1000MW直流锅炉汽压强度图谱分析.pdf

第 4 5卷第 1期 2 O l 4年 1月 锅 炉技术 B0I LER TECI {N0L0GY V0 l J 4 5，NO ．1 J a n ．，2 0 1 4 1 0 0 0 MW 直流锅炉汽压 强度 图谱分析 周 兴 ，梁 明仁 ，王 伟。 ，郑之 民 ，王春波 1 ．华北 电力大学 能源动力与机械 工程学院 ，河北 保定 0 7 1 0 0 3 ； 2 ．河北 大唐国际丰润热电有限 公司 ，河北 唐 山 0 6 4 0 0 0 摘要 应用直流锅炉汽压微分关 系式 ， 针对某1 0 0 0 MW 直流锅 炉 ， 定量 分析 了各影 响因子在典 型负荷下 对汽压 的影 响， 并绘制了影响因子强度图谱 。发现输入热量 、 燃煤 量 、 锅 炉效率 、 给水焓 、 给水量对 汽压的影响 最大 ， 而其他因素影响相对较小 。所得结论可为超 临界直流锅炉 的控制研究提供理论依 据及 指导作用 。 关键词 直流锅炉 ；汽压特性 ；影响因子 ；强度系数 ；图谱分析 中图分 类号 T K2 2 9 ． 2 文献标识 码 A 文章编号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 4 O 1 0 0 0 5 0 3 0 前 言 超临界直流机组在提高发 电效率 ， 节约能源 资 源 ， 减 少 污 染 等 方 面 具 有 很 大 的 优 势 。据 统 计 ， 现在亚临界机组的热力循环效率一般在 3 5 左 右 ， 超 临界 直流 机组 的热 力循 环 效 率 可 提 高 到 4 5 左 右 。根 据 我 国现 役 6 0 0 MW 亚 临 界 机 组 和超临界机组 的 比较 ， 其热耗 可降低近 8 0 0 k J ／ k Wh ， 发 电煤耗可 降低 4 5 g ／ k Wh l 】 ] 。由于超 临 界 直流锅 炉 没有 汽包 ， 造 成 汽 压 和 汽温 变 化 相 互 影 响 ] ， 汽压 特性 与汽 包 锅 炉 有很 大不 同l_ 3 ] 。机 组 的主蒸 汽压 力 参 数 对 机 组 的 安 全 性 和 经 济 性 能有着十分重要影 响『 4 ] ， 因此掌握直流锅炉汽 压特性的变化规律 ， 对于机组 的控制I 6 ] ， 经 济运 行 、 降低一次能源消耗 、 保 护环境具有重要 的实 际意义 。 本 文在 直流锅 炉 汽 压微 分 关 系 式 的基 础 上 ， 以1 0 0 0 MW 机组 配套无调节 的级汽轮机在纯 滑压条件下运行 为例， 借助汽压微分关 系式计 算 了相 关 影 响 因子 的 系数 。通 过 汽 压 影 响 强 度 系数 图谱 揭示 各影 响 因子 对汽 压 的影 响 强度 ， 为 机组 的运 行 和 汽 压 控 制 提 供 依 据 。本 文 方 法 也 可为其它类型机组的同类问题的解决提供参考 。 1 汽压 影响因素及微 分关 系式 由能量 守恒 、 质量 守恒 可 以得到 d p o M dX 1 p0 式 中 P 。 主汽压 ， MP a ； d 。 主 汽压 的增量 ， MP a ； d X 主 汽压相 对影 响 因子组 矩阵 ； M 压力 相对 影 响 因 子 的 系数 强 度矩 阵 M [ M。M2 ⋯⋯M ] 与 d X 一 一 对应 。 M 一 [ A A I A A A z A s A 1 r r zr ] d X 訾 d h d h d G d h ” 。 -- h 7 T 式 中 B燃煤量 ， t ／ h ； Q 输入锅炉热量 ， k J ／ k g ； 仇 l 锅 炉效 率 ， ； G， G ， G 主给水 流量 、 喷水量 、 再热 流量 ， t ／ h ； h ， h 给水 焓 、 喷水焓 ， k J ／ k g ； h z r ,, ， h z r , 再 热蒸 汽 出 口、 人 口焓 ， k J ／ k g 。 其 中系数 A ， A ， A。 为 1 去 r 纛 rp 收稿 日期 2 0 1 2 ～1 1 0 8； 修回 日期 2 0 1 30 8 3 0 基金项 目 河北省 自然基金 E 2 0 1 3 5 O 2 2 9 2 作者简介 周兴 1 9 8 7 一 ， 男 ， 硕士研究 生， 主要从事煤 的洁净燃烧技术方面研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锅 炉 技术 第 4 5卷 式 中 九 主蒸 汽焓 ， k J ／ k g ； r 一Q ／ Q - ， ， ． 