600MW超临界锅炉-武汉大学.

超临界锅炉武汉大学第五章超临界锅炉工作原理及基本型式§1基本工作原理一、工作原理及过程工质依靠给水泵的压头一次通过预热、蒸发、过热各受热面而加热成为过热蒸汽。给水流量G＝蒸发量D给水泵省煤器水冷壁过热器管内三类受热面无固定分界点G–工质流量Kgi–工质进口欠焓KJ/Kgq–管子平均热负荷KW/m2r–蒸发潜热KJ/Kgd–管内径m沿直流锅炉管子工质的状态和参数不断变化)KW(iGdqLrs)KW(GrdqLzf)KW(LLLLzfrsgr二、直流锅炉的特点1.本质特点无汽包工质一次通过各受热面，强迫流动受热面无固定界限2.水冷壁中工质流动特点受热不均对流动影响水动力多值性有脉动现象给水泵压头大；3.传热过程特点•在水冷壁中工质干度x由01，因此第二类传热恶化一定出现4.热化学过程特点•要求给水品质高5.控制调节过程特点•直流锅炉对自动控制系统要求高，原因如下①负荷变动时，直流锅炉的蓄热能力较低，依靠自身炉水和金属蓄热或放热来减缓汽压波动的能力较低②直流锅炉必须同时调节给水量和燃料量，以保证物质平衡和能量平衡，才能稳定汽压和汽温。所以直流锅炉对燃料量和给水量的自动控制系统要求高。6.启动过程特点①设有启动旁路②启动速度快③在启动过程中，有工质膨胀现象④启动一开始，必须建立启动流量和启动压力7.设计、制造、安装特点①直流锅炉适用于任何压力②蒸发受热面可以任意布置③节省金属④制造方便§2蒸发受热面主要形式一、早期采用的形式本生型，即多次串联垂直上升管屏式苏尔寿式，即多行程迂回管屏式拉姆辛型，即水平围绕上升管圈式式垂直上升管屏式1-垂直管屏；2-过热器；3-外置式过渡区；4-省煤器；5-空气预热器；6-给水如口；7-过热蒸汽出口；8-烟气出口回带管屏式1-水平回带管屏；2-垂直回带管屏；3-过热蒸汽出口；4-过热器；5-外置式过渡区；6-省煤器；7-给水入口；8-空气预热器；9-烟气出口水平围绕管圈式1-省煤器；2-炉膛进水管；3-水分配集箱；4-燃烧器；5-水平围绕管圈；6-汽水混合物出口集箱；7-对流过热器；8-壁上过热器；9-外置式过渡区；10-空气预热器二、现代直流锅炉采用的形式由于锅炉向大容量、高参数发展；采用了膜式水冷壁；滑参数运行和给水处理技术发展。因此直流锅炉形式有了很大的变化。一次垂直上升管屏式（UP型）炉膛下部多次上升、炉膛上部一次上升管屏式（FW型）螺旋围绕上升管屏式一次垂直上升管屏式（UP型）FW型螺旋围绕上升管屏式§3本机组特点一、结构与技术特性本厂600MW机组采用的是DG1950/25.4型直流锅炉。是东方锅炉（集团）股份有限公司与日本巴布科克-日立公司及东方-日立锅炉有限公司合作设计、联合制造的600MW超临界本生直流锅炉。该锅炉为超临界参数变压直流本生型锅炉，一次再热，前后墙对冲燃烧，单炉膛，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。水冷壁及水循环系统特性启动旁路系统特性二、设计考虑与布置特点设计指导原则布置特点三、变压运行优点第六章超临界锅炉的结构总体特点：锅炉布置采用单炉膛л型布置方式。全钢架，全悬吊结构。炉膛采用螺旋管圈+混合集箱+垂直管水冷壁，采用BHK成熟、安全可靠的超临界本生直流水循环系统。过热器采用水-煤比和多级喷水调温，再热器采用尾部双烟道挡板加事故喷水调温采用对冲燃烧方式，24只HT-NR低NOx燃烧器分三层布置在前后墙。采用经优化设计的CE三分仓容克式空预器。水汽流程§1蒸发受热面一、水冷壁结构水冷壁结构特点•下部螺旋盘绕上升，从水冷壁进口到折焰角下一定距离（标高52608.9mm）处。