电厂锅炉过热器调节系统优化研究

张厚军

（山东电力建设第一工程有限公司，山东 济南 250102）

0 引 言

电能是满足各项基本社会服务的基础。锅炉是电厂的基本组成部分，实现电厂的能源转换，确保电厂的服务能力。锅炉服务过程中，为确保锅炉出口蒸汽的质量，可选择过热器调节系统，实现对蒸汽的处置，并减少排放污染，保障电厂的环保能力和节能能力。基于此，展开电厂锅炉过热器调节系统的研究，分析具体的优化。

1 过热器及调节系统分析

锅炉是一种能量转换装置，可将燃料能源转变为其他能源类型。电厂锅炉在具体的服务中，借助过热器提高锅炉汽水系统的功能。具体服务中，可以将饱和蒸汽加热成为具备一定过热度的过热蒸汽，经过过热器的处置，使得蒸汽具备更好的焓值，从而保障更高的做功能力，达到提升电厂热循环效率的目的。当前，随着机组容量的增加，蒸汽参数也会变高。这种情况下，过热器的作用更为突出，能增强锅炉的整体服务能力。

对于现代火电机组，锅炉容量显著增加，对蒸汽的参数要求更高。然而，在实际的锅炉工作中，受材料性能的制约，过热蒸汽的参数无法随意实现。因为在具体设置中需要保障管壁温度低于抗氧化温度。最佳温度为T，小于T会造成材料明显浪费，大于T会导致材料出现安全性问题。表1为几种常见材料的使用温度。

表1 常见金属材料的使用温度

在具体的过热器研究中，可结合实际情况，对锅炉过热器进行研究。可以发现，锅炉的过热器可以分为几种类型。

1.1 对流过热器

对流过热器主要借助对流热传递的方式，实现过热调节的目的。热能可以在液体或气体中传递，由于质点位置的移动，使温度趋于均匀。实际使用中，可将这类过热器放置于对流烟道内，主要是借助对流传热的方式吸收热量，再按照对流受热面的布置方式，实现垂直与水平的对流过热。

1.2 半辐射过热器

由于锅炉的相关工艺不断完善，锅炉的容量和蒸汽参数均明显提升。具体应用中，半辐射过热器可实现对烟气、炉膛内的热辐射等。但是，由于火焰辐射的干扰，导致偏差相对较多，且容易发生超温现象。为解决这些问题，可以采取如下几种措施：第一，对于外圈，为保障基本性能，可对材料进行优选，选择更优的材料类型；第二，调整外圈的管子长度，使之变得更短；第三，进一步优化外圈管子，促使管子交叉。

1.3 辐射过热器

辐射过热器主要布置在炉膛墙壁，实现对热辐射的吸收。其中，再热器属于一种中压过热器，配合辐射再热器，布置在水冷壁前墙和两侧墙，实现对炉膛内辐射的吸收。

2 电厂锅炉过热器调节系统中影响过热蒸汽的变化因素

结合实际情况，对过热蒸汽气温的影响因素进行分析，提升锅炉的整体可靠性。

2.1 锅炉负荷

过热器调节系统中，过热蒸汽拥有一般对流气温特性。可以理解为随着锅炉负荷的上升，气温随之上升，负荷下降，气温也随之下降。但是，如果过热器系统具有辐射特性，则会出现相反的结果[1]。半辐射受热面因为同时吸收辐射与对流热量，气温随负荷的变化相对较小。需要注意的是，因为负荷的变化，再热器入口的气温也会随之发生变化。但是，再热气出口气温的变化比过热器多。

2.2 过量空气系数和减温喷水

在具体的锅炉工作中，炉膛温度水平下降，同时辐射传热减弱，辐射过热器出口汽温明显降低。对于对流过热器，则受到燃烧的热影响。在喷水温度中，加入减温喷水后，沿汽水回路长度的工质温度特性，如图1所示。

图1 加入减温喷水后沿汽水回路长度的工质温度特性

图1 中，A为没有减温喷水，B为有减温喷水，C为加大减温喷水。由图1可知，在T1时刻内，C的温度最大；T2时刻内，三者温度非常接近。

2.3 给水温度

给水温度和汽温有直接的联系。随着给水温度的升高，产生蒸汽量的燃料会相应减少，燃烧的产物容积也不断减少，烟气流速下降显著，同时炉膛出口烟气温度也会下降，最终使过热汽的温度的下降。实际的电厂运行过程中，如果高压加热器发生故障，将无法正常工作，会使给水温度下降，最终造成出口汽温显著上升。

