锅炉蒸汽参数的变化

但在实际运行中，锅炉的这些工作条件难 免受到各种扰动，扰动的结果总是导致锅 炉的蒸汽参数姓变化，也就是导致蒸汽的 温度和压力发生变化。 因此，我们说锅炉在实际运行中蒸汽参数 总是处在不断变化之中。 获得相对稳定或变化很小的蒸汽参数是我 们的目的，因此，必须掌握蒸汽参数的变 化规律。
§1 过热蒸汽的汽温度变化特性与调节 一、变化特性 饱和蒸汽在过热器中被加热提高温度后即变成过热蒸汽。 由热量平衡关系有：
i
其中
'' gq
ibq
BQgq Dgq
i
'' i gq —过热器出口蒸汽焓
ibq —过热器进口饱和蒸汽焓
B —过热器燃料消耗量
Q gq —过热器自烟气的吸热量 D gq —过热蒸汽流量
i —因减温而减少的焓
从这个式子中要以看出：
当蒸汽压力和饱和蒸汽温度不变时，如果每公 斤蒸汽从过热器中吸收的热量（即焓增）不变， 减温焓也不变，则过热器出口蒸汽温度也不变。 改写上式：
对于再热器 原则上与对流式过热器的汽温变化相同， 但变化幅度更大。 原因：①一般布置在对流区；
②烟温较低，温压小；
③比热小。
(ii)给水温度的影响
一般情况, 对流式：
tgs↓ Q↑ Bj↑ Vy↑ Wy↑ K↑
Tl '' ↑
辐射式：tgs↓
d' t ↑
B jQ f D const
炉膛辐射吸热量改变很小，但使炉膛出 口烟温显著降低，靠近烟窗的高温过热 器的传热量温压减小，传热量降低，在 烟气行程后部的受热面，烟气量增加而 引起的强化传热作用，大于温压减少的 影响，使得吸热量增加，总的来说，此 时，对汽温调节作用不大。 额外收益：降低和均匀炉膛出口烟温， 防止对流过热器结渣及减少，其热偏差， 保护屏式及其他高温过热器。
如果减温布置过后，例如布置在过热 器蒸汽出口，虽然能使蒸汽温度的调 节很灵敏，但过热器的金属却得不到 保护，
因此，巧妙地在第一级和最后一级过 热器之间布置一级，乃至几级（三或 三级）减温器，可以获得既灵敏又能 保护材料的效果
减温器的类型及其特点：
按照工作过程不同减温器可分为面式减温 器和喷水减温器 （i）面式减温器 面式减温器是一种管壳式热交换式，它利 用锅炉给水或炉水作为冷却介质，通过与 过热蒸汽的对流换热来冷却蒸汽
特点：
a 不与蒸汽接触，对冷却介质没有特殊要 求，故常用于中小型锅炉。
b 一般说来，对于一定的减温器，减温幅度随 水量的增加而增大，但并不呈现线性关系。而 冷却水出口温度随冷却水量的增加而下降。
这是因为，水的热容量过大于蒸汽的热 容量所致。
因此，对于一定的面式减温器，减温幅 度有一饱和值，即冷却水量增加到一定 值后，即使再增加流量，减温幅度也不 再变化。
c 减温幅度与喷水量成正比，减温幅度大， 高达100℃
d 压力损失小
e 结构简单，省材料，一般在过热器的中 间集箱或蒸汽管道间喷入减温水，无复杂 设备 f 减温前的蒸汽温度不能过于接近饱和温 度，至少要求高出20℃，否则喷入的水不 能及时得到汽化 g 给水减温时，喷水量越大，意味着流经 过热器的蒸汽流量越小，温度越高，一对 矛盾体。
因此，对流式过热器总的汽温变化是 D的增加而增加。
上面讨论的前提条件是，D的增加与 Bj的增加保持一致，在实际运行中， D突然增加，Bj不能立即跟上，这是 Bj/D减少，汽温反而下降，但这种下 降是短暂的，当Bj的变化跟上后，汽 温就会升高，就是说，D的增加导致 汽温增加总有一个时间滞后现象，但 总的趋势仍是D增加，对流过热器的 汽温增加。
缺点：
①档板开度与汽温变化不成线性关系；
②有效开度范围窄≤40%；
①不能在高温区工作≤400℃。
此法主要用于再热汽温的调节。
iii）采用摆动式燃烧器
原理：通过燃烧器喷口的上下摆动，改变火焰 中心的位置，改变膛出口烟温，从而改变汽温。
优点：
①调节灵敏
②不需额外的受热面积
③无其他功率消耗
缺点：只适用于燃煤锅炉
面式减温器的分类：
按冷却水源：
①给水冷却
