摘要：用科学专业的计算方法进行热力学计算、获取炉内燃烧数值和计算水动力数据，探究烟气再循环对炉锅水动力与壁温分布的影响。最终证明烟气再循环是降低负流量响应和管间流量差别的原因；烟气量循环的加快，导致水冷壁壁温总体呈下滑趋势，间壁温差也有降低；省煤气后，水动力和壁温分布随烟气再循环的变化小于在除尘器后抽烟气的方法。经过实验最大程度弥补烟气再循环二次再热机组水动力的缺点。
关键词：二次再热；循环；水动力；壁温
引言
电力企业或单位在二十一世纪正在高速前进，人们更加关注二次再热发电技术的相关问题。现代二次再热技术能够更加节省地降低2.29%——3.58%的煤耗率，同时不同程度的减少了二氧化碳等温室气体和危害气体物质的释放。与一次再热锅炉最关键的不同之处是二次再热锅炉技术新加了单独的进出口。再者增加了有关温度参数到三个。因此，为了达到目标温度，还是需要不断实验探究改善调温的可行性方案。
1相关的研究方法和计算模型步骤
烟气再循法发、尾部双烟道挡板法和尾部三烟道挡板法是至今应用前景最好最广泛的调节温度法，烟气再循环外加尾部双烟道挡板相结合成为最方便最优势的方法。茅义军等对烟气再循环系统的这三个方案进行了深刻的比对，权衡技术利弊，阐述了完善烟气再循环系统的设计过程和改善后的经济价值，他的改善成果已投入国内使用并具有初步获得认可的趋势。选取不同再热机组的环境条件，高伟等依据不同环境特点对烟气再循环变温方式的调试也进行了进一步分析，主要集中研究不同部位的烟气对蒸汽温度的影响，后梳理出各条件下的利弊。赵志丹等借助传统的温度控制策略和烟气再循环方法，形成了二次再热温度控制方案体系，该研究设置安源电厂650MW二次再热机组的实验条件，探究该控制方案的状况。最终表明，使用自控方式后，接着烟气挡板、烟气再循环系统的进一步控制，可提升由于不明原因发生而导致温度纰漏的控制品质。杨新民等设置超超临界650MW二次再热机组为实验前提，对二次热蒸汽温度的稳定不变的特性，提出两套再热蒸汽温度的控制方案，实践后，该方案可以应对全负荷及辅机故障。
由于再热系统水动力和壁温分布的可利用资源稀少的情况，导致目前有关研究无法全面进行。烟气再循环系统变温的基本原理也是比较通俗易懂的，在尾部的全部烟气中抽取一部分，经过必要的处理之后再次经入口处送入炉内，从而实现对锅炉吸收热量和重新分配热负荷的目的。但是，锅炉水动力和壁温会因吸热量的多少和热负荷的位置而带来相对应的改变。为了更好的获取相关信息我们要熟悉烟气再循环对水动力和壁温的大致影响以及作用程度。
1.1相关的研究方法
相关研究方法相对比较合理有依据，通常采用经典曲线计算和模拟燃烧数值计算。
所用的方法能综合就综合，各取所长，得到的数值必须要准确无误，所以要排除其他客观或主观上的问题，避免结果出现偏差用以更公正地获取烟气再循环对水冷壁水动力和壁温影响的数据结果。得到相关影响的数据资料后综合各个条件结合实际方法对锅炉热力值、炉内燃烧值和水动力结果及壁温值统一整理，获得所要的结果数据，使误差降低到最低。
第一，熟知并确定锅炉的构造、汽水走向、各种燃料组成等相关的基本数据信息，确定第一次全部参数量——吸收热、热风量和气温、烟气量及温度等（计算方法用98版计算法）；第二，模拟燃烧数值，获得模拟燃烧数值之后经过分类处理，通过计算得到水冷壁壁面热负荷温度分布数据；最终，借助于专用水动力科技设备或相关计算软件，建有关数学计算模型与计算公式，从而研究此过程的流量走向和壁温的各种分布。
1.2计算模型及验证
