一主體的不同管之間的溫度差異在管的加熱長度上不同，并且蒸汽流量，輻射量和對流熱吸收不均勻。

當(dāng)上述因素集中在一個區(qū)域時，該區(qū)域的溫差變大。例如，日本進(jìn)口的三菱350 MW鍋爐屏試再熱器過熱有兩個原因，一是屏幕區(qū)域阻擋熱量吸收，二是渦流區(qū)域出現(xiàn)重疊。

二、蒸汽側(cè)和設(shè)計結(jié)構(gòu)的改進(jìn)措施

1.添加節(jié)流管以沿著吸收熱量或減少同一板上的蒸汽流量，從而增加管中的蒸汽流量。

2.相同鍋爐的外管減少加熱長度并增加蒸汽流量。

3.入口和出口歧管的內(nèi)徑以及T形件在歧管上的位置調(diào)整以減少渦流區(qū)域中的靜壓降效應(yīng)并防止最大吸熱區(qū)域。

上述措施1和2主要用于調(diào)試鍋爐，也可用于鍋爐設(shè)計，測量;3主要用于鍋爐設(shè)計，使用節(jié)流閥來改變蒸汽的流量分布以補(bǔ)償來自排氣側(cè)的熱量吸收的不精確性，這對于切向燃燒容器更有效。由于切向燃燒引起的吸熱峰的位置在鍋爐的寬度上相對固定，反應(yīng)器從外部焊接并且工作負(fù)荷低，將節(jié)流和吸熱峰間隔開，使得吸熱峰不會落在節(jié)流管屏上。而且，節(jié)流閥的附加阻力減小。例如北侖工廠600 MW再熱器改造中使用的節(jié)流環(huán)節(jié)將蒸汽阻力提高到0.01 MPa，過渡效果明顯。加熱事故的平均水量為17t/h，主蒸汽的溫度上升了4℃，收益價值高達(dá)170萬元。

三、蒸汽側(cè)和設(shè)計結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案

消除過熱器和再熱器局部過熱的措施主要是為了改善蒸汽側(cè)和設(shè)計。這里包括以下三個措施：首先，減少了在管道寬度上吸收的熱量，增加節(jié)流管的蒸汽流量，從而使熱量輸入更大。第二，下管的同一主體的外管短路，并且加熱長度的減少增加了蒸汽量。第三，從進(jìn)出口歧管調(diào)整管網(wǎng)內(nèi)徑，調(diào)整三通位置到歧管，降低渦流區(qū)降低蒸汽壓力的效果，盡量避免最大化吸熱面積。

以上三項措施的前兩項，主要是運(yùn)用到已經(jīng)運(yùn)行的鍋爐中，第三項是鍋爐的設(shè)計。從切向燃燒的下方，通過改變節(jié)流閥的蒸汽流量分布在鍋爐中，以優(yōu)化排氣方面的不均勻的熱吸收。這主要有兩個好處：首先，可以在鍋爐寬度上設(shè)定切向燃燒的吸熱終點，其次，可以將第二節(jié)流閥焊接到鍋爐的外部，從而減少所使用的設(shè)備的量。

此外，這種方法對氣流圈增加的壓力很小。例如，在重建600 MW鍋爐時，節(jié)流閥的蒸汽壓力增加了0.01 MPa，但改善效果相當(dāng)：減少了噴水量，蒸汽溫度升高和經(jīng)濟(jì)收益也得到了改善。

四、新型計算方法的特點

限制或縮短外環(huán)的電路的實現(xiàn)是對精確計算方法的需要。高性能鍋爐中的過熱器和再熱器加熱條件非常復(fù)雜，包括對流傳熱以及玻璃，屏幕和后窗之間的輻射熱傳遞。這種熱量在管道分配中是一個很大的不均勻。過熱器和再熱器的管道采用不同的材料設(shè)計，一些外國公司使用其他管道直徑進(jìn)行串聯(lián)，管道內(nèi)外改變，但是結(jié)果表明溫差仍然很高。

根據(jù)研究和實踐，我們開發(fā)了一種方法來精確計算鍋爐中過熱器和再熱器之間的溫差以及爐壁的溫度。該過程考慮了所有不規(guī)則性，例如屏前，屏后，屏間的燃燒氣體的輻射量，蒸汽流量，加熱管的長度，對流換熱等。

例如，過熱器吸收的廢氣輻射量占總吸熱量的20-40%，并且管的分布和第一排的吸熱不均勻，而第一排的管子吸熱量最大，后排管的吸熱量越來越小。屏間和屏后之間還存在輻射熱和對流熱的其他特征。根據(jù)這些性質(zhì)的定律，可以進(jìn)行通過輻射和對流的傳熱原理來進(jìn)行計算。

蒸汽過熱器和再熱管由從出口到入口由多個管段組成。這些管子位于第一排，末排和排間，其具有傳熱特性。因此，每個管段分別計算輻射和對流熱量的分布。

五、鍋爐改造和優(yōu)化案例

1.工程概況

東方鍋爐（集團(tuán)）有限公司和三井巴布科克公司（MB）在技術(shù)上合作并發(fā)展。他們創(chuàng)新的自然循環(huán)鍋爐采用有限責(zé)任空調(diào)燃煤公司的三級和四級設(shè)計制造，并于2005年投入運(yùn)行。自然循環(huán)，前后壁燃燒模式，中間加熱，通風(fēng)簡單，通風(fēng)平衡，爐渣生產(chǎn)，雙煙囪緊配合，滾筒式鋼架，通過煙氣分離調(diào)節(jié)蒸汽的溫度，并且再熱器采用煙氣擋板調(diào)節(jié)熱量。

