600MW超临界锅炉水动力特性分析
第十四章 超超临界锅炉水动力特性
第十四章超超临界锅炉水动力特性超临界锅炉的一些问题是由于工质特性的变化引起的，要理解超临界锅炉的特点，首先要对超临界压力时工质的特性变化有较多的了解。
由于汽水密度差在超临界压力时消失，所以无法进行汽水分离，决定了超临界压力不能使用带汽包的具有水循环的锅炉。
只能使用直流锅炉或其它类似于直流锅炉的锅炉。
另外，超临界压力锅炉在低负荷运行时将在临界压力以下工作，因此，亚临界锅炉常常出现的一些问题，超临界压力锅炉也无法避免。
随着工质压力的升高，饱和温度升高，汽化潜热减小，当压力升高至22.12MPa时，水在374.15℃直接变为蒸汽，汽化潜热为零，该相变点温度称为临界温度。
工质压力超过临界压力后，相变点温度相应升高，与压力对应的相变点温度称拟临界温度。
工质低于拟临界温度时为水，高于拟临界温度时为汽。
汽、水在相变点的热物理性质全都相同。
超临界压力下，对应一定的压力，存在一个大比热容区。
进入该区后，比热容随温度的增加而飞速升高，在拟临界温度处达到极限值，然后迅速降低。
压力越高，拟临界温度向高温区推移，大比热容特性逐渐减弱。
在超临界压力的大比热容区内，工质比体积、粘度、导热系数等也都剧烈变化，离开大比热容区后则变化趋缓。
除了比热容以外，上述参数的变化都是单方向的，随着温度的升高，比体积增大，粘度、导热系数降低。
第一节锅炉受热面的管壁温度1.管壁温度计算当炉管壁有热量传递时，沿壁厚各点的金属温度将不同。
校核元件是否超过材料的允许氧化极限速度时，应按外壁温度(当热量向内传递时)计算，而校核元件强度时，则应按沿壁厚温度的平均值计算，因强度计算是按壁厚的平均应力考虑的。
圆筒形炉管沿壁厚的温度分布呈抛物线形状，但为了简化计算，取元件内外壁温的算术平均值，称为“计算壁温”，来选取材料强度特性或许用应力以进行强度计算。
由传热学可知，对于均匀受热的圆筒形炉管的壁温：式中twb、tnb－管壁外壁与内壁温度，℃；tg－水垢层内壁温度，℃；tj－介质度，℃；q—炉管外壁单位面积热负荷，kW／m2；Dw、Dn—炉管外径，内径，m；β＝Dw/Dn—炉管外径与内径的比值；Sg—水垢层的厚度，m；λ、λg一管壁金属及水垢的导热系数，kW／m．℃。
超临界锅炉介绍
540 580
温度℃
超临界压力下工质的温导系数
λ
650
600
20
0
400
50
350
300
250
200
150
100
50
280 310 340 370 400 430 460 490 520 550 580 610
t℃
超临界压力下工质的比容
V
20
18
20
16
22.5
30
14
40
50
12
10
8
6
4
2
0 280 310 340 370 400 430 460 490 520 550 580 610
t℃
超临界压力下工质的黏度
μ
105
100
95
90 85 80
75 70 65
20 22.5 30 40 50
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
1.2 600MW超临界锅炉特性
• 蒸汽参数为25.4MPa/570℃/570℃的超临界
锅炉水冷壁出口温度在额定负荷时为427℃， 工质在水冷壁中的温升大约为94.1℃。在过 热器中的温升为144℃，在省煤器中的温升 为53℃。可见工质从进入锅炉开始，在包 括水冷壁之前的受热面中温度提高幅度占 工质总温升的50％以上，而水冷壁是吸热 变化最大的区域。
区内发生急剧变化。
• ③压力越高，拟临界温度向高温区推移，影响水冷
壁工作特性的工质热物理特性参数变化(即比热、比 容、温导系数)逐渐减弱。
超临界压力下的工质大比热特性
600mw超临界直流锅炉调节特性分析
600M W超临界直流锅炉调节特陛分析冯学军(广东省潮州市大唐国际潮州发电有限责任公司，广东潮州515723)应用科技哺要]大唐潮州发电厂一期工程1、2号锅炉是引进技术进行设计、制造，锅妒为单炉膛、一次中间再热、平衡通硪．、超临界压力、变压运行、带内置式再循环泵启动系统的本生直流锅炉，型号为H G一1900／25．4-Y M4。
本文根据大唐湖州电厂2x600M W超临界机细的运行栉睦瓦在运行中出现的一些问题，特别是机组直流运行方式的动态特性以及从循环运行方式向直流运行方式转变。
进行分析探讨和经验总结，为大型超临界机纽的安全、稳定运行提供借鉴。
供键词】超临界直流锅炉；直滴运行；湿态运行大唐潮州电厂2x600M W超临界机组于2006年下半年投产，经过三年的运行，各项指标达到设计要求，满足南方电网大幅调峰的要求。
但是在运行的过程中也出现了一些问题难于掌握，如大幅调峰时锅炉运行的动态特性，从循环运行向直流方式转变，煤种变化导致燃烧不稳定，燃烧偏斜导致左右侧主再热汽温偏差大、水冷壁、过热器壁温超温以及结焦等。
本文从超临界直流锅炉调节特性与汽包炉的区别入手，通过以下几个方面的分析和探讨，对600M W超临界锅炉的调节特性进行总结经验，为以后大型超l I缶界机组的安全、经济、稳定运行提供借鉴。
1汽温的调整1．1循环方式的主汽温调节循环方式的主汽温主要从两个方面调整：一是通过投运不同高度的燃烧器来调整炉膛火焰中心，如果燃烧调整不好，燃烧中心上移时，不仅造成过热器、再热器壁温超温，还造成减温水需求量大：二是通过改变氧量调整过剩空气系数，因为过剩空气系数偏大或偏小，将造成对流换熟和辐射传热的L-t：侈|J变化。
12直流运行方式下主汽温调节直流运行方式下主汽温主要靠调整给水量、燃料量、中间点温度、减温水、给水温度、协调控制等，表l介绍了哈尔滨锅炉厂设计的600 M W超临界机组调整情况。
