1、第一节 直流锅炉的主要特点和水冷壁形式,一、工作原理：在给水泵压头作用下，给水依次经过预热、蒸发、过热达到被预热、蒸发、过热所需要的温度。,第十三章 强制流动锅炉,焓值 沿着受热面长度不断增加；压力 由于克服流动阻力不断下降；温度 预热段温度不断上升，蒸发段由于压力不断下降，温度不断降低，过热段温度不断上升。比容 不断上升,工作过程中的参数变化,二、直流锅炉工作过程特点,1，本质特点 没有汽包 ； 工质一次通过，工质受迫流动 受热面无固定界限 2，蒸发受热面中的工质流动过程特点 水动力多值性 水动力脉动性 直流锅炉消耗水泵压头大，水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克服，这部分阻力约占全部阻力的2
2、530。所需的给水泵压头高，既提高了制造成本，又增加了运行耗电量。,3，传热过程特点 自然循环锅炉蒸发受热面出口工质质量含汽率Xmax=0.286, K3.5，一般不会出现第二类传热恶化现象。 直流锅炉：X=1,第二类传热恶化现象一定会出现。 4，热化学过程特点 给水品质要求高 5，调节过程特点 汽包炉：调节给煤量，稳住汽压；调节给水量，使得给水量等于蒸发量；自然循环锅炉储热能力大，当扰动发生时，有自补偿能力，参数变化速度小。 直流锅炉：同时调节给煤量和给水量，才能稳住汽压和汽温,6，启动过程特点 有启动旁路系统 建立启动流量和启动压力 启动速度快。汽包炉为了避免汽包较大的热应力，启动速度慢。
3、 7，设计、制造安装特点 适用于任何压力 蒸发受热面可以任意布置； 节省金属 (当前 锅炉机组造价)； 制造方便；,三、直流锅炉结构特点,1，主要体现在蒸发受热面上； 2，蒸发受热面工质流动方向布置比较自由；水平布置、垂直布置、迂回布置 3，没有汽包，不能排污； 4，为了解决启动问题，设置了旁路系统回收工质和热量；,现代直流锅炉蒸发受热面的主要型式,1，垂直管屏光管,(a)一次上升型 适用于大容量亚临界压力及超临界压力锅炉 (b)上升-上升型 适用于较小容量的超临界锅炉 (c)双回路上升型 适合于较小容量亚临界压力锅炉,造价低，抵抗膜态沸腾能力差,炉膛下部多次上升、上部一次上升管屏（FW型）,
4、为保证质量流速 ,有中间联相 变压运行时的分配问题, 2，螺旋式水冷壁管屏,是西德、瑞士等国为适应变负荷运行的需要而发展起来的 水冷壁四面倾斜上升，由于水平管屏吸热比较均匀，因此可以在生成蒸汽途中没有混合联箱，在滑参数运行时，也就没有汽水混合物分配不均的问题了，因而特别适合于滑压运行 由于水平管圈承受荷重的能力差，因此有的锅炉在上部使用垂直上升管屏，也就可以采用全悬吊结构,螺旋管圈水冷壁的优势 从理论上分析，螺旋管圈水冷壁具有下述优势： (1)工作在下辐射区的水冷壁同步经过受热最强的区域和受热最弱的区域。 (2)工质在下辐射区一次性沿着螺旋管圈上升，没有中间联箱，在工质比容变化最大的阶段避免了
5、再分配。 (3)不受炉膛周界的限制，可灵活选择并列工作的水冷壁管子根数和管径，保证较大的质量流速。,石洞口第二发电厂的600MW超临界参数锅炉即采用螺旋管圈水冷壁，管子规格为385.6mm，材料为13CrMo44，由316根管盘旋至炉膛折焰角下部，盘旋圈数为1.74圈，螺旋管倾角为13.95。l00%MCR工况时的质量流速为2800kg/(m2s)，螺旋管出口处的工质温度控制在413，水冷壁出口处的工质温度控制在433。直流运行工况的最小质量流速为980kg/(m2s)。,举例：,可门技术协议2.2.20在锅炉启动、停炉或当负荷低于最小直流负荷时进行汽水分离，保证运行安全可靠。最低直流负荷为3
