第十三章强制流动锅炉

第十三章强制流动锅炉第1页，共31页，2023年，2月20日，星期三锅炉的分类按照工质在蒸发区域内流动的主要推动力自然循环锅炉强制循环锅炉蒸发受热面内工质的流动靠汽水密度差实现蒸发受热面内工质的流动借助水泵的压力强制循环锅炉直流锅炉控制循环锅炉复合循环锅炉无汽包，工质在水冷壁中一次蒸发成蒸汽有汽包，又称多次强制循环锅炉在低负荷时，部分工质在水冷壁内循环，高负荷时转入直流运行方式低倍率循环锅炉水冷壁在全负荷范围内均有部分工质循环第2页，共31页，2023年，2月20日，星期三第一节直流锅炉的工作原理及水冷壁形式一、工作原理

在给水泵压头作用下，工质一次性通过省煤器、水冷壁、过热器，在加热、蒸发、过热受热面之间没有固定的分界线。二、工作过程１．直流锅炉循环倍率K=G/D=1２．没有汽包，所以没有固定的受热面，在工况变化时，受热面长度发生变化．３．工作过程中的参数变化．工质焓值，沿受热面长度不断增加．压力由于克服流动阻力不断下降．温度，预热段温度不断上升，蒸发段由于压力降低有所降低，过热段温度不断上升．比容不断上升．第3页，共31页，2023年，2月20日，星期三第一节直流锅炉的工作原理及水冷壁形式三、直流锅炉的特点不设汽包，工质一次流过各级受热面，热水段、蒸发段和过热段之间没有固定的分界线。不受压力限制。水冷壁内工质阻力大，用给水泵的压头来克服流动阻力。没有自补偿能力，即受热强的管子，流动速度小．水动力特性呈多值性．存在脉动现象．直流锅炉的工质质量含汽率X由0-1，一定会出现第二类传热恶化。锅炉蓄热小，控制调节复杂；对给水品质要求高；启停过程为保证管子的冷却，需配备启动旁路系统，汽水损失大。节约钢材；蒸发受热面管子布置比较自由；启动时间短。第4页，共31页，2023年，2月20日，星期三四现代直流锅炉蒸发受热面的主要型式1.垂直管屏水冷壁该型式锅炉的压力既适用于亚临界,又适用于超临界.不适合变压运行3.螺旋管圈水冷壁该型式特别适用于滑压运行第一节直流锅炉的工作原理及水冷壁形式第5页，共31页，2023年，2月20日，星期三第6页，共31页，2023年，2月20日，星期三分隔屏后屏末级过热器高温再热器低温再热器低温过热器省煤器第7页，共31页，2023年，2月20日，星期三第8页，共31页，2023年，2月20日，星期三（一）冷灰斗结构螺旋管圈水冷壁主要组件的结构第9页，共31页，2023年，2月20日，星期三（二）下部螺旋管圈向上部垂直管屏的过渡区第10页，共31页，2023年，2月20日，星期三第11页，共31页，2023年，2月20日，星期三第12页，共31页，2023年，2月20日，星期三第13页，共31页，2023年，2月20日，星期三第二节直流锅炉的水动力多值性一、水动力特性

是指一定热负荷下，强制流动受热面管屏中工质流量qm与流动压降Δp之间的关系，也可用函数形式表示:Δp=

f(qm)二、直流锅炉水动力不稳定性流量和压差的关系不是单值的，而是多值的，即一个压差对应两个甚至三个流量。在并联工作的各个管子中，虽然两端压差相同但流量可以不同。

使并联各管出口的工质状态和参数发生不均匀，有些管子出口是汽水混合物，有些则是水或过热蒸汽；对某一根管子由于流量的非周期性变化使其出口的工质状态也随时间而变化。这些都是不安全工况。第14页，共31页，2023年，2月20日，星期三3水动力多值性产生的原因

强制流动水冷壁水动力多值性出现得根本原因是：由于热水段和蒸发段共存，且由于蒸发段中由于扰动使工质比容变化较大引起的。第二节直流锅炉的水动力多值性第15页，共31页，2023年，2月20日，星期三三、影响水动力多值性的因素（1）压力p

发生水动力多值性的最根本的原因是汽水密度不同。当p增加时，（）下降，因此水动力特性趋向稳定。（2）质量流速质量流速小，工质流量分配越不均匀，易发生水动力多值性。（3）工质进口欠焓。进口欠焓越小，水动力越稳定；（4）热负荷Q增加，使长度减小，如果没有热水段，一定不出现多值性，故热水段长度减小，水动力特性趋向稳定。

第二节直流锅炉的水动力多值性第16页，共31页，2023年，2月20日，星期三第二节直流锅炉的水动力多值性（5）热水段阻力。增加热水段阻力，可以使水动力特性稳定。蒸发段阻力变小对影响小，趋于稳定。（6）锅炉负荷低负荷，压力低，质量流速小，进口工质欠焓大，热负荷降低，热偏差大，此时在多种不利因素下，水动力不稳定性增大。第17页，共31页，2023年，2月20日，星期三五、解决水动力稳定性的方法提高质量流速。既可以避免水动力多值性，又可防止停滞、倒流。减小。加装节流圈。增加热水段阻力。提高压力P。启动过程、低负荷压力不要太低。减小热偏差。控制下辐射区水冷壁出口温度。控制水冷壁热负荷。第二节直流锅炉的水动力多值性第18页，共31页，2023年，2月20日，星期三第三节亚临界压力下蒸发管的脉动性流动一、定义：在管屏两端压差相同，当给水量和流出量基本不变的情况下，管屏里管子流量随时间作周期性波动的现象，叫脉动现象。二、脉动种类

