流动锅炉及其水动力特性分析（锅炉设备运行课件）

控制循环锅炉特点管子直径较细，一般为Φ42∼51mm布置自由，有的控制循环锅炉还把部分蒸发受热面布置在烟道内，做成蛇型管蒸发器，与水冷壁并联连接结构特点—水冷壁方面的特点装置节流孔板，用以分配各并联管工质流量，改善热偏差结构特点—汽包方面的特点汽包内部装置允许有较大的流动阻力，而且由于循环倍率低，循环水量小，汽包直径、汽水分离器等尺寸可适当缩小汽包内装有弧型衬板，与汽包内壁间形成一环形通道装置节流孔板，用以分配各并联管工质流量，改善热偏差运行特点01强制流动，各受压部件能得到均匀的冷却汽包的热应力小0203因此启动及升降负荷的速度快循环倍率循环倍率K的大小与循环回路的经济性和安全性有密切关系循环倍率↓，循环回路的循环水量↓，循环回路中的汽包尺寸、管道直径以及炉水循环泵的容量等都相应↓，从而锅炉钢材的耗量↓，炉水循环泵的运行电耗↓，热损失↓循环倍率K的大小对蒸发管的工作安全也有很大的影响当K值较小时质量流速ρw较小管子内壁的冷却不够管壁温度会随热负荷的升高而显著提高1一般控制循环锅炉的水冷壁内工质质量流速要求较高，ρw约为1000～1500kg/(m2•s)23水冷壁管压力降中流动阻力份额大，具有强制流动特性循环倍率较小，一般为3∼4循环泵21循环泵是控制循环锅炉的关键设备。它的运行可靠性直接影响锅炉的安全工作循环泵都采用无轴封结构，以适应高温高压工作特点。泵与电动机都浸在水中，故又称为“湿式定子”型循环泵的结构如图热屏将泵和电动机的热量隔离开，电动机靠体外冷却器冷却，维持水稳在60℃以下泵的结构很容易导致炉水污垢进入电机腔室堵塞滤网，导致电机温度异常升高，要经常对高压冷却器的滤网和电机腔室进行清洗循环泵在运行时必须防止泵汽蚀强制流动锅炉及其水动力特性分析任务9.1控制循环锅炉控制循环锅炉原理01控制循环锅炉特点02循环倍率03循环泵04控制循环锅炉原理原理控制循环锅炉是由自然循环锅炉发展而成，它在循环回路的下降管上装置循环泵，见图（a），因而其循环动力大大提高了图（b）还表示了控制锅炉循环系统与自然循环锅炉循环系统运动压头分配比较1自然循环运动压头（0.05∼0.1MPa）2循环泵提升压头（0.25∼0.50MPa）控制循环锅炉水循环回路的运动压头直流锅炉特点工作原理和特点加热段01蒸发段02过热段03直流锅炉类型现代直流锅炉的水冷壁形式有很大的发展主要有螺旋管圈型和垂直管屏型两类①省煤器①去高压缸去中压缸来自高加来自高压缸⑦⑤④⑨⑧⑥③②炉膛③低过④屏过⑤末过⑥低再⑦高再⑧分离器⑨贮水罐过热器一级减温再热器事故减温过热器二级减温②螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈形直流锅炉是70年代以来发展较快的一种类型，如图水冷壁管组成管带，沿炉膛周界倾斜螺旋上升螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈形水冷壁适用于滑压运行，能适用超临界和亚临界压力，平行管热偏差小，燃料适应性广泛，还可采用整体焊接模式水冷壁。