2.鍋爐的保護(hù)

2.1高壓和低壓旁路當(dāng)鍋爐啟動，停止或不小心（例如停電，渦輪機(jī)停機(jī)）時，機(jī)器使用高壓和低壓渦輪機(jī)的兩級系統(tǒng)?？梢允褂门月繁Ｗo(hù)系統(tǒng)的壓力，使鍋爐不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，直到渦輪機(jī)啟動并且事故停止。因此，蒸汽可以在旁路系統(tǒng)中循環(huán)而不通過渦輪機(jī)。此時，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過過熱器，不被高壓旁路壓縮，并被再熱器返回的下一個高壓旁路排出和減壓，然后移動到低壓旁路。再熱器最后排空空氣冷凝器。該裝置使用旁路系統(tǒng)有效地保護(hù)加熱系統(tǒng)，該旁路系統(tǒng)允許蒸汽在所有操作條件下使用加熱器流動。它還滿足啟動期間冷卻過程中防凍劑的要求。

2.2功率控制安全閥過熱器的上排氣管中有兩個安全閥（EBV閥）和兩個彈簧式安全閥（一個在左側(cè)，一個在右側(cè)）。排氣閥通過排氣管，形成過熱器的主壓力保護(hù)。其中，排氣口是長距離控制裝置，可以適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償旁路容量的不足。安全閥過壓低于彈簧安全閥的過壓。當(dāng)EBV和安全閥通過增壓器的正壓啟動時，足夠的蒸汽可以在整個鍋爐系統(tǒng)中循環(huán)。由于安全閥的功率控制的控制壓力低于過熱器的安全閥，因此保護(hù)安全閥不會頻繁移動。在檢查EBV閥門時，電源控制閥前面有一個截止閥，可以阻止絕緣。再熱器流入管有六個彈簧安裝的安全閥（每側(cè)三個），加熱器排放管有兩個彈簧安裝的安全閥（一個）。加熱器出口管安全閥設(shè)置低于加熱器入口管。因此，當(dāng)安全閥被觸發(fā)時，足夠量的蒸汽穿過加熱器以有效地保護(hù)加熱器。

為了彈簧安全，有六個彈簧加載的安全閥（每側(cè)三個）。所有排氣閥，安全閥，排氣閥都安裝了消聲器，以減少環(huán)境噪音。

2.3煙溫探針

如果在鍋爐啟動時旁路系統(tǒng)未運(yùn)行時，則再熱器不會流動蒸汽。在這個階段，加熱管的工作條件不好，需要嚴(yán)格控制加熱管壁的溫度。因此，在鍋爐的前壁上安裝兩個煙霧溫度傳感器（每側(cè)一個）以監(jiān)測鍋爐運(yùn)行期間的廢氣溫度，使得加熱表面在運(yùn)行期間不會過熱。啟動鍋爐煙霧溫度傳感器的報警溫度為540°C，返回溫度為580°C。

2.4燃燒設(shè)備

燃燒系統(tǒng)是中速正向直噴系統(tǒng)，磨煤模型是HP 1103煤的中速鼓風(fēng)機(jī)（共6組），其中一個用于BMCR基本類型的燃燒。煤粉的細(xì)度為R90 = 20%。該鍋爐是由三井·巴布科克開發(fā)并由東方鍋爐提供的低NOx排放LNA SB軸向旋風(fēng)碳燃燒器30只。前屏障的每層和鍋爐的后壁都有五個LNASB燃燒器?？紤]到燃燒器之間的相互作用來安排燃燒器：燃燒器的主空氣噴嘴的中心線之間的距離是4400mm，與燃燒器的層之間的水平距離是3680mm，軸最終噴嘴體積是主體底部和地板之間的距離。在19947mm的距離處，下一個出口軸線與冷灰斗的轉(zhuǎn)折點之間的距離為3250mm，最外面的燃燒器與側(cè)壁之間的距離為2990mm。在燃燒器的頂部，前壁和后壁上分別有10個燃燒空氣出口，每個壁由5排組成。截止中心線距離最高燃燒器主空氣噴嘴的中心線4000mm。五個燃燒器連接到同一樓層的煤炭，燃燒器的注入和關(guān)閉與煤廠的注入和關(guān)閉同步。燃燒器可以以最大功率運(yùn)行。燃燒器和煤分離器鏈路之間的連接是：

LNASB燃燒器的優(yōu)點：

（1）空氣動力學(xué)特性具有良好的燃燒穩(wěn)定性;（2）運(yùn)行時無需調(diào)整，非常穩(wěn)定，沒有風(fēng)力調(diào)節(jié)器卡死的現(xiàn)象。 （3）雙調(diào)節(jié)風(fēng)用于減少NOx的形成。 （4）偏轉(zhuǎn)風(fēng)（OFA）控制燃燒當(dāng)量以進(jìn)一步減少NOx的形成。 （5）采用獨特的喉口燃燒器設(shè)計，防止喉口結(jié)渣。 （6）使用大型風(fēng)箱均勻分配風(fēng)，以防止溫差。

結(jié)語

從蒸汽側(cè)合結(jié)構(gòu)開始，解決過熱器和再熱器的過熱問題，并有一定的作用。但是，主要問題是為了滿足現(xiàn)代化的鍋爐設(shè)計的要求，需要科學(xué)的方法來獲得準(zhǔn)確的計算。因此，保證鍋爐系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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