直流锅炉

七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage1第八章控制循环锅炉及直流锅炉§1控制循环锅炉§2直流锅炉的工作原理及其水冷壁类型§3直流锅炉的水动力特性及其热偏差§4直流锅炉启动系统七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage2一、水动力特性二、强制流动蒸发受热面中的脉动三、直流锅炉水冷壁中的热偏差§3直流锅炉的水动力特性七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage3强制流动蒸发受热面管屏中，一定热负荷条件下，管内工质流量G（或）与管屏进出口压差之间的关系，称为水动力特性曲线。如图8-9所示。一、水动力特性§3直流锅炉的水动力特性p一个对应一个——水动力特性稳定，如曲线1；pq一个对应三个——水动力特性不稳定，如曲线2；pq（一）水动力特性的基本概念七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage4一、水动力特性p§3直流锅炉的水动力特性jszwlzpppp（二）蒸发管屏进出口压降lzpzwpjsp——流动阻力压力降，Pa;——重位压头，工质上升流动时为“+”，下降流动时为“—”，Pa；——加速压降，Pa。（8——1）由式（8—1）可知，进出口压降由流动阻力压降、重位压头和加速压降组成。不同的受热面布置方式，三者压降变化对进出口压降的影响也不相同。对于自然循环流动时，管路压降中重位压头为主要部分；对于强制流动时，管路压降中流动阻力为主要部分。七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage5如图8-9所示的曲线2，一个对应三个，即出现流动多值性。一、水动力特性§3直流锅炉的水动力特性p多值性流动流动的危害：①个别流量少的管子可能会因管壁冷却不足而导致过热；②工质流量时大时小时，管壁温度频繁波动会引起金属疲劳破坏；③对于并联工作的管子，会造成热偏差（水和蒸汽的比体积不同，使得工质的平均比体积随流量的变化而急剧变化）。q多值性流动特性是由于工质热物理特性的变动，即当流量和重位压头改变时工质的比体积变化造成的。此外，工质的流动方式、管子系统的几何参数、压力、进口工质焓等对流动特性都有不同影响。（二）蒸发管屏进出口压降七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage6一、水动力特性§3直流锅炉的水动力特性㈢垂直蒸发受热面中的水动力特性在垂直一次上升管屏中，重位压头对水动力特性的影响如图8-10所示。随着工质流量G（或）的增大而减小，故重位压头总是单值地随G一起增加，即重位压头对水的动力特性能起稳定作用；若重位压头还不足以使水动力特性达到稳定时，则必须在管子入口处装节流圈，以保证水动力特性的稳定。七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage7一、水动力特性2ZGpplz§3直流锅炉的水动力特性㈣水平蒸发受热面中的水动力特性ppppppplzlzjszwlz%3%2~%02.0（8—2）ZG——结构特性系数，与管子内径、长度、管子内壁粗糙度等有关；——管内工质质量流量，kg/s；——管内工质平均比体积，m3/s。螺旋管圈形水冷壁和回带管圈形水冷壁的水平管子的水动力特性，如式8-2。由式8-2可知，流动阻力不仅与工质的流量有关，还与流体的比体积有关。当热负荷一定时，随着流量增加，蒸汽量减少，汽水混合物比容下降，故随流量的变化具有不确定性——水平蒸发受热面中的水动力特性具有多值性。pp七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage8④锅炉负荷和管外热负荷——低负荷下运行，工质压力低，越小，进口工质欠焓大，管外热负荷低，热偏差增大，故水动力特性不稳定的程度也必然增大。当管外热负荷增加时，水动力特性趋向稳定，如图8-13所示。