煤水比失调会引起主汽温度偏离设计值，因此要根据煤质情况确定合理的表1哈锅设计的600M W趣I缶界机组的调节参数t日岫o1R L．75％T}仉50％B M C冉310％撙既&圭芦勘(M pa)p25．●o25．2＆20．14016．07．a9．5舡主汹【柏l—19S岳t1362，12雏‘973“S37。
600MW超临界直流锅炉特点分析与运行控制
600MW超临界直流锅炉特点分析与运行控制作者：李伯伙发布时间：2011-04-18 来源：繁体版摘要：600MW超临界直流锅炉以其启停速度快、负荷变化快的特点已逐步成为调峰主力机组，所以有必要对该机型的运行特性进行更深入的了解。
文章对600MW超临界直流锅炉与汽包锅炉差异进行了比较分析，并提出了该系统的运行控制。
一、直流锅炉与汽包锅炉差异1.直流锅炉蒸发受热面内工质的流动不像汽包炉那样，依靠汽水的重度差而形成自然循环来推动。
而是与在省煤器、过热器中的工质流动一样，完全依靠给水泵产生的压头，工质在此压头的推动下顺次通过加热、蒸发、过热过程，水被逐渐加热、蒸发、过热，最后形成合格的过热蒸汽送往汽轮机。
2.锅炉在直流状态运行时，汽水通道中的加热区、蒸发区、过热区三部分之间并没有固定的界线(可以把水在沸腾之前的受热面称为加热区，水开始沸腾到全部变为干饱和蒸汽的受热面称为蒸发区，蒸汽开始过热到全部被加热至额定温度压力的过热蒸汽的受热面称为过热区)。
当给水量、空气量、燃料量和机组负荷有扰动时，此三个区段就会发生移动。
3.直流锅炉的另一个特点是蓄热能力小。
而汽包锅炉则相反，降压速度不能过快，因为压力减小的过快，可能会使下降管中工质发生汽化而破坏水循环。
由于直流锅炉的蓄热能力小，在受到外部扰动时，自行保持负荷及参数的能力就较差，对扰动较敏感，因此对调节系统提出更高的要求。
但是在主动调整锅炉负荷时，由于其蓄热能力小，且允许的压力降速度快，可以使其蒸汽参数迅速地跟上工况的需要，所以能较好的适应机组调峰的要求。
4.直流锅炉在纯直流状态下工作时，蒸发区的循环倍率等于1，而自然循环的汽包锅炉的循环倍率为3～5。
低倍率强制循环锅炉的循环倍率为1.5左右。
5.直流锅炉的金属消耗量小。
与同参数的汽包锅炉相比，直流锅炉可节约20%～30%的钢材。
6.直流锅炉的设计，不受工质压力的限制，可以做成亚临界，超临界，甚至是超临界。
因此制造、安装和运输方便。
5.超临界锅炉的水动力特性
机械应力破坏。
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❖ 防止脉动的措施
1.增大质量流速 气泡不易变大，管内不会形成较高的局部压力，保持稳定的进口水量。
2.提高进口压力。
p高，汽水密度差小，局部压力升高的现象不易发生。
3.降低蒸发点热负荷和热偏差 将蒸发点移到热负荷低的区域，蒸发点热负荷低，局部压力大幅度变化可 以避免；减小热偏差，防止个别管子流量降低导致的比容剧烈变化引起 的压力变化。
温度稍有变化时，比热变化很大， 且都有一个最大比热区，随着压力 的提高在最大比热区比热的变化稍 有减缓。
▪ 对应定压比热最大位置处的工质温
度称为拟临界温度。
▪ 拟临界温度左侧为水，右侧为汽。
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其它参数
❖ 在超临界压力的大比热容区内，工质比容、粘度、导热系数等也 都剧烈变化，离开大比热容区后则变化趋缓。
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主要手段有: ❖ 在膜态沸腾出现的区域采用性能优良的材料，使管壁温度小于材料
允许温度; ❖ 增大工质质量流量，以提高临界热负荷;
❖ 采用内螺纹管，内螺纹管增加了管内流体的扰动，使膜态沸 腾大大推迟。
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▪ 对于一根管子，进口的水量最大时， 出口蒸汽量最小；
▪ 一部分管子的水流量增大时，另一部 分水流量却在减小；与此同时，出口 蒸汽量也在进行周期性变化。
▪ 整个管组的进水量和蒸汽量变化不 大。
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❖ 管屏脉动
▪ 与管间脉动相似，指的是各个管屏之间的脉动现象。
超临界600MW机组直流锅炉动态特性研究
增加 ５ 、 过热 器减温喷 水量 阶跃 变化 、 热器喷 水 量阶 跃 变化等 各种 扰 动发 生后 锅 炉 再
动 态 响 应 的稳 定 性 、 应 幅 度 以及 扰 动 对 锅 炉 的 影 响 进 行 了分 析 。 响
［ 关
键
词］ 超 临界 ； 流锅 炉 ； 态特性 ； 学模型 直 动 数
ｐ ｓ ａ ｉ ｐ ｓ ｔ ｕ ｐ ｄ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｍｏ ｅ ｏ ｅ ｓ ｅ— ｆｏｗ ａ ｅ ａ ｓ ｇｅ ｆ ｓｎ ｅ — ｐ ｓ ｈａ ｅ ｈｅ ｔｎｇ ｐｉ ｅ ， ｈｅ ｌ ｍ ｅ ａ ａ ｔ ｒ ｄ ｌ ｆ ｐｒ ｓ ｕｒ ｌ ｒ ｔ ｐ ｓ ａ ｏｒ ｉ ｇｌ ｈａ ｅ ｈ ａ ｉ ｇ ｐ ｐ ｔ ｅ ｌ ｍ ｐ ｄ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｄｅ ｗｏ—ｐｈ ｓ ａ ｉ ｇ ｐｉ ｅ ｔｏｎ ｔ ｅ ｅ ｏ ｈ ｒ ｃ ｍｏｄ ｌｏ ｅ ｔｎ ｉ ｅ， ｈ ｕ ｅ ａ ａ ｔ ｒｍｏ ｌ ｔ ｏｆ ａ ｅｈｅ ｔｎ ｐｅ ｓ ｃ ｉ ｓ， ｈ ｘ ｔ ｅ ｍｉ ｅ ｆ ｆｕｅ ａ ｉ ｅ， ｈｅｍｏｄ ｌｏ ｐｒ ｙ ｄ ｓ ｐ ｒ ａ ｅ ａ ｈｅ ｍｏ ｌｏ ｔ ａ ｔ ｂｉ ｔ ． Ｔｈ ｏ ｇｈ ｎ ｌ ｓ ｓｄ ｔ ｅ ｆｓ ａ ｅ ｕ ｅ ｈｅ ｔ ｒ， ｎｄ ｔ ｄｅ ｆｓ ｅ ｍ ｕｒ ｎｅｅ ｃ ． ｒ ｕ ｕｍｅ ｉａ ｒｃ ｌ
