增大锅筒锅炉承受冲击负荷能力的研究
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2025-03-10
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增大锅筒锅炉承受冲击负荷能力的研究
上海发电设备成套设计研究所
王孟浩
摘 要
本文提出一种利用过热金属蓄热以增大锅筒锅炉承受 冲 击负待能力的系统的设想并分 析 了这种 系 统
的动态过程。文中还 分析了锅筒锅炉在外扰时 各 部分择放附加蒸汽能力 的 大小并提出了计算公式。
在孤立的电网 中,如果主要的用电负荷
有大幅度 的波动 ,那末发电机组 的功率也相
应 地 发 生大幅度的波动 ,这 就是所谓“冲击 负
荷”。一 些试验 结果指出,自然 循 环锅炉在承
受周期为分钟左 右的大 幅度周期性冲击负
荷时,水位 的波 动 幅度 最大 ,锅炉 出口的压
力和锅筒压力次之 ,汽 温 的波动最小,且有
分钟左右的延 迟 。锅炉 在 受 到 冲击负荷时
的动态过程 是 这样的在汽轮机进汽量的增
大超过锅炉的蒸发量 时 ,锅炉压力降低,从饱
和水 汽 和蒸发部分金 属中释放出 一部分蓄热
量 和 蓄质量来。并 由于 压力降低 ,蒸发系统
中汽 泡增多而使锅筒中水 位上升。同时由于
流过过热器 的蒸汽流量 增大,过热器金 属会
放出一 部分 蓄热量来。维持出口汽温基本 不
变。一般锅炉过 热器 的蓄热量有较大的富裕
,因为上述试验 结果表 明出 口汽温的波动 很
小。压力 波动 的本身一般危害性也不 大 ,但
压力波动造成的水位波动太大,给运行带来
一定的不安全性,且会 引起某些 下降管中的
带汽现象。因此如 能采 取某种措施减小锅 炉
在负荷变 化时 压 力 的变化速 度 ,就能 减小水
位变化 ,增大其承受冲击负荷的能力 。
锅筒锅炉每降低个大气压所释 放 出的
蒸汽量 可用下式计算
。,,,,下,、,、,、
一“砂“’
全占亏
井〔
公斤 〕’
式中等式右边 第一项表示降压 时 ,由于
饱和蒸汽膨胀而产生 的附加 蒸汽 量 第二 项
表示降压 时 由于 饱 和水 热焙 减小 释 出热量而
蒸发 的附加蒸汽量第三 项表 示降压时由于
过 热汽膨胀而产生的 出 口附加 蒸汽 量第四
项表示蒸发部分金属温 度 降低释出蓄热而 蒸
发的附加蒸汽量。如以一台吨时 高 压锅
炉为例 ,上 式 中的符号 及数据 为
“—
饱和 汽 容积。锅筒 内约米
水冷壁管内按 一半容 积 计约盯米〕
,共
约米
‘—
饱和水容 积 。锅筒内按一半容 积
计约 米 分 离锅筒内约「
米,水冷
壁管内按一半容 积计加上下降管 的全 部容积
共约米,共约 米 。
。—
过热汽容积。约 米 」
—
蒸发部分金属重量。锅筒部分
按与水接触部分的 计 算
约吨,加上水冷壁 系统全部
金属重量共约吨
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汽化潜热。在时为
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饱和水 密 度 。在时 为
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过热蒸汽平 均密度公 斤 米’
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蒸发量 约 占斋、‘二由饱 和汽
膨胀 所产生的附加蒸发量约 占会又‘
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故吨时锅 筒锅炉 的计算释放蒸汽
能力为
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二斗公斤
试验表明这个计算值与实测值是很接近
的。
分析吨 时锅 炉 降压时释放蒸 汽能
力 的各项数据可以看出其 中由饱和水降压
一‘,,,”, , ,、,二
所 产生的附加蒸 发量约占伟一 当
厅”一’
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由蒸 发段金属放出蓄热所产生 的附加