一Q ／ Q 再 热蒸汽 吸 热份额和喷水吸热份额 ； Q Q。 相对于单位质量的燃料 ， 再热蒸汽 和 喷水 的吸热 量 ， k J ／ k g ； r 主蒸汽的吸热份额 ， r 一1 一 一 r D s r 。 2相对汽压强度 系数及强度图谱的定义 2 ． 1相 对 影响 因子 与相对 强度 系数 将影响直流锅炉汽压 的因素 锅炉燃煤 量， 输入热量 ， 锅炉效率 ， 给水量 ， 喷水量， 给水焓， 喷 水焓 ， 再热蒸汽流量 、 再热蒸汽吸热焓增 ， 定义为 影响因子 。其无 量纲相对变化量定义 为相对影 响因子如 d B ／ B。由此得 出与之对应的系数称为 相对 强度 系数 ， 即 M ～M。 。 2 ． 2 相对 强 度系数 图谱 的定 义 相 对 强 度 系 数 图 谱 ， 是 指 以 相 对 强 度 系 数 M ～M。 为纵 坐 标 ， 以 各 影 响 因 子 的 离 散 分 布 为横坐标 ， 建立起来 的相对强度系数和影 响因子 之 的关 系图 ， 它 分 为 2种 1 不同负荷下各相对强度系数条形图 ， 是 以各 影 响 因子 为 横 轴 ， 在 同 一 影 响 因子 处 ， 做 出 它在不同负荷下 的相对强 度系数及 其平均值 的 条形 图。通过 对 比 ， 可 以看 出各 相 对 强 度 系数 在 不 同负荷 下 的变化 趋 势 ， 同 时也 可 以对 相 同负 荷 下 各相 对强度 系数 的大小 进行 比较 。 2 不同负荷下相对强度 系数趋势 图， 将机 组各典型工况 的负荷作为横轴 ， 不 同负荷的影响 因子对 汽 压 影 响 的 强 度 系 数 连 成 一 条 折 线 。通 过 对 比 ， 可 以看 出不 同影 响 因 子强 度 系 数 随 负 荷 的变化 规律 。 3相对 强度系数分析 选 用东 方锅 炉厂 股份公 司 的 1 0 0 0 Mw 直 流 锅炉 喷 水 由省 煤 器 出 口 引 出 为 算 例 。 锅 炉 的 主要参数见表 1 。 表 1 锅 炉 主要设 计 参数 项 目 数值 1 0 0 TH A 7 0 THA 5 O TH A 3 O BM CR 最大连续蒸发量／ t h 过热器 出 口蒸汽 温度／℃ 过热 器出 口蒸 汽压力／ MP a 再热蒸汽流量／ t h 再热蒸汽进／ 出 口汽温／℃ 再 热 蒸 汽 进 ／出 口压 力 ／ MP a 省煤器进／ 出口水温／℃ 省煤器进 口给水压力／ MP a 过热器一级喷水量／ t h _ 1 过热器二级喷水量／ t h 喷水温度／℃ 喷水 压力 ／ MP a 实际燃 料消耗量／ t h 实 际计算热效率／ 煤低位发热量／ k J k g 1 8 33 ．6 6 05 1 9 ．7 O 1 55 4． 6 3 4 7 ／ 6 0 3 3 ． 2 O ／ 3 ． 0 9 2 6 9 ． 4 ／ 3 0 6 2 1 ．7 3 5 5 7 3． 3 3 O6 21 ． 52 2 64 ．2 9 4．1 3 2 1 1 1 0． 96 1 28 9． 8 6O 5 1 4． O3 1 1 15 ． 4 3 5 3 ／ 6 0 3 2 ． 3 O ／ 2 ． 2 2 2 4 8 ． 8 ／ 2 8 3 15 ． 51 38 ．7 51． 6 2 8 3 1 5． 3 19 6． 2 93 ．8 7 21 1 1 O． 96 9O 9． 9 6 O5 1 O ．O1 9 79 ． 5 3 5 6 ／ 6 0 3 1 ． 6 1 ／ 1 ． 5 6 2 2 9 ． 6 ／ 2 7 6 1 1． O 6 27 ．3 3 6． 4 27 6 l O． 85 1 40 ．9 9 3． 41 21 11 0 ．9 6 媾 橇 嚆 堍 ∞ ∞ ％ ．． 9 ． 6 ． 3 4 3 2 2 ． 3 5 9 5 ／ 4 ／ 3 i 3 1 0 ．． O 3 O ． 4 8 ／ 8 ． 9 3 ． 7 1 叭 啪 m ． 2 4 6 4 2 1 2 弘 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 周兴 ， 等 1 0 0 0 MW 直流锅炉汽压强度 图谱分析 7 结合式 1 ， 计算 出不 同工况下相对 强度 系 数结果如表 1 。