它的缺点是水冷壁支吊结构较复杂，制造，安装工艺要求高1.水冷壁布置及支吊螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈型直流锅炉的水冷壁一般都由螺旋管圈和垂直管屏两部分组成。炉膛下部热负荷高，布置螺旋管圈。炉膛上部分热负荷较低，布置垂直管屏螺旋管圈形直流锅炉螺旋管与垂直管之间的连接方式有两种类型另一种是分叉管连接，较少用1一种是通过联箱连接，螺旋管出口接至联箱、垂直管由联箱接出2螺旋管圈形直流锅炉中间混合集箱连接有两种方式中间混合集箱连接1螺旋管圈形直流锅炉中间混合集箱连接有两种方式中间混合集箱连接1螺旋管圈形直流锅炉中间混合集箱连接有两种方式中间混合集箱连接2螺旋管圈形直流锅炉螺旋管支吊采用均匀受载型支吊结构这种支吊方式，支吊点分散、均匀，避免了应力集中螺旋管圈形直流锅炉水冷壁的工质质量流速是水冷壁安全工作的重要指标。水冷壁安全工作的最低质量流速称为界限质量流速，它与水冷壁的结构、热负荷大小等有关2.水冷壁的工质质量流速螺旋管圈形直流锅炉在全负荷范围内都要大于界限质量流速是不合理的。故在低负荷时要求锅炉给水流量不低于25％~30％MCR螺旋管圈形直流锅炉直流最低负荷25%～30%MCR负荷称为直流最低负荷低于直流最低负荷时，应维持水冷壁中的质量流速在最低值不变，也就是说锅炉给水流量不能低于25%～30%MCR螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈型直流锅炉在直流负荷以下运行或启动的过程中，水冷壁的最低质量流速是由汽水分离器及其疏水系统来实现的。汽水分离器如图3.汽水分离器螺旋管圈形直流锅炉疏水系统是机组启动系统的组成部分，它主要考虑在启动与停运过程中对排放工质和热量的回收螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈型直流锅炉采用内置式圆筒形立式旋风分离器，它在系统中位于水冷壁与过热器之间，锅炉运行时承受锅炉运行压力螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈形直流锅炉主要设备：启动分离器超临界锅炉的典型结构。在锅炉启停及正常运行过程中，汽水分离器均投入运行序号名称1筒身2汽侧封头3水侧封头4管接头5手孔管接头6热电偶插座螺旋管圈形直流锅炉功能和特点在锅炉启停及低负荷运行期间，汽水分离器湿态运行，起汽水分离作用在锅炉正常运行期间，汽水分离器只作为蒸汽通道在启动时将蒸汽从水中分离出来收集的水排入储水罐螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈倾斜角θ螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈的倾斜角θ与炉膛周界并联管数之间有如下关系n=L/s*sinθ

