600MW超临界锅炉培训讲稿

鹤岗电厂600MW超临界锅炉培训讲稿东北电力大学能源与机械工程学院主讲人：吕太教授第一节第一节直流锅炉的主要特点和水冷壁型式直流锅炉的主要特点和水冷壁型式第二节第二节直流锅炉的水动力特性直流锅炉的水动力特性第三节第三节亚临界压力下蒸发管的脉动性流动亚临界压力下蒸发管的脉动性流动第四节第四节直流锅炉的热偏差直流锅炉的热偏差第五节第五节超临界压力下水冷壁管内传热超临界压力下水冷壁管内传热第一节第一节直流锅炉的主要特点和水冷壁型式直流锅炉的主要特点和水冷壁型式一一直流锅炉的主要特点（直流锅炉的主要特点（11））11特点特点直流锅炉的直流锅炉的主要特点是汽水系统中主要特点是汽水系统中不设置锅筒，工质一次不设置锅筒，工质一次性地通过省煤器、水冷性地通过省煤器、水冷壁、过热器。壁、过热器。其工作原理如其工作原理如图图1313--11所示。所示。一直流锅炉的特点（2）2．直流锅炉适用于压力等级较高的锅炉•根据直流锅炉的工作原理，任何压力的锅炉在理论上都可采用直流锅炉。但实际上没有中、低压锅炉采用直流型，高压锅炉采用直流型的较少，超高压、亚临界压力等级的锅炉可较广泛地采用直流型，而超临界压力的锅炉只能采用直流型。流动阻力的变化却不确定。综合影响结果是使流量和压差的关系呈现三次方曲线趋势。即出现静态水动力不稳定现象。当压力等于或超过临界压力时，由于蒸汽的密度与当压力等于或超过临界压力时，由于蒸汽的密度与水的密度一样，汽水不能靠密度差进行自然循环，只能水的密度一样，汽水不能靠密度差进行自然循环，只能采用直流锅炉采用直流锅炉一直流锅炉的特点（3）3.直流锅炉可采用小直径蒸发受热面管且蒸发受热面布置自由•直流锅炉采用小直径管会增加水冷壁管的流动阻力，但由于水冷壁管内的流动为强制流动，且采用小直径管大大降低了水冷壁管的截面积，提高了管内汽水混合物的流速，因此保证了水冷壁管的安全。•由于直流锅炉内工质的流动为强制流动，蒸发管的布置较自由，允许有多种布置方式，但应注意避免在昀后的蒸发段发生膜态沸腾或类膜态沸腾。一直流锅炉的特点（4）在工作压力相同的条件下，水冷壁管的壁厚与管径成正比，直流锅炉采用小管径水冷壁且不用汽包，可以降低锅炉的金属耗量。与自然循环锅炉相比，直流锅炉通常可节省约20%～30%的钢材。•4．直流锅炉的给水品质要求高•没有汽包，不能进行锅内水处理，给水带来的盐分除一部分被蒸汽带走外，其余将沉积在受热面上影响传热，使受热面的壁温有可能超过金属的许用温度，且这些盐分只有停炉清洗才能除去，因此为了确保受热面的安全，直流锅炉的给水品质要求高。通常要求凝结水进行100％的除盐处理。一直流锅炉的特点（5）•5.直流锅炉的自动控制系统要求高•直流锅炉无汽包且蒸发受热面管径小，金属耗量小，使得直流锅炉的蓄热能力较低。当负荷变化时，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。当负荷发生变化时，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。一直流锅炉的特点（6）•6.直流锅炉的启停和变负荷速度快•为了保证受热面的安全工作，且为了减少启动过程中的工质损失和能量损失，直流锅炉须设启动旁路系统。•直流锅炉由于没有汽包，在启停过程及变负荷运行过程中的升、降温速度可快些，锅炉启停时间可大大缩短，锅炉变负荷速度提高。二二直流锅炉的水冷壁型式直流锅炉的水冷壁型式直流锅炉出现的初期，水冷壁有三种相互独立的结直流锅炉出现的初期，水冷壁有三种相互独立的结构型式：即本生型、苏尔寿型和拉姆辛型。现代直流锅构型式：即本生型、苏尔寿型和拉姆辛型。现代直流锅炉的水冷壁结构型式演变为两种型式：一种是垂直管炉的水冷壁结构型式演变为两种型式：一种是垂直管屏，另一种是螺旋管圈。屏，另一种是螺旋管圈。