•上部垂直上升•均为膜式壁结构•两者间由过渡水冷壁转换连接•螺旋盘绕水冷壁管全部采用内螺纹管优点：既适合于变压运行及锅炉调峰，又便于支吊和经济水冷壁总体结构螺旋水冷壁管屏•螺旋水冷壁管均为六头、上升角60°的内螺纹管，456根，管子规格Φ38.1×7.5，材料SA-213T2。•冷灰斗的倾斜角度为55°，除渣喉口宽度为1.2432米。•冷灰斗处管子节距为50.8、49.827mm，中部螺旋管倾角为19.471°，管子节距50.8mm。•螺旋水冷壁管屏膜式采用双面坡口扁钢，厚度δ6.4，材料15CrMo。冷灰斗结构过渡段水冷壁管屏从倾斜布置的水冷壁转换到垂直上升的水冷壁就需要过渡结构，即过渡段水冷壁。螺旋水冷壁出口管几乎每间隔1根管子直接上升成为垂直水冷壁，另1根抽出到炉外，进入螺旋水冷壁出口集箱，再由连接管从螺旋水冷壁出口集箱引入到垂直水冷壁进口集箱，由垂直水冷壁进口集箱拉出两倍引入螺旋管数量的管子进入垂直水冷壁，螺旋管与垂直管的管数比为3：1。这种结构的过渡段水冷壁可以把螺旋水冷壁的荷载平稳地传递到上部水冷壁。过渡段水冷壁管子规格Φ38.1×6.7，材料为SA-213T2。过渡段水冷壁结构简图上部水冷壁管屏•上部炉膛水冷壁与常规炉膛水冷壁没有差异•采用结构和制造较为简单的垂直管屏，垂直管屏管子规格为Φ31.8×8.2，节距50.8；膜式扁钢厚δ6，材料为SA-387Gr2水冷壁出口工质汇入上部水冷壁出口集箱，后由连接管引入水冷壁出口汇集集箱，再有连接管引入启动分离器二、螺旋管圈水冷壁的特点在—定的炉膛周界情况下，如采用垂直布置的水冷壁管，其管子根数基本固定，管子直径不能过细，为了保证水冷壁管子的安全，必须保证一定的工质流量，所以垂直管圈的质量流速大小是受到严格限制的。容量较小的直流锅炉水冷壁往往存在着单位容量炉膛周界尺寸过大，水冷壁管子内难以保证足够的质量流速解决炉膛周界和质量流速之间矛盾的方法一般有下述四种：（1）采用小管径和多次混合的水冷壁（2）水冷壁采用工质再循环（低倍率和复合循环锅炉）（3）采用多次上升垂直管圈型水冷壁（4）采用螺旋管圈型水冷壁。本机组采用螺旋管圈型水冷壁tsinLN螺旋管圈型水冷壁关键参数：管子根数式中：N—并列管子根数；L—炉膛周界α—螺旋管上升角；T—水冷壁管子节距螺旋管圈型水冷壁关键参数：上升角度盘旋圈数1.5~2.5圈§2过热器及再热器一、系统及总体特点过热器系统④去高压缸去中压缸来自高压加热器来自高压缸⑩⑧⑤①⑨⑥⑦②③⑾①汽水分离器②顶棚过热器③包墙过热器④低温过热器⑤屏式过热器⑥末级过热器⑦低温再热器⑧高温再热器⑨过热器一级减温器⑩过热器二级减温器⑾再热器减温器分5级：1.顶棚过热器2.包墙过热器3.低温过热器4.屏式过热器5.高温过热器④去高压缸去中压缸来自高压加热器来自高压缸⑩⑧⑤①⑨⑥⑦②③⑾①汽水分离器②顶棚过热器③包墙过热器④低温过热器⑤屏式过热器⑥末级过热器⑦低温再热器⑧高温再热器⑨过热器一级减温器⑩过热器二级减温器⑾再热器减温器再热器系统分2级：•低温再热器•高温再热器二、汽温特性及调节1.过热汽温影响因素（有再热）－（无再热）)hh(GGQGBhhQGBhh'zrzrzrglnet,args''grglnet,args''gr煤水比、给水温度、过量空气系数、火焰中心位置、受热面粘污调节特点调节煤水比为主调节手段；辅以喷水减温2.再热汽温三、过热器运行问题（略）§2尾部受热面省煤器•后竖井后烟道低过下方，顺列布置。•给水单侧（炉右侧）引入，单根下水连接管（炉右侧）引出。•蛇形管：Φ50.8×7.1（SA-210C），光管，4管圈绕，横向节距114.3mm，168排，上下两组逆流布置。•省煤器进口集箱：φ508×88，SA106C；省煤器出口集箱φ508×88，SA106C。•省煤器系统重量由包墙系统引出的汽吊管悬吊。•省煤器管束与四周墙壁间设有阻流板，每组上两排迎流面及边排和弯头区域设置防磨盖板。