当L、ｓ一定时，降低管子倾斜角θ就可减少并联管数目螺旋管圈的几何原理螺旋管圈形直流锅炉性能优越、成熟可靠的水冷壁W＝P×(n-1)pppppppppppppppp管子数量n管数＝n／2螺旋管圈形直流锅炉布置与选择管径灵活，易于获得足够的质量流速螺旋管圈水冷壁所需管子根数和管径，可通过改变管子水平倾斜角度来调整，使之获得合理的设计值，以确保锅炉安全运行与水冷壁自身的刚性管子根数大大减少，而且这种减少水冷壁管子根数的办法不加大管子之间的节距，使管子和肋片的金属壁温在任何工况下都安全12螺旋管圈形直流锅炉特点螺旋管圈形直流锅炉功能和特点在锅炉启停及低负荷运行期间，汽水分离器湿态运行，起汽水分离作用在锅炉正常运行期间，汽水分离器只作为蒸汽通道在启动时将蒸汽从水中分离出来收集的水排入储水罐螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈倾斜角θ螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈的倾斜角θ与炉膛周界并联管数之间有如下关系n=L/s*sinθ

当L、ｓ一定时，降低管子倾斜角θ就可减少并联管数目螺旋管圈的几何原理螺旋管圈形直流锅炉性能优越、成熟可靠的水冷壁W＝P×(n-1)pppppppppppppppp管子数量n管数＝n／2螺旋管圈形直流锅炉布置与选择管径灵活，易于获得足够的质量流速螺旋管圈水冷壁所需管子根数和管径，可通过改变管子水平倾斜角度来调整，使之获得合理的设计值，以确保锅炉安全运行与水冷壁自身的刚性管子根数大大减少，而且这种减少水冷壁管子根数的办法不加大管子之间的节距，使管子和肋片的金属壁温在任何工况下都安全12一次上升和上升－上升型（UP）直流锅炉一次上升和上升－上升型（UP）直流锅炉一次上升和上升型（UP）水冷壁是由传统的本生型水冷壁发展形成的，它有以下各特点由多个垂直管屏组成全炉膛整体焊接膜式水冷壁亚临界压力UP型水冷壁的中、下辐射区一般都采用内螺纹管，防止在高热负荷区发生传热恶化12一次上升和上升－上升型（UP）直流锅炉内螺纹管结构一次上升和上升－上升型（UP）直流锅炉一次上升和上升型（UP）水冷壁是由传统的本生型水冷壁发展形成的，它有以下各特点并联的水冷壁管屏沿炉膛高度设置两级或三级中间混合，减小并联管屏间的热偏差水冷壁管径细，外径一般为22∼31.7mm34一次上升和上升－上升型（UP）直流锅炉一次上升和上升型（UP）水冷壁是由传统的本生型水冷壁发展形成的，它有以下各特点下辐射区每个管屏进口联箱的供水管上都装置节流阀或节流圈，用来合理分配各屏的流量热负荷较高的下辐射区，工质在水冷壁管屏中的流动方式有一次上升方式和上升-上升方式。后者是为了提高水冷壁管内的工质质量流速。上辐射区的热负荷较低，采用一次上升流动方式56一次上升和上升－上升型（UP）直流锅炉多次垂直上升下降管圈工质具有较高的质量流速，但由于相邻管屏间工质温度不一样引起相邻管屏外侧两根相邻管子之间壁温差大，只适用于定压运行的锅炉。对于变压运行的超临界锅炉都采用一次上升的垂直管屏水冷壁7一次上升和上升型（UP）水冷壁是由传统的本生型水冷壁发展形成的，它有以下各特点强制流动锅炉及其水动力特性分析任务6.2直流锅炉工作原理和特点01直流锅炉类型02螺旋管圈形直流锅炉03一次上升和上升－上升型（UP）直流锅炉04工作原理过热蒸汽过热工作原理和特点加热过热器蒸发给水在给水泵压头的推动下，依次流过省煤器、水冷壁、过热器受热面，完成水加热、汽化和蒸汽过热过程，循环倍率K=1一、

直流锅炉的工作原理给水水冷壁省煤器给水泵锅炉的特点与直流锅炉相比对于容量不大的机组，采用一次上升型水冷壁和较大的管径也能保持安全质量流速01水冷壁质量流速在全负荷范围内比较合理，高负荷时的电耗比直流锅炉低了很多02循环泵要消耗一定的电能，一般大容量机组循环泵功率约为机组功率的0.2∼0.3％03与直流锅炉相比锅炉最低负荷在额定负荷的5％左右，它由过热器冷却所需的最低流量决定。与直流锅炉比较最低负荷大大降低了，启动系统可按5％∼10％MCR设计，使设备费用下降，又可减小启动损失04在循环流量与给水流量在混合器混合后进入水冷壁，使水冷壁进口工质焓值提高，欠焓减小，工质在水冷壁内的焓增也减小，有利于水冷壁中工质流动和减小热偏差05循环泵在高温、高压下长期工作，必须有安全可靠性。循环泵的流量-压头特性必须要与水冷壁系统压力降特性匹配，符合设计要求06锅炉的特点强制流动锅炉及其水动力特性分析任务9.3复合循环锅炉锅炉基本工作原理01锅炉的特点02锅炉基本工作原理复合循环锅炉的基本工作原理复合循环锅炉是由直流锅炉发展形成的。它在省煤器和水冷壁之间连接循环泵、混合器、分配器和再循环管，使部分工质在水冷壁中进行再循环复合循环锅炉再循环1部分负荷再循环(称为复合循环锅炉)2全负荷再循环（称为低循环倍率锅炉）再循环的负荷范围可分复合循环原则性系统1.省煤器2.水冷壁3.过热器4.混合器5.循环泵6.分配器7.逆止阀8.再循环阀9.再循环管复合循环的循环泵在全负荷范围内运行，循环泵的提升压头Δpba复合循环的循环泵在全负荷范围内运行，循环泵的提升压头Δpba1当Δpba>Δpbc

