如何提高火焰炉内有效传热？急哦，请不吝赐教

如何提高锅炉的热效率？~

提高加热炉的热效率主要有以下措施：
（l）减少热损失
①加强管理、制订合理的操作规程。
②控制“三门一板、降低炉子的过剩空气系数。
③采用自控系统、计算机操作。
④采用氧化锆表控制辐射室的氧含量。
⑤减少炉壁散热损失。
（2）利用对流室多吸收热量
①对流室采用钉头管或翅片管。
②设置吹灰器。
③增加对流管或适当加长对流管。
④对流室内壁采用折流砖。
⑤纯辐射炉加对流室。
（3）增设余热回收系统
①采用回转式空气预热器。
②对流室采用冷进料。
③增设固定式空气预热器一钢管、铸铁管或玻璃管。
④采用热管式空气预热器。＿ 一。
③采用循环式热载体预热空气。
③采用废热锅炉。
（4）其他方法
①装设暖风器来预热燃烧空气。
②采用强制送风或大能量高强度燃烧器。
③多烧炼厂废气消灭火炬。

本课题是中石化总公司重点攻关项目"加热炉能级分析方法研究及节能新技术开发"及与中石化总公司金陵分公司合作项目"新型焦化炉专用油气联合燃烧器的研制"的部分研究内容.目的是深入研究燃烧器燃烧火焰的控制方法,探索火焰形态与辐射传热效率的规律,综合掌握管式加热炉内湍流流动、燃烧和传热过程特性,开发管式加热炉相关的节能降耗技术.为此,本文采用了实验与数值模拟相结合的方法,对气相燃烧器火焰控制,燃油燃烧器开发,燃烧火焰的辐射传热能力,管式炉内湍流流动、燃烧、传热,炉管内多相流动与传热等方面,以燃烧器—炉膛—炉管为研究路线,进行了较为细致完整的研究. 验证了模拟旋流燃烧过程的数学模型,考察了不同旋流数和不同热负荷工况下空气旋流燃烧特性,获得了计算区域内速度、温度、组分浓度分布以及火焰形态特性的详细信息.计算结果表明随旋流数增大,燃烧火焰高温区域变短变宽,火焰形态变化明显,可见调节旋流数是控制火焰形态的有效方式之一;同时热负荷的变化对旋流燃烧火焰形态变化有较大影响,随热负荷增大,燃烧火焰高温区域变长,宽度略有增大,因此对实际运行的工业炉特别是管式加热炉,在考虑火焰与炉型匹配方式方面,也需考虑热负荷变化的影响. 针对液雾燃烧特点,对燃油燃烧器喷嘴进行了流量特性和雾化特性实验,获得了相对最优的喷嘴结构数据. 根据火焰辐射传热的基本规律,利用离散坐标辐射传热数学模型,采用自定义火焰辐射体形状的方法,考察了多种工况下火焰的辐射传热能力,结果表明:随火焰辐射体高度增大,辐射传热效率先增大后有所降低,通过对火焰高度与辐射传热效率关系的关联,认为火焰高度为炉管高度2/3是一较理想的高度. 在研究了燃烧器单火焰气相燃烧的基础上,进一步考察了管式加热炉内多火焰燃烧及传热过程特性.采用k-ε湍流模型、非预混燃烧模型和离散坐标辐射传热模型,建立了模拟延迟焦化炉内湍流流动、燃烧和传热过程的综合数值模拟计算模型,利用数值模拟的方法对焦化炉辐射室进行了多火焰燃烧及传热的三维耦合计算,对炉膛内燃烧过程、火焰辐射传热及烟气对流传热过程、管壁固体的热传导过程、管内介质的吸热过程进行了完整的数值计算,并对炉内不同的燃烧器排布方式工况进行了计算和分析;研究结果表明:通过采用合理的炉膛内燃烧器排布方式改善了炉膛内流场结构,一方面增强了炉管表面热流和温度分布的均匀性,防止局部过热,另一方面辐射室热效率有所提高,大致提高2-3个百分点. 建立并且验证了管内气液两相泡状流流动模拟的计算模型,进而研究了多种参数工况下,气液两相泡状流流动传热特性,在此基础上,建立了管内液体水相变过程模拟的数学模型,对液体水蒸发相变过程进行了探索性研究.

