锅炉机组的运行与调节

第一节汽包锅炉的变工况运行特性一、概述工况总是处于不断变化之中。状态参数随着时间而变化的过程，称为动态特性。各参数（或指标）与锅炉工况的对应关系称为静态特性。研究锅炉的动态特性，着眼于工况变化的过程，而静态特性则着眼于变化的结果。锅炉调节可分人工调节和自动调节。二、汽包锅炉的静态特性（一）锅炉的负荷变动1.锅炉负荷变动对锅炉效率的影响锅炉负荷变动时，锅炉效率的变化情况，取决于燃烧和传热两方面。锅炉效率随锅炉负荷增大先升高（q3+q4+q5的降低幅度大于q2的增大幅度）后有所下降（即q3+q4+q2的增大幅度大于q5的降低幅度），锅炉效率最大的对应的负荷称为经济负荷，经济负荷一般为80%～90%MCR。2.锅炉负荷变动对吸热量分配的影响锅炉负荷变化时要改变燃料量，燃料量变化使炉内辐射和对流传热量的分配发生变化，从而使各受热面积的吸热量与被加热工质的焓增相应发生变化，它是锅炉烟温，汽温静态特性的基础。（1）炉内传热形式的分布。（2）炉内辐射传热量的变化。（3）对流传热量的变化。3.负荷-烟温、汽温静态特性（1）负荷-烟温静态特性（2）负荷-汽温静态特性（二）过量空气系数变动1.炉膛出口过量空气系数变动（1）对锅炉效率的影响：最佳炉膛出口过量空气系数（2）对辐射传热、对流传热的影响：（3）对气温的影响：相应上升（4）对排烟温度和热风温度的影响：排烟温度升高2.烟道漏风变动的影响要看漏风的地点在什么位置（三）给水温度变动锅炉的给水是由除氧器水箱经给水泵升压，通过高压过热器后送来的，大型锅炉的给水温度通常在280℃左右。当高压加热器运行情况改变时，给水温度也会相应变化。1.对锅炉负荷的影响2.对汽温的影响3.对排烟温度的影响（四）煤质变动1.发热量的变动燃料量的增加使过热汽温和再热汽温相应升高。2.挥发分的变动煤的挥发分降低时，燃烧热损失(q3+q4)增加。3.灰分的变动燃料灰分增大时，汽温升高，热损失q4增加。4.水分的变动增大时，锅炉热效率降低。煤质变差，会使锅炉炉膛出口烟温升高，汽温升高，锅炉热效率降低。三、汽包锅炉的动态特性目的：掌握锅炉变工况时的调节规律。汽包锅炉动态特性主要包括蒸汽参数（汽压、汽温）、汽包水位和燃烧的变工况特性。（一）汽压动态特性1.汽压的一般概念主蒸汽压力的高低主要决定于锅炉的汽包压力和汽轮机调节汽门的开度。一般当汽压升高时，过热汽温也要升高。当输入能量大于输出能量时蒸发设备内部能量增多，汽压上升；反之汽压下降。2.汽压动态特性蒸发设备输入侧能量的变化称为“内部扰动”；由于外界负荷变化引起输出侧能量的变化称为“外部扰动”。图10-3汽包压力动态特性（a）燃料量扰动ΔB；（b）汽轮机调速阀门关小Δµ3.汽压变化速度汽压变化速度过大，对锅炉及整个机组的运行都是不利的，一般规定，锅炉负荷调节速度在定压运行时每分钟不大于5%min-1，滑压运行每分钟不大于3%min-1（二）水位动态特性1.汽包水位汽包水位分正常水位，报警水位和保护动作水位三种。汽包水位标准线一般在汽包中心线下100～150mm处，水位波动在标准水位上下50mm以内称正常水位。表10-1锅炉汽包水位控制值实例锅炉名称汽包尺寸正常水位（mm）报警水位（mm）保护动作水位（mm）内径（mm）筒体长（mm）汽包中心线上下距离正常水位基准线上下距离正常水位基准线上下距离1000t/h亚临界压力自然循环锅炉177820100±50±100±2501025t/h亚临界压力控制循环锅炉167521305±50±125+317-2092008t/h亚临界压力控制循环锅炉177825.76228.6±50+127-177.8+254-3812.水位动态特性运行中影响水位的具体因素如下：（1）蒸发设备输入与输出质量的平衡。（2）蒸汽压力变化。（3）水位以下蒸汽容积变化。