第十一章強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐及其水動(dòng)力特性

1、第一節(jié)第一節(jié) 強(qiáng)制循環(huán)鍋爐和直流鍋爐工作原理強(qiáng)制循環(huán)鍋爐和直流鍋爐工作原理及工作過(guò)程特點(diǎn)及工作過(guò)程特點(diǎn) 由于壓力的提高，導(dǎo)致密度差的下降，循環(huán)推動(dòng)力下降，自然循環(huán)的可靠性降低。而且壓力的提高，汽包體積，壁厚增大。從而導(dǎo)致另一種循環(huán)形式的誕生，那就是強(qiáng)制循環(huán)。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐就是利用水泵壓頭和汽水密度差來(lái)推動(dòng)工質(zhì)流動(dòng)。n強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的主 導(dǎo)思想是解決由于壓力提高，密度差下降，循環(huán)推動(dòng)力下降。所以在循環(huán)回路下降管系統(tǒng)增加了一個(gè)循環(huán)泵。省煤器循環(huán)泵水冷壁過(guò)熱器上聯(lián)箱（一）工作原理一、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的工作原理和特點(diǎn)（二）強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的特點(diǎn)1. 由于增加了水泵的推動(dòng)力,工質(zhì)流量可以人為地控制,水流量 可以小些

2、,即循環(huán)倍率K K可以小一些,一般為1.58,通常K K為4 左右2. 可采用小直徑水冷壁3 可采用小直徑旋風(fēng)分離器,因而可以減小汽包直徑二直流鍋爐的工作原理（一）工作原理在給水泵壓頭作用下，工質(zhì)順次通過(guò)預(yù)熱，蒸發(fā)，過(guò)熱各受熱面，而被預(yù)熱，蒸發(fā)，過(guò)熱到所需要的溫度簡(jiǎn)言之，直流鍋爐是工質(zhì)一次通過(guò)各受熱面，沒(méi)有循環(huán)的強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐。給水泵省煤器水冷壁過(guò)熱器（二）工作過(guò)程直流鍋爐循環(huán)倍率K=G/D=1因沒(méi)有汽包，所以沒(méi)有固定的受熱面，在工況變化時(shí)，受熱面長(zhǎng)度發(fā)生變化工作過(guò)程中的參數(shù)變化（）工質(zhì)焓值，沿受熱面長(zhǎng)度不斷增加（）壓力由于克服流動(dòng)阻力不斷下降（）溫度，預(yù)熱段溫度不斷上升，蒸發(fā)段由于壓力不斷降低

3、，過(guò)熱段溫度不斷上升（）比容不斷上升三直流鍋爐工作過(guò)程特點(diǎn)本質(zhì)特點(diǎn)：（）沒(méi)有汽包（）工質(zhì)一次通過(guò)，強(qiáng)迫流動(dòng)（）受熱面無(wú)固定界限蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)流動(dòng)工程特點(diǎn)（）強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐沒(méi)有自補(bǔ)償能力，即受熱強(qiáng)的管子，流動(dòng)速度小（）在熱負(fù)荷一定情況，蒸發(fā)受熱面兩端壓差一定，一根管子流量可以有多個(gè)數(shù)值（）有脈動(dòng)現(xiàn)象（）直流鍋爐消耗水泵壓頭大p傳熱過(guò)程特點(diǎn)：因直流鍋爐的工質(zhì)質(zhì)量含汽率X由0 1，一定會(huì)出現(xiàn)第二類傳熱惡化。 4 熱化學(xué)過(guò)程特點(diǎn)：直流鍋爐沒(méi)有汽包，要求給水品質(zhì)高。 5 調(diào)節(jié)過(guò)程特點(diǎn)：直流鍋爐，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，必須同時(shí)調(diào)節(jié)給水量和燃煤量，以保持物質(zhì)平衡 和能量平衡，才能穩(wěn)住汽壓和汽溫。 6 啟動(dòng)過(guò)程特

4、點(diǎn)：直流鍋爐有啟動(dòng)旁路系統(tǒng)，啟動(dòng)時(shí)首先啟動(dòng)旁路系統(tǒng)，建立啟動(dòng)流量和啟動(dòng)壓力。此外由于直流鍋爐沒(méi)有汽包，所以啟動(dòng)速度快。 7 設(shè)計(jì)、制造安裝特點(diǎn)：（1）適用于任何壓力。（2）蒸發(fā)受熱面可任意布置。（3）節(jié)省金屬。DGgn自然循環(huán)鍋爐主要用于高壓（9.812.74MPa)和超高壓(13.7215.68MPa)也可用于亞臨界(16.6618.62MPa).n強(qiáng)制循環(huán)鍋爐 強(qiáng)制循環(huán)鍋爐適用于自然循環(huán)鍋爐的工作范圍,但只有在壓力在15.68MPa以上時(shí),才有經(jīng)濟(jì)性.n直流鍋爐 直流鍋爐可以用于任何壓力,但當(dāng) 只有采用直流鍋爐MPaP1 .22四、四、 三種類型鍋爐工作壓力范圍及比較三種類型鍋爐工作壓力范