集 总参 数模 型 、 单相 受热管压 力 一 流量 通 道 集 总参 数 模 型 、 两相 受 热 管段 集 总参 数 模
型 、 气侧放 热模 型 、 水减 温器模 型 等 ， 烟 喷 以及 汽轮 机 模 型 。通过 数 字仿 真对 该 锅 炉 的
动 态特 性进行 了研 究 ， 对如 给水 温度 阶跃增加 ５ 、 水流量 阶跃增 加 ５ 燃料 量 阶跃 给 ％、
首台600MW超临界W火焰锅炉水动力特性计算及分析
数 为 ０ ． ５时 翼 墙 第 ２ ３回路 的质 量 流 速 减 少 的最
多 ．偏 差 为 一 ９ ． １ ５ ％ ；而 前 墙 第 １ ２ 回 路 的 质 量 流
速增 加 了 ３ ． １ ８ ％ ： 当严 重 结 焦 （ 结 焦 热 负 荷 系 数 为
４ ２ ０
０． １） 时 ．翼 墙 第 ２ ３ 回 路 的 质 量 流 速 偏 差 达 到
锶 ３ ６ ０
。
优 化 内 螺 纹 管 的 正 响 应 质 量 流 量 区 。 ② 结 焦 造 成
下 炉 膛 水 冷 壁 各 回 路 质 量 流 速 重 新 分 配 ． 结 焦 区
域 的 侧 墙 和 翼 墙 回 路 质 量 流 速 减 小 。 结 焦 越 严 重 （ 即结 焦 热 负荷 系数 越 小 ） ．则 该 部 位 质 量 流 速 越
Ｈ ３ ９ ０
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回路编号
图１ ０ Ｔ Ｈ Ａ 负荷 时各 工 况 上 炉膛 回路 出 口工 质 温 度 的对 比
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ｐ ３ ９ ０
８ ｏ
为 ０ ． １的 回 路 质 量 流 速 分 布 曲 线 可 以 看 出 ：① 流
量 分 配 仍 然 呈 现 良 好 的 正 响 应 特 性 。 这 是 因 为 Ｔ ＨＡ 负 荷 时 总 流 量 不 变 ． 单 管 的 质 量 流 速 仍 处 于
600MW超临界机组的给水控制的分析
600MW超临界机组的给水控制的分析600MW超临界机组给水控制的分析王富有南京科远自动化集团股份有限公司，江苏，南京，211100摘要：汽包炉的给水控制是相对独立的，而超临界机组锅炉给水控制则是和燃烧、汽温等系统相互耦合在一起的，因此直流炉的给水控制相对于汽包炉而言要复杂些。
同时给水控制系统又是超临界机组热控系统中的重点，对提高机组的控制自动化程度、减少启停误操作、缩短机组启动时间、提高机组启停的可靠性具有重要作用，也是实现机组级自启停（APS）控制的一个技术关键。
本文以某超超临界600MW机组为例，介绍锅炉给水调节系统的控制。
关键词：600MW，超临界，给水，焓，煤水比，自动调节一、超临界机组给水系统的控制特性汽包炉通过改变燃料量、减温水量和给水流量控制蒸汽压力(简称汽压)、蒸汽温度(简称汽温)和汽包水位，汽压、汽温、给水流量控制相对独立。
而直流炉作为一个多输入、多输出的被控对象，其主要输出量为汽温、汽压和蒸汽流量（负荷），其主要的输入量是给水量、燃烧率和汽机调门开度,由于是强制循环且受热区段之间无固定界限，一种输入量扰动将对各输出量产生作用，如单独改变给水量或燃料量，不仅影响主汽压与蒸汽流量，过热器出口汽温也会产生显著的变化，所以比值控制(如给水量/蒸汽量、燃料量/给水量及喷水量/给水量等)和变定值、变参数调节是直流锅炉的控制特点。
实践证明要保证直流锅炉汽温的调节性能，维持特定的煤水比来控制汽水行程中某一点焓（分离器入口焓）达到规定要求，是一个切实有效的调温手段。
当给水量或燃料量扰动时，汽水行程中各点工质焓值的动态特性相似；在锅炉的煤水比保持不变时（工况稳定），汽水行程中某点工质的焓值保持不变，所以采用微过热蒸汽焓替代该点温度作为煤水比校正是可行的，其优点在于：1) 分离器入口焓（中间点焓）值对煤水比失配的反应快，系统校正迅速；2) 焓值代表了过热蒸汽的作功能力，随工况改变焓给定值不但有利于负荷控制，而且也能实现过热汽温（粗）调正。
超临界锅炉的水动力特性
近于零（即离饱和温度太近）时若运行工况稍有变化，水冷壁入口就
汽化，反而会造成流量分配不均匀，而产生过大的热偏差。
（3）水冷壁人口处装节流圈（或者节流伐）。由于节流圈或节流阀要 求装在水冷壁的进口，所以通过这些节流件的工质始终是单相的水。 阻力降与流量成平方关系。 （4）水冷壁采用分级管径。所谓分级管径就是水冷壁的加热段和蒸发 段采用了不同的管子直径。 （5）提高水冷壁入口的质量流速。提高水冷壁人口的质量流速，实 际上相当于增加流量G。当然，在一定的条件下提高质量流速有各种 方法。在单向服流动阻力与(ρ ω )2成正比，所以升高 阻力也升高。在 双相区段正如前面已经指出过 阻力取决G与比容，如果升高的影响大 于比容的减少，阻力将随增加而增加，使总阻力始终随增加而增加，
热负荷和管内对流换热系数的大小，由于无传热恶化时管内对
流换热系数很高，虽然炉膛内热负荷很高，炉管壁温并不高。 根据在亚临界压力锅炉上的试验测量，该量值最大一般在30℃
以下，不会由于并列炉管壁温差过大。
