控制循环锅炉

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1/31/20231PrinciplesofBoiler一、控制循环原理二、控制循环锅炉的特点三、炉水循环泵§1控制循环锅炉根据锅炉蒸发系统工质流动的工作原理，锅炉可分为自然循环锅炉和强制流动锅炉。

控制循环锅炉和直流锅炉属强制流动锅炉。控制循环锅炉和自然循环锅炉均属汽包锅炉。控制循环是在下降管侧装设炉水再循环泵以推动工质在循环回路中循环流动。

自然循环是靠下降管和上升管系统中工质密度差所产生的重位压差来推动工质在循环回路中流动。直流锅炉是靠给水泵压头使水和汽水混合物在水冷壁管内强制流动。1/31/20232PrinciplesofBoiler1.产生原因

循环安全性↓（压力升高；亚临界；管径变小）；2.形式

主要依靠低压循环泵（垂直装在下降管的汇总管道上）的压头进行循环。优点：①运动压头可以达到0.25～0.5MPa（自然循环的是0.05～0.1MPa

），可以采用小管径，管壁薄，金属消耗少；②可以任意布置蒸发受热面；③较高质量流速，循环倍率低。④大容量控制循环锅炉一般装3～4台循环泵，其中1台备用。一般情况下循环泵消耗的功率相当于锅炉功率的0.3%～0.4%。§1控制循环锅炉1/31/20233PrinciplesofBoiler一、控制循环的原理

控制循环锅炉主要依靠炉水循环泵使工质在蒸发管中强制流动，并且可以对锅炉中工质的流动进行控制，故称为控制循环锅炉。如图8-1所示。§1控制循环锅炉1/31/20234PrinciplesofBoiler二、控制循环锅炉特点

⒈循环可靠——循环泵强制循环；⒉水冷壁安全可靠性高——循环推动力大，管壁充分冷却，壁温低，可减轻高温腐蚀；水冷壁管进口装置节流孔板以均流。⒊汽包壁温均匀，可以实现快速启动——循环泵强制循环允许有较大的阻力，故采用内夹套汽包，汽包壁温均匀；先水循环后点火。⒋停炉后冷却速度快——锅炉熄火后保持1台炉水循环泵运行，使炉水继续循环，同时送、引风机也继续运行，使整台锅炉强制冷却，加速停炉过程。⒌有利于锅炉的酸洗——循环泵使酸洗液在每根管子内强制循环。⒍可以预测水冷壁管内结垢程度——定期校核炉水循环泵进出口压差（因为它与循环系统内阻力相关）。⒎可以采用小直径的水冷壁管——循环泵强制循环允许有较大的阻力，故可采用小直径的水冷壁管，故其壁相应变薄。§1控制循环锅炉1/31/20235PrinciplesofBoiler三、炉水循环泵㈠结构特点如图8-2所示。★泵悬臂式装在电动机轴上。★泵体与电动机由主螺栓和法兰连接。★泵体内的电动机配有冷却水系统。§1控制循环锅炉1/31/20236PrinciplesofBoiler1/31/20237PrinciplesofBoiler三、炉水循环泵㈡炉水循环泵冷却水系统炉水循环泵泵体及循环冷却回路，如图8-3所示。冷却水系统作用：消除因电动机运转时绕组的铜损和铁损发热、转动件的摩擦生热，以及高温的泵壳侧传过来的热量而造成的电动机温升的不安全影响。

§1控制循环锅炉1/31/20238PrinciplesofBoiler三、炉水循环泵㈡炉水循环泵冷却水系统⒈充水管路清洗分二个阶段：①充水阶段：②清洗阶段：静态清洗和动态清洗。§1控制循环锅炉※※※在锅炉启动阶段，炉水循环泵必须连续投入清洗水，直至锅炉的炉水浊度小于0.01mg/L时才可停止。1/31/20239PrinciplesofBoiler三、炉水循环泵㈡炉水循环泵冷却水系统⒉高压冷却水系统

