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摘要：随着现代火力发电的发展，机组温度、压力等各项参数不断提高，机组容量日趋增大。直流锅炉已成为未来火力发电厂锅炉发展的主要机型。其具有节省投资、降低发电煤耗、节能减排等诸多优点。本文通过大量的实验，分析直流锅炉给水流量对汽水界面及蒸汽温度的影响和两者之间的关系；归纳汽水界面及蒸汽温度的变化对锅炉各受热面材料和蒸汽质量的影响。为直流锅炉的安全运行提供理论依据。

Abstract： With the development of modern thermal power， the temperature， pressure and other parameters of the unit continue to improve， the unit capacity is increasing. DC boiler has become the main model of boiler development in the future thermal power plant. It can save investment， reduce coal consumption for power generation， and has the advantages of energy saving and emission reduction and so on. Through a lot of experiments， this paper analyzes the effect of water-feed flow of DC boiler on the steam-water interface and steam temperature and the relationship between the two， sums up the effects of the changes of steam-water interface and steam temperature on the material of the heating surface and steam quality of the boiler to provide theoretical basis for the safe operation of the DC boiler.

关键词：直流锅炉；汽水分界面；温度；流量

Key words： DC boiler；steam-water interface；temperature；flow

中图分类号：TK229.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）35-0155-02

0 引言

随着电力能源结构的进一步优化，非化石能源发电装机比重和发电量比重进一步提高。我国水电、核电、并网风电、并网太阳能发电装机容量超过3.85亿千瓦，其中非化石能源发电装机比重已达到30%，但是燃煤火力发电装机比重仍然占总量的63%。近年来，我国大面积雾霾天气频发，以国务院颁布的《大气污染防治行动计划》（以下简称“大气国十条”）为契机，全民开展全面治理大气污染行动。解决大气污染、节能减排的重点区域仍然是火力发电。近年来，电力行业的节能减排在政府部门的重点监管和全社会的高度关注下，持续取得新的成效。

1 研究背景

对火力发电来说，解决大气污染及碳元素排放的核心是降低单位发电煤耗。我国目前运行的火力发电厂，平均发电效率在35%以下，单位电煤耗超过380克标准煤。

表1所示为我国自主设计机组与国外主要设备制造公司发电效率比较。数据表明，我国现行机组发电效率，单位煤耗均高于国外。

如果我国能够采用世界上最先进的超超临界技术发电，和我国现在运行的机组效率相比，每度电至少可以节煤100g，按现在的装机容量，每年可节煤四亿吨。对于节能减排，减少大气污染，治理雾霾，改善空气质量具有十分重要的意义。

提高火力发电机组效率的核心是提高机组的运行参数（温度和压力）。运行参数越高，发电效率越高，单位煤耗量越少，节能减排效果越明显。

锅炉内的工质为水，水的临界压力为22.115MPa，临界温度为374.15℃。在此压力和温度下，因水和蒸汽的密度相同，水和蒸汽相互转化时的汽化潜热等于零，不存在两相区，即水变成蒸汽是连续的，并以单相形式进行，形成水的临界点，对应有临界压力、临界温度。炉内工质压力低于临界压力的称为亚临界锅炉，高于临界压力称超临界锅炉。工质压力大于26MPa的称为超超临界锅炉，准确地说应该叫高效超临界锅炉[3]。

由于自然循环锅炉是依靠汽包及汽水密度差所产生的重力差而进行循环的[3]。当锅炉压力和温度达到临界点时，水和蒸汽的密度相同（比重相同），依靠汽包和汽水密度差所产生的重力差而进行循环的自然循环锅炉就难以正常运行。因此就必须采用强制循环锅炉（直流锅炉）。直流锅炉与自然循环的汽包锅炉在结构上的主要区别是汽水系统不同。直流锅炉的各段受热面之间是连续的，给水从省煤器到水冷壁——低温过热器——高温过热器产生的蒸汽是连续不断进行的。它的给水调节，燃烧调节和汽温调节不是相对独立的，而是密切相关、相互影响的。因此，研究直流锅炉给水流量对汽水界面及蒸汽温度的影响，对了解锅炉各参数之间的相互影响，指导机组安全稳定运行具有十分重要的意义[4]。