对于超临界压力以上压力运行的超临界锅炉水冷壁，工 质温度没有对应压力下饱和温度的限制，水冷壁中工质的 温度随着吸热量的增加不断上升，管壁计算公式中工质的 温度tgz是变化的，它与热负荷和工质流量有关，热负荷越 大，工质流量越小的炉管内工质的温度 tgz越高，并且由于 各管热负荷和工质流量有偏差，造成各管工质温度有偏差， 即所谓的热偏差Δ tgz不为零。
时，工质平均比容减少，所以压力降（即流动阻力）要看
G的增加和比容的减小，两者哪个影响大而定。 在图6-4曲线2的o-a段中，工质流量很小，在一定的热 负荷下，管圈出口是干饱和蒸汽，甚至是过热蒸汽，流量 增加对管圈产汽量影响不大，所以平均比容变化不大。这
时管圈的压力降随着流量G的增加而增加。
600MW超临界直流锅炉两种给水控制系统分析
式 中 ：Ｑ 为 煤 低 位 发 热 量 ； 为 锅 炉 效 率 ，ｈ 。，
的方 法 有 两 种 ：一 种 是 使 给 水 量 基 本 不 变 而 调 节 燃 料 量 ；另 一 种 是 保 持 燃 料 量 不 变 而 调 节 给 水 量 。前 者 称 为 以燃 料 为 主 的调 节 方 法 ；后 者 称 为 以水 为 主 的 调 节 方 法 。本 文 两 例 均 采 用 以水 为
器和再热器长期在超温 １ Ｏ～ ２ ０℃ 下 运 行 ，其 寿 命 直 流 阶段 ，给水 依 靠 给 水 泵 的 压 头 一 次 通 过 预 热 、 缩 短 一 半 ，且 汽 温 波 动 过 大 ，会 导 致 汽 机 胀 差 变 蒸发 、过 热各 受热 面而 变成 过 热蒸 汽 ，各 受 热 面 之 化 和 振 动 加 剧 ，危 及 机 组 安 全 …。 因 此 ，维 持 超 问无 固定 的界 限 ，在 锅 炉 负 荷 和 工 况 变 化 时 ，各
第２ ９卷第 ４期
２ ０ １ ３年 ４月
电
力
科
学与工程 Ｖｏ Ｌ ２ ９． Ｎ ｏ ． ４
Ａｐｒ ． ， ２０１ ３
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
６ ０ ０ ＭＷ 超 临界 直 流 锅 炉 两 种 给 水 控 制 系统 分 析
某 电厂 ６ ０ ０ ＭＷ 超 临 界 直 流炉 ，带 有 炉 水循 环
泵 内置 式启 动 系统 ，其汽 水 分离 器 在低 负荷 （ 本 生
于汽 包 锅炉 ，给水 流 量 的变 化 主要 影 响 的是 汽 水 分
600MW超临界锅炉给水控制系统分析
600MW超临界锅炉给水控制系统分析摘要随着我国电力市场的实际情况和国民经济发展的需要，电站项目朝着高参数、大容量的方向发展已成为大势所趋，近年来超临界发电机组在国内得到迅速发展和应用。
超临界直流炉的给水控制技术是目前国内热控领域一个重要的研究课题。
本文介绍了直流超临界机组的锅炉给水控制系统结构、控制特点，分析了在不同调节特性下的超临界直流锅炉给水控制系统的基本原理。
根据超临界直流炉给水控制系统的特点，分析了目前国内已经投产和将要投产的超临界机组给水自动控制系统常用的基于中间点温度校正和基于中间点焓值校正控制的优缺点；结合某电厂一期600MW超临界机组锅炉给水控制系统的设计，对采用中间点焓值校正的给水控制系统、焓值测量方法、焓值定值的产生及部分技术措施进行了分析。
关键词:超临界直流炉；给水控制系统；燃水比；中间点温度；中间点焓ANALYSIS OF 600MW SUPERCRITICAL BOILER FEEDWATER CONTROL SYSTEMAbstractIt becomes a trend that the power station projects go forward to high parameter and large capacity in consideration of china’s actual situation and the demand of the national economic development. In the past years the super-critical unit were applied and developed quickly.The feedwater control of super critical once through boiler is an important study subject in thermal field at present．Presents the operating principle under different seffings, the construction and characteristics of the water supply control system for the once-through boilers of supercritical generoctor set.According to the characteristics of the feedwater control system of the supercritical once-through boiler, the paper analyzes the two types of feedwater control systems: one is based on the intermediate point’s enthalpy adjust and the other one is based on the intermediate point’s temperature adjust, which are commonly used in the