（三）汽温动态特性扰动导致的汽温变化有一定的时间延滞。（四）燃烧动态特性燃烧动态特性与燃料种类、燃烧系统有关。第二节锅炉的运行调节由锅炉外部原因引起的对锅炉工作的扰动称为外扰，它主要是汽轮机改变调速汽门开度发生的进汽流量的变化。由锅炉内部原因引起的扰动称为内扰，它主要是水冷壁吸热量的变化。锅炉运行调节的任务可以概括如下：（1）保证蒸发量（负荷）满足机组或外界负荷的需要；（2）在较大的负荷范围内维持正常的汽温、汽压，并保证过热蒸汽品质；（3）调整燃烧并保证燃烧的稳定和经济，尽量减少燃烧系统的厂用电消耗；（4）及时处理和消除各种故障、异常和事故，提高锅炉运行的安全性和可靠性。一、锅炉负荷与汽压的调节在锅炉运行中，负荷与汽压的调节通常是由单元机组负荷控制系统又称协调控制系统CCS来实现的，负荷控制系统的作用是根据机组设备的运行状况对外界要求机组承担的负荷进行处理后，指挥机炉进行合理调节，共同来适应负荷的需要，并保证机组安全经济运行。单元机组的汽压调节有汽轮机跟随锅炉、锅炉跟随汽轮机和汽轮机、锅炉协调负荷调节三种方式。汽包锅炉热惯性较大，汽压变化速度较小，适用于锅炉跟随汽轮机的方式，但是这方式还必须有配置调节响应较快的燃烧系统。二、锅炉燃烧调整（一）燃烧调整的任务归纳如下：1.保证燃烧供热量适应外界负荷的需要，以维持蒸汽压力、温度在正常范围内；2.保证着火和燃烧的稳定，火焰中心适当、分布均匀、不烧损燃烧器，炉内不结渣，煤粉燃烧完全；3.对平衡通风的锅炉，应当维持一定的炉膛负压。（二）燃烧控制系统简介燃烧控制系统由燃料量控制系统、风量控制系统和炉膛风压控制系统三大部分组成。燃烧控制系统的任务是根据机炉主控制器来调节燃料量、送风量和炉膛风压，使锅炉在安全、经济条件下调节至负荷指令的要求。三、给水控制系统大型锅炉一般配置两台调速汽动给水泵和一台调速电动给水泵。两台汽动给水泵容量各为50%MCR，电动给水泵容量（30％～50%)MCR。大型锅炉给水调节常用单冲量和三冲量两种调节方式。启动过程给水流量用单冲量调节，给水流量大于30%MCR转换到三冲量调节，这种调节方式称为全程给水调节。四、汽温调节大型锅炉主蒸汽温度常用喷水调节，再热汽温常用烟气旁路挡板调节或燃烧器摆动角度调节，必要时使用喷水。喷水调节汽温有较大的滞迟时间和时间常数，一般情况下，滞迟时间为30～60s，时间常数为40～100s，它会引起喷水过调，汽温偏差大，甚至发生汽温振荡。为了改善调节品质，主蒸汽温度作为主信号，减温器后的汽温或汽温变化率作为反馈信号。有的单元机组还采用燃料指令、汽轮机调节级后的汽压信号等作为汽温调节的前馈信号。表10-2电站锅炉出口蒸汽温度的允许偏差值出口蒸汽额定压力（MPa）锅炉负荷变化范围（%）出口蒸汽额定温度（℃）温度允许偏差值（℃）+－2.575～10040010203.970～10045010259.870～10054051013.770～100540/54051016.7～18.370～100540/54051025.370～100541/541510第三节直流锅炉的运行特点一、直流锅炉的运行特性（一）静态特性1.汽温特性不同于汽包锅炉，即通过维持直流锅炉燃料和给水流量比值就能使汽温保持不变。2.汽压特性直流锅炉内的汽水工质串联通过各级受热面流动，其工质压力由系统的质量平衡、能量平衡以及管路系统的流动压力降等因素决定：燃料量变化；给水流量变化。（二）动态特性1.燃料量扰动燃料量扰动时动态特性表现为：（1）锅炉蒸发量先上升而后下降至等于给水流量。（2）给水流量由于汽压上升而略有下降。（3）蒸汽温度开始时由于锅炉蒸发量上升而下降，后来由于燃料量增加而使汽温升高。（4）蒸汽压力开始时由于锅炉蒸发量上升而上升，后来尤其蒸汽温度上升而上升。2.给水流量扰动给水流量增加时的动态特性如下：（1）锅炉蒸发量过一段时间后才逐渐上升至等于给水流量。