CFB鍋爐受熱面熱力匹配特性范文
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《熱能動(dòng)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(hào)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(jí)過熱器之間的兩級(jí)噴水減溫器進(jìn)行調(diào)節(jié)。再熱汽溫通過尾部煙道擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過確定適當(dāng)?shù)臓t膛出口溫度、分析不同負(fù)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(jí)受熱面的熱量分配
2．1再熱蒸汽流量的計(jì)算可以通過調(diào)節(jié)進(jìn)入外置換熱器的循環(huán)物料量和調(diào)節(jié)進(jìn)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(fù)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(chǎng)無法準(zhǔn)確地測(cè)量出再熱蒸汽量，所以根據(jù)主蒸汽量和汽輪機(jī)高壓缸的抽汽量之差來間接地計(jì)算再熱蒸汽量［9］。給定工況下，高溫加熱器(簡(jiǎn)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(jī)高壓缸抽汽示意圖。由DCS系統(tǒng)圖可得一級(jí)抽汽壓力Pv1、抽汽溫度tv1、二級(jí)抽汽壓力Pv2、抽汽溫度tv2、三級(jí)抽汽壓力Pv3、抽汽溫度tv3，進(jìn)而可得一級(jí)抽汽焓hv1、二級(jí)抽汽焓hv2和三級(jí)抽汽焓hv3。結(jié)合各個(gè)高加的疏水溫度和疏水壓力，得出各級(jí)疏水焓hw1、hw2和hw3。高加的進(jìn)水溫度與出水溫度已知，再根據(jù)從高加進(jìn)口壓力到高加出口壓力的線性關(guān)系計(jì)算給水在高加中的壓力，通過焓熵圖可得各個(gè)高加進(jìn)出口水的焓值h1、h2、h3和h4。
2．2各級(jí)受熱面的熱量分配計(jì)算方法再熱蒸汽流量計(jì)算得到后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jí)過熱器的流量，再根據(jù)各級(jí)受熱面的焓增，獲得各級(jí)受熱面的吸熱量，進(jìn)而可以得到鍋爐各級(jí)受熱面的熱量分配。本例分別計(jì)算以上3臺(tái)鍋爐各級(jí)受熱面的熱量分配，以下所提“負(fù)荷”均為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量負(fù)荷。由于這幾臺(tái)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(jí)受熱面熱力分配進(jìn)行對(duì)比研究。
3結(jié)果與討論
3．1SUB－E鍋爐
3．1．1工質(zhì)側(cè)的吸熱份額圖5為300MW帶外置換熱器cfb鍋爐工質(zhì)側(cè)的熱力匹配。從圖中可以看出，隨著負(fù)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(gè)因素共同作用的結(jié)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(fù)荷的變化不大，在低負(fù)荷時(shí)，床溫也較高，那么相對(duì)的吸熱量也越大。綜合這兩個(gè)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(fù)荷的增大，進(jìn)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(fù)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(yù)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(yù)熱器，所以對(duì)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(duì)于帶外置換熱器的鍋爐，隨負(fù)荷變化省煤器的吸熱份額變化不明顯。
3．1．2煙氣側(cè)的吸熱份額圖6給出了300MW帶外置換熱器的CFB鍋爐煙氣側(cè)熱力匹配。總體來說，隨著鍋爐負(fù)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(shí)單位質(zhì)量的工質(zhì)吸熱量減少，導(dǎo)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(shè)計(jì)值。分析認(rèn)為，由于鍋爐所燃用的煤炭熱值偏低，循環(huán)灰流量增大，導(dǎo)致外置換熱器內(nèi)的受熱面吸熱增加，減溫水也相應(yīng)增加。相當(dāng)于外置換熱器中的部分過熱管束，實(shí)際上成為蒸發(fā)受熱面。
3．2SUB－P的鍋爐
3．2．1工質(zhì)側(cè)的吸熱份額圖7為300MW無外置換熱器CFB鍋爐工質(zhì)側(cè)的熱力匹配。從圖中可以看出，隨著鍋爐負(fù)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(fù)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(fù)荷的改變對(duì)于省煤器的吸熱量的影響較小，但由于隨著負(fù)荷的增大，省煤器進(jìn)口水溫是遞增的，出口水溫值差別不大。所以隨著負(fù)荷的增大，在省煤器中的吸熱量隨之減少。
3．2．2煙氣側(cè)的吸熱份額圖8為300MW無外置換熱器CFB鍋爐煙氣側(cè)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(fù)荷時(shí)，爐膛的吸熱量所占比例較大，這可能是由于在低負(fù)荷時(shí)，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(dá)到一定負(fù)荷時(shí)，隨著負(fù)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(fù)荷時(shí)的熱力分配，圖9(b)為亞臨界300MWCFB鍋爐在94%BMCR負(fù)荷時(shí)的熱力分配。從兩圖對(duì)比可以看出，就工質(zhì)側(cè)的吸熱而言，水冷壁的吸熱份額相當(dāng)，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(duì)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(duì)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(diǎn)的蒸汽焓值，根據(jù)焓差可以得到其熱力匹配。對(duì)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(duì)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(dāng)。由于從亞臨界鍋爐到超臨界鍋爐的變化或鍋爐負(fù)荷的改變，使得蒸汽參數(shù)的變化對(duì)于鍋爐的各個(gè)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(guān)鍵技術(shù)之一。
4結(jié)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(cè)與煙氣側(cè)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(shè)計(jì)和容量放大提供參考;(2)對(duì)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(duì)于鍋爐各級(jí)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(guān)鍵技術(shù)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(xué)熱能工程系