5、圍及比較直流鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1）蒸發(fā)受熱面布置自由 2）沒(méi)有汽包，主要是外置式過(guò)渡區(qū)和汽水分離器 3）有啟動(dòng)旁路系統(tǒng)對(duì)蒸發(fā)受熱面的基本要求 1) 管子不被燒壞 2) 能解決膨脹問(wèn)題 3) 蒸發(fā)受熱面能夠制造出來(lái) 4) 制造,安裝方便三. 早期直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的形式 1 本生型 : 蒸發(fā)受熱面型式為多次垂直上升管屏 2 蘇爾壽型: 蒸發(fā)受熱面型式為多行程迂回管屏 3 拉姆辛型: 蒸發(fā)受熱面型式為水平圍繞管屏 本生型蘇爾壽型拉姆辛型一次垂直上升管屏(UP鍋爐) 既適用于亞臨界，又適用于超臨界。爐膛下部多次上升，上部一次上升管屏(FW型)。適合于300600MW容量機(jī)組。不適宜滑壓運(yùn)行（中間有聯(lián)箱）

6、。螺旋式水冷壁管屏 該型式特別適用于滑壓運(yùn)行爐膛水冷壁：爐膛水冷壁： 下部螺旋盤(pán)繞上升下部螺旋盤(pán)繞上升 從水冷壁進(jìn)口到折焰角下一定距離。 上部垂直上升上部垂直上升 均為膜式結(jié)構(gòu)均為膜式結(jié)構(gòu) 兩者間由過(guò)渡水冷壁轉(zhuǎn)兩者間由過(guò)渡水冷壁轉(zhuǎn)換連接。換連接。 第三節(jié)第三節(jié) 直流鍋爐蒸發(fā)受熱面水動(dòng)力學(xué)直流鍋爐蒸發(fā)受熱面水動(dòng)力學(xué)l蒸發(fā)受熱面安全工作問(wèn)題l安全工作條件 (1) 管壁溫度 小于 材料允許溫度. (2) 相鄰管壁溫度差 50btCbt二二 水動(dòng)力特性不穩(wěn)定性水動(dòng)力特性不穩(wěn)定性（一）水平管圈水動(dòng)力特性 水動(dòng)力特性是指在一定熱負(fù)荷情況下，管屏壓差與流量的關(guān)系。 1 特性方程式 其中 工質(zhì)在受熱管中的質(zhì)量

7、流速 雙相流摩擦阻力校正系數(shù) 受熱面平均熱負(fù)荷 進(jìn)口處工質(zhì)欠焓 111212118),()()(2223rdqLCridLBriqiAPawCwBwApiqw水動(dòng)力特性曲線132abc1w2w3wwp在此圖中，1，3 線為單值特性曲線 2 線為多值特性曲線。曲線2所示圖形，就表示在一個(gè)壓差下，對(duì)應(yīng)有23個(gè)流量，即水動(dòng)力成多值性。 2 水動(dòng)力特性單值條件 對(duì)特性方程式求導(dǎo)得 進(jìn)口處工質(zhì)欠焓3 水動(dòng)力多值性產(chǎn)生的原因 從特性曲線可以看出，曲線2有一下降段ab,即當(dāng) 增加時(shí)， 增加， 減小 ， 減小 ， 減小 ， 減小的影響比 增加的影 響大。 kgkJri,146. 7 wrsLzfLDXXw（1