supercritical and ultra-supercritical power unit. And it compares the advantages and disadvantages between them. Regarding the design of the feedwater control system of the 2×600MW supercritical power unit, methods of enthalpy measured, production of definite valve of enthalpy, and some technical measures are introduced and analyzed, and these can provide a reference for design and operation of the feed water control system.Keywords: Supercritical once-through boiler; Feedwater control system; Coal to water ratio; Intermediate point’s enthalpy; Intermediate point’s temperature目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章绪论 (3)1.1 论文研究的背景和意义 (3)1.2 国内外研究动态 (3)1.3 论文的主要工作 (4)1.4 本章小结 (4)第二章超临界直流锅炉概述 (5)2.1 超临界机组简介 (5)2.1.1 超临界机组定义 (5)2.1.2 超临界机组在国外的应用 (5)2.1.3 超临界机组在我国的应用 (6)2.2 超临界直流锅炉 (6)2.2.1 直流炉的工作原理 (6)2.2.2 超临界直流炉的静态特性 (8)2.2.3 超临界直流炉的动态特性 (9)2.3 超临界机组的控制特点 (10)2.3.1 汽包锅炉的控制特点 (10)2.3.2 超临界锅炉的控制特点 (11)2.3.3 超临界直流炉和汽包炉控制系统比较 (11)2.3.4 超临界锅炉的控制任务 (12)2.4 超临界锅炉的给水控制系统 (12)2.4.1 锅炉给水控制系统的主要任务 (13)2.4.2 锅炉给水系统的工艺流程 (13)2.4.3 锅炉给水系统的控制策略 (14)2.5 本章小结 (16)第三章 600MW超临界机组给水系统控制策略 (17)3.1 600MW超临界机组给水系统控制方案 (17)3.1.1 给水控制系统的指令 (17)3.1.2 给水系统控制方案 (18)3.1.3 工程应用效果 (21)3.2 超临界锅炉基于中间点焓校正的给水控制系统 (21)3.2.1 超临界直流锅炉燃水比控制 (22)3.2.2 中间点温度校正的给水控制系统简介 (23)3.2.3 中间点焓值校正的给水控制系统 (24)3.3 本章小结 (26)第四章费县600MW超临界机组锅炉给水控制系统分析 (27)4.1 费县电厂给水控制系统 (27)4.1.1 费县电厂一期2x600MW 机组概况 (27)4.1.2 费县电厂给水工艺流程 (27)4.2 给水流量控制回路分析 (28)4.2.1 费县锅炉给水流量指令形成回路分析 (28)4.2.2 给水泵控制回路分析 (31)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)第一章绪论1.1 论文研究的背景和意义电力工业在我国国民经济中有着非常重要的作用。
超临界机组水动力与传热特性(精)
超临界锅炉的水动力特性影响因素 超临界参数锅炉的水动力特性，主要取决于工质的热物理 特性、水冷壁型式、运行方式、水冷壁热流密度的大小及 其分布等因素的影响。 压力对循环特性的影响 运行和实测数据表明，亚临界参数自然循环锅炉的汽 包压力达到20.678 MPa时，自然循环仍然不成问题。压力 由15.0MPa提高到20.0MPa，下降管内工质密度大约减少20 ％，上升管内工质密度几乎不变，循环流动压头只有微小 的降低，因而对循环特性的影响不大，由此可见压力不是 影响循环特性的主要因素。由理论分析可以知道，压力对 于循环特性的影响具有双重作用：一方面压力提高使循环 流动的压头略有减少；另一方面压力提高使水冷壁管内工 质的汽化潜热减小.
3）低负荷运行时，螺旋管圈进口工质温度降低，工质欠焓 增大，当部分水冷壁结渣或积灰和火焰偏斜时，将使各水 冷壁管的沸腾点不同步的推迟，此时尽管水冷壁总流量不 变，但是各管内工质流量分配不均或流量时大时小，从而 出现流动不稳定现象，负荷越低，压力越低，越容易出现 水动力不稳定性。 4）变压运行的超临界直流锅炉启动时处于无压或低压状态， 随着燃烧率的增加，工质温度和压力不断提高，水冷壁管 中的汽水膨胀使得水冷壁出口的流量远大于给水量，这将 影响到分离器水位变化特性和系统的水动力稳定性。75％ BMCR负荷以上，水冷壁进入临界压力和超临界压力区工作， 影响水动力稳定性和传热特性的主要因素是工质的大比热 特性
600MW机组塔式直流锅炉水冷壁水动力特性计算
炉结构的准确分析以及回路节点的准确划分可确保
水动力计算结果的 准 确 性,为 锅 炉 的 安 全 可 靠 运 行
提供依据.
图 ３ 上炉膛垂直管圈回路划分示意
Fig．
３ Circuits distribution of the upper furnace vertical tube coils
炉下部结构示意如图 １ 所示.
