MW超临界锅炉培训

600MW超临界锅炉培训讲稿第一节直流锅炉的主要特点和水冷壁型式第二节直流锅炉的水动力特性第三节亚临界压力下蒸发管的脉动性流动第四节直流锅炉的热偏差第五节超临界压力下水冷壁管内传热第一节直流锅炉的主要特点和水冷壁型式一直流锅炉的主要特点（1）1特点直流锅炉的主要特点是汽水系统中不设置锅筒，工质一次性地通过省煤器、水冷壁、过热器。其工作原理如图13-1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，但应注意避免在最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：一种是垂直管屏，另一种是螺旋管圈。一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。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)水平围绕管圈式二螺旋管圈水冷壁螺旋管圈水冷壁的优点是：1、工作在炉膛下辐射区的水冷壁同步经过炉膛内受热最强的区域和受热最弱的区域；2、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，工质在比容变化最大的阶段避免了再分配；3、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。螺旋管圈水冷壁的这些优点，使得水冷壁能够工作在热偏差最小和流量偏差最小的良好状态。因此，其水动力稳定性较高，不会产生停滞和倒流，可以不装节流圈，最适合变压运行。螺旋管圈水冷壁起源于水平管圈水冷壁(拉姆辛型)。水平管圈水冷壁的结构如图13-3所示。螺旋管圈水冷壁的主要缺点是：1、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。2、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。三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600MW超临界直流锅炉，在额定负荷下的质量流速为2800kg/(m2.s)。可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。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13-4所示。水动力多值性的具体表现是：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。这些现象一旦出现，水冷壁就处在不安全的运行状态。二亚临界压力下直流锅炉的水动力特性1、亚临界压力下水平蒸发管的水动力特性分析图13-5的水平蒸发管中流量和压差的关系，因为重位压降△PZW=0，而比容变化引起的加速压降仅占总压降的3.5％，可以忽略不计。则管子出口的压降应等于流动阻力，如果不计管子进出口的局部阻力，则有：△P=△Plz=△Prs+△Pzf,Pa（13-1）热水段流动阻力△Prs为：2)(222wdLwdLPrsrsrs蒸发段流动阻力△Pzf为：)]1(1[2)(2prszfwdLLP（13-2）（13-3）蒸发段的平均质量含汽率χｐ为：GLLdqGdLqrszfp2)(2热水段长度Lrs为：qwiddqiGLrs4)(（13-4）（13-5）把式(13-5)代入式(13-5)，可得2)(2idwqLp（13-6）把式(13-5)和式(13-6)代入式(13-1)、式(13-2)和式(13-3)，可得△P=A(ρｗ)3+B(ρｗ)2+C(ρｗ)(13-7)式中)]1(211[8iqiA)]1(1[2idLB)1(22dqLC（13-8）（13-9）（13-10）式(13-7)为水平蒸发管水动力特性关系式。即△P=f（G）的函数关系的具体形式。随着系数A、B、C的变化，方程的解发生变化，反映的曲线形状也相应变化。曲线可出现三种情况，如图13-6所示。