（2）蒸汽温度开始时不变，后来由于锅炉蒸发量上升而下降。（3）蒸汽压力开始时由于锅炉蒸发量上升而上升，后来由于蒸汽温度下降而下降。3.汽轮机调速阀门开度扰动汽轮机调速阀门开度特性如下：（1）调速阀门开度扰动增加时，蒸汽流量迅速增大，汽压迅速下降。如果给水压力不变，给水流量就会自动增加。最终蒸汽流量等于给水流量。（2）因为燃料量不变，给水流量略有增加，使蒸汽温度略有下降。二、直流锅炉的调节特点1.燃烧/给水流量比值在不同的负荷下保持燃料/给水流量比例。2.汽温信号取靠近过热器进口端的微过热蒸汽作为燃料/给水流量调节的依据,选择合适的中间点温度，对汽温调节品质很重要。第四节单元机组变压运行单元机组的运行方式有两种，即定压运行和变压运行。定压运行是指汽轮机在不同运行工况下，只依靠改变调节汽门的开度（即改变新蒸汽流量）来适应外界负荷变化的运行方式，此时无论机组负荷如何变化，进入汽轮机的主蒸汽压力和温度是不变的，始终维持在额定值范围内。变压运行又称滑压运行，它是依靠改变进入汽轮机的主蒸汽力（同时也改变了进入汽轮机的新蒸汽量），来适应外界负荷的变化。一、变压运行的运行方式（一）变压运行的运行方式单元机组的变压运行方式主要有以下几种：1.纯变压运行方式2.节流变压运行方式3.复合变压运行方式特点？（二）几种典型锅炉的变压运行性能1.自然循环汽包锅炉的变压运行性能2.控制循环汽包锅炉的变压运行性能3.螺旋管圈直流锅炉的变压运行性能二、变压运行机组锅炉的特点（一）负荷变化率锅炉的汽包等厚壁部件随负荷变化产生的热应力，限制了机组的负荷变化。直流锅炉的联箱、混合器、汽水分离器等部件的壁厚也较大，温变率也要受到一定的限制。（二）锅炉低负荷运行技术单元机组的最低负荷取决于锅炉，而锅炉运行负荷的下限主要取决于燃烧的稳定和水动力工况的安全。锅炉低负荷运行技术的关键如下：1.燃烧系统锅炉燃烧稳定性与炉膛形式、燃烧器性能、炉膛热强度、煤质等因素有关，很多时候主要取决于燃烧器的性能。给煤系统的可靠性十分重要。锅炉在运行中提高低负荷燃烧稳定性的措施？2.过热器、再热器系统预防受热面金属材料超温预防较大的热偏差所以，要加强运行调整，如注意维持过量空气系数不要过高，控制负荷变动率，增强管壁温度测点以加强监视，保持运行燃烧器的匀称等。3.水冷壁系统负荷高时水冷壁的循环流速高，负荷低时循环流速低。负荷＜50%MCR时，负荷对循环流速的影响明显增大。低负荷时炉膛热负荷不均匀性增大，并且热负荷高的水冷壁的循环流速比热负荷低的水冷壁高好几倍。变压运行时，提高水循环可靠性的措施主要是均匀炉膛热负荷。4.空气预热器低负荷时，空气预热器容易堵灰和腐蚀，这就要求空气预热器在低负荷时能提供一定温度的空气，提高管壁温度以防止低温腐蚀。低负荷时提高空气温度的方法？低负荷时防止空气预热器低温腐蚀的方法？（三）变压运行机组锅炉的寿命损耗1.汽包热应力变负荷会引起汽包较大的热应力，变负荷速度受到汽包热应力限制。2.受热面间相对位移变压运行锅炉穿墙管的结构要着重考虑能吸收变形和提高炉墙的严密性。3.省煤器热应力和氧腐蚀省煤器进水温度随着负荷而变化，其联箱常由于温度波动而发生裂纹。低负荷时除氧效果差，管内工质流速低，因而发生管内壁氧腐蚀。4.其他过热器与再热器受热面在变负荷时易发生超温，空气预热器易发生低温腐蚀，这些使锅炉使用寿命缩短。（四）自动控制与保护变压运行时，负荷和参数多变，运行操作频繁，需要有较完善的自动调节系统和程序控制装置。同时，机组在变压运行时稳定性差，需要有可靠的安全保护装置。作业10-2什么是锅炉变工况运行的静态特性？10-9锅炉运行调节的主要任务是什么？10-10单元机组的汽压调节有几种方式？各有什么特点？10-15变压运行的定义是什么？负荷给煤煤水比喷水再热汽温过热汽温给水量汽温汽压烟气挡板燃烧配风引风机送风机磨煤机给煤机