几个方面
1、增加热交换面积。 例如增加水冷壁面积、加大热交换通道尺寸。
2、合理的对流方式
3、热交换表面热传递的有效性；防止结焦、保持清灰流畅。
4、热交换的温度阶梯传递；再热利用，热风回炉等方式

锅炉汽温的控制与调整

在电力工业的长期发展过程中，蒸汽参数不断提高，这提高了电厂热力循环的效率。但是蒸汽温度的进一步提高受到必须采用价格昂贵、抗热强度及工艺性能差的高温钢材的限制，故目前绝大多数电站锅炉的过热汽温和再热汽温在．540℃~555℃的范围内，本锅炉的过热汽温和再热汽温均选择541℃。

锅炉正常运行过程中，过热汽温和再热汽温偏离额定值过大时，会对锅炉和汽轮机的安全或经济运行带来不良的影响。

汽温过高时，将引起过热器、再热器、蒸汽管道及汽轮机汽缸、阀门、转子部分金属强度，
降低，导致设备寿命缩短，严重时甚至造成设备损坏事故。从以往锅炉受热面爆管事故的统计情况来看，绝大多数的炉管爆漏是由于金属管壁严重超温或长期过热造成的。因而汽温过高对设备的安全是一个很大的威胁。

蒸汽温度过低时，则会使汽轮机最后几级叶片的蒸汽湿度增加，严重时甚至还有可能发生水击，造成汽轮机叶片断裂损坏。此外，汽温过低时还将造成汽轮机转子所受的轴向推力增大。凡此种种，均将严重威胁汽轮机的安全运行。当蒸汽压力不变时如发生汽温降低，还将造成蒸汽焓下降，蒸汽作功能力降低，使汽轮机的汽耗增加，机组热力循环效率下降。所以汽温过低，不仅严重影响设备的安全性，而且还将对机组运行的经济性带来不良的后果。

过热汽温和再热汽温如发生大幅度变化，除使锅炉管材及有关部件产生较大的热应力和疲劳外，还将引起汽轮机转子与汽缸间的差胀变化，严重时甚至可能发生叶轮与隔板的动静摩擦，造成汽轮机的强烈振动。汽温两侧偏差过大时，将使汽轮机汽缸两侧受热不均，热膨胀不均，威胁机组的安全运行。

因此，锅炉运行中，在各种内、外扰动因素影响下，如何通过运行分析调整，用最合理的方法保持汽温稳定，是汽温调节的首要任务。

一、锅炉受热面的传热特性

锅炉的受热面，按传热方式一般可分为辐射受热面、半辐射受热面和对流受热面三种类型。水冷壁蒸发受热面，前屏及包复管受热面等，由于辐射换热量占主要成份，一般属辐射受热面；后屏过热器一方面吸收烟气的对流传热，另一方面又吸收炉膛中和管间烟气的辐射传热，属半辐射受热面；省煤器及对流烟道中的过热器、再热器等受热面由于对流换热量占主要成份，一般属对流受热面。

随着锅炉负荷的变化，炉内辐射传热量和对流传热量的分配比例将发生变化。当锅炉负荷增加时，对流受热面的传热份额将增加，辐射受热面的传热份额相对减少，而半辐射受热面则影响较小，见图4-2-1。

锅炉负荷增加时，炉膛温度及炉膛出口烟气温度均将升高，由于炉膛温度的提高，总辐射传热量将增加；但是炉膛出口烟温的升高，又表示了每千克燃料在炉内辐射传热量的相应减少。所以锅炉负荷增加时，辐射吸热量增加的比例将小于工质流量增加的比例。也就是说，随着锅炉负荷的增加，辐射受热面内单位工质的吸热量将减少，使锅炉辐射传热的份额相对下降。