时，Δpca

＞0(即pc>pa),使再循环管中再循环流量由c点流向a点，此时水冷壁中工质流量Gsb为：Gsb=Ggs+Gz2当Δpba≤Δpbc时，pc≤pa,由于逆止门7的作用Gz=0，此时水冷壁中工质流量Gsb为：Gsb=Ggs水冷壁转入直流运行3如果在全负荷范围内都是Δpba>Δpbc，Gz＞0，就形成了低循环倍率锅炉锅炉基本工作原理强制流动多值性设有一均匀受热的管道，单位长度的热负荷为ql(kW/m)，进入管道的工质为欠热的水，在L1段内被加热至饱和水，在L2段内水逐渐蒸发形成汽水混合物。总管长（L1+L2

）的压力降Δp可表示为：Δp=Δplz

·1+Δplz·2特性方程1L1段内单相水的流动阻力压力降为：L2段为汽水混合物，分析中假定为均相流体,其流动阻力可表示为：特性方程1根据饱和水和汽水混合物的密度计算方法，对以上两式整理后可得:式中为一元三次方程，其解可能有三个实根、两个实根一个虚根、一个实根两个虚根等三种结果，Δp=f(ρw)曲线及解的三种结果示于图单值函数单值段当入口水流量很大时，D点后管子的吸热量只能使水温提高而不产生蒸汽，故从管子流出的仍是单相水当入口水流量很少时（B点前），水进入管子后很快被汽化成蒸汽，管内主要是单相蒸汽的流动水动力多值性的物理分析2B点开始，在质量流速逐步上升，热水段长度增长，蒸发段长度缩短，蒸发段中平均质量含汽率减小，使总管段的平均密度增大强制流动多值性水动力多值性的物理分析2A点以前，质量流速起主要作用，故管压力降随着质量流速上升而增大；A－C段，管中平均密度的增大起主要作用，故管路压力降随着质量流速上升而下降；C－D段，蒸汽含量很少，工质质量流速又起主要作用，故管路压力降又上升强制流动多值性水动力多值性的物理分析2当进入管子的水是饱和水时，热水段L1=0，管子全部是蒸发段，管中产汽量不变，故只有质量流速的变化起作用，质量流速上升，压力降增大，特性函数是单值的汽水密度差别是造成水动力多值性的根本原因影响水动力多值性的因素有：管子热负荷q工质压力p管子进口水的欠焓影响因素3热负荷增大，水动力不稳定加剧01压力增高，水、汽密度差减小，水动力特性趋于稳定02压力蒸发管入口欠焓减小，热水段长度缩短，当入口水达到饱和温度时L1=0，水动力多值性消失03管子进口欠焓影响因素3超临界压力锅炉，提高蒸发管入口水焓值也能使水动力特性趋向稳定影响因素3防止水动力特性多值性的方法4蒸发管进口端加装节流圈02减小蒸发管进口欠焓01节流圈原理节流圈应装在热水段进口，保证流过节流圈的为单相水如图所示，蒸发端进口加装节流圈后，管路特性曲线陡度上升、使水动力特性曲线趋向稳定1—节流圈的水动力2—原管路特性曲线3—加节流圈后管路的特性曲线节流圈使水动力稳定强制流动工质脉动定义：在强制流动蒸发管中，工质压力、温度、流量发生周期性变化，称为脉动脉动使管壁产生周期性热应力，导致金属疲劳损伤甚至破坏脉动现象与原因脉动的原因可能与个别管子的吸热量突然增大有关水冷壁的脉动有三种类型0102管间脉动屏间脉动03整体脉动（1）管间脉动在蒸发管进、出口联箱的压力和总流量基本不变的情况下，管中流量发生周期性变化，其进出口有180度的相位差在并联管屏之间也会出现与管间脉动相似的脉动现象（2）管屏间脉动在发生脉动时，进出口总流量和总压头并无明显变化，只是各管屏间的流量发生变化（3）锅炉整体脉动发生整体脉动时不但入口水流量、蒸汽流量产生周期性波动，同时汽压、汽温也产生波动（1）压力脉动是由工质的汽水密度差引起的。提高工质压力可使管内脉动压力增值减小，脉动减轻脉动的影