8、）工質(zhì)進(jìn)口欠焓。當(dāng) =0 時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)多值性。因?yàn)楫?dāng)沒(méi)有熱 水段時(shí)，蒸發(fā)段長(zhǎng)度不會(huì)發(fā)生變化，蒸發(fā)量不會(huì)變化。 隨 增加而單調(diào)上升。 愈大，水動(dòng)力多值性愈明顯。水動(dòng)力不穩(wěn)定性發(fā)生在同時(shí)具有蒸發(fā)段和熱水段的管屏上，水動(dòng)力多值性不會(huì)發(fā)生在只有蒸發(fā)段的管屏上。ipwi4 影響因素（2）壓力 。發(fā)生水動(dòng)力多值性的最根本的原因是汽水密度不同當(dāng) 增加時(shí)，（ ）下降，因此水動(dòng)力特性趨向穩(wěn)定。pwpp （3）熱負(fù)荷Q 。Q增加，使 長(zhǎng)度減小，如果沒(méi)有熱水段，一定不出現(xiàn)多值性，故熱水段長(zhǎng)度減小，水動(dòng)力特性趨向穩(wěn)定。（4）熱水段阻力。增加熱水段阻力，可以使水動(dòng)力特性穩(wěn)定。蒸發(fā)段阻力變小對(duì) 影響小 ，趨于穩(wěn)定。rsL

9、p（5）質(zhì)量流速。質(zhì)量流速越低，工質(zhì)流量分配越不均勻，越容易發(fā)生水動(dòng)力多值性。（6）重位壓頭。影響水平管水動(dòng)力特性的因素同樣也影響著垂直管屏，垂直管屏水動(dòng)力穩(wěn)定性要求更高。（7）工質(zhì)大比熱特性。當(dāng)工質(zhì)處于大比熱區(qū)范圍內(nèi)，且吸熱量同時(shí)增大時(shí)，比容發(fā)生劇烈變化，引起工質(zhì)的膨漲急劇增大，容易發(fā)生水動(dòng)力不穩(wěn)定現(xiàn)象。5 解決水動(dòng)力穩(wěn)定性的方法（1）減小 。（2）增加熱水段阻力采用節(jié)流圈。（3）提高啟動(dòng)壓力 。（4）減小熱偏差。（5）提高質(zhì)量流速 。（6）控制下輻射區(qū)水冷壁出口溫度。ipw流圈阻力特性；3加節(jié)流圈后的水動(dòng)力特性 1 在垂直管圈中，由于重位壓差 的影響， 熱水段，蒸發(fā)段高度，m 熱水段，蒸發(fā)

10、段密度， zwpzwlzpppzfrszfrszfzfrsrszwHHPagHgHp,3mkg（二）垂直管圈的水動(dòng)力特性（一）垂直管圈水動(dòng)力特性 當(dāng) 增加時(shí) ， 下降，D 減少 , 下降, 增大， 增加。 的作用，是使水動(dòng)力特性趨向穩(wěn)定。 2 負(fù)荷變化時(shí)垂直管屏的水動(dòng)力表現(xiàn) （1）當(dāng) 上升時(shí)， 所占比例增加，這時(shí)水動(dòng)力特性 與水平管圈相似，即表現(xiàn)了強(qiáng)迫流動(dòng)特點(diǎn)，受熱強(qiáng)的管子，流 動(dòng)速度慢。 （2）當(dāng) 下降時(shí)， 所占比例減小， 這時(shí) 起主 要作用，與自然循環(huán)相似，表現(xiàn)了自然循環(huán)的特性，受熱強(qiáng)的 管子，流動(dòng)速度快。rsrsHLzfzfHLXzfzwpzwpwlzplzpwzwp三 蒸發(fā)受熱面的脈動(dòng)

11、現(xiàn)象1.定義：在管屏兩端壓差相同，當(dāng)給水量和流出量基本不變的情況下，管屏里管子流量隨時(shí)間作周期性波動(dòng)的現(xiàn)象，叫脈動(dòng)現(xiàn)象。 管間脈動(dòng)2.脈動(dòng)種類 管屏脈動(dòng) 整體脈動(dòng)3 產(chǎn)生脈動(dòng)的原因 1）壓力峰的形成 2）壓力的下降 3）壓力峰重新形成4 脈動(dòng)的消除 1）增大 2）提高進(jìn)口壓力 3）增大熱水段阻力采用節(jié)流圈 4）降低蒸發(fā)點(diǎn)的熱負(fù)荷和熱偏差 5）防止脈動(dòng)性燃燒 6）給水泵特性w平緩的水泵特性和較陡的水泵特性相比，假定壓差變化相同，平緩的水泵特性流量變化大，而較陡的水泵特性流量變化較小。1比容一、 超臨界壓力下的工質(zhì)熱物理特性2比熱1比容2比熱 類膜態(tài)沸騰：由于管子內(nèi)壁面附近的流體粘度、比熱、導(dǎo)溫系