6、0% BMCR。 2.2.21 随着锅炉负荷降低，水冷壁中质量流速按比例下降，水冷壁工作条件极为恶劣。在直流方式下，工质流动的稳定性受到影响，为了防止出现流动的多值性不稳定现象，应限定最低直流运行负荷时的质量流速。,2.3.3.5 水冷壁管内的工质分配和受热应均匀，以保证沿炉膛宽度均匀产汽。 2.3.3.6 锅炉水冷壁的设计，在任何工况下（尤其是低负荷及起动工况），保证在水冷壁内有足够质量流速，以保持水冷壁水动力稳定和传热不发生恶化，特别是防止发生在亚临界压力下的偏离核态沸腾和超临界压力下的类膜态沸腾现象。卖方在水冷壁的设计中通过控制螺旋炉膛的螺旋角保证水冷壁管内的最小质量流速来防止发生偏离核
7、态沸腾和膜态沸腾。,水冷壁系统的保护,温度监测保护：水冷壁系统温度测点是锅炉在启停、运行时对管子金属壁温进行监视和保护的重要手段。 水冷壁系统温度的监视是通过设置系统管道上不同位置的热电偶来实现的，管子金属壁温的监视是通过装设在水冷壁的壁温测点来实现的。,DG600MW壁温测点,3、内螺纹管垂直管屏水冷壁,垂直水冷壁 （内螺纹管）,螺旋管水冷壁 （光管）,垂直管圈水冷壁与螺旋管圈水冷壁相比的优点 对高可靠性所作的贡献,(1) 结构简单易于制造和安装安装周期较短热应力较小 (2) 水冷壁阻力较低优良的流动稳定性，导致较小的温度偏差降低了厂用电 (3) 结渣较少易于用吹灰器清除结渣不会产生局部堆渣
8、,安装中的垂直水冷壁（SV）和螺旋管圈水冷壁 可靠性比较,焊口对接 只需单向调整,焊口对接 需双向调整,较复杂,高可靠性,（有时可靠性较低）,水冷壁结渣比较,容易掉落,粘附在膜式鳍片上,水动力不稳定的主要表现是：流量和压差的关系不是单值性的，而是多值性的，即对应一个压差，出现两个或两个以上的流量,第二节 直流锅炉的水动力特性,一、直流锅炉的水动力多值性,水动力多值性的具体表现 对于一根管子，流量有时大有时小 对于并联工作的一组管子，有的管中流量大，有的管中流量小 使并联工作的各管子出口的工质比容、干度、温度等状态参数产生不均匀，有的管子出口是不饱和的水，有的是过热蒸汽，有的是汽水混合物。对一根
9、管子来说，出口工质有时是不饱和的水，有时是过热蒸汽，有时是汽水混合物的现象。这当然是不安全的工况。,水动力多值性的出现，从根本上来说，是由于热水段和蒸发段的共存，且蒸发段中工质比容变化较大引起的。,(1) 工质压力 影响起主要作用 当压力降低时，汽水密度差增大，水动力趋于不稳定,影响直流锅炉水动力多值性的因素,单从压力看，超临界压力下应该是稳定的，但仍有其它一些因素：,（2）蒸发管进口水欠焓 工质欠焓越大 越容易出现多值性,（3）质量流速 质量流速越小，工质流量分配越不均匀越容易发生水动力多值性 螺旋管圈水冷壁 管数少 质量流速高,（4）热负荷q 热负荷q降低(水冷壁吸热量Q降低)时相当于增大
10、了工质欠焓，使水动力趋于不稳定。 （5）锅炉负荷 直流锅炉在低负荷运行时，比高负荷时的水动力稳定性要差得多。因为低负荷时，压力低、质量流速小、进口工质欠焓大，热负荷降低、热偏差增大。,（6）重位压头 垂直管屏不但可能出现水动力不稳定现象，还可能出现停滞和倒流问题。因此，垂直管屏水动力稳定性条件要求更高。 （7）工质大比热特性 当工质温度处于大比热区范围内，且吸热量同时增大时，比容发生剧烈变化，引起工质的膨胀量急剧增大，容易产生水动力不稳定现象。,（1）提高质量流速 提高质量流速是提高水动力稳定性的最有效的方法。 （2）提高启动压力p 采用变压运行的螺旋管圈水冷壁的直流锅炉，应避免低负荷时的工作