一次冷却水分别取自凝结水泵出口的低压水源和给水母管来的高压水源。来自给水母管的高压水经过一次水冷却器冷却后，温度降至45°以下，开启炉水循环泵充水一次门向炉水循环泵电动机注入。低压一次冷却水供管路冲洗、电动机充水、清洗以及泵启动前的电动机注水用。在炉水循环泵正常运行时，高压一次水在电动机、冷却器形成的回路中闭式循环流动，不需要补充水。但一旦高压水系统中某处泄漏，而使电动机内循环水量不足，导致高温高压炉水倒流入电动机，而使电动机温度升高时，应紧急补充一次高压冷却水。§1控制循环锅炉1/31/202310PrinciplesofBoiler三、炉水循环泵㈡炉水循环泵冷却水系统⒊低压冷却水系统

低压冷却水又称二次冷却水，它取自机组公用的闭式冷却水系统，能够实现恒定温度和进回水稳定差压的自动调节。二次冷却水的用途是冷却高压一次水，它对炉水循环泵的安全运行很重要，所以，必须保证其冷却水量，且冷却水源必须接有保安电源，确保在厂用电中断时冷却水能正常运行。二次冷却水分二路：

一路走向外置冷却器，以冷却电动机的高压水；另一路走向一次水冷却器以冷却补充进入电动机的高压水，在正常运行时仅作备用。§1控制循环锅炉1/31/202311PrinciplesofBoiler三、炉水循环泵㈡炉水循环泵冷却水系统⒋过滤器过滤杂质（沉淀物、腐蚀产物及金属微粒）§1控制循环锅炉

一次冷却器出口高压冷却水管路上装设粗过滤器（3台泵合用），用来拦住高压给水可能带来的锈蚀杂质；

在进入每台电动机的高压冷却水管道入口也装设了带有差压监控装置的过滤器。过滤器结构如图8-4所示。1/31/202312PrinciplesofBoiler三、炉水循环泵㈡炉水循环泵冷却水系统⒌监控仪表

⑴温度监测装置①在电动机出口装有温度计和热电偶以检测高压冷却水的温度；②在循环泵壳体上装有热电偶，以测定泵壳与炉水的温差，若温差超过规定值，热电偶则报警。并将其作为泵的启动保护条件之一。⑵冷却器流量指示器低压冷却水流量低于规定值时就发出报警。并将其作为泵的启动保护条件之一。⑶差压变送器泵运行一定时间，高压冷却水进口管道所装设的过滤器就会因过滤杂物阻力增大，而使得高压冷却水进口管道差压增大。泵的运转正常与否由差压表来指示，并由差压值进行报警。§1控制循环锅炉1/31/202313PrinciplesofBoiler4/42、强制循环锅炉水冷壁布置4根大直径集中下降管从汽包底部引出并与汇集联箱连接，3台循环泵（一台备用）通过吸入短管与汇集联箱相连，每台循环泵通过2根出水管与环形下水包（由前、后、左右四侧水包组成）的前下水包连接。经由890根水冷壁管、5个上集箱和48根导汽管，回到汽包。循环泵台数与下降管根数不等，下降管中的水通过汇集联箱分配到各循环泵，可均衡循环泵的入口流量，有利于提高循环泵运行的可靠性l-汽包；2-下降管；3-汇合联箱；4-管环泵；5-循环泵出口阀；6-循环泵出口管；7-环形联箱（下水包）；11-后墙延伸水冷壁；12-水冷壁出口联箱；13-汽水引出管；14-折焰角1/31/202314PrinciplesofBoiler水冷壁1/31/202315PrinciplesofBoiler主给水系统1/31/202316PrinciplesofBoiler§2直流锅炉的工作原理及其水冷壁类型