一一垂直管屏光管水冷壁垂直管屏光管水冷壁随着火电机组的大容量化，为了保证炉膛下随着火电机组的大容量化，为了保证炉膛下辐射区水冷壁管内的质量流速，下辐射区水冷壁辐射区水冷壁管内的质量流速，下辐射区水冷壁的流路一般设计成二次垂直上升。的流路一般设计成二次垂直上升。三种型式直流锅炉的结构图(a)垂直上升管屏式；(b)回带管屏式；(c)水平围绕管圈式二二螺旋管圈水冷壁螺旋管圈水冷壁螺旋管圈水冷壁的优点是：螺旋管圈水冷壁的优点是：11、工作在炉膛下辐射区的水冷壁同步经过炉膛内、工作在炉膛下辐射区的水冷壁同步经过炉膛内受热昀强的区域和受热昀弱的区域；受热昀强的区域和受热昀弱的区域；22、水冷壁中的工质在下辐射区一次性沿着螺旋管、水冷壁中的工质在下辐射区一次性沿着螺旋管圈上升，没有中间联箱，工质在比容变化昀大的阶段圈上升，没有中间联箱，工质在比容变化昀大的阶段避免了再分配；避免了再分配；33、可灵活选择并联工作的水冷壁管子根数和管、可灵活选择并联工作的水冷壁管子根数和管径，保证较大的质量流速。径，保证较大的质量流速。螺旋管圈水冷壁的这些优螺旋管圈水冷壁的这些优点，使得水冷壁能够工作在热点，使得水冷壁能够工作在热偏差昀小和流量偏差昀小的良偏差昀小和流量偏差昀小的良好状态。因此，其水动力稳定好状态。因此，其水动力稳定性较高，不会产生停滞和倒性较高，不会产生停滞和倒流，可以不装节流圈，昀适合流，可以不装节流圈，昀适合变压运行。螺旋管圈水冷壁起变压运行。螺旋管圈水冷壁起源于水平管圈水冷壁源于水平管圈水冷壁((拉姆辛拉姆辛型型))。水平管圈水冷壁的结构如。水平管圈水冷壁的结构如图图1313--33所示。所示。螺旋管圈水冷壁的主要缺点是：螺旋管圈水冷壁的主要缺点是：11、水冷壁及其悬吊结构复杂、制造、安装及检、水冷壁及其悬吊结构复杂、制造、安装及检修工作量大，流动阻力比较大。修工作量大，流动阻力比较大。22、管带宽度随锅炉容量提高而增大，管带盘旋、管带宽度随锅炉容量提高而增大，管带盘旋圈数减少，热偏差增大。圈数减少，热偏差增大。三三内螺纹管垂直管屏水冷壁内螺纹管垂直管屏水冷壁炉上的应用证明这项技术在抵抗膜态沸腾方面已经炉上的应用证明这项技术在抵抗膜态沸腾方面已经成熟。其主要特点是：用内螺纹管防止由超临界压力过成熟。其主要特点是：用内螺纹管防止由超临界压力过渡到亚临界压力区域时可能发生的膜态沸腾；同时水冷渡到亚临界压力区域时可能发生的膜态沸腾；同时水冷壁入口装有节流圈，使各水冷壁管内的质量流量与吸热壁入口装有节流圈，使各水冷壁管内的质量流量与吸热量相匹配。采用螺旋管圈水冷壁的量相匹配。采用螺旋管圈水冷壁的600MW600MW超临界直流超临界直流锅炉，在额定负荷下的质量流速为锅炉，在额定负荷下的质量流速为2800kg/(m2800kg/(m22.s).s)。可。可见采用内螺纹管垂直管屏水冷壁，减小了水冷壁的阻力见采用内螺纹管垂直管屏水冷壁，减小了水冷壁的阻力损失，降低了给水泵的功率消耗。损失，降低了给水泵的功率消耗。垂直管圈水冷壁与螺旋管圈水冷壁比较垂直水冷壁（内螺纹管）螺旋管水冷壁（光管）与光管相比内螺纹管传热特性质量流速1500kg/m2s内螺纹管核态沸腾偏离核态沸腾膜态沸腾核态沸腾质量流速1500kg/m2s光管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第二节直流锅炉的水动力特性一、直流锅炉的水动力不稳定性亚临界压力直流锅炉和超临界压力直流锅炉低负荷变压运行时，水冷壁管内工质都处于汽、液两相流动状态。随着气相份额增大，加速压降增大，重位压降减小，流动阻力的变化却不确定。综合影响结果是使流量和压差的关系呈现三次方曲线趋势。即出现静态水动力不稳定现象。直流锅炉静态水动力不稳定的主要表现是：流量和压直流锅炉静态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。如图差，出现两个或两个以上的流量。如图1313--44所示。所示。