直流锅炉及其水动力特性 (1).ppt

1、强制流动锅炉及其水动力特性,一 锅炉的分类 自然循环锅炉：只靠汽水密度差推动工质流动。 强制循环锅炉：利用水泵压头和汽水密度差推动工质流 动。 直流锅炉：工质不循环，一次通过各受热面的锅炉。,第一节 自然循环与强制流动锅炉,汽包,下降管,上升管,烟气,下联箱,自然循环工作原理示意图,以上两式表明:循环推动力即运动压头用于克服上升系统和下降系统的阻力; 有效压头, 在数值上等于循环推动力与上升系统阻力之差,用来克服下降管阻力.,（一）工作原理,二 强制循环锅炉的工作原理和特点,（二）强制循环锅炉的特点,1. 由于增加了水泵的推动力,工质流量可以人为地控制,水流量 可以小些,即循环倍率K可以小一些

2、。 2. 可采用小直径水冷壁。 3 可采用小直径旋风分离器,因而可以减小汽包直径。也可采用内夹层汽包。,三直流锅炉的工作原理,（一）工作原理 在给水泵压头作用下，工质顺次通过预热，蒸发，过热各受热面，而被预热，蒸发，过热到所需要的温度。简言之，直流锅炉是工质一次通过各受热面，没有循环的强制流动锅炉。,（二）工作过程,直流锅炉循环倍率K=G/D=1 因没有汽包，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 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，蒸发段由于压力不断降低， 过热段温度不断上升 （）比容不断

3、上升,四直流锅炉工作过程特点,本质特点： （）没有汽包（）工质一次通过，强迫流动（）受热面无固定界限 蒸发受热面中工质流动工程特点 （）强制流动锅炉没有自补偿能力，即受热强的管子，流动速度小 （）在热负荷一定情况，蒸发受热面两端压差 一定，一根管子流量可以有多个数值 （）有脉动现象 （）直流锅炉消耗水泵压头大,传热过程特点：因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。 4 热化学过程特点：直流锅炉没有汽包，给水带来的盐分除一部分被蒸汽带走外，其余将全沉积在受热面上，因此直流锅炉要求给水品质高。 5 调节过程特点：直流锅炉，当负荷发生变化时，必须同时调节给水量和燃煤量，以保持

4、物质平衡 和能量平衡，才能稳住汽压和汽温。,6 启动过程特点：直流锅炉和自然循环锅炉相比，在结构上有蒸发受热面和启动旁路系统与之不同。在启动时首先启动启动旁路系统，建立启动流量和启动压力。此外由于直流锅炉没有汽包，升温过程比较快，所以启动速度快。 7 设计制造安装特点：（1）适用于任何压力。（2）蒸发受热面可任意布置。（3）节省金属。（4）制造方便。,自然循环锅炉 主要用于高压（9.812.74MPa)和超高压(13.7215.68MPa)也可用于亚临界(16.6618.62MPa). 强制循环锅炉 强制循环锅炉适用于自然循环锅炉的工作范围,但只有在压力在15.68MPa以上时,才有经济性.

5、直流锅炉 直流锅炉可以用于任何压力,但当 只有采用直流锅炉,五 三种类型锅炉工作压力范围及比较,第二节 直流锅炉水动力特性不稳定性,蒸发受热面安全工作问题 安全工作条件 (1) 管壁温度 小于 材料允许温度. (2) 相邻管壁温度差 50,(一)、 超临界压力下的工质热物理特性,超临界压力时的情况与临界压力时的相同，由水变成蒸汽是连续的，以单相形式进行。随着温度上升，导热系数、粘性系数及密度逐渐减小，相变点的密度变化率及定压比热达到最大值；温度不断升高，密度将逐渐减小，导热系数及粘性系数先下降后略有升高。,1比容,2比热,超临界压力下，对应一定的压力，存在一个大比热容区。进入该区后，比热容随温

6、度的增加而飞速升高，在拟临界温度处达到极值，然后迅速降低。压力越高，拟临界温度向高温区推移，大比热容特性逐渐减弱。,（一）水平管圈水动力特性 水动力特性是指在一定热负荷情况下，管屏压差与流量的关系。 1 特性方程式 其中 工质在受热管中的质量流速 双相流摩擦阻力校正系数 受热面平均热负荷 进口处工质欠焓,水动力特性曲线,在此图中，1，3 线为单值特性曲线 2 线为多值特性曲线。 但在实际中会出现那种图形， 取决于特性方程式中，A,B,C这三个 参数的取值。 如果出现曲线2所示图形，就表 在一个压差下，对应有23个流量， 即水动力成多值性。,2 水动力特性单值条件 对特性方程式求导得 进口处工质

7、欠焓 3 水动力多值性产生的原因 从特性曲线可以看出，曲线2有一下降段ab,即当 增加时， 增加 减小 ， 减小 ， 减小 ， 减小的影响比 增加的影 响大。,影响因素 （1）工质进口欠焓。当 =0 时，不会出现多值性。因为当没有热水段时，蒸发段长度不会发生变化，蒸发量不会变化。水动力不稳定性发生在同时具有蒸发段和热水段的管屏上。 （2）压力 。发生水动力多值性的最根本的原因是汽水密度不同。 当 增加时，（ ）下降，因此水动力特性趋向稳定。 （3）热负荷Q 。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。 （4）热水段阻力。增加热水段阻力，可以使