顶棚进口集箱水冷壁前上集箱二级过热器汇集集箱三级过热器进口集箱过热器二级减温器二级过热器进口集箱水冷壁凝渣管束水冷壁后墙出口集箱三级过热器出口集箱高再进口集箱高再出口集箱顶棚出口集箱低再进口集箱低再出口集箱后竖井前墙集箱再热器减温器后竖井吊挂管集箱再热器减温器后竖井中隔墙集箱一级过热器出口集箱后竖井吊挂管集箱后竖井后墙集箱刚性梁刚性梁刚性梁刚性梁刚性梁刚性梁刚性梁刚性梁刚性梁刚性梁顶棚出口集箱空气预热器采用32#,VI型回转式空气预热器，每台锅炉配置两台三分仓空预器。转子直径为13506mm，正常转数为0.99r/min，预热器采用反转方式，即一次风温低，二次风温高，受热面自上而下分为三层，其高度分别为300+800,800,300mm。热端和中间段蓄热元件由定位板和波形板交替叠加而成，钢板厚度0.6mm，高度为300+800+800mm,材料为Q215-A.F。冷端蓄热元件由1.2mm厚垂直大波纹的定位板和平板构成，高度为300mm。（冷端蓄热元件采用低合金耐腐蚀钢板。）空气预热器分解图空气预热器第六章超临界锅炉的水动力特性压力到超临界压力以上时，工质特性发生较大的变化；汽水密度差趋于0滑压运行时，压力为亚临界压力及以下§1受热面壁温及安全性一、壁温计算理想情况)1ln2(2wgzwbDqtt)1ln4D(qtt2wgzb实际情况)1ln2D(qttt2wmaxgzgzwb)1ln4D(qttt2wmaxgzgzb二、超临界压力下管壁温度α2在一定情况下较大保证安全工作的原则§2水动力不稳定性一、超临界压力下工质的特性超临界指工质参数临界参数临界压力Pc＝22.129MPa临界温度tc＝374.15℃加热过程：未饱和水干饱和蒸汽过热蒸汽主要工质物性参数变化规律超临界压力下定压比热Cp具有最大值时的温度为拟临界温度或类临界温度。在临界温度和类临界温度附近，工质的各主要参数发生比较大的变化。见图二、管内汽液两相流型随着干度x的增加，两相流型逐渐变化。（a）泡状流；（b）弹状流；（c）环状流；（d）雾状流三、水动力不稳定性（多值性）当蒸发受热面进出联箱两端压差一定的条件下，管内可能出现多种不同的流量，即水动力特性出现多值性，这样的流动特性就是不稳定的。流量小的管子，管内对流换热系数小，冷却差，管壁温度高，有可能造成炉管失效损坏。1.水平管圈特性方程在一定的热负荷下，管屏的压差与质量流量的关系式。管内工质流动阻力ΔP=ΔPlz=ΔPrs+ΔPzf推导可得CBAP231r2i11q8iA＋1ri1d2LB1rdqLC22G=ρw特性曲线产生原因'2)w(dLp2rsrs)]1'''(x1['2)w(dLLp2rszf产生原因在某区段（如曲线2的cd段），随着ρw增加，Lrs增加，Lzf减小，使得D减小，相应的x也减小；而且x减小影响程度比ρw增加影响程度大。因此，随着ρw增加，ΔPrs增加的值比ΔPzf减小的值少。单值性条件1ar46.7i影响因素工质进口欠焓压力热负荷热水段阻力影响因素工质进口欠焓压力热负荷热水段阻力解决办法减少蒸发受热面（水冷壁）入口欠焓提高蒸发受热面的压力水冷壁人口处装节流圈提高水冷壁入口的质量流速ρw(1.3-1.5)ρw*2.垂直管圈垂直管屏的水动力特性，必须考虑重位压差的影响重位压差的影响对水动力特性的影响有利于水动力特性趋向稳定ΔP=ΔPlz+ΔPzwΔPzw=Hrsρrsg+Hzfρzfg当质量流速增加时，垂直管中重位压差的影响减少，这时的水动力特性趋向于水平管圈的水动力特性;当质量流速小时，垂直管中重位压差的影响大，这时的水动力特性趋向于自然循环管子的水动力特性。3.在超临界压力下在大比热区考虑到管内工质沿截面的不等温性；在大比热区温度的微小变化会引起动力粘度较大的变化，从而引起摩擦阻力系数较大的变化，