锅炉负荷增加时，一方面由于燃料量、风量相应增加，烟气量增多，使流经对流受热面的烟气流速增加，从而增大了烟气对管壁的对流放热系数；另一方面由于炉膛出口烟温升高，使烟温与管壁温度的平均温差增大，导致对流吸热量增加的比例大于负荷增加时工质流量增加的比例，使对流受热面内单位工质的吸热量增加，锅炉对流传热份额上升。

此外，对流受热面内工质的负荷一汽温特性变化率还与受热面所处烟气温度的高低有关。受热面布置在远离炉膛出口处时，汽温随锅炉负荷增高而上升的趋势将更加明显。对于布置在高烟温区的对流受热面，由于烟气辐射吸热所占比例较大，使其在负荷变化时汽温变化较小，特性曲线近似于半辐射受热面而显得比较平坦。

对于半辐受热面，由于它同时以辐射和对流两种方式传热，锅炉负荷升高时辐射传热减少而对流传热增加，负荷降低时则反之，因而总的传热量将变化不大，使锅炉负荷变化时半辐射受热面内工质温度的变化比较平稳。

为改善过热汽温的变化特性，目前大容量高参数锅炉过热器的布置大多采用联合式过热器，即整个过热器由若干级辐射、半辐射和对流过热器串联组成，例如本锅炉采用一级屏式过热器和二级过热器串联而成，前者为辐射受热面，后者为半辐射受热面。由于布置得当，当负荷在较大范围内变化时均可得到相当平稳的汽温变化特性，在30％MCR至100％时
MCR时，过热汽温仅从535℃升至541℃，变化相当小。

再热器根据其特性，以往大多采用对流布置型式。为了改善低负荷(尤其是机组热态启动阶段)及变工况时的再热汽温特性，本锅炉的再热器采用半辐射和对流受热面串联组成的联合型式，结合再热汽温的调节手段，再热汽温在50％MCR至100％MCR之间均能稳定在541℃的设计值。
二、汽包锅炉过热汽温的控制与调整

l、影响汽包锅炉过热汽温变化的因素
(1)燃料性质的变化

锅炉运行中，经常会碰到燃料品质发生变化的情况，当燃烧品质发生改变时，燃烧的发热量、挥发分、灰分、水分和灰渣特性等都会发生变动，因而对锅炉工况的影响比较复杂。当燃料中的灰分或水分增大时，其可燃物质含量必然减少，因此燃料的发热量及燃烧所需要的空气量和燃烧生成的烟气量等均将降低。这一变化，可以从燃料量及风量未变时炉膛出口氧量增大这一现象上反映出来。在燃料量不变的情况下当灰分或水分增大时，由于燃料的发热量降低，将使燃料在炉内总放热量下降，其后果相当于总燃料量减少，在其它参数不变的情况下，必将造成过热汽温的下降。如需保持过热汽温和锅炉出力不变，必须增加燃料量保持炉膛出口氧量不变方能达到。

当燃煤的水份增加时，水份在炉内蒸发需吸收部分热量，使炉膛温度降低，同时水份增加，也使烟气体积增大，增加了烟气流速，使辐射式过热器的吸热量降低，对流式过热量增加。必须指出，燃料中的水分增大时，如通过增加燃料量保持炉膛出口氧量不变，则炉膛温度、辐射受热面的吸热量可保持不变，但由于烟气的容积和重度是随水分相应增加的，所以烟气的对流放热将增大。

当煤粉变粗时，燃料在炉内燃烬时间延长，火焰中心上移、汽温将升高。
(2)风量及其配比的变化

锅炉在正常运行中，为了保证燃料在炉膛内完全燃烧，必须保持一定的过剩空气系数，即保持一定的氧量。对于燃煤锅炉，炉膛出口过剩空气系数一般控制在1．25左右。

风量变化对过热汽温变化的影响速度既快且幅度又较大。在炉内燃烧工况良好的情况下如增大风量，由于低温冷风吸热，炉膛温度将降低，使炉膛出口烟温升高。对于汽包锅炉，由于炉膛温度降低，水冷壁辐射吸热量减少，使产汽量下降；另一方面由于风量增大造成烟气量增多，烟气流速加快使过热器对流吸热量增加。由于流经过热器的蒸汽量减少了，但过热器的总吸热量增加，造成了汽包锅炉过热汽温的升高。