11、压力过低。垂直管屏最好采用全压启动方式。 （3）采用节流圈 使热水段的流动阻力总是占优势 （4）减小进口工质欠焓 i =0时，水冷壁进口联箱中分配给每根水冷壁管的流量不均匀性增大。但欠焓减小，有利于提高水动力的稳定性。,提高水动力稳定性的方法,（5）减小受热偏差 水动力不稳定性主要是由热偏差引起的 及时吹灰，防止水冷壁结渣、积灰；防止火焰偏斜 （6）控制下辐射区水冷壁出口温度 应将工质的大比热区避开热负荷较高的燃烧器区。这就要求控制下辐射区水冷壁出口工质的温度，使其低于拟临界温度以下。,现象 进入蒸发管的水流量和流出蒸发管的蒸汽流量发生周期性的波动 全炉脉动 屏间脉动 管间脉动 (1)在并联工
12、作的管子之间，某些管子的进口水流量时大时小。当一部分管子的水流量增大时，另一部分管子的水流量却在减小。与此同时，管子出口的蒸汽量也在进行周期性的变化。 (2)当管子进口的水流量G最大时，出口的蒸汽流量D最小。 (3)整个管组的进水量和蒸汽量变化不大。,第三节 亚临界压力下蒸发管的脉动性流动,危害 交界面处，交替接触不同状态的工质使管壁温度发生周期性变化，以至引起金属管子的疲劳破坏。 汽温不易控制，甚至引起管壁超温 冲击作用力造成管屏的机械振动。引起管屏的机械应力破坏。,(1)提高质量流速 (2)采用节流圈 (3)提高进口压力 运行实践证明，p14Mpa时，基本不发生脉动现象。但变压运行的直流锅
13、炉启动或低负荷运行时，应注意脉动的产生。 (4)降低蒸发点的热负荷和热偏差,防止脉动的措施,(5)防止脉动性燃烧 (6)给水泵的特性 足够陡的水泵特性可以使压力波动时，流量变化不大。这样有利于消除或避免锅炉的整体脉动。,第五节 超临界压力下水冷壁管内传热特性,类膜态沸腾,在最大比热区，即相变点附近，超临界压力工质的特性发生显著的变化，在一定条件下，可能出现传热恶化，这种传热恶化现象类似于来临界压力时的膜态沸腾壁温飞升,超临界压力下工质热物理性质的急剧变化对管子传热特性的主要影响表现在以下几方面： (1)由于管子壁面处流体的温度与管子中心的流体温度不同，管子中心的流体粘度大，而壁面处的流体粘度降
14、低。例如，当工质温度在300400范围内时，管内壁面处的工质粘度约为管中心工质粘度的1/3左右，由此产生粘度梯度，引起流体边界层的层流化。 (2)在边界层中的流体密度降低，产生浮力，促使紊流传热层流化。,(3)边界层中的流体导热系数也随着降低，又使导热性差的流体与管壁接触，当进口温度较低时，壁面处的流体速度远小于管中心的流体速度，这又促使流动层流化。 显而易见，在管子热负荷较大时就可能导致传热恶化。超临界压力下由于工质热物理特性变化导致的这种传热恶化现象类似于亚临界参数下的膜态沸腾，称为“类膜态沸腾“。,第八节 直流锅炉的启动系统,一、直流锅炉启动过程中的主要问题 （1）从启动开始，就必须向锅
15、炉连续供水； （2）单元机组启动时，锅炉送出的过热蒸汽参数按照汽轮机的要求逐步提高。 （3）直流锅炉启动过程的汽水膨胀可能导致蒸汽带水和水动力不稳定。 （4）中间再热机组启动时需要设置保护再热器的汽轮机旁路系统；,二、启动系统的作用 （1）建立起动压力和流量； （2）实现工质、热量的回收； （3）实现锅炉各受热面以及锅炉与汽轮机之间的工质状态的配合。,三、带扩容器的启动系统 1，启动系统的构成内置分离器、分离器疏水阀、水位控制阀、水位旁路阀、疏水阔容器、100%MCR高压旁路系统、65%MCR低压旁路系统 2，旁路系统的功能：协调锅炉和汽轮机的工作参数,3，600MW超临界参数机组启动系统的工