将表 2的数据 ， 以负荷为横坐标 ， 各个系数 M1 ， M2 ⋯M9 为纵坐标。分别绘 制成 柱状 图 和 折 线 图 。就 可 以 明显 看 出 各 个 相 对 影 响因子强 度 系数 的相 对 大小 和随 负荷 的变 化 趋势 。 由表 1和图 1 ～2 可 以得 出以下 结论 1 在不 同负 荷下 ， 强 度 系数 M1 ～M7 ， 均 为 正， 说明相应的影响因子数值增加 ， 汽压上升。M8 一 M。 O即相应 的影响 因子增加 ， 汽压减 小 。M 、 M7 ， 相对于其他影响因子， 数值小一个数量级。在 进行分析时， 可以忽略不计， 不考虑其影响。 籁 越 骥 圜 寡 赫 靛 搽 嘿 圜 兽 醯 茛 M ， ， 坞 M 4 豳M 5 目蚝 衄 衄 f 8 ， 负荷， ％ 图 1 相 同负荷下 汽压 相对 强度系数条形图 { ～ 一 ， ， j 一心 1 一 鸭 j 二 二 一 心 1 一 坼 1 ～ 一慨 ， 3 0 5 0 7 0 1 0 0 负荷， ％ 图 2 不 同负荷下 汽压 相对 强度 系数趋势图 2 M ～M。 燃煤量 ， 输入热量 ， 锅炉效率 对汽 压 的 贡 献 最 大 ， 在 1 0 0 THA 工 况 下 为 1 ． 7 9 7 6 ， 即燃 煤量 ， 输入 热量 ， 锅 炉效率 相 对 变化 1 或 1 个 单位 ， 汽 压相 对变 化 1 ． 7 9 7 6个单 位。随负荷增加 ， 其影响效果减小 ， 这是 因为 ， 在 高负荷时， 燃煤量、 输入热量 和锅 炉效率与负荷 并不 是 成 线 性 的增 加 。输 入 热 量 通 常 可 以认 为 是燃料的低位发热量 ， 不随负荷变化 。锅 炉效率 在高负荷时有所提 高， 因此燃煤量 的增加要小于 负荷 的增 加 ， 由此 造 成 高 负 荷 时 ， 三 者 对 汽 压 的 影 响减 小 。 由 图 2发 现 ， 其 变 化 趋 势 近 似 成 直 线 ， 因此 在 之后 的计 算 中 ， 可 以通 过 2个 负 荷 下 的数值， 通过线性内插或外推就可方便的得 到任 意负荷下 的相对影响因子强度系数 。 3 M 、 M 给水 焓 、 给 水 量 对 汽 压 的影 响 次之 ， 分别为 0 ． 5 9 4 6 、 0 ． 8 0 5 1 。M1 是 的 2 ． 2 3 倍 ， 可见燃煤量较给水量对汽压的影响大。M4随 负荷变化不大， 即各个负荷给水量对气压 的影响 近似相等。在应用本方法进行计算时， 只需计算 一 个负荷下 M 数值 ， 就可对不同负荷下的数值进 行估算 。M 随着负荷近似呈线性关系， 实际应用 中， 计算 方法 与 M1 ～ 的计算 方法相 同 。 4 、 Mg 再 热 流 量 、 再 热焓 增 对 汽压 的 影响为负， 即再 热流量 ， 再 热焓增 增加 ， 汽 压降 低。在其他条件不变时 ， 再热流量增加 ， 将使得 主蒸汽流量减 少， 汽压 降低。再热焓增增 加， 则 主蒸汽吸热减 少， 汽温 、 汽压 降低 。但 二者均与 负荷近似呈线性变化 ， 在高负荷 时， 其 影响效果 更为 明显 ， 这是 由于高 负 荷 时 ， 再 热 流量 、 再 热 焓 增都 比低负荷时大。但对于滑压运行 的机组 ， 再 热焓增基本不随负荷变化口 ] ， 因此 M9 对 汽压 的 影 响可 以忽 略 。 4 结 语 1 采 用 直 流 锅 炉汽 压 微 分 关 系式 ， 通 过 定 量计算， 确定了影响直流锅炉汽压各个因素的强 度关系。发现燃煤量 ， 输入热量， 锅炉效率 ， 对给 水焓 ， 给 水量 对汽 压 的影 响 最大 。 2 M ～M。 燃煤量 ， 输入热量 ， 锅炉效率 以及 M 给水 量 随负 荷 成 线 性 变 化 ， 应 用 于 其 它机组时 ， 可以任 意计算 2个负荷下 的数值， 即 可得到任意负荷 的数值 ， 简化 了计算过程 。 下转第 8 O页 O 8 6 4 2 O 8 6 4 2 O 2 2 l l】1 l O O 0 O O 0 O 8 6 4 2 O 8 6 4 2 O 2 4 m ∞ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 O 锅 炉 技术 第 4 5 卷 s i m u1 a t e d u s i n g a g a s s o l i d t wo f l u i d mo de 1 ．