某電廠過(guò)熱器傳熱性能研究及計(jì)算

蔡喜軍

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東揭陽(yáng)515223）

0 引言

某發(fā)電公司3號(hào)1 000 MW機(jī)組鍋爐型號(hào)為DG 3000/26.25-Ⅱ1型，為東方鍋爐廠制造的超超臨界參數(shù)變壓直流爐。過(guò)熱器布置在爐膛中的作用就是將飽和蒸汽加熱成具有一定過(guò)熱度的合格蒸汽，提高蒸汽的焓值，進(jìn)而增加蒸汽的做功能力，提高電廠的循環(huán)熱效率。

過(guò)熱器按照傳熱方式可以分為對(duì)流式、輻射式和半輻射式三種。在鍋爐運(yùn)行時(shí)過(guò)熱器各部件內(nèi)部工質(zhì)的溫度都特別高，因?yàn)槠淅鋮s管子的能力較差，因此，在鍋爐的運(yùn)行和設(shè)計(jì)中就要特別考慮如何使管子金屬能長(zhǎng)期安全工作的問(wèn)題。過(guò)熱器系統(tǒng)是鍋爐最重要的承壓部件之一，其設(shè)計(jì)成功與否關(guān)系到整個(gè)鍋爐性能的優(yōu)劣，并影響鍋爐的可靠運(yùn)行。本文選取輻射型、對(duì)流型過(guò)熱器，采用煤水比和兩級(jí)噴水來(lái)調(diào)節(jié)汽溫。

1 機(jī)組運(yùn)行中過(guò)熱器可能出現(xiàn)的問(wèn)題及其研究現(xiàn)狀

針對(duì)過(guò)熱器超溫爆管事故，很多專家、學(xué)者做了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究工作，總結(jié)出了一些引起爆管的原因并提出了改進(jìn)的意見(jiàn)。原因主要有以下幾個(gè)方面：一是原始設(shè)計(jì)的問(wèn)題；二是制造出來(lái)的過(guò)熱器不符合要求；三是調(diào)控裝置安裝不合理或者無(wú)法正常運(yùn)行；四是在運(yùn)行的過(guò)程中，由于煤種多變，過(guò)熱器受熱面容易被玷污以及腐蝕與磨損等問(wèn)題等。但應(yīng)該指出的是，過(guò)熱器系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的問(wèn)題極其復(fù)雜，它是由多種因素綜合影響的結(jié)果，只有確保每一個(gè)環(huán)節(jié)都沒(méi)有錯(cuò)誤，并采取相應(yīng)的措施，才能有效避免過(guò)熱器系統(tǒng)的爆管等事故。

過(guò)熱器因其受熱面的運(yùn)行條件相當(dāng)復(fù)雜，且在鍋爐運(yùn)行中起著至關(guān)重要的作用，所以對(duì)過(guò)熱器各方面的研究已相當(dāng)深入，但還是有一些問(wèn)題需要我們?nèi)ミM(jìn)一步探索，例如努力解決熱偏差問(wèn)題，并提出過(guò)熱器超溫爆管事故的改進(jìn)措施。

2 過(guò)熱器傳熱性能的計(jì)算

本次過(guò)熱器采用額定蒸發(fā)量為3 033 kg/s的超超臨界自然循環(huán)鍋爐。燃用的煤種選擇的是銅川煙煤，收到基低位發(fā)熱量為18 910 kJ/kg。本次計(jì)算所選擇的過(guò)熱器系統(tǒng)由布置在爐膛頂部的頂棚過(guò)熱器、布置在爐膛四周的各包覆墻管、低溫過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器以及布置在爐膛出口處的高溫過(guò)熱器組成。計(jì)算前，經(jīng)過(guò)閱讀資料文獻(xiàn)，本文選定了要計(jì)算的前期鍋爐型號(hào)以及過(guò)熱器系統(tǒng)的類型，同時(shí)也已經(jīng)確定了一些計(jì)算所需的原始數(shù)據(jù)及輔助計(jì)算得到的一些結(jié)果。已經(jīng)確定的數(shù)據(jù)如下：過(guò)熱蒸汽出口壓力為26.15 MPa，過(guò)熱蒸汽出口溫度為605 ℃，鍋爐給水溫度為301 ℃，給水壓力31.1 MPa，排煙溫度為128 ℃，因?yàn)橹饕菫榱擞?jì)算研究過(guò)熱器，所以過(guò)熱器之前的鍋爐的一些計(jì)算都已確定了相應(yīng)的結(jié)果。其中，對(duì)于過(guò)量空氣系數(shù)和漏風(fēng)系數(shù)的選取各個(gè)位置的值是不一樣的。另外，在輔助計(jì)算的過(guò)程中已經(jīng)完成了鍋爐熱平衡的計(jì)算，并且同時(shí)也確定了爐膛內(nèi)部各受熱面的面積，燃料的消耗量以及爐膛內(nèi)部涉及計(jì)算需要的一些數(shù)據(jù)也都基本確定。本文計(jì)算主要在Excel表格中進(jìn)行，部分圖例如圖1所示。