图 ２ 下炉膛螺旋管圈回路划分示意
Fi g ．２ Circuits distribution of the lower furnace sp iral tube coils
图 １ 锅炉下部示意
Fi g ．１ Schematic diagram of the lower p art of the furnace
６ ００ MW机组塔式直流锅炉 水 冷 壁 流 量 分 配 计 算 程
２０１ ５ 年
２ 数学模型
２．１ 回路划分
将元宝山电厂 ２ 号机组复杂的水冷壁流动系统
结构抽象为由不同 节 点、不 同 回 路 连 接 的 串 并 联 网
络系统,其流动规律 可 以 通 过 对 各 节 点 质 量 守 恒 方
Fi g ．４ Schematic diagram of the flow network system
线)处最 低;传 热 系 数 的 变 化 规 律 与 壁 温 的 变 化 相
反,在顶点处最小,底点处最大.故采用螺旋管顶部
量守恒方程组的方法求解流量和压力.
传热系数计算管 壁 整 体 壁 温 较 安 全 可 行. 另 外,在
的锅炉水冷壁结构特点及炉内热负 荷 分 布 特 点,将 水 冷 壁 划 分 为 由 流 量 回 路、压 力 节 点 和 连
600MW超临界直流锅炉运行的可靠性分析与探讨
600MW超临界直流锅炉运行的可靠性分析与探讨【摘要】超临界直流锅炉由于各种原因，运行中受热面经常出现超温、爆管、经济性达不到设计要求、可靠性低等问题。
本文以目前国产大容量的2145T/H 直流锅炉为例，介绍其结构、设计参数、燃料特性，着重阐述了影响超临界直流锅炉安全运行的因素，以及从设计、制造、安装、运行等方面分析了提高直流锅炉可靠性的方法和思路。
【关键词】直流锅炉可靠性探讨近几年来，我国电力工业得到突飞猛进的发展，火力发电机组正朝着超临界、超超临界的600MW、1000MW等级发展。
2004年以来国产600MW级亚临界、超临界、超超临界机组相继投产上百台，标志着600MW机组即将成为我国的主力机组。
但从目前运行情况来看，其运行状况却不容乐观，新机组因设计、制造、安装、调试、运行、检修中存在着诸多因素，造成机组连续运行天数，安全可靠性不高。
660MW超临界直流锅炉特点1.1技术特点1）具有较好的变压、备用和再启动性能锅炉下部炉膛水冷壁及灰斗采用螺旋管圈（Φ38×7.3mm），在各种负荷下均有足够的冷却能力，并能有效地补偿沿炉膛周界上的热偏差，水动力特性稳定；采用四只启动分离器和一只贮水箱，壁厚较薄（Φ610×75mm），温度变化时热应力小，适合于滑压运行，提高了机组的效率，延长了汽轮机的寿命。
2）采用墙式燃烧系统，使锅炉燃烧稳定、温度场更加均匀墙式燃烧系统的旋流燃烧器具有自稳燃能力和较大的调节比，在炉膛中布置的节距较大（每层相隔5.5米左右），相邻的燃烧器之间不需要相互支持；墙式燃烧系统的燃烧器布置为对称方式，沿炉膛宽度方向的热量输入均匀分布，因而在炉膛上部及水平烟道的过热器、再热器区域的烟气温度也更加均匀，避免高温区受压元件的蠕变和腐蚀，有效抑制了结渣。
3）经济、高效的低NOX轴向旋流燃烧器旋流燃烧器不仅能够高效、稳定地燃烧多种燃煤，而且可满足降低NOX排放的需要。
2影响超临界直流锅炉安全运行的因素2.1设计、制造方面1）锅炉燃烧系统设计不够完善通常600MW级超临界直流锅炉燃烧器多采用前后墙对冲布置或单炉膛双切圆布置，采用前后墙布置的燃烧器，有的设计为前墙4层后墙3层方式，有的设计为前墙3层后墙3层方式，这种设计方法在运行中存在有一层燃烧器不是对冲运行的情况，致使前后墙水冷壁存在热负荷不均现象。
600MW超临界锅炉技术特点
其它600MW超临界锅炉技术特点T echnological Characteristics of600MW Supercritical Boiler苏 东1,宋德生2,刘力武3(1.东北电力科学研究院有限公司,辽宁 沈阳 110006;2.元宝山发电厂,内蒙古 赤峰 024070;3.朝阳发电厂,辽宁 朝阳 122000)摘要:阜阳华润电力有限公司600MW机组的锅炉是引进三井巴布科克能源公司(Mitsui Babcock Energy Limited)技术,由哈尔滨锅炉厂生产的HG1952121/2514-Y M1型超临界直流锅炉。
着重分析了本台锅炉在蒸汽参数选择、变压运行、螺旋管圈水冷壁、内置式汽水分离器和燃烧系统5个方面的技术特点。
关键词:锅炉;超临界;变压运行;螺旋管圈水冷壁;内置式汽水分离器[中图分类号]TK22912[文献标识码]B[文章编号]100427913(2006)09-0040-031 设备介绍锅炉为哈尔滨锅炉厂引进三井巴布科克能源公司技术产生,变压运行、一次中间再热、满负荷全燃煤、露天式布置、平衡通风、超临界参数直流锅炉。
炉膛43161m以下采用水平倾角为171893°的螺旋水冷壁(872根),螺旋管通过中间集箱转换成垂直管屏(1312根)。
锅炉采用内置式汽水分离器,炉膛断面尺寸为22187mm×15632mm。
锅炉燃烧采用前后墙对冲方式,每层8只燃烧器布置在水冷壁前后墙上,4只为一组,在炉膛内形成两个旋转方向相反的旋转火焰。
锅炉共设4层32只LNAS B燃烧器。