12、數(shù)、密度等物性參數(shù)發(fā)生顯著變化引起的。（流體邊界層的層流化；紊流邊界層流化） 傳熱惡化發(fā)生在管子入口處和大比熱區(qū) 對(duì)于直流鍋爐，不可能避免傳熱惡化，只有采取推遲和抑制。主要方法： 1）使用好材料 2）采用內(nèi)螺紋管，螺旋式導(dǎo)流器（擾流子）第五節(jié) 低循環(huán)倍率鍋爐一 低循環(huán)倍率鍋爐構(gòu)成原理 低循環(huán)倍率鍋爐是在蘇爾壽直流鍋爐和強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的基礎(chǔ)上研制出來(lái)的 其具體結(jié)構(gòu)，如左圖所示過(guò)熱器蘇爾壽罐省煤器再循環(huán)泵混合器水冷壁DzxGG二 低循環(huán)倍率鍋爐的工作特點(diǎn)1 由于有再循環(huán)流量，在額定負(fù)荷情況下，由給水量確定的 可以小于傳熱要求的臨界質(zhì)量流速，所以使給水泵壓頭和功率大大減少。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，由于再循環(huán)

13、泵的作用，水冷壁管中質(zhì)量流速變化不大，因此 變化小。低循環(huán)倍率鍋爐由于循環(huán)倍率低，循環(huán)水量少，可以用直徑較小的汽水分離器取代汽包。低循環(huán)倍率鍋爐由于循環(huán)倍率大于1，水冷壁平均出口干度在0.6左右，因此傳熱惡化比一次上升直流鍋爐的傳熱惡化大為減輕，因而一般可以不用螺紋管。ww6 啟動(dòng)流量小，啟動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，啟動(dòng)損失小，速度快。蘇爾壽罐固定了受熱面界限，在調(diào)節(jié)上可以分成若干區(qū)域。適用于亞臨界參數(shù)，容量300600MW的機(jī)組，也可用在超臨界參數(shù)上。7需要解決長(zhǎng)期在高溫高壓下再循環(huán)泵的運(yùn)行問(wèn)題。5 由于水冷壁中工質(zhì)比較穩(wěn)定地處于飽和溫度，各 管屏及管子的管壁溫度比較平均，因此，使膜式水冷壁的鰭片熱應(yīng)力小

14、，工作可靠性增加。 質(zhì)量流速流量的分配節(jié)流圈再循環(huán)泵的工作可靠性三 低循環(huán)倍率鍋爐蒸發(fā)受熱面水動(dòng)力方面的幾個(gè)問(wèn)題n在啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，采用再循環(huán)流量而不是只用給水量來(lái)冷卻水冷壁。n在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，只采用直流的給水量而又不使用再循環(huán)流量來(lái)冷卻水冷壁。第六節(jié) 部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐一 部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐的構(gòu)成原理部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐的工作特點(diǎn)部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐的工作特點(diǎn)n水冷壁的工質(zhì)流速：由于在低負(fù)荷時(shí)有再循環(huán)流量，當(dāng)高負(fù)荷按直流方式運(yùn)行時(shí)，可以選用較低的 ，而在低負(fù)荷是則利用再循環(huán)來(lái)得到足夠的 。n循環(huán)倍率。n水冷壁結(jié)構(gòu)。n旁路系統(tǒng)。n適用與超臨界大容量鍋爐（600MW）。ww第七節(jié) 直流鍋

15、爐的啟動(dòng)系統(tǒng)一、直流鍋爐啟動(dòng)過(guò)程的主要問(wèn)題 無(wú)汽包，啟動(dòng)一開(kāi)始就必需不間斷地向鍋爐送進(jìn)給水，有必要設(shè)置專門(mén)的回收工質(zhì)與熱量的系統(tǒng)。 直流鍋爐啟動(dòng)必須與汽輪機(jī)的啟動(dòng)密切配合。 汽水的熱膨脹問(wèn)題 再熱器保護(hù)二、啟動(dòng)系統(tǒng)的作用 建立啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)流量 回收工質(zhì)和熱量 實(shí)現(xiàn)鍋爐各受熱面之間和鍋爐與汽輪機(jī)之間工質(zhì)狀態(tài)的配合。汽水分離器有內(nèi)置式和外置式兩種汽水分離器有內(nèi)置式和外置式兩種: : 內(nèi)置式分離器在啟動(dòng)完畢后，并不從系統(tǒng)中切除內(nèi)置式分離器在啟動(dòng)完畢后，并不從系統(tǒng)中切除而是串聯(lián)在鍋爐汽水流程內(nèi)，因此它的工作參數(shù)而是串聯(lián)在鍋爐汽水流程內(nèi)，因此它的工作參數(shù)(壓壓力和溫度力和溫度)要求比較高，但控制閥門(mén)可