The d r a g f o r c e s o f g a s s o l i d p ha s e s a r e pr e d i c t e d f r o m t he l o c a l s t r uc t ur e p a r a me t e r s of t h e de n s e a n d di l u t e pha s e s b a s e d o n t he mi ni mi z a t i on of t he e ne r gy c on s u m e d． Si m u l a t i o n r e s ul t s i n d i c a t e t h a t n on un i f or m c or e a n nul a r f l o w s t r uc t ur e c a n b e c a pt u r e d wi t h t he c l u s t e r b a s e d d r a g c oe f f i c i e nt mod e 1 ． Th e e f f e c t of o pe r a t i n g v e l oc i t y a n d t e mpe r a t u r e on r e a c t i o n p r oc e s s i s a l s o a na l y z e d ． Hi gh e r o xy g e n s or p t i o n r a t e s c a n b e a c h i e v e d b y l o we r g a s v e l o c i t y a n d hi g he r t e m p e r a t u r e ． Fun da m e n t a l kn owl e dg e o f m u l t i p ha s e r e a c t i v e f l ui d dy na m i c be h a v i o r o f t he g a s s ol i d f l o w i s e s s e nt i a l f or t he o pt i mi z a t i o n a n d op e r a t i o n of a c ou pl e d r e a c t o r f o r c he m i c a l l o op i n g c o m b us t i o n pr oc e s s ． K e y wo r d s a i r r e a c t o r ； c h e mi c a l l o o p i n g c o mb u s t i o n； n u me r i c a l s i mu l a t i o n 上 接 第 7页 3 M 给水焓 基本不 随负荷变化 ， 因此只 需计算一个负荷下的数值。 在 实 际运行 和控 制 中 ， 应 控 制可 能 引 起 这 些 量变 化 的参 数 。保持 汽 压 的稳 定 ， 并 且 可 以利 用 公式的相关系数进行估算 ， 为运行控制方案 的设 计提 供一 定 的参考 。 参 考文献 E l i张建玲 ， 彭敏 ， 徐湘 沪， 等．1 0 0 0 Mw 超 超临界火 电机组关 键技 术及调试策划E J ] ． 湖南 电力 ， 2 o 1 o ， 3 0 1 1 6 ． E 2 ]闫顺林 ， 曳前进 ， 孙轶卿． 超临界直流锅炉的过热汽温及其 影 M a p p i n g An a l ys i s f or I n t e n s i t y P r e s s ur e o n 1 0 0 0 MW 响 因素分析[ J ] ． 电力科学与工程， 2 0 0 9 1 6 6 6 8 ． [ 3 ]闫顺林 ， 张斌．直流锅炉运行特点及调节 问题[ J ] ． 节能 ， 2 0 0 8 1 1 3 7 4 O ． E 4 ]司瑞才．火 电机组 主要可控参数变化的耗差分析[ J ] ． 锅炉技 术 ， 2 O 1 2 ， 4 3 1 1 3 1 6 ． E 5 3闫顺林 ， 兰红颖 ， 申赫男 ， 等．