1.管间脉动并联工作的管子之间，某些管子的进口水流量时大时小。对于一根管子，进口的水量最大时，出口蒸汽量最小；一部分管子的水流量增大时，另一部分水流量却在减小；与此同时，出口蒸汽量也在进行周期性变化。整个管组的进水量和蒸汽量变化不大。第19页，共31页，2023年，2月20日，星期三2.管屏脉动与管间脉动相似，指的是各个管屏之间的脉动现象。

3.整体脉动全部并联管屏中流量同时发生的周期性波动。使用特性比较平缓的离心式给水泵造成的。当给水量、燃料量、压力剧烈变化时，会引起整体脉动。特点：振幅是变化的，没有严格的周期，逐步衰减。

第三节亚临界压力下蒸发管的脉动性流动第20页，共31页，2023年，2月20日，星期三第三节亚临界压力下蒸发管的脉动性流动三、脉动的危害脉动→工质压力、温度的周期性变化，引起：管壁温度周期性变化，引起管子疲劳破坏；过热段长度周期性变化→出口气温周期性变化→气温难于控制，引起管壁超温；脉动严重时，引起管屏的机械振动，造成管屏机械应力破坏。四、产生脉动的原因1）压力峰的形成2）压力的下降3）压力峰重新形成第21页，共31页，2023年，2月20日，星期三第三节亚临界压力下蒸发管的脉动性流动五、防止脉动的措施1.增大质量流速气泡不易变大，管内不会形成较高的局部压力，保持稳定的进口水量。2.提高进口压力。p高，汽水密度差小，局部压力升高的现象不易发生。3.降低蒸发点热负荷和热偏差将蒸发点移到热负荷低的区域，蒸发点热负荷低，局部压力大幅度变化可以避免；减小热偏差，防止个别管子流量降低导致的比容剧烈变化引起的压力变化。4.防止脉动性燃烧蓄热少，热惯性小，热水段长度、蒸发段长度不断变化，引起流动阻力变化、重位压头变化，导致脉动发生。

第22页，共31页，2023年，2月20日，星期三第三节亚临界压力下蒸发管的脉动性流动5.加装节流圈

第23页，共31页，2023年，2月20日，星期三第六节低倍率和复合循环锅炉及其水动力特性一、低循环倍率锅炉工作原理

为了增加锅炉启动和低负荷运行时水冷壁的流量，在水冷壁出口设置汽水分离器，将汽水混合物分离成汽和水，采用再循环泵将分离出来的水与省煤器出口的水混合后，重新送入水冷壁。通过再循环管路的流量称为再循环流量。第24页，共31页，2023年，2月20日，星期三第六节低倍率和复合循环锅炉及其水动力特性二、低循环倍率锅炉的工作特点

(1)低倍率循环锅炉的主要技术是：直流锅炉系统+再循环泵。它解决了直流锅炉低负荷运行时，水冷壁中因工质流量降低导致管子冷却不足和水动力不稳定的问题。(2)水冷壁出口的汽水混合物通过汽水分离器，分离出的水由循环泵加压后送人省煤器出口的混合器，与给水混合后进入水冷壁，增加了水冷壁管内的工质流量并提高了进口工质的始值。随着负荷降低，再循环流量增大。(3)负荷变化时，水冷壁管内工质流量变化不大，启动过程和低负荷运行时的工作可靠性显著提高。而且负荷变化时，循环泵的流量变化不大，循环泵的运行可靠性也相应提高。第25页，共31页，2023年，2月20日，星期三(4)对亚临界参数锅炉，水冷壁中工质温度比较稳定，为饱和温度，管屏间和管子间的壁温差较小，有利于减小膜式水冷壁的热应力；而且低负荷时的热偏差比较小，水冷壁中的工质不需要进行中间混合，避免了工质重新分配，为实现变压运行创造了良好的条件。(5)低倍率循环锅炉的循环倍率大于1，水冷壁出口的汽水泥合物的平均于度在0.6左右，可避免“蒸干”过程导致的传热恶化，同时也能避免膜态沸腾，只要保证传热需要的质量流速，可以不采用内螺纹管。(6)由于低负荷运行时，水冷壁管内的质量流速随负荷变化不大，所以低倍率循环锅炉可选用较低的重量流速。100％M(况负荷时的重量流速一般为l100—1500kg／(m2·

s)。而直流锅炉的质量流速较高，一般为2000—2500kg／(m2·s)。第26页，共31页，2023年，2月20日，星期三(7)启动系统的容量小，可减小启动过程中的工质损失和热量损失。锅炉的最低负荷可降低到lo％删，启动热损失仅为直(8)锅炉出力很低时就可启动汽轮机，可以不设置保护再热器的低压旁路系统，并提高机组低负荷运行的经济性。(9)再循环泵长期处于高温高压下运行，工作条件很差。需要防止再循环泵入口汽化和蒸汽进入再循环管路。因此，要求汽水分离器的水位不能过低，避免出现自汽化或旋涡漏斗；循环管路中应保持比较平缓的流动阻力特性，即流量变化时，阻力变化不大且要求保持一定的流速；为防止汽化，省煤器出口的水应保持一定的欠焓。第27页，共31页，2023年，2月20日，星期三三、复合循环锅炉第28页，共31页，2023年，2月20日，星期三第七节强制循环锅炉工质在蒸发管中做多次强制循环流动，仍然用于亚临界压力范围内，故又称为多次强制循环锅炉。第29页，共31页，2023年，2月20日，星期三第七节强制循环锅炉强制循环锅炉的水动力特点

由于同直流锅炉一样，同为强制流动，因而，在蒸发受热面的可靠性方面，与对直流锅炉水动力特性的分析一样，存在着：1．水动力特