③工质质量流速——锅炉负荷越低，越小，工质流量分配越不容易均匀，越容易发生水动力多值性；一、水动力特性§3直流锅炉的水动力特性㈤影响直流锅炉水动力多值性的因素www①工质压力——蒸发管进口的工质压力降低，水动力多值性加剧，如图8-11所示；②工质的入口欠焓——工质的入口欠焓越大，水动力多值性加剧，如图8-12所示；七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage9图8-11压力对水动力特性的影响七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage10图8-12工质进口焓值对水动力特性的影响七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage11图8-13热负荷对蒸发管水动力特性的影响七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage12①提高质量流速——现代大机组直流锅炉都采用较高的，既可避免水动力多值性，以可以防止工质的停滞和倒流。②提高启动压力——对于采用螺旋管圈形水冷壁的直流锅炉，若采用变压运行，应避免低负荷时工作压力过低；对于垂直管屏，若不采用变压运行技术，最好采用全压启动的方式。③采用节流圈——在水冷壁管子入口处安装节流圈，增大热水段阻力，有利于提高工质水动力稳定性，如图8-14。④减小进口工质的欠焓。⑤减小水冷壁的热偏差。一、水动力特性§3直流锅炉的水动力特性㈥提高直流锅炉水动力稳定性的方法ww七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage13图8-14节流圈对水动力特性的影响1—未加节流圈时的水动力特性；2—节流圈的阻力特性；3—加节流圈后的水动力特性七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage14二、强制流动蒸发受热面中的脉动§3直流锅炉的水动力特性㈠脉动现象图8-15蒸发管的脉动现象（a）衰减性脉动；（b）周期性脉动Gs—水流量；Gq—蒸汽流量；tb—壁温；—时间脉动现象是指在强制流动的蒸发管中，蒸发管的工质流量随时间发生周期性变化的现象，它是一种动态水动力特性不稳定。由于流量脉动，引起管子出口处蒸汽温度或热力状态的周期性波动，使同受热面交界处的管壁交变地与不同状态的工质接触，致使该处的金属温度周期性变化，导致金属的疲劳损伤，其变化规律，如图8-15所示。七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage15二、强制流动蒸发受热面中的脉动§3直流锅炉的水动力特性㈠脉动现象脉动现象分管间脉动、屏间脉动和全炉脉动三种。管间脉动发生时，管屏的总流量和进、出口联箱之间的压差均不发生变化，但是各管中的流量却发生了周期性变化；屏间脉动是指发生在并列管屏之间的脉动现象，它发生时，进出口总流量和总压差并无明显变化，只是各管屏间的流量发生变化；全炉脉动是整个锅炉的并联管子中流量同时发生进口水量G、出口蒸汽量D周期性波动。这种脉动在燃料量、蒸汽量、给水量急剧波动时，以及给水泵、给水管道、给水调节系统不稳定时可能发生，但当这些扰动消除后即可停止。七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage16二、强制流动蒸发受热面中的脉动§3直流锅炉的水动力特性㈡发生脉动的原因及减轻脉动的措施①提高工作压力——可以消除或或减少脉动现象的产生。锅炉的工作压力越高，则汽与水的比体积越接近，局部压力升高的现象就不易发生。②增大加热段与蒸发段的阻力比值——增加管圈加热段阻力和降低蒸发段阻力可减小脉动现象的产生。在管圈进口装节流圈，或者加热区段采用较小直径的管子，都可增加热水段阻力。此外，增加管圈进口工质欠焓，可增加热水段阻力，也有有利于减少脉动现象。③提高质量流速——提高工质在管圈进口处的质量流量，就可以很快地把汽泡带走而不会使其在管内变大，管内就不会形成较大的局部压力，从而可以保持稳定的进口流量，减小和避免管间脉动的产生。