電廠鍋爐過熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化研究

張厚軍

（山東電力建設(shè)第一工程有限公司，山東 濟南 250102）

0 引 言

電能是滿足各項基本社會服務(wù)的基礎(chǔ)。鍋爐是電廠的基本組成部分，實現(xiàn)電廠的能源轉(zhuǎn)換，確保電廠的服務(wù)能力。鍋爐服務(wù)過程中，為確保鍋爐出口蒸汽的質(zhì)量，可選擇過熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)對蒸汽的處置，并減少排放污染，保障電廠的環(huán)保能力和節(jié)能能力。基于此，展開電廠鍋爐過熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究，分析具體的優(yōu)化。

1 過熱器及調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析

鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，可將燃料能源轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌茉搭愋?。電廠鍋爐在具體的服務(wù)中，借助過熱器提高鍋爐汽水系統(tǒng)的功能。具體服務(wù)中，可以將飽和蒸汽加熱成為具備一定過熱度的過熱蒸汽，經(jīng)過過熱器的處置，使得蒸汽具備更好的焓值，從而保障更高的做功能力，達到提升電廠熱循環(huán)效率的目的。當前，隨著機組容量的增加，蒸汽參數(shù)也會變高。這種情況下，過熱器的作用更為突出，能增強鍋爐的整體服務(wù)能力。

對于現(xiàn)代火電機組，鍋爐容量顯著增加，對蒸汽的參數(shù)要求更高。然而，在實際的鍋爐工作中，受材料性能的制約，過熱蒸汽的參數(shù)無法隨意實現(xiàn)。因為在具體設(shè)置中需要保障管壁溫度低于抗氧化溫度。最佳溫度為T，小于T會造成材料明顯浪費，大于T會導致材料出現(xiàn)安全性問題。表1為幾種常見材料的使用溫度。

表1 常見金屬材料的使用溫度

在具體的過熱器研究中，可結(jié)合實際情況，對鍋爐過熱器進行研究?？梢园l(fā)現(xiàn)，鍋爐的過熱器可以分為幾種類型。

1.1 對流過熱器

對流過熱器主要借助對流熱傳遞的方式，實現(xiàn)過熱調(diào)節(jié)的目的。熱能可以在液體或氣體中傳遞，由于質(zhì)點位置的移動，使溫度趨于均勻。實際使用中，可將這類過熱器放置于對流煙道內(nèi)，主要是借助對流傳熱的方式吸收熱量，再按照對流受熱面的布置方式，實現(xiàn)垂直與水平的對流過熱。

1.2 半輻射過熱器

由于鍋爐的相關(guān)工藝不斷完善，鍋爐的容量和蒸汽參數(shù)均明顯提升。具體應(yīng)用中，半輻射過熱器可實現(xiàn)對煙氣、爐膛內(nèi)的熱輻射等。但是，由于火焰輻射的干擾，導致偏差相對較多，且容易發(fā)生超溫現(xiàn)象。為解決這些問題，可以采取如下幾種措施：第一，對于外圈，為保障基本性能，可對材料進行優(yōu)選，選擇更優(yōu)的材料類型；第二，調(diào)整外圈的管子長度，使之變得更短；第三，進一步優(yōu)化外圈管子，促使管子交叉。

1.3 輻射過熱器

輻射過熱器主要布置在爐膛墻壁，實現(xiàn)對熱輻射的吸收。其中，再熱器屬于一種中壓過熱器，配合輻射再熱器，布置在水冷壁前墻和兩側(cè)墻，實現(xiàn)對爐膛內(nèi)輻射的吸收。

2 電廠鍋爐過熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)中影響過熱蒸汽的變化因素

結(jié)合實際情況，對過熱蒸汽氣溫的影響因素進行分析，提升鍋爐的整體可靠性。

2.1 鍋爐負荷

過熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，過熱蒸汽擁有一般對流氣溫特性?？梢岳斫鉃殡S著鍋爐負荷的上升，氣溫隨之上升，負荷下降，氣溫也隨之下降。但是，如果過熱器系統(tǒng)具有輻射特性，則會出現(xiàn)相反的結(jié)果[1]。半輻射受熱面因為同時吸收輻射與對流熱量，氣溫隨負荷的變化相對較小。需要注意的是，因為負荷的變化，再熱器入口的氣溫也會隨之發(fā)生變化。但是，再熱氣出口氣溫的變化比過熱器多。

2.2 過量空氣系數(shù)和減溫噴水

在具體的鍋爐工作中，爐膛溫度水平下降，同時輻射傳熱減弱，輻射過熱器出口汽溫明顯降低。對于對流過熱器，則受到燃燒的熱影響。在噴水溫度中，加入減溫噴水后，沿汽水回路長度的工質(zhì)溫度特性，如圖1所示。

圖1 加入減溫噴水后沿汽水回路長度的工質(zhì)溫度特性

圖1 中，A為沒有減溫噴水，B為有減溫噴水，C為加大減溫噴水。由圖1可知，在T1時刻內(nèi)，C的溫度最大；T2時刻內(nèi)，三者溫度非常接近。

2.3 給水溫度

給水溫度和汽溫有直接的聯(lián)系。隨著給水溫度的升高，產(chǎn)生蒸汽量的燃料會相應(yīng)減少，燃燒的產(chǎn)物容積也不斷減少，煙氣流速下降顯著，同時爐膛出口煙氣溫度也會下降，最終使過熱汽的溫度的下降。實際的電廠運行過程中，如果高壓加熱器發(fā)生故障，將無法正常工作，會使給水溫度下降，最終造成出口汽溫顯著上升。