直流锅炉是靠给水泵压头使水和汽水混合物在水冷壁管内强制流动。无汽包，给水靠给水泵压头一次通过受热面而产生蒸汽的锅炉称为直流锅炉。当压力超过18.62MPa时，应采用直流锅炉。一、直流锅炉的工作原理1/31/202317PrinciplesofBoiler一、直流锅炉的工作原理直流锅炉的工作原理，如图8-5所示。由于流动阻力，工质的压力p沿受热管长度逐渐减少；由于工质不断吸热，工质的焓值h、比体积v和温度t沿受热管长度逐渐增加（蒸发段t略有下降）。在给水泵压头的作用下，工质顺序一次通过加热、蒸发和过热受热面，进口工质为水，出口工质为过热蒸汽。按照循环倍率的定义，直流锅炉的循环倍率K=1，即在稳定流动时给水流量应等于蒸发量。1/31/202318PrinciplesofBoiler§2直流锅炉的工作原理及其水冷壁类型

二、直流锅炉的特点⑴汽水密度差不影响工作，超高压以上更能显示出其优越性，在超临界压力（大于22.1MPa）时，只能采用直流锅炉；⑵由给水泵提供工质流动的动力，所以，水冷壁允许有较大的阻力，其特点是：①较小的水冷壁管径，水冷壁在炉膛中的布置较自由；②较高的水冷壁管内工质质量流速，为水冷壁的安全工作创造了条件。⑶无汽包，其好处是：①金属耗量少（节省钢材20%～30%），制造、安装及运输方便；②水容量及相应的蓄热能力大为降低（为同参数汽包锅炉的25%～50%），因此，当负荷发生变化时，其压力变化速度较快，对外界负荷变化较敏感，对控制系统要求高；③启、停炉速度快。④没有汽包进行汽水分离，不能连续排污，对给水品质要求高；⑤水的加热、蒸发和过热的受热面没有固定的分界，过热汽温往往随负荷的变动而波动较大，过渡段的积盐、超温成为密切关注的重点。⑷应有专门的启动旁路系统，以便在启动时有足够的水量通过蒸发受热面，保护受热面管壁不被烧坏。⑸消耗较多的水泵功率。一、直流锅炉的工作原理1/31/202319PrinciplesofBoiler§2直流锅炉的工作原理及其水冷壁类型

直流锅炉水冷壁常见类型，如图8-6所示。

(a)水平围绕管圈型；(b)垂直管屏型；(c)～(f)回带管圈型。

水平围绕管圈形（拉姆辛型）是由多根平行管子组成管带，沿炉膛四周围绕上升，三面水平一面倾斜，或两对面水平两对面倾斜。在水平围绕管圈型的基础上，出现了螺旋管圈型。超临界压力直流锅炉的水冷壁系统，主要为螺旋管圈型水冷壁和由内螺纹管组成的垂直管屏型水冷壁两种型式。三.直流锅炉水冷壁常见类型1/31/202320PrinciplesofBoiler§2直流锅炉的工作原理及其水冷壁类型

直流锅炉水冷壁常见类型，如图8-6所示。

(a)水平围绕管圈型；(b)垂直管屏型；(c)～(f)回带管圈型。回带管圈型（苏尔寿型）由若干平行的管子组成管带，沿炉膛内壁上下迂回。因其安全性较差，已逐渐被淘汰。

三.直流锅炉水冷壁常见类型1/31/202321PrinciplesofBoiler§2直流锅炉的工作原理及其水冷壁类型

㈠螺旋管圈型多根平行的水冷壁管组成管带，沿炉膛周界倾斜螺旋上升。水平管屏吸热均匀，可不设中间混合联箱。此种水冷壁的特点是：①在滑压运行时没有汽水混合不均的问题，故能变压运行、快速启停，适应电网负荷的频繁变化，调速性能好；②螺旋管圈适宜采用膜式水冷壁，不易出现膜态沸腾，且管子数目可按设计要求选取，不受炉膛大小的影响，也可选取较粗管径以增加水冷壁刚度；③对煤种适应性强，可燃用挥发分低、灰分高的煤；④螺旋布置管屏的加工与安装复杂，而且费用高。三.直流锅炉水冷壁常见类型直流锅炉水冷壁常见类型，如图8-6所示。