水动力多值性水动力多值性的具体表现是：对的具体表现是：对于一根管子，流量于一根管子，流量有时大有时小；对有时大有时小；对于并联工作的一组于并联工作的一组管子，有的管中流管子，有的管中流量大，有的管中流量大，有的管中流量小。这些现象一量小。这些现象一旦出现，水冷壁就旦出现，水冷壁就处在不安全的运行处在不安全的运行状态。状态。二二亚临界压力下直流锅炉的水动力特性亚临界压力下直流锅炉的水动力特性11、亚临界压力下水平蒸发管的水动力特性、亚临界压力下水平蒸发管的水动力特性分析图分析图1313--55的水平蒸的水平蒸发管中流量和压差的关发管中流量和压差的关系，因为重位压降系，因为重位压降△△PPZWZW=0=0，而比容变化引，而比容变化引起的加速压降仅占总压起的加速压降仅占总压降的降的3.53.5％，可以忽略不％，可以忽略不计。则管子出口的压降计。则管子出口的压降应等于流动阻力，如果应等于流动阻力，如果不计管子进出口的局部不计管子进出口的局部阻力，则有：阻力，则有：△△P=P=△△PPlzlz==△△PPrsrs++△△PPzfzf,Pa,Pa（（1313--11））热水段流动阻力热水段流动阻力△△PPrsrs为：为：ρρλρλ′′=′=Δ2)(222wdLwdLPrsrsrs蒸发段流动阻力蒸发段流动阻力△△PPzfzf为：为：)]1(1[2)(2−′′′+′′−=ΔρρχρρψλprszfwdLLP（（1313--22））（（1313--33））蒸发段的平均质量含汽率蒸发段的平均质量含汽率χχｐｐ为：为：γπγπχGLLdqGdLqrszfp2)(2−==热水段长度热水段长度LLrsrs为：为：qwiddqiGLrs4)(ρπΔ=Δ=（13-4）（13-5）把式把式(13(13--5)5)代入式代入式(13(13--5)5)，可得，可得γγρχ2)(2idwqLpΔ−=（13-6）把式把式(13(13--5)5)和式和式(13(13--6)6)代入式代入式(13(13--1)1)、式、式(13(13--2)2)和式和式(13(13--3)3)，可得，可得△P=A(ρｗ)3+B(ρｗ)2+C(ρｗ)(13-7)式中)]1(211[8−′′′Δ+−′Δ=ρργψρψλiqiA)]1(1[2−′′′Δ−′=ρργρψλidLB)1(22−′′′′=ρργρψλdqLC（13-8）（13-9）（13-10）式式(13(13--7)7)为水平蒸发管水动为水平蒸发管水动力特性关系式。即力特性关系式。即△△P=fP=f（（GG））的函数关系的具体形式。随着的函数关系的具体形式。随着系数系数AA、、BB、、CC的变化，方程的的变化，方程的解发生变化，反映的曲线形状解发生变化，反映的曲线形状也相应变化。也相应变化。曲线可出现三种情况，如曲线可出现三种情况，如图图1313--66所示。所示。即对方程求导数并且令即对方程求导数并且令，可得，可得0)()(=wdwdfρρ0)(2)(3)(2=++=ΔCwBwAwdPdρρρ（（1313--1111））B2B2－－3AC03AC0((对应三个实根，多值性）对应三个实根，多值性）B2B2－－3AC=0(3AC=0(对应一个实根，单值性对应一个实根，单值性))B2B2－－3AC0(3AC0(对应一个实根，单值性对应一个实根，单值性))由此可见，水动力单值性的条件为由此可见，水动力单值性的条件为B2B2－－3AC3AC≤≤00（（1313--1212））亚临界压力以下，水平蒸发管水动力多值性的直观亚临界压力以下，水平蒸发管水动力多值性的直观表现可用示意图表现可用示意图1313--77说明，说明，•水动力特性获得单值性的条件是：)1(46.7−′′′≤Δρραrir---工质汽化潜热；ρ′---饱和水密度；ρ″---饱和汽密度；α---修正系数；。给水变为蒸汽的过给水变为蒸汽的过程经历了加热、蒸发、程经历了加热、蒸发、过热三个阶段，由于过热三个阶段，由于直流锅