2.4 燃料性質(zhì)

燃煤的水分和灰分影響著發(fā)熱量。其中，燃煤中的灰分和水分量過多，會導致發(fā)熱量顯著下降。為綜合提高鍋爐的蒸發(fā)量，必須增加燃煤的使用量。但是，這樣會造成煙氣容積發(fā)生變化。同時，水分的蒸發(fā)和灰分本身的溫度提高，需要吸收鍋爐內(nèi)部的熱量，會造成鍋爐內(nèi)溫度水平明顯下降，降低傳熱[2]。水分較多，也容易造成煙氣容積增多，煙氣速度增高，對流傳熱量增加，導致出口溫度升高。

2.5 受熱面結(jié)渣與火焰中心高度

過熱器的受熱面如果發(fā)生積灰或結(jié)渣的情況，會導致爐內(nèi)輻射傳遞熱量減少，進入到過熱器內(nèi)部的煙溫度增高，使得過熱汽溫上升。如果積灰和結(jié)渣較為嚴重，會導致汽溫下降。

3 電廠鍋爐過熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化研究

結(jié)合實際情況，分析電廠鍋爐在實際工作中對電廠鍋爐過熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化措施。

3.1 汽溫的調(diào)節(jié)優(yōu)化

結(jié)合實際情況，對電廠鍋爐過熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)的汽溫進行優(yōu)化與控制，旨在保障蒸汽與汽溫的效果，突出過熱器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性。

3.1.1 提高屏過后溫度

優(yōu)化改進中，使鍋爐爐膛煙氣先度過半輻射屏式過熱器，然后配合末級再熱器。這種優(yōu)化方式可實現(xiàn)對換熱量的控制，尤其是在負荷穩(wěn)定的前提下。此外，需注意對管壁超溫的控制。

3.1.2 調(diào)整風量

過量空氣系數(shù)，需注意供養(yǎng)量大小和送風機喘振。具體的優(yōu)化中，選擇正寶塔培風，并控制出口兩側(cè)的煙溫度偏差。如果氣溫發(fā)生變化，應(yīng)做好監(jiān)控與調(diào)整，再進行相應(yīng)的影響因素與變化聯(lián)系。

3.2 蒸汽調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的優(yōu)化

在過熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化中，需要對蒸汽調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)進行優(yōu)化。為確保管子外壁的溫度低于鋼材耗氧溫度，需要在過流器前布置大量對流蒸發(fā)管束。結(jié)合鍋爐的基本情況，可以發(fā)現(xiàn)爐膛的輻射熱和氣化潛熱存在差異。如果實際情況需要，可將一些過熱受熱面布置到爐膛內(nèi)部。結(jié)合具體的鍋爐容量和蒸汽壓力情況，將過熱器和再熱器布置到更高的區(qū)域，進而達到吸熱量的比例。

在具體的再熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于再熱器出口氣溫受到進口汽溫的影響，通常情況下主要通過設(shè)置輻射過熱器達到吸收直接輻射熱的目的。還可以完成對煙氣對流放熱的吸收，進而達到保障鍋爐工作安全系數(shù)的效果。

3.3 蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化

為實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，需要預先展開對系統(tǒng)模型和數(shù)據(jù)的分析。結(jié)合鍋爐系統(tǒng)的基本功能，蒸汽系統(tǒng)的主要任務(wù)是將鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽按照壓力要求傳送到相應(yīng)的操作裝置中。在具體的模型分析中，可借助Simulink工作實現(xiàn)曲線繪制，由模擬實驗得到蒸汽壓力與回油量、噴油量的關(guān)系[3]。此外，可以通過提高循環(huán)效率，借助噴水減溫的方式實現(xiàn)，結(jié)合所采集的實時數(shù)據(jù)，調(diào)整噴水減溫，實現(xiàn)定性定量的研究，進而完成對蒸汽系統(tǒng)的控制與優(yōu)化。

在具體的蒸汽系統(tǒng)運行過程中，需要注意相關(guān)事項。應(yīng)保障汽溫的穩(wěn)定，避免汽溫發(fā)生大波動。運用相應(yīng)的溫度調(diào)控方案，保證溫度維持恒定，處于額定汽溫范圍。此外，需要注意對平行管之間的熱偏差，控制管子直徑在45～65 mm，最終實現(xiàn)對系統(tǒng)的優(yōu)化與控制。

4 結(jié) 論

研究分析電廠鍋爐過熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)，先分析具體系統(tǒng)的詳細內(nèi)容，包括具體過熱器類型及其他相對內(nèi)容，再結(jié)合實際情況對影響汽溫的主要因素進行分析，主要需要注意受熱面結(jié)渣、火焰中心高度、給水溫度、燃料性質(zhì)等。此外，詳細研究具體電廠鍋爐過熱器調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化措施，包括對汽溫的調(diào)節(jié)優(yōu)化、蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化等，提高電廠鍋爐的可靠性，實現(xiàn)對溫度損失的處置，降低鍋爐能耗，提升電廠的服務(wù)能力。