16、以簡(jiǎn)化。要求比較高，但控制閥門(mén)可以簡(jiǎn)化。 外置式分離器在鍋爐啟動(dòng)完畢后與系統(tǒng)分開(kāi)，工外置式分離器在鍋爐啟動(dòng)完畢后與系統(tǒng)分開(kāi)，工作參數(shù)作參數(shù)(壓力和溫度壓力和溫度)的要求可以比較低，但控制閥門(mén)的要求可以比較低，但控制閥門(mén)要求較高。要求較高。圖2-1 1000t/h直流鍋爐外置式啟動(dòng)旁路系統(tǒng)1啟動(dòng)分離器；2除氧器；3鍋爐；4水冷壁、頂部過(guò)熱器、包覆過(guò)熱器；5低溫過(guò)熱器；6汽輪機(jī)高壓缸；7汽輪機(jī)中低壓缸；8凝汽器；9凝升泵；10低壓加熱器；11給水泵；12高壓加熱器；13分離器至高壓加熱器的氣管路；14分離器至除氧器的氣管路；15高溫過(guò)熱器；16分離器至除氧器的水管路；17再熱器；18分離器至再熱器

17、的氣管路；19分離器至凝汽器的氣管路；20除氧器至凝汽器的放水門(mén)；21啟動(dòng)調(diào)節(jié)門(mén)；22大旁路；23低溫過(guò)熱器 機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，低溫過(guò)熱器出口25、26關(guān)閉，工質(zhì)經(jīng)水冷壁、包覆管、低溫過(guò)熱器之后，進(jìn)入啟動(dòng)分離器，也可以提前經(jīng)啟動(dòng)調(diào)節(jié)門(mén)21進(jìn)入啟動(dòng)分離器。在分離器中汽、水分離。 汽的出路有：去過(guò)熱器、去再熱器、去高壓加熱器、去除氧器，去凝汽器。 水的出路有：去除氧器、去凝汽器、去地溝。水的回收途徑與水質(zhì)指標(biāo)有關(guān)：水含鐵量小于80ug/L回收入凝汽器，回收工質(zhì)，但熱量損失了；水中含鐵量大于1000ug/L排入地溝不回收?；厥杖氤跗魉渑c回收入凝汽器比，前者水阻力小得多，節(jié)省給水泵電耗。 借助分進(jìn)調(diào)節(jié)門(mén)

18、21或23的節(jié)流，可使啟動(dòng)分離器的壓力低于鍋爐本體（指分離器之前的受熱面）的壓力，這樣，本體保持高的啟動(dòng)壓力有利于水動(dòng)力穩(wěn)定并減小工質(zhì)的膨脹量，而啟動(dòng)分離器內(nèi)的壓力（即輸出蒸汽的壓力）則可靈活地根據(jù)汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)要求和工質(zhì)排放能力加以調(diào)節(jié)。直流鍋爐內(nèi)置式啟動(dòng)旁路系統(tǒng) 啟動(dòng)分離器布置在爐膛水冷壁出口，分離器與水冷啟動(dòng)分離器布置在爐膛水冷壁出口，分離器與水冷壁 、 過(guò) 熱 器 之 間 的 連 接 無(wú) 任 何 閥 門(mén) 。 一 般 在壁 、 過(guò) 熱 器 之 間 的 連 接 無(wú) 任 何 閥 門(mén) 。 一 般 在（35%37%35%37%）MCRMCR負(fù)荷以下，由水冷壁進(jìn)入分離器的為負(fù)荷以下，由水冷壁進(jìn)入分離器的為汽水混合物，分離器出口蒸汽直接進(jìn)入過(guò)熱器，疏水汽水混合物，分離器出口蒸汽直接進(jìn)入過(guò)熱器，疏水通過(guò)疏水?dāng)U容器回收工質(zhì)或通過(guò)除氧器回收工質(zhì)和熱通過(guò)疏水?dāng)U容器回收工質(zhì)或通過(guò)除氧器回收工質(zhì)和熱量。當(dāng)負(fù)荷大于（量。當(dāng)負(fù)荷大于（35%37%35%37%）MCRMCR負(fù)荷時(shí)，分離器中全負(fù)荷時(shí)，分離器中全部是蒸汽，呈干態(tài)運(yùn)行。此時(shí)內(nèi)置式分離器相當(dāng)于一部是蒸汽，呈干態(tài)運(yùn)行。此時(shí)內(nèi)置