丝过热汽膨胀 的作用则 非 常小。可见
锅筒锅 炉在降压时所放出 的蒸 汽量主要依靠
饱和水,其次是蒸 发段金属。
要增加锅炉承受 冲击负荷 的能力 ,如果
从 自动控 制系统方 面来考虑 例如采用前馈
技术等方法虽有一定 的效果 ,但是有 限的。
关键在于燃 料系统 的延 迟和锅炉本身的 惰
性。燃料系统的延迟有 秒 一般仓储
制 为 秒左右 直吹制风扇磨为秒左 右
直吹制中速磨为秒左右 ,直吹制调煤
同时调节 风量 时为一秒。锅 炉本身 的
惰性则更大,由于燃料增加时锅炉的蓄热量
先要 增 大才能增加产汽量,所以从燃料开始
增加到 锅炉达 到新 的产汽 量 平 衡之间一般有
分钟 的时间锅 炉 蓄热能力愈大则降压
时释放蒸汽的能力亦愈大 ,但其加荷的时间常
数也愈 大 。因此对 于半周期小于分 钟
的周 期 性 冲击负荷来说,一般 的 自动控制系
统只能根据一定时间间 隔 内平均的负荷来调
节燃料量,而 改进锅炉承受冲击负荷 的能力
还应该从挖 掘锅炉本身 的潜 力方面来 找寻。
从式的分析可看出,锅炉在 降压时
释放蒸汽能力的大小主要决定 于饱 和水的储
量和蒸发部分的金属量 。但要 改变设计 结构
大幅度 地 增大这二部分储蓄能力 是 有困难
的。前面已提到,过热器金 属的蓄热量是很
有富裕 的 ,而 且 这 部分热量并未用来产生蒸
捷克陶列查尔教授‘早在十多 年前
就曾指 出这 部分蓄热能力可通 过 一 种调 压 喷 水来 产生
附加蒸汽并提出一种 用于直 流锅炉的调压喷 水 原则系
统 设 想 ,其作用是增大直流锅炉调频的能 力。
一一
汽而仅是 用来维持 出口汽温大致不变,因
此这部分储蓄能力的潜力 还 可 以 进 一 步挖
掘气现提出如图中的系统,用蓄水器配 合
自冷 凝 减温系统 在 过 热器 中间点喷水,可以
进 一步充分发挥过热器金属的蓄热,用来在
短时 间 内产生 蒸汽 ,以自动配合透平抽汽 量
的波动 。
中司重 型过 热 器 末级 过 热器
建议的增大锅炉承受冲击负荷能
力的系统示 意 图
如图所示,利用自冷 凝 喷水减 温 系统
中的凝水分 出一 部分水量进入一只蓄水器
中,再通过阀喷入布置在过热器中间 的文
氏管中。
过热器 的设计是这样的。第一级过 热器
出口的汽温过热到 足够的程度使在最大 的瞬
间喷水量时文 氏管出口不 致 降到 饱和温 度
如在 下过 热到斗,则 在 吨时
负荷时喷入吨 时饱和水理论 上 可 以全部
汽化。中间段过热器应布置在低热负荷区
以增大其金属量和金 属 蓄热能力。第一级过
热器出口文氏管所产生 的压 差 为 动,二,一
文氏管进口与喉口的压差。由于冷 凝
器与第 一 级 过垫器出口搜点之间有压差 ,
所以有一部分 冷 凝 的水量,进 入 蓄水 器中,
的大小用 阀来调节。在动的作用下,
蓄水器中的储 水通过 阀 流入文 氏管喉口中
去。在稳定工况时,由于,,故 蓄水器
中的水位一定比文氏管喉口低一个高度 而
且
沈
即稳态 时蓄水器中水位深度 与流过过 热器蒸
汽流量的平方成正比。
当蒸 汽 流量 从增大到,时。蓄水 器 中
水 位要降低 ,于是有一部分蓄水量就在短时
间 中喷入过热器中,吸收 过 热器 金属的蓄热
量产生附加蒸发量,
至 于这些水量喷入 过热器的动态 过程可
以从下 面 简化 的推导求得 其 大致 的规律。如
假定汽 轮机 抽 汽 量作一定 的冲击性变化则动
态过 程 比较复杂 ,所以下 面 的推导是以锅炉
蒸 发量作阶跃扰动为基 础 作简单的推导。
当因汽轮机抽汽量的变化使锅炉锅筒出
口的蒸发量从刀。
跃增到 时 ,文氏管压差
就从刁二。增大到 刁
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进入蓄水器的水量 将 从 ,。
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在此 瞬间,由于蓄水器 中水位尚未及变
敌理论 上喷水量在瞬间可达到的峰值
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