直流鍋爐給水流量對(duì)汽水分界面及蒸汽溫度影響的研究

邢蕾+馬彥喜

摘要：隨著現(xiàn)代火力發(fā)電的發(fā)展，機(jī)組溫度、壓力等各項(xiàng)參數(shù)不斷提高，機(jī)組容量日趨增大。直流鍋爐已成為未來火力發(fā)電廠鍋爐發(fā)展的主要機(jī)型。其具有節(jié)省投資、降低發(fā)電煤耗、節(jié)能減排等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文通過大量的實(shí)驗(yàn)，分析直流鍋爐給水流量對(duì)汽水界面及蒸汽溫度的影響和兩者之間的關(guān)系；歸納汽水界面及蒸汽溫度的變化對(duì)鍋爐各受熱面材料和蒸汽質(zhì)量的影響。為直流鍋爐的安全運(yùn)行提供理論依據(jù)。

Abstract： With the development of modern thermal power， the temperature， pressure and other parameters of the unit continue to improve， the unit capacity is increasing. DC boiler has become the main model of boiler development in the future thermal power plant. It can save investment， reduce coal consumption for power generation， and has the advantages of energy saving and emission reduction and so on. Through a lot of experiments， this paper analyzes the effect of water-feed flow of DC boiler on the steam-water interface and steam temperature and the relationship between the two， sums up the effects of the changes of steam-water interface and steam temperature on the material of the heating surface and steam quality of the boiler to provide theoretical basis for the safe operation of the DC boiler.

關(guān)鍵詞：直流鍋爐；汽水分界面；溫度；流量

Key words： DC boiler；steam-water interface；temperature；flow

中圖分類號(hào)：TK229.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）35-0155-02

0 引言

隨著電力能源結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化，非化石能源發(fā)電裝機(jī)比重和發(fā)電量比重進(jìn)一步提高。我國(guó)水電、核電、并網(wǎng)風(fēng)電、并網(wǎng)太陽能發(fā)電裝機(jī)容量超過3.85億千瓦，其中非化石能源發(fā)電裝機(jī)比重已達(dá)到30%，但是燃煤火力發(fā)電裝機(jī)比重仍然占總量的63%。近年來，我國(guó)大面積霧霾天氣頻發(fā)，以國(guó)務(wù)院頒布的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（以下簡(jiǎn)稱“大氣國(guó)十條”）為契機(jī)，全民開展全面治理大氣污染行動(dòng)。解決大氣污染、節(jié)能減排的重點(diǎn)區(qū)域仍然是火力發(fā)電。近年來，電力行業(yè)的節(jié)能減排在政府部門的重點(diǎn)監(jiān)管和全社會(huì)的高度關(guān)注下，持續(xù)取得新的成效。

1 研究背景

對(duì)火力發(fā)電來說，解決大氣污染及碳元素排放的核心是降低單位發(fā)電煤耗。我國(guó)目前運(yùn)行的火力發(fā)電廠，平均發(fā)電效率在35%以下，單位電煤耗超過380克標(biāo)準(zhǔn)煤。

表1所示為我國(guó)自主設(shè)計(jì)機(jī)組與國(guó)外主要設(shè)備制造公司發(fā)電效率比較。數(shù)據(jù)表明，我國(guó)現(xiàn)行機(jī)組發(fā)電效率，單位煤耗均高于國(guó)外。

如果我國(guó)能夠采用世界上最先進(jìn)的超超臨界技術(shù)發(fā)電，和我國(guó)現(xiàn)在運(yùn)行的機(jī)組效率相比，每度電至少可以節(jié)煤100g，按現(xiàn)在的裝機(jī)容量，每年可節(jié)煤四億噸。對(duì)于節(jié)能減排，減少大氣污染，治理霧霾，改善空氣質(zhì)量具有十分重要的意義。

提高火力發(fā)電機(jī)組效率的核心是提高機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)（溫度和壓力）。運(yùn)行參數(shù)越高，發(fā)電效率越高，單位煤耗量越少，節(jié)能減排效果越明顯。

鍋爐內(nèi)的工質(zhì)為水，水的臨界壓力為22.115MPa，臨界溫度為374.15℃。在此壓力和溫度下，因水和蒸汽的密度相同，水和蒸汽相互轉(zhuǎn)化時(shí)的汽化潛熱等于零，不存在兩相區(qū)，即水變成蒸汽是連續(xù)的，并以單相形式進(jìn)行，形成水的臨界點(diǎn)，對(duì)應(yīng)有臨界壓力、臨界溫度。爐內(nèi)工質(zhì)壓力低于臨界壓力的稱為亞臨界鍋爐，高于臨界壓力稱超臨界鍋爐。工質(zhì)壓力大于26MPa的稱為超超臨界鍋爐，準(zhǔn)確地說應(yīng)該叫高效超臨界鍋爐[3]。