如果在炉内燃烧工况不良的情况下适当增加风量，由于克服了缺氧燃烧，使化学不完全燃烧及机械不完全燃烧损失大大降低，增强了炉内辐射传热和对流传热，使汽包锅炉的蒸发量和过热器总吸热量均增加，最终过热汽温的升高与否将视两者的比例情况而定。

在总风量不变的情况下，配风工况的变化也会引起汽温的变化，如果配风使火焰中心降低，炉膛出口烟温相应下降。反之，炉膛出口烟温将升高。

(3)燃烧器运行方式的变化

在锅炉运行中，炉膛火焰中心位置的变化将直接影响到各受热面吸热份额的变化。当火焰中心上移时，将造成辐射受热面吸热减少、对流受热面吸热增加，其影响结果与风量增大相似，也就是说，将使汽包锅炉过热汽温上升。

影响炉膛火焰中心位置变化的因素很多，如：运行燃烧器的位置、上下燃烧器负荷的分
配、上下二次风门开度的变化、炉膛负压的高低、炉底漏风的大小、煤粉细度、一次风管内风粉混合物的温度、燃料的品质、炉膛热负荷的高低、燃烧情况的好坏等。因此，锅炉燃烧是一个相当复杂的物理化学过程，要搞好燃烧调整，必须经过各方面的综合分析和考虑方能奏效。应当指出，火焰中心过于偏上，将严重威胁前屏的安全运行，并对锅炉运行的经济性带来不利的影响。因此，运行中应确保屏式过热器处无明火冲刷。

锅炉运行中，若由于受到某种扰动因素的影响使炉内燃烧工况变差时，将使锅炉的化学不完全燃烧损失q3及机械不完全燃烧损失q4增加，而使炉内热负荷及锅炉效率降低。此时，若给水流量、减温水流量和主蒸汽压力等参数不变，则主蒸汽温度及各段汽温必然下降。

(4)给水温度的变化

给水温度的变化对锅炉过热汽温将产生较大的影响。在汽包锅炉中，给水温度升高，过热汽温将下降。这是因为当其它参数不变而给水温度升高时，将使汽包锅炉的蒸发量增加，过热器内工质流量上升。

(5)受热面清洁程度的变化

受热面积灰或结渣是燃煤锅炉最为常见的现象，由于灰；渣的导热性差，造成积灰或结渣部位工质吸热量的减少和各段烟温的变化，使锅炉各受热面的吸热份额发生变化。汽包锅炉发生水冷壁结渣时，锅炉蒸发量将下降，并因炉膛出口烟温上升，造成过热汽温的升高。汽包锅炉过热器部分发生结渣时，由于锅炉蒸发量未变但过热器吸热量减少而导致过热汽温下降。因此，对于汽包锅炉而言，过热汽温的变化，应视积灰或结渣的部位而定。

一般来说，锅炉受热面的积灰或结渣是一个比较缓慢的过程，因此对过热汽温的控制和调整不会带来复杂性。但运行中如发生大块焦渣塌落，则有可能构成汽温突升或两侧偏差剧增等突发性事件。此外，进行受热面吹灰工作时，也应作好汽温突变的事故预想。

(6)锅炉负荷的变化
炉膛热负荷增加时出口烟温升高，对流过热器吸热量增大，辐射过热器吸热量降低。

(7)饱和蒸汽温度及减温水量的变化

从汽包出来的饱和蒸汽含有少量的水份，在正常工况下饱和蒸汽的温度变化很小。但由于某些原因造成饱和蒸汽温度的较大变化时，则将对汽温的变化产生较大的影响。例如汽包水位突增时，蒸汽带水量将大大增加，由于这些水份在过热器中需吸热，因此在燃烧工况不变的情况下，过热汽温将降低。