圖1 部分圖例

在各種過(guò)熱器的熱力計(jì)算中，理論計(jì)算與實(shí)際情況一般都會(huì)有些許的差異，而這些差異通常是由傳熱系數(shù)、熱有效系數(shù)等引起的?？傊?，經(jīng)過(guò)以上計(jì)算，本文得出以下結(jié)論：近爐膛煙溫越高，內(nèi)部的蒸汽溫度越高。令煤種不變，改變鍋爐負(fù)荷，對(duì)于輻射式過(guò)熱器來(lái)說(shuō)，鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，鍋爐燃料耗量基本也會(huì)隨著負(fù)荷的增加而同比增加，但爐內(nèi)火焰溫度卻升高不多，這就會(huì)導(dǎo)致發(fā)生在爐膛內(nèi)部的輻射換熱量并不會(huì)隨之而增加，最終將會(huì)導(dǎo)致輻射式過(guò)熱器的焓增減少，進(jìn)而引起其出口汽溫降低；鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，對(duì)流過(guò)熱器中蒸汽的焓增會(huì)增加，使得出口汽溫也增加。另外，我們需要知道的是，當(dāng)負(fù)荷不變，煤種發(fā)生變化時(shí)，同樣也會(huì)引起過(guò)熱器汽溫的變化，但變化范圍不是很大。

3 防止過(guò)熱器管壁超溫的技術(shù)措施

鍋爐管壁超溫會(huì)影響鍋爐設(shè)備的使用壽命，超溫嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爐管泄漏、爆管，影響鍋爐設(shè)備的安全運(yùn)行，為此，根據(jù)本文研究，特提出以下技術(shù)措施，防止鍋爐過(guò)熱器管壁超溫爆管。

（1）加強(qiáng)鍋爐減溫水及煙氣調(diào)節(jié)擋板等調(diào)溫裝置的監(jiān)視及維護(hù)，保證調(diào)溫裝置能可靠使用。加強(qiáng)鍋爐汽水品質(zhì)的監(jiān)視，防止因蒸汽品質(zhì)不良造成管內(nèi)嚴(yán)重結(jié)垢導(dǎo)致爆管。

（2）針對(duì)不同入爐煤質(zhì)的差異，加強(qiáng)制粉運(yùn)行及燃燒調(diào)整，組織合理的爐內(nèi)燃燒工況，防止?fàn)t內(nèi)溫度場(chǎng)出現(xiàn)偏斜或爐內(nèi)局部熱負(fù)荷偏高，導(dǎo)致汽溫偏差或管壁局部超溫。

（3）保證鍋爐吹灰系統(tǒng)正常投運(yùn)，及時(shí)合理吹灰，防止鍋爐結(jié)焦，防止煙溫過(guò)高使過(guò)熱器、再熱器壁溫升高。

（4）保持合理的磨煤機(jī)組合，控制煤粉細(xì)度較小，合理調(diào)整燃燒器的旋流強(qiáng)度，盡量降低火焰中心；運(yùn)行人員應(yīng)注意監(jiān)視不同磨煤機(jī)啟停對(duì)鍋爐燃燒的影響，包括對(duì)汽溫偏差、煙溫偏差及兩側(cè)壁溫偏差的影響。

（5）機(jī)組升負(fù)荷過(guò)程中，對(duì)新投入的制粉系統(tǒng)應(yīng)采用階段性增加給煤量的調(diào)節(jié)手段適當(dāng)進(jìn)行控制，防止給煤量突增對(duì)爐膛熱負(fù)荷的過(guò)大干擾。

（6）低負(fù)荷時(shí)，適當(dāng)降低中間點(diǎn)過(guò)熱度，控制在5 ℃左右，確保過(guò)熱器一級(jí)減溫水有一定的裕量，避免加負(fù)荷過(guò)程中的超溫；適當(dāng)關(guān)小燃盡風(fēng)門，增加燃燒器區(qū)域的氧量，促進(jìn)燃燒。

（7）加負(fù)荷時(shí)，及時(shí)增大送風(fēng)量，保證爐膛氧量。

4 結(jié)語(yǔ)

本文過(guò)熱器計(jì)算以過(guò)熱器為主，通過(guò)分別計(jì)算不同類型的過(guò)熱器來(lái)對(duì)比分析各過(guò)熱器的傳熱特性。本文計(jì)算主要在Excel表格中進(jìn)行，以便更加深入地研究過(guò)熱器的熱力性能，進(jìn)而提出可能改善過(guò)熱器超溫爆管問(wèn)題的改進(jìn)措施。