2.4 燃料性质

燃煤的水分和灰分影响着发热量。其中，燃煤中的灰分和水分量过多，会导致发热量显著下降。为综合提高锅炉的蒸发量，必须增加燃煤的使用量。但是，这样会造成烟气容积发生变化。同时，水分的蒸发和灰分本身的温度提高，需要吸收锅炉内部的热量，会造成锅炉内温度水平明显下降，降低传热[2]。水分较多，也容易造成烟气容积增多，烟气速度增高，对流传热量增加，导致出口温度升高。

2.5 受热面结渣与火焰中心高度

过热器的受热面如果发生积灰或结渣的情况，会导致炉内辐射传递热量减少，进入到过热器内部的烟温度增高，使得过热汽温上升。如果积灰和结渣较为严重，会导致汽温下降。

3 电厂锅炉过热器调节系统优化研究

结合实际情况，分析电厂锅炉在实际工作中对电厂锅炉过热器调节系统的优化措施。

3.1 汽温的调节优化

结合实际情况，对电厂锅炉过热器调节系统的汽温进行优化与控制，旨在保障蒸汽与汽温的效果，突出过热器温度调节系统的可靠性。

3.1.1 提高屏过后温度

优化改进中，使锅炉炉膛烟气先度过半辐射屏式过热器，然后配合末级再热器。这种优化方式可实现对换热量的控制，尤其是在负荷稳定的前提下。此外，需注意对管壁超温的控制。

3.1.2 调整风量

过量空气系数，需注意供养量大小和送风机喘振。具体的优化中，选择正宝塔培风，并控制出口两侧的烟温度偏差。如果气温发生变化，应做好监控与调整，再进行相应的影响因素与变化联系。

3.2 蒸汽调节控制系统的优化

在过热器调节系统优化中，需要对蒸汽调节控制系统进行优化。为确保管子外壁的温度低于钢材耗氧温度，需要在过流器前布置大量对流蒸发管束。结合锅炉的基本情况，可以发现炉膛的辐射热和气化潜热存在差异。如果实际情况需要，可将一些过热受热面布置到炉膛内部。结合具体的锅炉容量和蒸汽压力情况，将过热器和再热器布置到更高的区域，进而达到吸热量的比例。

在具体的再热器调节系统中，由于再热器出口气温受到进口汽温的影响，通常情况下主要通过设置辐射过热器达到吸收直接辐射热的目的。还可以完成对烟气对流放热的吸收，进而达到保障锅炉工作安全系数的效果。

3.3 蒸汽系统的优化

为实现系统的优化，需要预先展开对系统模型和数据的分析。结合锅炉系统的基本功能，蒸汽系统的主要任务是将锅炉所产生的蒸汽按照压力要求传送到相应的操作装置中。在具体的模型分析中，可借助Simulink工作实现曲线绘制，由模拟实验得到蒸汽压力与回油量、喷油量的关系[3]。此外，可以通过提高循环效率，借助喷水减温的方式实现，结合所采集的实时数据，调整喷水减温，实现定性定量的研究，进而完成对蒸汽系统的控制与优化。

在具体的蒸汽系统运行过程中，需要注意相关事项。应保障汽温的稳定，避免汽温发生大波动。运用相应的温度调控方案，保证温度维持恒定，处于额定汽温范围。此外，需要注意对平行管之间的热偏差，控制管子直径在45～65 mm，最终实现对系统的优化与控制。

4 结 论

研究分析电厂锅炉过热器调节系统，先分析具体系统的详细内容，包括具体过热器类型及其他相对内容，再结合实际情况对影响汽温的主要因素进行分析，主要需要注意受热面结渣、火焰中心高度、给水温度、燃料性质等。此外，详细研究具体电厂锅炉过热器调节系统优化措施，包括对汽温的调节优化、蒸汽系统的优化等，提高电厂锅炉的可靠性，实现对温度损失的处置，降低锅炉能耗，提升电厂的服务能力。