由于自然循環(huán)鍋爐是依靠汽包及汽水密度差所產(chǎn)生的重力差而進(jìn)行循環(huán)的[3]。當(dāng)鍋爐壓力和溫度達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，水和蒸汽的密度相同（比重相同），依靠汽包和汽水密度差所產(chǎn)生的重力差而進(jìn)行循環(huán)的自然循環(huán)鍋爐就難以正常運(yùn)行。因此就必須采用強(qiáng)制循環(huán)鍋爐（直流鍋爐）。直流鍋爐與自然循環(huán)的汽包鍋爐在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是汽水系統(tǒng)不同。直流鍋爐的各段受熱面之間是連續(xù)的，給水從省煤器到水冷壁——低溫過熱器——高溫過熱器產(chǎn)生的蒸汽是連續(xù)不斷進(jìn)行的。它的給水調(diào)節(jié)，燃燒調(diào)節(jié)和汽溫調(diào)節(jié)不是相對(duì)獨(dú)立的，而是密切相關(guān)、相互影響的。因此，研究直流鍋爐給水流量對(duì)汽水界面及蒸汽溫度的影響，對(duì)了解鍋爐各參數(shù)之間的相互影響，指導(dǎo)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義[4]。

本研究，通過大量的實(shí)驗(yàn)，充分了解了直流鍋爐給水流量對(duì)汽水界面及蒸汽溫度的影響和兩者之間的關(guān)系。分析汽水界面及蒸汽溫度的變化對(duì)鍋爐各受熱面材料和蒸汽質(zhì)量的影響。為直流鍋爐的安全運(yùn)行提供理論依據(jù)。

本次試驗(yàn)，采用的實(shí)驗(yàn)臺(tái)為垂直布置的直流鍋爐模型（圖1）。水從水箱被水泵抽出，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)后進(jìn)入下部的加熱管組，再相斷流徑中部的蒸發(fā)管組和上部的過熱管組，最后進(jìn)入冷卻器。實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用電阻絲加熱，上、中、下三組電阻絲分別繞在過熱管組、蒸發(fā)管組和加熱管組上，由控制開關(guān)（加熱上）和調(diào)壓變壓器（加熱中和加熱下）來控制各管組的加熱熱負(fù)荷。

2 直流鍋爐給水流量對(duì)汽水界面及蒸汽溫度影響的實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)條件 由于實(shí)驗(yàn)鍋爐沒有工作壓力。因此實(shí)驗(yàn)是在常壓下進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映了常壓下直流鍋爐給水流量對(duì)汽水界面及蒸汽溫度的影響。對(duì)承壓鍋爐具有一定的借鑒意義。實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行直流鍋爐給水流量對(duì)汽水界面及蒸汽溫度的影響實(shí)驗(yàn)。因此鍋爐的加熱參數(shù)應(yīng)是固定的。由于給水流量計(jì)的流量所限，必須找出一個(gè)適當(dāng)?shù)募訜釁?shù)，才能保證實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定加熱參數(shù)如表3所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程 由于直流鍋爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)的受熱面是玻璃管制成的。為了防止玻璃管燒壞。首先將鍋爐的水加滿，流量開到最大。然后再開啟電加熱裝置。待加熱穩(wěn)定后，逐漸調(diào)小流量。測(cè)量并記錄不同流量下的汽水分界面位置，同時(shí)測(cè)量并記錄各受熱面的溫度。

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

①由表4，不同給水流量下的直流鍋爐汽水分界面的數(shù)據(jù)，繪出分析圖（圖2）。從圖2可以得到，隨著給水流量的減小，直流鍋爐汽水分界面由鍋爐上部下部移動(dòng)。

②由表5，不同給水流量下各受熱面的溫度數(shù)據(jù)，繪出分析圖。從圖3可以得到，隨著給水流量的減小，直流鍋爐各受熱面的溫度在逐漸升高。

③在直流鍋爐中，鍋爐的下部為水冷壁。如果給水流量減小，汽水分界面向水冷壁移動(dòng)，必將導(dǎo)致水冷壁的溫度升高。由于水冷壁能夠承受的溫度有限，溫度升高會(huì)造成材料過熱，發(fā)生爆管。影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

如果給水流量增加，汽水分界面向高溫過熱器移動(dòng)，必將導(dǎo)致蒸汽溫度的下降，蒸汽含水量的增加，蒸汽品質(zhì)下降。影響機(jī)組的負(fù)荷及安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，要合理調(diào)整給水流量，使汽水分界面盡量在低溫過熱器。以保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)論

①隨著給水流量的減小，直流鍋爐汽水分界面由鍋爐上部下部移動(dòng)。即由高溫過熱器向水冷壁移動(dòng)。必將導(dǎo)致水冷壁的溫度升高。造成材料過熱，發(fā)生爆管，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。②給水流量增加，汽水分界面向高溫過熱器移動(dòng)，必將導(dǎo)致蒸汽溫度的下降，蒸汽含水量的增加，蒸汽品質(zhì)下降，影響機(jī)組的負(fù)荷及安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。③要合理調(diào)整給水流量，使汽水分界面盡量在低溫過熱器。以保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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