8、水动力特性稳定。蒸发段阻力变小对 影响小 ，趋于稳定。,对于超临界压力的水冷壁，虽然没有汽水共存区，但由于在拟临界温度附近工质比体积变化极大，因此水平管圈水冷壁（重位压差在总流阻中的比例小）也有流动多值性的问题。要保持特性曲线有足够陡度，必须使水冷壁进口工质焓小于1256kJ/kg。但在低负荷或高压加热器切除时，水冷壁的进口工质焓仍会下降，当水冷壁的进口工质焓小于837kJ/kg时，仍会有流动多值性的问题。,超临界压力下水平管圈的流动特性,5 解决水动力稳定性的方法,（1）减小 。 （2）增加热水段阻力。 （3）提高压力 。 （4）提高质量流速 。 （二）垂直管圈的水动力特性 1 在垂直管圈中

9、，由于重位压差 的影响， 热水段，蒸发段高度，m 热水段，蒸发段密度，,当 增加时 ， 下降，D 减少 , 下降, 增大， 增加。 的作用，是使水动力特性趋向稳定。 2 负荷变化时垂直管屏的水动力表现 （1）当 上升时， 所占比例增加，这时水动力特性 与水平管圈相似，即表现了强迫流动特点，受热强的管子，流 动速度慢。 （2）当 下降时， 所占比例减小， 这时 起主 要作用，与自然循环相似，表现了自然循环的特性，受热强的 管子，流动速度快。,蒸发受热面的脉动现象 1.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。 管间脉动 2.脉

10、动种类 管屏脉动 整体脉动 3 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 4 脉动的消除 1）增大 2）增大热水段阻力 3）减小蒸发段阻力 4）压力和热负荷,四 直流锅炉蒸发受热面的传热恶化,解决传热恶化的办法 对于直流锅炉，不可能避免传热恶化，只有采取推迟和抑制。主要方法： 1）使用好材料 2）采用内螺纹管，螺旋式导流器（扰流子）,第三节 复合循环锅炉,复合循环锅炉的主要技术是:直流锅炉系统+复合循环泵，解决直流锅妒低负荷运行时，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。 部分负荷复合循环锅炉：锅炉负荷达到70%MCR以上时，循环泵停止工作，锅炉

11、进入纯直流运行，循环管路中无工质通过。 低倍率循环锅炉：在全负荷范围内水冷壁中有再循环工质通过。,再循环量,给水量,水冷壁流量,100,50,0,50,100,7,A 全负荷复合循环,锅炉负荷/ 100%,亚临界压力复合循环,再循环量,给水量,100,50,0,50,100,水冷壁流量,B 部分负荷复合循环,锅炉负荷/ %,1水冷壁； 2-汽水分离器； 3-省煤器； 4-混合器； 5-循环泵； 6-控制阀； 7-节流阀,水冷壁的重量流速可按循环泵切除时的负荷选取，与直流锅炉相比，水冷壁的重量流速降低，仅为直流锅炉的一半左右，因而流动阻力小，可降低给水泵的能量消耗。 启动系统的容量小，可减小启动

12、过程中的工质损失和热量损失。锅炉的最低负荷可降低到1O%MCR，启动热损失仅为直流锅炉的15%一25%。 低负荷范围内运行时，工质流量变化小，温度变化幅度小。减小了热应力，有利于改善锅炉低负荷运行时的条件。 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。,一、低循环倍率锅炉,（一） 低循环倍率锅炉构成原理 低循环倍率锅炉是在苏尔寿直流锅炉和强制循环锅炉的基础上研制出来的,（二） 低循环倍率锅炉的工作特点,1 由于有再循环流量，在额定负荷情况下，由给水量确定的 可以小于传热要求的临界质量流速，所以使给水泵压头和功率大大减少。 当锅炉负荷变化时，由

13、于再循环泵的作用，水冷壁管中质量流速变化不大，因此 变化小。 低循环倍率锅炉由于循环倍率低，循环水量少，可以用直径较小的汽水分离器取代汽包。 低循环倍率锅炉由于循环倍率大于1，水冷壁平均出口干度在0.6左右，因此传热恶化比一次上升直流锅炉的传热恶化大为减轻，因而一般可以不用螺纹管。,5 由于水冷壁中工质比较稳定地处于饱和温度，各管屏及管子的管壁温度比较平均，因此膜式水冷壁的鳍片热应力小，工作可靠性增加。 6 启动流量小，启动系统简化，启动损失小，速度快。 苏尔寿罐固定了受热面界限，在调节上可以分成若干区域。 适用于亚临界参数，容量300600MW的机组。 需要解决长期在高温高压下再循环泵的运行问题。,二、 部分负荷复合循环锅炉,（一）