获得各项参量后，建立燃烧热和水冷壁负荷数学模型，选用真实场景进行模拟验证数据。当工况655.55 MW时，可以得到有关指标为： 给水流量1842.1 t/h，主蒸汽压28.63MPa，主蒸汽温593.22 ℃，一次再热蒸汽温度621.5℃，二次再热蒸汽温度623.4℃。选取前面、左侧、右侧水冷壁出口20、60、100、140、180、220、260、300、340、380号数据和后水冷壁出口9、15、21、27、33、39、45、51、57、63号数据为验证数据，模型验证结果如下图所示。由图1可见，最终计算结果与实际误差都小于3.0%，表明模型符合预期猜想的有效性。
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图 1 模型验证结果
2模型相关计算结果及评价
2.1对水冷壁流量去除走形的影响
借助THA标准工况参数作为比对指标作进行结果评价，整个过程中采取控制变量法，设置不同循环烟气量，其他为因变量。计算出循环烟气量分别占比的数据为0、7.55%、15.01%、22.59%。从占比结果可以发现一些规律，循环烟气量不断增多，对水冷壁流量分配整体没有明显的影响，还会缩小流量偏差。同时，冷壁也有向负流量减弱方向走形的变化程度。多次实验之后，透过数据现象看到本质，循环烟气量冷壁流量分配变化在使用除尘器后抽烟的影响程度表现得更加明显。
经过对循环烟气实验结果的分析，省煤器后抽取烟气和除尘器后抽取烟气最终产生的效应从根源以及表现程度上没有特别之处。两种相比较，省煤器后抽取烟气需要较高温度，而除尘器后抽取烟气则需求量没有那么高。所以依据对水冷壁分布流量的影响程度应该是省煤器后抽取烟气更占优势。
2.2对水冷壁壁温四周扩散的影响
烟气再循环给炉膛带来了大量改变热负荷分布的烟气，循环烟气量一旦增加，会造成水冷壁温和壁管间温偏差降低，最后使水冷壁壁温整体降低。除尘器后抽烟气在温度变化方面和省煤器后抽烟气最终呈现出的结果基本一样，表现为烟气量的不断充满，温度反而呈现反变量的关系，壁管间的温度差值也是反比例关系。依据温度的高低，比较省煤后抽烟与除尘器后抽烟的变化比例，最终评价出省煤后抽烟变化程度低。
2.3水冷壁垂直方向分布的影响
用控制变量法研究烟气再循环的竖直水平分布，探究最终产生的炉内热负荷的影响。同时忽略用于提高除尘器后抽烟气效率的附加措施。为了使垂直方向的温度结果更加直观，选取前墙水冷壁中心管作为研究对象。此部位所获得的平均温度更具有代表性。图中呈现了两种情况下水冷壁壁温竖直分布的结果展示图。H为水冷壁实际高度/水冷壁总高度之比；T代表壁温；ΔT为水冷壁工质温度与内壁温的差值。
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图 2 a b 省煤器后抽取烟气时循环烟气量对水冷壁流量分配的影响
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经过a 与b 两个走势图之间的对比以及横纵坐标不同变量之间的比较，循环烟气量的增加，水冷壁壁温在高度分布上呈整体下降趋势；距离开口位置越近，即所处的垂直高度越高，发生下降的成都越明显。比较抽取不同循环烟气部位时的纵向温度。从实验数据和所绘制的图像可以明显看到一些特征性结论，烟气循环投入量数值的不断增加，经过两张图片的对比发现省煤气抽烟气的水冷壁壁温高度方向的温度变化明显低于除尘器后抽取烟气的温度。
结语
不管抽取烟气使用哪种方法，最终结果对水冷壁流量的重新分布并不会发生本质上的改变即根源是一样的。对于负流量特性以及管间流量偏差的影响程度也基本相似。经过两种经典实验图表数据，发现使烟气循环量增多，水冷壁出口壁温和管间壁温差总体下降。另外，是循环烟气量增加，水冷壁壁温高度的分布状况也有下降的趋势，而且水冷壁管所处的位置越向上，变化程度越明显。
论文作者:董强
论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期
论文发表时间:2020/5/6