即对方程求导数并且令，可得0)()(wdwdf0)(2)(3)(2CwBwAwdPd（13-11）B2－3AC0(对应三个实根，多值性）B2－3AC=0(对应一个实根，单值性)B2－3AC0(对应一个实根，单值性)由此可见，水动力单值性的条件为B2－3AC≤0（13-12）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13-7说明，•水动力特性获得单值性的条件是：)1(46.7rir---工质汽化潜热；ρ′---饱和水密度；ρ″---饱和汽密度；α---修正系数；。给水变为蒸汽的过程经历了加热、蒸发、过热三个阶段，由于直流锅炉没有固定的汽水分界面，热水段、蒸发段、过热段的长度是随热负荷及给水流量等条件变动的。当给水流量增加时，热水段长度延长，蒸发段长度缩短，过热段长度也相应缩短。直流锅炉的水冷壁出口布置有汽水分离器，亚临界压力直流锅炉或超临界压力直流锅炉在低负荷变压运行时，汽水分离器的作用类似于自然循环锅炉的锅筒，其主要作用是使水冷壁和过热器分开，将水冷壁出口的汽水混合物分离成汽和水，以控制进入过热器的蒸汽的干度。所以，分析直流锅炉水动力多值性时，通常只考察热水段和蒸发段。即认为对于水动力多值性起决定作用的是热水段的阻力和蒸发段的阻力。2亚临界压力下垂直管的水动力特性亚临界压力下，在垂直蒸发管中，重位压头对水动力特性的影响很大。有时，重位压头会成为总压降的主要部分，从而影响着压差与流量的关系。在垂直蒸发管中，如果不计加速压降，则管子进出口的压差应为△P=△Plz＋△Pzw，Pa（13-13）△Pzw=Hrsρrsg＋Ｈzfρzfｇ，Pa（13-14）式中Hrs、Hzf—热水段、蒸发段高度，m；ρrs，ρzf－热水段、蒸发段的工质密度，kg/m3。分析式（13-14）可知，当流量增加时，热水段高度增大，蒸发段高度减小；与此同时，蒸发量减少，质量含汽率下降，使得蒸发段的汽水混合物密度增大；虽然管段总高度并未改变，但工质平均密度增大，使重位压头增加。流量越大，重位压头就越大，对水动力特性的影响就越大。图13-8中的曲线表示垂直上升管的重位压头对水动力特性的影响。由图可见，对垂直上升流动，当重位压头较大时，如果不计重位压头时的水动力特性是多值性的，则考虑重位压头后的水动力特性就有可能变为单值性的。即上升流动时，重位压头具有减弱水动力不稳定的作用。对于垂直下降管的流动，重位压头对水动力特性的影响为△P=△Plz－△Pzw，Pa13-15）图13-9的曲线表示了垂直下降管中重位压头对水动力特性的影响。由图可见，当重位压头较大时，如果不计重位压头时，水动力特性是单值性的，则考虑重位压头后的水动力特性就可能变为多值性的。即下降流动时，重位压头具有增强水动力不稳定的作用。三影响直流锅炉水动力多值性的因素锅炉运行时，影响水动力多值性的具体因素比较复杂，主要因素有:1工质压力蒸发管进口的工质压力对水动力多值性的影响起主要作用。当压力降低时，汽水密度差增大，水动力趋于不稳定。但是，压力对水动力多值性的影响具有多重性。即压力降低时，汽水比容差增大，水动力多值性加剧；但压力降低，工质汽化潜热也随之增大，在吸热量一定时，蒸发量减少；压力降低，还会使受热面进口水欠焓相应减小，这又会减弱水动力多值性。但是，压力降低使汽水比容差变化得较多，因而其综合影响是加剧了水动力多值性。图13-11的试验曲线表明了压力对水动力特性的影响。2质量流速直流锅炉蒸发管内的质量流速随负荷而变，锅炉负荷越低，越容易发生水动力多值性。因为质量流速越小，工质流量分配越不均匀。从式(13-7)来看，质量流速越小，各项系数的影响作用就越大，越容易发生水动力多值性。3蒸发管进口水欠焓热水段的存在说明蒸发管进口工质欠焓。在热负荷一定的条件下，工质欠焓越大，Lrs就越大，Lzf就越小，虽然热水段阻力△Prs有所增大，但由于受Lzf减小，尤其是受汽水混合物平均速度降低的影响，蒸发段阻力△Pzf降低的更多，使压降△P随流量G的增加出现多值性。工质欠焓增大主要发生在高加解列的场合，如果此时质量流速过小，则水动力多值性就难以避免。工质进口水焓值对水动力特性的影响见图13-12。3热负荷q图13-13的曲线表示了热负荷对蒸发管水动力特性的影响。在亚临界压力下，当锅炉负荷和给水温度一定时，水冷壁热负荷变化直接影响蒸发点的位置变化，从而影响水动力特性。例如，当q降低(水冷壁吸热量Q降低)时，增加了热水段Lrs的长度，减小了蒸发段Lzf的长度，相当于增大了工质欠焓，使水动力趋于不稳定。5锅炉负荷图13-14表示了负荷变化对水动力特性的影响。直流锅炉在低负荷运