w七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage17二、强制流动蒸发受热面中的脉动§3直流锅炉的水动力特性㈡发生脉动的原因及减轻脉动的措施④在蒸发区段装中间联箱及呼吸联箱——可以使各管中部的压力趋于均匀，可减轻脉动现象的发生。如图8-8所示的各集箱即联箱。⑤提高启动压力——锅炉启停和运行方面的措施：直流锅炉在运行时应注意燃烧工况稳定和均匀的炉内温度场，以减少各并列管的受热不均；另外，在启动时应保持足够的启动流量及一定的启动压力等。七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage18直流锅炉水冷壁是布置在炉膛四周的并列管屏，随着锅炉参数、容量的增大和炉膛尺寸的增加，炉膛内温度场不均匀和火焰充满程度不理想都会造成并列管屏的势力不均。此外，水冷壁入口流量分配不均匀以及水冷壁中存在的水动力特性不稳定，都会造成水冷壁的水力不均。通常从设计及运行两个方面尽量减小水冷壁的热偏差。三、直流锅炉水冷壁中的热偏差§3直流锅炉的水动力特性七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage19⒈建立一定的启动流量和启动压力启动流量是指直流锅炉启动时的最小给水流量。其大小由水冷壁的安全质量流速决定，通常为25%～40%MCR时的给水流量。对于采用外置式分离器的锅炉，启动流量是在点火前，由给水泵建立的；对于内置式分离器、带有辅助循环泵的锅炉，启动流量是由给水泵有辅助循环泵共同建立的。启动压力是是指锅炉启动时水冷壁内的压力。对于螺旋管圈、内置式分离器的直流锅炉，启动压力是在锅炉点火后产生蒸汽而逐渐建立的；对于一次上升型直流锅炉，启动压力是由给水泵建立的。⒉启动过程中对工质和热量进行回收启动过程中要利用启动系统将排放的工质回收至除氧器或凝汽器，以减少启动过程的工质和热量损失。⒊需要对汽水系统进行循环清洗每次启动之前，要对管道系统及锅炉本体进行冷、热态清洗，使其杂质含量满足启动要求。⒋实现锅炉与汽轮机之间工质状态的配合单元机组启动过程初期，汽轮机处于冷态，为了防止温度不高的蒸汽进入汽轮机后凝结成水滴，造成叶片的水击，直流锅炉启动系统起到固定蒸发受热面终点，实现汽水分离的作用。从而使给水量、汽温、燃烧量调节相对独立，互不干扰。。一、直流锅炉启动系统的作用§4直流锅炉启动系统七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage20按照分离器是还参与系统工作，分为内置式分离器启动系统和外置式分离器启动系统两种。⒈内置式分离器启动系统内置式分离器启动系统是指在机组启动、正常运行、停运过程中，启动分离器均投入运行，在锅炉启停及低负荷运行期间，启动分离器处于湿态运行，分离器如同汽包一样，起汽水分离作用；而在锅炉正常运行期间，启动分离器处于干态运行，从水冷壁出来的微过热蒸汽经过分离器，进入过热器，此时分离器仅起一连接通道作用。该系统在世界各国超临界和超超临界压力锅炉上得到广泛应用。二、直流锅炉启动系统的分类§4直流锅炉启动系统七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage21⒈内置式分离器启动系统内置式分离器启动系统的特点：①从根本上消除了分离器解列或投运操作所带来的汽温波动问题，因为该系统的启动分离器与蒸发段、过热器之间没有任何阀门。②在锅炉启停及低负荷运行期间，启动分离器处于湿态运行，分离器如同汽包一样，起汽水分离作用，避免了过热器带水运行。③系统简单，操作方便，对自动控制要求较低，同时有利于设备维修。④由于分离器强度要求很高，同时对启动分离器的热应力控制较严，将影响升负荷率，但其疏水系统相对比较复杂。内置式分离器启动系统的分类：根据其疏水回收系统不同，内置式分离器启动系统可分为：①大气扩容式启动系统；②带疏水热交换器式启动系统；③带循环泵式启动系统。二、直流锅炉启动系统的分类§4直流锅炉启动系统七台河职业学院2020/3/16PrinciplesofBoilerPage22⒉外置式分离器启动系统外置式分离器启动系统是指在机组启动和停运过程中启动分离器投入运行，而在直流负荷