主蒸汽压力变化对 机组煤耗率 的影响分析[ J ] ． 应用 能源技术 ， 2 0 1 2 8 3 3 3 5 ． [ 5 ]蔡杰进 ， 马晓茜 ， 廖艳芬．主蒸 汽参数耗差分析方法的 比较研 究_ J ] ． 汽轮机技术， 2 0 l 2 ， 4 8 1 3 1 3 4 ． E 6 3陈华东 ， 黄红艳．6 0 0 Mw 超临界直流锅炉 自动控制 系统的 特点及控制方案[ J ] ．锅炉技术 ， 2 0 0 6 ， 3 7 2 2 6 3 0 ． E 7 3沈士一 ， 等．汽轮机原理[ M] ． 北京 中国电力出版社 ， 1 9 9 2 ． Co e f f i Ci e nt S o f Ma i n St r e a m Su p e r cr i t i c a l Boi l er ZH OU Xi n g ，LI ANG M i ng r e n ， W ANG W e i ， ZH ENG Zhi mi n ，W ANG Chun b o 1 ．S c h o o l o f E n e r g y a n d P o we r En g i n e e r i n g ，No r t h C hi n a El e c t r i c P o we r Un i v e r s i t y ，Ba o d i n g 0 7 1 0 0 3，Ch i n a ； 2 ． He b e i Da n g Ta n g I n t e r n a t i o n a l F e n g r u n Th e r ma l Po we r C o ． ，L t d ．，Ta n g s h a n 0 6 4 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t M a i n St r e a m p r e s s ur e o f s u pe r c r i t i c a l b oi l e r d i f f e r e n t i a l r e l a t i o n i s u s e d t o c a l c ul a t i o n a 1 0 0 0 M W u n i t ．Qu a n t i t a t i v e a n a l y s i s t h e i n f l u e n c e o f d i f f e r e n t i mp a c t f a c t o r a t d i f f e r e n t l o a d ． F i n d i n g t h a t ， h e a t i n p u t ，c o a l c o mb u s t i o n q u a n t i t y ，b o i l e r e f f i c i e n c y，f e e d wa t e r e n t ha l p y a n d f e e d wa t e r q ua nt i t y ha s a gr e a t i nf l u e nc e on M a i n St r e a m pr e s s u r e， me a nwhi l e ot he r f a c t o r a f f e c t muc h s m a l l e r ．Co nc l u s i o ns g e t f r o m t hi s p a s s a ge c a n b e a gu i de l i ne o f S U p e r c r i t i c a l b o i l e r c o nt r o l a nd o pe r a t i o n． K e y wor ds s up e r c r i t i c a l bo 订e r ； s t e a m pr e s s u r e c ha r a c t e r i s t i c s； i mpa c t f a c t or ； i n t e ns i t y c o e f f i c i e n t s； ma pp i ng a na l y s i s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m