CFB鍋爐受熱面熱力匹配特性范文

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《熱能動力工程雜志》2014年第三期

1SUP－P鍋爐的受熱面布置方式

SUP－P鍋爐受熱面的布置方式與SUB－P號鍋爐的布置相似。受熱面主要布置在爐膛與尾部煙道內(nèi)，爐膛內(nèi)部布置有膜式水冷壁、水冷屏、屏式溫過熱器、屏式高溫過熱器和高溫屏式再熱器，尾部煙道布置有低溫再熱器、低溫過熱器和省煤器。受熱面無論是以哪種布置方式，過熱汽溫都通過布置在三級過熱器之間的兩級噴水減溫器進行調(diào)節(jié)。再熱汽溫通過尾部煙道擋板進行調(diào)節(jié)。通過確定適當?shù)臓t膛出口溫度、分析不同負荷下減溫水流量以及尾部煙道擋板的開度，可以合理匹配鍋爐不同受熱面之間的熱量。

2各級受熱面的熱量分配

2．1再熱蒸汽流量的計算可以通過調(diào)節(jié)進入外置換熱器的循環(huán)物料量和調(diào)節(jié)進入尾部煙道的煙氣量來調(diào)整再熱蒸汽的溫度，這就意味著各種負荷下的鍋爐性能并非唯一確定［8］。由于再熱蒸汽的壓力變化很大，現(xiàn)場無法準確地測量出再熱蒸汽量，所以根據(jù)主蒸汽量和汽輪機高壓缸的抽汽量之差來間接地計算再熱蒸汽量［9］。給定工況下，高溫加熱器(簡稱“高加”)的散熱、泄漏以及端差的影響很小。圖4為某電廠300MW電站汽機高壓缸抽汽示意圖。由DCS系統(tǒng)圖可得一級抽汽壓力Pv1、抽汽溫度tv1、二級抽汽壓力Pv2、抽汽溫度tv2、三級抽汽壓力Pv3、抽汽溫度tv3，進而可得一級抽汽焓hv1、二級抽汽焓hv2和三級抽汽焓hv3。結合各個高加的疏水溫度和疏水壓力，得出各級疏水焓hw1、hw2和hw3。高加的進水溫度與出水溫度已知，再根據(jù)從高加進口壓力到高加出口壓力的線性關系計算給水在高加中的壓力，通過焓熵圖可得各個高加進出口水的焓值h1、h2、h3和h4。

2．2各級受熱面的熱量分配計算方法再熱蒸汽流量計算得到后，根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)以及減溫水噴入前后的能量守恒定律，可以得到流經(jīng)其他各級過熱器的流量，再根據(jù)各級受熱面的焓增，獲得各級受熱面的吸熱量，進而可以得到鍋爐各級受熱面的熱量分配。本例分別計算以上3臺鍋爐各級受熱面的熱量分配，以下所提“負荷”均為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量負荷。由于這幾臺鍋爐燃料的性質(zhì)差別不是很大，下面就將不同鍋爐的各級受熱面熱力分配進行對比研究。

3結果與討論

3．1SUB－E鍋爐

3．1．1工質(zhì)側的吸熱份額圖5為300MW帶外置換熱器cfb鍋爐工質(zhì)側的熱力匹配。從圖中可以看出，隨著負荷的增大，水冷壁的吸熱量減少，但減少幅度較無外置換熱器的幅度小。這是由于兩個因素共同作用的結果，首先，隨著壓力的增大，汽化潛熱減小，吸熱量減小，其次由于外置換熱器的調(diào)節(jié)作用，帶外置換熱器鍋爐的床溫隨著負荷的變化不大，在低負荷時，床溫也較高，那么相對的吸熱量也越大。綜合這兩個因素，水冷壁的吸熱量份額減少幅度不大。過熱和再熱受熱面布置在外置換熱器內(nèi)，隨著負荷的增大，進入到外置換熱器內(nèi)的循環(huán)物料量增大，因此，過熱器和再熱器的吸熱量隨著負荷的升高而增大，但是外置換熱器的傳熱性能好，汽溫調(diào)節(jié)靈活，使得過熱和再熱吸熱變化幅度較爐膛內(nèi)布置的屏式受熱面吸熱變化小。同等條件下，帶外置換熱器爐膛的出口煙溫比無外置換熱器鍋爐的爐膛出口煙溫略高，但是帶外置換熱器鍋爐尾部布置了高溫過熱器，低溫再熱器、省煤器和空氣預熱器，而無外置換熱器的鍋爐尾部布置了低溫過熱器、低溫再熱器、省煤器和空氣預熱器，所以對于帶外置換熱器與無外置換熱器的鍋爐，省煤器的吸熱份額相差不大，且對于帶外置換熱器的鍋爐，隨負荷變化省煤器的吸熱份額變化不明顯。