(a)水平围绕管圈型(b)垂直管屏型1/31/202322PrinciplesofBoiler

直流锅炉水冷壁形式主要有螺旋管圈型和垂直上升管屏型

螺旋管圈型水冷壁

螺旋管圈型水冷壁

由若干根水冷壁组成管带，沿炉膛四面倾斜上升，无水平段，各管带均匀地分布在炉膛四壁，任一高度上管带的受热几乎完全相同

螺旋管圈型水冷壁的特点沿炉膛四周热负荷不均匀影响小管圈内工质可保证足够高的质量流速，以减轻传热恶化的影响。工质焓值较高的管带后段，可以布置在炉内热负荷较低区域，对防止管壁超温有利。大锅炉宽管带，各管间热偏差较大；支吊困难

适用于超临界和亚临界压力，燃料适应性广。1/31/202323PrinciplesofBoiler§2直流锅炉的工作原理及其水冷壁类型

㈠螺旋管圈型也可把螺旋围绕上升管屏水冷壁上部设计成全悬吊垂直上升管屏，管圈中的每根管子均同样绕过炉膛和各个壁面，因而每根管子吸热相同，管间的热偏差最小。此种水冷壁的特点是：①适用于变压运行；②螺旋管圈的制造安装支撑等工艺较为复杂及流动阻力大；③被国内超临界压力机组采用较多。

三.直流锅炉水冷壁常见类型直流锅炉水冷壁常见类型，如图8-6所示。

(a)水平围绕管圈型(b)垂直管屏型1/31/202324PrinciplesofBoiler§2直流锅炉的工作原理及其水冷壁类型

㈡垂直管屏型垂直管屏型是在炉膛四周布置多个垂直管屏，管屏之间由炉外管子连接，整台锅炉的水冷壁可串联成一组或几组，工质顺序流过一组内的各管屏，组与组之间并联连接。

三.直流锅炉水冷壁常见类型直流锅炉水冷壁常见类型，如图8-6所示。

(a)水平围绕管圈型(b)垂直管屏型1/31/202325PrinciplesofBoilerUP型垂直上升管屏水冷壁

UP型垂直上升管屏包括一次上升和上升-上升

一次上升型（a）

给水一次流经全部四面墙水冷壁管屏，没有下降管，管屏沿高度分为上、中和下部三个辐射区，各区段之间设有混合器，用以消除平行管子间的热偏差。特点：系统简单，流动阻力小；相邻管屏外侧管间壁温差较小；可采用全悬吊结构；水力特性较为稳定；但对锅炉负荷适应性较差，金属耗量大。

上升-上升型（b）炉膛下部高热负荷区域布置两个串联回路，用于提高管内工质质量流速以避免流动异常和传热恶化（a）（b）1/31/202326PrinciplesofBoilerFW型垂直上升管屏水冷壁

多次垂直上升管屏

炉膛下部高热负荷区域减小管屏的宽度，炉外加设下降管，形成多次垂直上升；在上部较低热负荷区，仍采用一次垂直上升管屏

FW型垂直上升管屏为多次垂直上升管屏

多次垂直上升管屏的特点既可保证高热负荷区有较高的质量流速，达到充分冷却的目的；又可减少高负荷下水冷壁的流动阻力；同时可避免采用刚度差的小直径管。有不受热的下降管，工质流程长，系统阻力较大；相邻两屏内工质的含汽率不同，管间壁温差大，使各屏热膨胀不同。应尽量减少管屏串联的次数1/31/202327PrinciplesofBoiler

在炉膛折焰角以上采用垂直上升管屏，以便采用全悬吊结构；炉膛上部热负荷较低，两相邻垂直管屏外侧管子的管壁温差较小，不至于造成膜式水冷壁损坏。在炉膛高热负荷区采用螺旋管圈型水冷壁，以减小炉内热偏差。3、直