在用减温水调节汽温时，当减温水温度或流量发生变化时将引起蒸汽侧总热量的变化，当烟气侧工况未变时，汽温便将发生相应的变化。

2、自然循环汽包锅炉过热汽温的控制与调整。

本汽包锅炉采用一级减温器作为过热汽温的主要调节手段，最大减温水量220t／h，MCR下减温水量85．68t／h，装设在屏式过热器的进口。在紧急情况下，可以用装设在屏式过热器出口的二级减温器进行过热汽的汽温调节。

(1)锅炉正常运行工况下如出现汽温变高时，应开大减温水，并注意观察减温后蒸汽温度的变化，减温水操作应缓慢切不可猛增猛减，以免造成汽温的大幅度波动。

(2)当工况发生变化，减温水已不能满足汽温调节的需要时，则可通过降低或升高炉膛火焰中心来达到调节汽温的目的。对于本锅炉，可采用改变燃烧器的组合方式或运行燃烧器位置，增加或减少上、下层燃烧器的二次风量等方法。

(3)发现汽温降低时，应及时加强对过热器的吹灰；发现汽温升高时，则应加强对炉膛水冷壁及省煤器的吹灰，并在确保燃烧完全的前提下尽量减少锅炉的总风量。

总之，在汽温调节中，首先应通过燃烧调整，力求做到火焰不偏斜、避免出现局部结焦的现象，然后对过热汽温进行细调。当减温水量在确保各级管壁温度不超限的情况下，已无法使汽温平稳调节时，则应从燃烧调整的角度来考虑调温的措施与方法。
三、锅炉再热汽温的控制与调整

目前我国600MW机组配套的锅炉，不论采用何种形式，都装设有再热器系统。这是为了适应大容量锅炉蒸汽初参数不断提高的需要。因为蒸汽初压力提高后如不相应提高初温度，蒸汽在汽轮机膨胀终了的湿度就会过高，这不但影响汽轮机运行的安全性，还将使汽轮机的相对内效率降低，严重时还将造成汽轮机末几级叶片受到侵蚀损坏。为了保证乏汽湿度在允许的限度内，就应在提高蒸汽初压的同时，相应提高蒸汽的初温度。但是提高蒸汽的初温度又受到锅炉过热器、汽轮机高压部件和主蒸汽管道等金属材料的限制。解决这一问题的有效方法就是采用蒸汽中间再热。

再热蒸汽参数的选择是由热力系统的技术经济比较确定的。为了寻求最大的经济效果，再热器温度通常等于或稍大于过热蒸汽温度，再热蒸汽压力一般为过热蒸汽压力的1／5左右。本锅炉的再热汽温为541℃，汽压为3．75MPa。因此，再热汽温的控制与调整对整个机组的安全、经济都具有极其重要的意义。

1、再热汽温的特性
由于再热器在结构和布置上的特点，决定了其汽温具有以下特性：

(1)由于再热器具有较大的容积，工质在其中的流速较慢，且它又布置在烟气低温区使烟气侧的传热温差小，因而工况变化时再热汽温变化的迟滞时间较长。

(2)再热蒸汽压力低、比热小，因而单位工质在相同的吸热量变化时再热汽温将比过热汽温变化大。再热器对流部分布置在较低烟温区域，由于对流受热面的传热特性及再热蒸汽比热小的特点，使再热汽温的影响则较小。

(3)再热汽温对热偏差比较敏感。因为它压力低、比热小，在同样热偏差条件下，再热汽温的偏差将比过热汽温要大。

(4)再热器的运行工况不但受锅炉运行工况的影响，而且还受汽轮机运行工况的影响。再热蒸汽的流量不但随机组负荷而变化，还将受汽轮机一、二级抽汽量的大小及锅炉安全门、排汽阀启闭状态的影响。机组在定压方式下运行时，汽轮机高压缸排汽温度，即低温再热器进口温度，将随机组的负荷变化有较大幅度的变化。再热器进口温度及工质流量的变化均将造成再热汽温的变化。