3．1．2煙氣側的吸熱份額圖6給出了300MW帶外置換熱器的CFB鍋爐煙氣側熱力匹配。總體來說，隨著鍋爐負荷的增加，外置換熱器的吸熱份額增大，而爐膛內(nèi)的吸熱份額則隨之降低，尾部煙道吸熱份額無顯著變化。這主要是由于單位質(zhì)量的工質(zhì)的蒸發(fā)吸熱降低，過熱吸熱增加。爐膛內(nèi)主要布置蒸發(fā)受熱面，這時單位質(zhì)量的工質(zhì)吸熱量減少，導致吸熱比例的下降，而外置式換熱器內(nèi)布置有過熱器和再熱器，過熱段和再熱段的吸熱比例將隨之增加。圖6中，外置換熱器的吸熱份額明顯高于該鍋爐的設計值。分析認為，由于鍋爐所燃用的煤炭熱值偏低，循環(huán)灰流量增大，導致外置換熱器內(nèi)的受熱面吸熱增加，減溫水也相應增加。相當于外置換熱器中的部分過熱管束，實際上成為蒸發(fā)受熱面。

3．2SUB－P的鍋爐

3．2．1工質(zhì)側的吸熱份額圖7為300MW無外置換熱器CFB鍋爐工質(zhì)側的熱力匹配。從圖中可以看出，隨著鍋爐負荷的增加，水冷壁和省煤器的吸熱量減少，過熱器和再熱器的吸熱量增加。這是由于:在亞臨界參數(shù)的鍋爐中，工質(zhì)加熱吸熱主要靠省煤器完成，蒸發(fā)吸熱主要靠水冷壁完成，而過熱吸熱則由過熱器完成，因此隨著負荷的增大，工質(zhì)壓力增大，水的汽化潛熱減少，使得加熱吸熱量減少，過熱吸熱量增加。所以在水冷壁的蒸發(fā)吸熱量減少，過熱吸熱和再熱吸熱增大。負荷的改變對于省煤器的吸熱量的影響較小，但由于隨著負荷的增大，省煤器進口水溫是遞增的，出口水溫值差別不大。所以隨著負荷的增大，在省煤器中的吸熱量隨之減少。

3．2．2煙氣側的吸熱份額圖8為300MW無外置換熱器CFB鍋爐煙氣側的熱力匹配。從圖中可以看出，鍋爐60%以上的吸熱量是在爐內(nèi)完成。在較低負荷時，爐膛的吸熱量所占比例較大，這可能是由于在低負荷時，工質(zhì)壓力較低，使得水冷壁吸熱較大，屏式受熱面吸熱較小，綜合兩因素，使得布置在爐內(nèi)的屏式受熱面與水冷壁的吸熱總和較大，即爐膛吸熱量較大。但是達到一定負荷時，隨著負荷的增大，爐膛吸熱與尾部吸熱變化不明顯。

3．3SUP－P鍋爐圖9(a)為超臨界350MWCFB鍋爐在BMCR負荷時的熱力分配，圖9(b)為亞臨界300MWCFB鍋爐在94%BMCR負荷時的熱力分配。從兩圖對比可以看出，就工質(zhì)側的吸熱而言，水冷壁的吸熱份額相當，而超臨界鍋爐省煤器的吸熱份額高于亞臨界鍋爐，這是由于對于超臨界鍋爐加熱吸熱主要在省煤器中完成，而亞臨界鍋爐的加熱吸熱在省煤器與水冷壁中共同完成，對于超臨界CFB鍋爐，工質(zhì)沒有蒸發(fā)吸熱量，因此過熱吸熱份額大大增大，加熱份額較小，變化幅度較亞臨界鍋爐相差不大。通過確定飽和水焓、飽和蒸汽焓以及過熱蒸汽臨界點的蒸汽焓值，根據(jù)焓差可以得到其熱力匹配。對于超臨界鍋爐，過熱吸熱是在水冷壁和過熱器中完成的，從圖10可以看出，加熱吸熱的比例在21%左右，過熱吸熱的比例在61%左右，再熱吸熱比例在18%左右。從圖11可以看出，對于亞臨界鍋爐，加熱吸熱與再熱吸熱的份額與其超臨界的份額差別不大，而蒸發(fā)吸熱與過熱吸熱之和與超臨界的過熱吸熱相當。由于從亞臨界鍋爐到超臨界鍋爐的變化或鍋爐負荷的改變，使得蒸汽參數(shù)的變化對于鍋爐的各個受熱面之間的吸熱量分配有很大影響，吸熱分配比例的不同，將直接影響受熱面的布置、受熱面類型的選擇以及材料的選擇等。因此，合理布置這些受熱面是鍋爐容量放大的關鍵技術之一。

4結論

(1)研究了300MW亞臨界CFB鍋爐兩種不同受熱面布置方式下工質(zhì)側與煙氣側的熱力匹配以及350MW超臨界CFB鍋爐的熱力匹配特性，可為CFB鍋爐設計和容量放大提供參考;(2)對于超臨界350MWCFB鍋爐，加熱吸熱的比例在21%左右，過熱吸熱的比例在61%左右，再熱吸熱比例在18%左右;(3)蒸汽參數(shù)的變化對于鍋爐各級受熱面之間的吸熱分配有很大影響，合理布置這些受熱面是鍋爐容量放大的關鍵技術之一。

作者：吳海波張縵王俊廖海燕單位：神華國華(北京)電力研究院有限公司清華大學熱能工程系