②炉水冷却
按结构型式：
①U型管表面式减温器
②套管式表面式减温器
③螺旋管表式减温器
(ii) 喷水减温器 原理：将减温水直接喷入过热蒸汽中，经 喷咀雾化后的减温水滴从蒸汽中吸收热量 后汽化，并与蒸汽混合，从而降低过热蒸 汽的温度。 特点： a 减温水与蒸汽直接接触，对减温水的水 质要求较高 b 惯性小，调节灵敏，易于实现自动化
四、汽温的调节方法
既然影响汽温变化的因素，可分为烟气侧和蒸汽侧，我 们也可分别考虑从烟气侧和蒸汽侧对汽温进行调节。不 论从哪上侧来对汽温进行调节，对调节方法都有一个共 同的要求，就是： ①调节惯性或延迟时间要小，即灵敏 ②调节范围要大 ③结构简单可靠 ④对循环效率的影响要小 ⑤附加的金属和设备的消耗要少 ⑥尽可能起到保持金属的作用
第七章 锅炉蒸汽参数的变化特性与调节
§0 概论 各种型式和用途的蒸汽锅炉，其最终产品 都是具有一定温度和压力的蒸汽。 而蒸汽参数是设计人员按额定参数来设计 的，一般来说，锅炉在运行过程中，总是 希望锅炉在额定参数下工作。 要保证锅炉能在额定参数下工作，就必须 保证锅炉的其他工作条件符合设计工况， 例如，燃料特性，给水温度，过量空气系 数等。
B
烟气侧的影响
(i)燃料性质的变化
一方面： 对对流式过热器
A & w Qdw B j Vy wy id
y y
对辐射式过热器
A & w Tll Q f i f
y y
另一方面
A y & w y →污染严重→传热阻力增加→传热能力下降→汽温降低
若要继续增加减温幅度，只能更换大的 减温器。
面式减温在给水系统中的布置形式
①与省煤器并联
此时，因为通过减温器的给水流量随蒸汽 温度的波动变化，因此，会引起通过省煤 器的水流量阻碍波波动，如果，需要的减 温幅度较大，则通过减温的水量很大，这 时通过省煤器的的水量就会很小，影响到 省煤器工作的可靠性。 ②与省煤器串联 串联布置的缺点是引起进入省煤器的给水 温度升高，增加排烟温度，如果，要降低 排烟温度，就必须增加受热面。
Leabharlann Baidu
Tl '' Q↑ Bj↑ ↑ Qf↓
给水温度的降低一般总是导致过热汽温的升高。
一般tgs降低2℃，汽温约升高1℃，一般情况，给 水温度变化不大，如果高压加热器解列或未投入 运行，则汽温会升高很高，必须防止。
（iii）饱和蒸汽湿度的变化
若某种原因使饱和蒸汽的带水量即饱和蒸 汽的湿度大大增加，由于增加的水分在过 热器中汽化要多吸收热量，在燃烧工况不 变的情况下，用于使干饱蒸汽过热的热量 相应减少，因而将引起过热蒸汽温度下降。 （iv）减温水的变化 若系统采用减温器，当减温水的温度和流 量发生变化时，就会引起汽温相应变化。
A
烟气侧调节
原理：从烟气侧改变过热器或再热器的传 热特性，影响蒸汽的焓增，改变汽温。
途径： ①改变通过过热器的烟气流量，即试图改 变K； ②改变烟温，即试图改变温压。 特点：①蒸汽温度可以升高，也可以降低； ②不需要增加额外的受热面积；
③调节精度低，一般只能进行粗调节。
(i) 烟气再循环 原理：将锅炉尾部烟道中的一部分低温 烟气（250~350℃）通过再循环风机送 入炉膛，改变锅炉的辐射和对流受热面 的吸热量比例，从而调节蒸汽的温度。 汽温调节能力与烟气再循环量，送入炉 膛的位置，以及抽风点的位置有关。
①使过热器的钢材消耗量加大，还要额外消耗减温所需的 材料。
目前，中参数锅炉（2.5,3.9MPa）的汽温调节多采用蒸汽 侧调节，更高参数的锅炉多采用蒸汽侧和烟气联合调节的 方法。
减温器的布置位置及其优缺点
布置减温器是主要要考虑到灵敏性和保护 金属的作用两方面，显然有三种布置位置。 如果减温器布置过前，例如布置在所有各 级过热器之前，虽然能使第一级过热器都 处于较低温度的工作状态，过热器的金属 材料都处于较低温度的工作状态，过热器 的金属材料都能得到保护，但是，由于过 热器系统金属蓄热量大，会使得过热器出 口蒸汽温度的调节延迟太大，调节不灵敏，