16、作过程 （1）037%MCR：汽水分离器：湿态运行； （2）37%100%MCR：汽水分离器：干态运行；,四、给水泵与循环泵并联的启动系统 1，启动系统的组成,2，各管线的功能 （1）省煤器排气（302管线） （2）储水箱水位控制（387管线） （3）循环泵过冷水调节（383管线） （4）暖管系统（384管线） （5）储水箱高水位控制（341管线） （6）水冷壁循环流量控制（381管线） （7）循环泵再循环管线（382管线）,主要设备：启动分离器,超临界锅炉的典型结构.在锅炉启停及正常运行过程中，汽水分离器均投入运行。,东锅启动系统,贮水罐,启动分离器贮水罐的尺寸规格为990120，直段高度1
17、7m，数量一个。启动分离器和贮水罐端部均采用日立-巴布科克（BHK）有丰富运行经验的成熟的锥形封头结构，封头均开孔与连接管相连。,贮水罐,贮水罐,启动循环系统：由启动分离器、贮水罐、水位控制阀（361阀）等组成。,锅炉启动及低负荷运行阶段，送至省煤器的水经水冷壁加热后，送到启动分离器，流体在启动分离器内分离成水和饱和蒸汽。,系统配置合理、运行灵活方便 （不带BCP）,哈锅超临界锅炉启动系统,系统组成四只汽水分离器及其引入与引出管系统。 一只立式贮水箱。 由贮水箱底部引出的再循环泵入口管道及溢流总管。 通往循环泵的入口管道及出口管道上的装有传动装置的正常水位调节阀及截止阀。循环泵出口管道到贮水箱
18、上的最小流量管道及流量测量装置。 通往扩容器的溢流管，装有传动装置的两只水位调节阀(一大一小)及截止阀。 热备用管，装有流量测量装置。 自省煤器入口到循环泵入口管道的冷却水连接管，流量约为1-2%的泵流量。,启动分离器,系统的容量和功能本锅炉配有容量为35%B-MCR的启动系统，以与锅炉水冷壁最低质量流量相匹配。 启动系统的功能为： 锅炉给水系统和水冷壁及省煤器的冷态和温态水冲洗，并将冲洗水通过扩容器和冷凝水箱排入冷却水总管或冷凝器。 满足锅炉冷态、温态、热态和极热态启动的需要，直到锅炉达到35%BMCR最低直流负荷，由再循环模式转入直流方式运行为止。 只要水质合格，启动系统可完全回收工质及其
19、所含的热量。 锅炉转入直流运行时，启动系统处于热备用状态，一旦锅炉渡过启动期间的汽水膨胀期，即通过循环泵水位控制阀进行炉水再循环。在最低直流负荷以下运行，贮水箱出现水位时，将根据水位的高低自动打开相应的水位调节阀，进行炉水再循环。 启动分离器系统也能起到在水冷壁出口集箱与过热器之间的温度补偿作用，均匀分配进入过热器的蒸汽流量。,3，机组启动过程中启动系统的运行方式 （1）锅炉上水 （2）启动再循环泵 （3）锅炉点火及受热面保护 （4）水位控制 （5）关闭再循环泵，进入直流模式运行,启动过程简图,4，带有再循环泵的启动系统的特点 （1）减少启动过程中的工质和热量损失 （2）加快启动速度，节省燃料 （3）启动时间短，调节灵活，运行稳定 （4）满足带基本负荷和快速调峰的要求 （5）减少启动过程中工质对循环泵和水冷壁的热冲击 （6）控制灵活快速； （7）给水泵与循环泵可以串联或者并联运行 （8）有利于大气环境、水资源和土地环境的保护,（9）循环泵体中的水为饱和状态，压力降低时有气化的危险； （10）造价高，维修复杂 （11）启动操作较扩容器式启动系统复杂,知识点,直流锅炉工作过程的特点有哪些？ 多值性、脉动性的概念？ 直流锅炉水冷壁的型式有哪些？ 螺旋管圈水冷壁的优缺点？ 类膜态沸腾？ 直流锅炉启动系统的作用？ 带再循环泵的启动系统的优点？ 为什么要建立启动流量？,