燃烧器的上方设有一层燃尽风喷口,前后墙各7个。
每支燃烧器中设有点火油枪,所用燃油为0号柴油。
过热蒸汽温度靠一、二级减温水进行调节,再热蒸汽温度靠锅炉尾部竖井烟道的烟气挡板进行调节,再热器同时配有事故喷水。
锅炉配备4台双进双出钢球磨煤机、8台皮带式给煤机,采用正压、直吹式制粉系统。
锅炉风烟系统配备动叶可调轴流式送风机、引风机和一次风机各2台,2台三分仓回转式空气预热器。
600MW超临界W型火焰锅炉主要技术特点
故设置了内置式的启动系统，其中启动分离器在直流负
荷之前进行汽水分离，在之后只作为一个流通元件。在水
质合格的情况下，可最大限度地回收工质，降低锅炉启动
过程中的热损失。在锅炉点火之前，即可建立最低的水循
环。锅炉的内置式启动系统，包括启动分离器、贮水箱、疏
水扩容器、启动循环泵、水位控制阀、疏水泵、截止阀、管
行检查（图 5）。
（4）重新将末叶打入， 4 结 语
从叶轮上已预钻完销孔
经工艺方案改进后，虽然操作步骤复杂了，操作者需
的一侧后划末叶上销孔 要反复撤出末叶片单项每个预加工，最后再打入末叶精
孔线；
钻，但实际验证了安装结果达到了“双胞胎”以及双倒梯形
（5）取出 末 叶 ，将 末 末叶片销孔偏斜率控制在 5%以内的要求，充分证明了工
有放水、锅炉充水和酸洗的接管座，并带有相应的阀门。
为保护省煤器，在锅炉起动过程中有必要的冷却措施。在
BMCR 工况时，通过省煤器的烟气平均流速（平均流速指
进、出口流速的平均值）不超过 8m/s。
2.4 锅炉启动系统
超临界变压运行直流锅炉从启动到带满负荷，将经
历高压、超高压、亚临界和超临界的过程，由于没有汽包，
单一地燃用固定的一个煤种，一般都是混煤，且煤种不 化，特别是防止发生在亚临
定，采用 W 型燃烧技术有利于低挥发性煤种的着火和燃 界压力下的偏离核态沸腾
尽。W 型火焰锅炉是国内较为常见的一种燃用低挥发性 和超临界压力下的类膜态
煤种的电站锅炉。1990 年代末，哈锅和英国巴布科克公 沸腾现象。水冷壁的设计考
况下（尤其是低负荷及启动工况），保证水冷壁内有足够 范围内。对水冷壁进行传热恶化计算，传热恶化的临界放
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600MW机组超临界直流锅炉的控制策略
600MW机组超临界直流锅炉的控制策略一、超临界直流锅炉的动态特性及其控制系统设计特点与亚临界机组相比，内置式分离器超临界直流锅炉采用联合变压运行方式，在机组的起停过程中(图1)或工况发生大范围变化时，水冷壁工质压力大幅度变化，导致工质的相变点、比容、温度、汽化潜热等都发生较大变化，被控对象的动态特性复杂，控制难度大。
对象动态特性的复杂性主要表现在以下几方面。
(1)超临界压力直流锅炉机组在起、停过程中要经历汽水分离器湿态-干态运行的转换和亚临界与超临界压力运行工况的转换，因此动态特性随负荷变化很大，在不同的运行工况下存在着根本性的差别，呈现出很强的非线性特性和变参数特性。
当汽水分离器湿态运行时，锅炉的动态特性类似于汽包锅炉，被控参数为分离器水位并维持启动给水流量，这时给水流量的变化主要影响的是汽水分离器水位，燃料量的变化主要影响汽水分离器出口蒸汽流量和压力。
当汽水分离器干态运行且系统处于亚临界压力工况时，锅炉的动态特性类似于亚临界直流锅炉，所要控制的量为蒸汽温度和给水流量，此时由于直流锅炉蒸发受热面的各个区段之间无固定分界线，各参数相互之间的耦合程度远大于汽包锅炉，任何扰动都将导致锅炉出口蒸汽温度、压力和流量同时变化，给水、燃烧和汽温控制之间密切相关，特别在煤水比失调时锅炉出口汽温的变化显著大于汽包锅炉。
当锅炉处于超临界压力工况时，锅炉汽水流程上的任何环节均为单相区段，此时其动态特性类似于过热器或省煤器。
在湿态-干态转换过程中蒸汽温度可能会发生较大变化，应特别注意操作控制。
在亚临界-超临界压力转变过程中，由于临界压力工况点附近存在着最大比热容区，工质定压比热容变得很大，工质温度随焓值的变化很不敏感，因此机组在亚临界压力向超临界压力区域转换过程中的动态特性差异非常显著。
(2)超临界直流锅炉蓄热能力小，惯性较小，对外界扰动的响应速度要快于亚临界机组，容易超温超压。
但在对电网调峰要求的适应能力、机组正常运行时的变负荷能力和快速起/停能力等方面超临界机组优于亚临界机组。
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2016 年 12 月
600MW 超临界锅炉水动力特性分析
孙佰泉