本研究，通过大量的实验，充分了解了直流锅炉给水流量对汽水界面及蒸汽温度的影响和两者之间的关系。分析汽水界面及蒸汽温度的变化对锅炉各受热面材料和蒸汽质量的影响。为直流锅炉的安全运行提供理论依据。

本次试验，采用的实验台为垂直布置的直流锅炉模型（图1）。水从水箱被水泵抽出，经转子流量计后进入下部的加热管组，再相断流径中部的蒸发管组和上部的过热管组，最后进入冷却器。实验台采用电阻丝加热，上、中、下三组电阻丝分别绕在过热管组、蒸发管组和加热管组上，由控制开关（加热上）和调压变压器（加热中和加热下）来控制各管组的加热热负荷。

2 直流锅炉给水流量对汽水界面及蒸汽温度影响的实验

2.1 实验条件 由于实验锅炉没有工作压力。因此实验是在常压下进行的。实验结果反映了常压下直流锅炉给水流量对汽水界面及蒸汽温度的影响。对承压锅炉具有一定的借鉴意义。实验主要进行直流锅炉给水流量对汽水界面及蒸汽温度的影响实验。因此锅炉的加热参数应是固定的。由于给水流量计的流量所限，必须找出一个适当的加热参数，才能保证实验的正常进行。通过反复实验，确定加热参数如表3所示。

2.2 实验过程 由于直流锅炉实验台的受热面是玻璃管制成的。为了防止玻璃管烧坏。首先将锅炉的水加满，流量开到最大。然后再开启电加热装置。待加热稳定后，逐渐调小流量。测量并记录不同流量下的汽水分界面位置，同时测量并记录各受热面的温度。

2.3 实验数据

3 实验数据分析

①由表4，不同给水流量下的直流锅炉汽水分界面的数据，绘出分析图（图2）。从图2可以得到，随着给水流量的减小，直流锅炉汽水分界面由锅炉上部下部移动。

②由表5，不同给水流量下各受热面的温度数据，绘出分析图。从图3可以得到，随着给水流量的减小，直流锅炉各受热面的温度在逐渐升高。

③在直流锅炉中，锅炉的下部为水冷壁。如果给水流量减小，汽水分界面向水冷壁移动，必将导致水冷壁的温度升高。由于水冷壁能够承受的温度有限，温度升高会造成材料过热，发生爆管。影响机组的安全运行。

如果给水流量增加，汽水分界面向高温过热器移动，必将导致蒸汽温度的下降，蒸汽含水量的增加，蒸汽品质下降。影响机组的负荷及安全经济运行。因此，要合理调整给水流量，使汽水分界面尽量在低温过热器。以保证机组的安全稳定运行。

4 结论

①随着给水流量的减小，直流锅炉汽水分界面由锅炉上部下部移动。即由高温过热器向水冷壁移动。必将导致水冷壁的温度升高。造成材料过热，发生爆管，影响机组的安全运行。②给水流量增加，汽水分界面向高温过热器移动，必将导致蒸汽温度的下降，蒸汽含水量的增加，蒸汽品质下降，影响机组的负荷及安全经济运行。③要合理调整给水流量，使汽水分界面尽量在低温过热器。以保证机组的安全稳定运行。

参考文献：

[1]周菊华.电厂锅炉[M].北京：中国电力出版社，2009，7.

[2]毛健雄，毛健全，赵树民.煤的清洁燃烧[M].二版.北京：科学出版社，2000.

[3]张力.锅炉原理[M].北京：机械工业出版社，2010，10.

[4]吕清刚，宋国良，孙运凯，等.自主研发600MW超临界循环流化床锅炉技术[A].全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网第六届年会暨第一届中国循环流化床燃烧理论与技术学术会议[C]海口，2007.