2、影响再热汽温变化的因素
再热器由于结构和布置上的特点，决定了影响再热汽温度变化的因素很多。归纳起来，主要有以下方面：

(1)高压缸排汽温度变化的影响。

在其它工况不变的情况下，高压缸排汽温度越高，则再热器出口温度将越高，机组在定压方式下运行时，汽机高压缸排汽温度将随着机组负荷的增加而升高，过热汽温的升高，也将造成高压缸排汽温度的升高。另外，主蒸汽压力越高，蒸汽在汽轮机中作功的能力就越大，绝热焓降亦越大，高压缸排汽温度则相应降低。此外，汽轮机高压缸的效率，一、二级抽汽量的大小等，均将对高压缸的排汽温度产生影响。

(2)再热器吸热量变化的影响
锅炉运行时，再热器吸热量越多，工质焓增越大，再热汽温将越高。影响再热器吸热量变化的因素较多，通常为：

A、锅炉燃料量或燃料低位发热量的变化。燃料量越多或燃料的低位发热量越高，炉内热负荷及烟气温度越高，则再热器的吸热量就越多。

B、流经再热器的烟气量的变化。对于再热器呈对流特性的部分，当流经再热器的烟气量越大时，再热器处烟气流速越高，则再热器的吸热量就越大。

C、锅炉负荷变化时再热器吸热份额的影响。锅炉负荷降低时，辐射受热面的吸热比例增加，作为对流受热面布置的再热器，吸热份额将减少；反之，锅炉负荷升高时，对流式再热器的吸热份额将增加。

D、燃烧工况变化的影响。在锅炉运行中，如炉膛火焰中心上移，将造成后部烟道烟温升高，对流式再热器的吸热量将增加。

E、锅炉受热面积灰或结渣的影响。当再热器前受热面积灰或结渣时，将造成再热器处烟温升高，使再热器吸热量增加。当再热器受热面本身积灰或结渣时，吸热量减少。

(3)再热蒸汽流量变化的影响

在其它工况不变时，再热蒸汽流量越大，则再热器出口温度将越低。机组正常运行时，再热蒸汽流量将随着机组负荷、汽轮机一级抽汽或二级抽汽量的大小、吹灰器的投停、安全门、汽机旁路或向空排汽阀状态等情况的变化而变化。

(4)再热减温水流量变化的影响
在其它工况不变时，再热减温水流量越大则再热汽温越低。
3、再热汽温的调节方法

本锅炉再热汽温的调节，采用烟气挡板调节、改变炉膛火焰中心的高度、减温水调节等方法。
(1)烟气调温档板的调节

烟气调温挡板布置在尾部对流烟道的省煤器之后的竖井中，通过对烟气调温档板的调节，可改变流经再热器的烟气量，从而达到调节再热汽温的目的。为了保证足够的烟气通流截面和较好的调温效果，正常运行中，同-侧再热器和过热器烟气档板作反向调节，即再热器烟气档板关小或开大时，同一侧的过热器烟气档板应同时开大或关小相等的开度，使两者开度之和始终保持100％。

(2)改变炉膛火焰中心高度，可以改变辐射和对流受热面的吸热比例，从而达到调节再热汽温的目的。影响炉膛火焰中心高度变化的因素很多，如需降低炉膛火焰中心高度时，可降低上层燃烧器的负荷和增加下层燃烧器的负荷、适当降低炉膛负压、增大上面的二次风并减少下面的二次风等，对于呈对流特性的再热器，炉膛火焰中心降低时再热汽温将降低；反之，炉膛火焰中心抬高时则使再热汽温升高。

(3)再热减温水调节

喷水减温结构简单、调节方便，调温幅度大，惰性小，但它的使用将使机组的热力循环效率降低。这是因为，便用喷水减温，将使中、低缸工质流量增加，这些蒸汽仅在中、低缸作功，就整个回热系统而言，当机组负荷不变时，限制了高压缸的出力。因此，虽然它在调温方面有很多优点，但一般都不将其作为主要调温手段，而是采用与其它调温方式相配合，作为辅助微量细调之用和在事故情况下的应急之用。微量喷水还被用来作为调整各回路热偏差的手段。

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