总之，燃料性质的变化对汽温的影响是较为复杂的。
(ii) 过量空气系数
Tl Q f i f
辐射式过热器汽温下降
Vy wy K id
对流式过热器汽温上升 若在锅炉受热面中，以对流式过热器为主， 一般α增加，导致汽温增加（上述讨论是在 α已经在正常燃烧的前提下）。但不能利用 这一特性作为调节汽温的手段，α增加导致 锅炉的经济性下降。
辐射过热器
i f
Bj D
B jQ f D
D↑ Bj↑
const
Tl '' ↑ Ql
B jVC pj Tll Tl ''
Bj
Qf↓ i f
就是说，锅炉负荷对辐射式过热器的汽温影响和 对对流式过热器的汽温影响是相反的。如果锅炉 同时布置这两种过热器，若设计得当的话，就可 能使得过热蒸汽的温度变化与锅炉负荷无关，这 就是许多大型锅炉同时布置屏式过热器和对流过 热器的原因之一。
对于燃用灰熔点较低的燃料，考虑到结渣，腐 蚀的危险，上摆角度不能太大。
蒸汽侧调节 原理：利用减温器来降低过热蒸汽的焓，使汽温降低到需 要的温度。 特点： ①调节精度高 ②若布置合理，能起到保护过热器金属的作用，能使各蛇 形管中的蒸汽温度均匀 ③只能降低温度，为此就必须在设计时各布置全适量的受 热面。
此外，还有许多影响因素，如制粉 系统，燃烧器的型式和布置，煤粉 细度，配风方式，乏气位置等。运 行中，炉膛结渣，火焰中心移动， 炉膛上部或过热器区域发生局部再 燃烧，等。
三、汽温调节的必要性
蒸汽温度偏离设计工况，影响锅炉本身以 及有关设备的安全性和经济性，必须进行 调节，以获得稳定的蒸汽温度。 汽温过高，会加快金属材料的蠕变，还会 使过热器蒸汽管道等产生额外的热应力， 缩短设备的使用寿命，当发生严重超温时， 甚至会造成过热器爆管，在化学工业生产 工艺流程中，超温可能使化学反应失效， 在食品轻工生产工艺流程中，超温要能使 产品变得，甚至报废。
① 从炉膛底部送入时
炉膛温度水平下降，炉膛辐射吸热量减 小，结果是炉膛出口烟温几乎不变，由 于烟气流量增加，导致流速增大，烟气 侧的放热系数增加，对流传热量增加， 汽温升高。 额外收益：降低炉膛温度水平，降低炉 内氧浓度，抑制NOX的生成量，减少污 染，可防止水冷壁管内传热恶化
②
从炉膛上部烟窗附近送入时
汽温过低，会使汽轮机最后几级的蒸汽湿 度增加，对叶片的侵蚀作用加剧，严重时， 将会发生水击，威胁汽轮机的安全，还会 使得整个电厂的热效率下降，在化学工业 生产工艺流程中，蒸汽温度偏低，可能使 化学反应不完全，或根本不能进行。在食 品、轻工生产工艺流程中，蒸汽温度偏低， 会形成不合格的产品。
为此，各国都对蒸汽温度的允许偏差都明 确的规定，此外，还规定的允许汽温变化 速度，持续时间等。
从这个平衡关系中可以看出，影响汽温是 否变化的因素分别来自烟气侧和蒸汽侧。
一、影响过热汽温变化的因素 A蒸汽侧的主要影响因素
(i) 锅炉负荷
对流式过热器
id
B j Qd D

Bj D
KtH
D↑ Bj↑ Vy↑ Wy↑ α 1↑ K↑ i d
Tl
''
t ↑
' d
③同时设计炉膛上部和下部两组入口， 当负荷低时，从炉膛下部送入，起调温 作用，负荷高时，从上部送放，起保护 受热面的作用。
(a)再循环风机工作条件恶劣；
(b)使锅炉排烟热损失增加，锅炉效率略 有下降。
（ii）采用烟气档板 原理：把烟道分成两部分，利用档板开度的大 小来改变流过烟道中烟气流量，从而改变过热 器的吸热量。 优点：设备简单，操作方便
i
'' gq
ibq i Dgq BQgq

左端 将蒸汽过热到预定温度 所需的热量 右端 同时间接内由烟气传给 蒸汽的热量
因此，汽温是否发生变化，决定于流经过 热器的蒸汽量（包括减温水量）的多少和 同一时间烟气传给它的热量的多少。 如果在任一时间内能保持上述平衡，则汽 温将保持不变，当平衡遭到破坏时，就会 引起汽温发生变化，不平衡的程度越大， 汽温的变化幅度也越大。