（西北电力建设调试施工研究所，陕西 西安 710032） 摘 要：基于西北电力建设调试施工研究所调试的 600MW 超临界锅炉的实际工程案例，通过程序计算，绘制 MCR 和 30%MCR 两种工况下螺旋水冷壁管段的入口处加装节流管圈前后的水动力特性曲线。分析锅炉水冷壁在这两种工况下的 动态特性，校核两种工况下的单值性，为进一步探讨水冷壁安全运行具有一定的参考意义。 关键词：600MW；超临界锅炉；水动力特性；MCR 工况 中图分类号：TK229.2 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2016）12-0100-02 DOI:10.19537/ki.2096-2789.2016.08.059 为了更好的适应调峰，超临界变压运行机组应运而 生。它在额定负荷和部分负荷下都具有较高的热效率， 还具备快速变负荷的性能，启动和停止过程中的热损失 较小，因此能够在最小负荷下连续稳定的运行。当超临 界变压运行机组从额定负荷下降到低负荷时，锅炉炉膛 水冷壁管圈的压力也从超临界压力下降到亚临界压力， 这种情况下管圈内工质有两种工作状态：单相流动和双 相流动，当压降和受热基本相同时，各个并列管圈内的 工质流量可能会有较大差别；当压降相同而流量不同时， 会出现流动的多值性效果，影响到水冷壁的安全运行。 为了保证水冷壁的安全运行，文章分析超临界压力直流 锅炉炉膛水冷壁管水动力特性。
∆Pf = φ∆Psf
∆P = ∆Pf +∆Pf
汽液两相重位压降
（1）
∆Pg = H ρm g （2） 公式（ 2）中：H 表示管段的高度；g 表示重力加速度； ρ m 表示汽液混合物的平均密度。 ρ m = ρ1 − α ( ρ1 − ρ g ) （3）
α=
1+ s 1 1− β
β
（4） （5）
1 600MW 超临界锅炉
西北电力建设调试施工研究所调试的两台 600MW 超 临界锅炉为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置 式再循环泵启动系统的本生直流锅炉，单炉膛、平衡通 风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、π 型布置。锅炉 中、下部水冷壁采用螺旋管圈，上部水冷壁采用一次上 升垂直管屏，二者之间用过渡集箱连接。螺旋管圈的同 一管带中的各管子以相同方式从下到上绕过炉膛的角隅 部分和中间部分，水冷壁吸热均匀，管间热偏差小，使 得水冷壁出口的介质温度和金属温度非常均匀。锅炉螺 旋水冷壁管在炉膛四周以 23.58 °螺旋倾角盘旋上升，垂 直管屏由 1312 根 Φ31.8mm×5.5mm、节距为 57.5mm 的 管子焊接而成。燃烧系统采用前后墙布置、对冲燃烧方 式布置了三排共 30 只双调风旋流燃烧器。锅炉在整个负 荷范围内蒸汽压力的变化从常压一直到超临界压力，而 水冷壁系统中的介质也经历从水到蒸汽变化的整个过程。 因此直流锅炉的水冷壁水动力特性要比亚临界汽包锅炉 更为复杂也更为重要。锅炉以连续出力工况（ MCR ）为 设计参数。在研究锅炉水动力特性时，选取水冷壁管中 经过三个燃烧器、弯头最多且阻力的管段，对应 MCR 工 况和 30% 工况进行水动力特性计算。
3 水冷壁管的水动力特性
3.1 水冷壁管两相压降计算
为 ∆Pf ，则汽液两相工质的流动压降为：
设汽液两相工质在管内的重位压降为 ∆Pg ，摩擦的倍率； ∆Psf 是单相流体 摩擦阻力。 设总阻力系数为 Z p ，则为： L 1 ρ = Z p φλ [1 + x ( t − 1)] （8） d n 2ρ t ρg 3.2 MCR 工况水动力特性分析 （1 ）流量 - 压降特性分析。 MCR 工况下，在管段入 口设置节流圈的前后的流量 - 压降曲线都呈现单值性的特 点， 入口处加装节流圈前的流量 - 压降曲线斜率为 0.489， 加装后为 0.589。由此可以表明在 MCR 工况下该锅炉的 水动力特性较为良好，且斜度也符合工质流量相对变化 不大于压降相对变化三倍的要求，在以较小压力变动时不 会造成较大的流量波动。在长度大约为 93.67m 时发生相 变，根据公式计算得到此点处的压力大约为 24.64MPa， 总压降为 2.08MPa 。 （2 ） 管 段 阻 力 特 性 分 析。 通 过 程 序 计 算 与 仿 真 出 MCR 工况下在管段入口加装节流圈前后的阻力的特性可 以看出，MCR 工况下的上升立置屏中，重位压头不会随 着流量的变化而改变。因此重力压头可以提升上升位置 管屏流动的稳定性。 3.3 30%MCR 工况下的水动力特性分析 （1 ）流量 - 压降特性分析。通过程序计算与仿真出 30%MCR 工况下在管段入口加装节流圈前后的流量 - 压 降可以得知，在 30%MCR 工况下，加装节流圈之前，当 流量在 1220 ～ 1310kg/h 时，流动的单值性较差，会出现 多值性；加装节流圈后，会呈现单值性，但是在这个范 围内的流量 - 压降曲线的斜度不符合工质流量相对变化小 于压降相对变化三倍的要求，当压力变动较小时就可能 会造成较大的流量波动。因此应当尽量（下转第 102 页）
ρg 1- χ （6） 1+ × ρ1 χ 以上公式中： ρ l 和 ρ g 是饱和水和饱和汽的密度；α 是截面的含汽率； s 是滑动比； β 是体积含汽率；ω 是工 质流速； Pcr 是临界压力； x 是工质的干度。 水冷壁两相摩擦阻力
β=
1
2 MCR 工况
试验用水冷壁管两个管段，分别是入口管段和剩余 管段。在入口处安装了两个节流圈，入口管段不受热， 剩余管段均匀受热。内螺纹管的绝对粗糙度为 0.06mm， 摩擦阻力系数为 0.03 。MCR 及 30%MCR 工况下的管段 基本测量内容为内径、长度、局部阻力系数、进口压力、 节流圈直径出口压力、出口温度、出口焓值、流量以及 出口干度。