汽包爐與直流爐區(qū)別

汽包爐與直流爐的區(qū)別汽輪機主汽閥前的蒸汽壓力成為（汽輪機的）新汽壓力。這是機組運行狀態(tài)的重要參數(shù)。當機組按地形方式運行時。這個壓力應該保持額定值，汽輪機負荷（進氣量是用汽輪機內(nèi)部調(diào)節(jié)閥（常簡稱調(diào)門）的開度來控制；當機組按滑壓運行方式運行時，汽輪機調(diào)門開度保持不變，汽輪機負荷則隨新蒸汽壓力而變動，為了反映金屬部件在鍋爐動態(tài)過程中所起的作用，一種簡化的辦法是取用有效金屬系數(shù)，并作為一個常數(shù)。亦即假定部分金屬的溫度與工質(zhì)的溫度同步變化，而其余金屬的溫度保持不變，對鍋爐的動態(tài)是完全不起作用的，但這個系數(shù)實際上是變化的，與很多因素有關，如工質(zhì)對金屬的放熱系數(shù)、構(gòu)件的厚度、導熱系數(shù)和溫度變化速度或被動頻率等。壁厚在4——8mm以下的管子放出90%的熱量約在10s以內(nèi)，這與蒸發(fā)區(qū)壓力（或者飽和溫度）變化的時間常數(shù)（約200s以上）相比要小的多。當厚為45mm是，放出90%的熱量約180s。因此，對于水冷壁和汽水導管金屬，取其有效金屬系數(shù)為1是足夠準確的。而對于壁厚為100mm左右的汽包，其有效金屬系數(shù)大約為0.5或者更小些，對于大直徑下降管和集箱等，可以取以上兩者之間的數(shù)值。由上表可知，在蒸發(fā)區(qū)的熱慣性中，金屬部分只占較小的份額，而水冷壁和汽水導管又占了蒸發(fā)區(qū)金屬質(zhì)量的大部分。自然循環(huán)鍋爐的水位標準線一般定在汽包中心線以下100mm左右，在運行中，通常把水位的變動限制在+-50mm范圍。汽包鍋爐的主要優(yōu)點：(1)由于汽包內(nèi)儲有大量的水，有較大的儲熱能力，能緩沖負荷變化時引起的汽壓變化；（2）汽包爐由于有固定的水、汽和過熱汽分界線，故負荷變化時引起過熱汽溫變化小；（3）由于汽包內(nèi)具有蒸汽清洗裝置，故對給水品質(zhì)要求低。汽包爐主要缺點：（1）金屬耗量大；（2）對調(diào)節(jié)反應滯后；（3）只能用在臨界壓力以下的工作壓力。直流鍋爐下圖是直流鍋爐在某一穩(wěn)定工況下的簡化模型。在正常運行中，省煤器和過熱器的工質(zhì)分別為水和蒸汽，在水冷壁內(nèi)則有前段的水、中段的汽水混合物以及后段的微過熱蒸汽，當鍋爐工況變動時，蒸發(fā)段的長度和位置都會發(fā)生變化，但一般不至于月初水冷壁的范圍。下圖可見蒸發(fā)段長度或位置的變化均影響水冷壁內(nèi)熱水段和微過熱蒸汽段的長度（lrs和lwr）直流鍋爐的主要優(yōu)點：（1）金屬耗量??；（2）啟停時間短，調(diào)節(jié)靈敏；（3）不受壓力限制，既可用于亞臨界壓力鍋爐，也可用于超臨界壓力鍋爐。直流鍋爐的主要缺點：（1）對給水品質(zhì)要求高；（2）給水泵電耗量大；（3）對自動控制系統(tǒng)要求高；（4）必須配備專用的啟動旁路。一、直流鍋爐與汽包鍋爐差異1.直流鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)工質(zhì)的流動不像汽包爐那樣依靠汽水的重度差而形成自然循環(huán)來推動。而是與在省煤器、過熱器中的工質(zhì)流動一樣完全依靠給水泵產(chǎn)生的壓頭工質(zhì)在此壓頭的推動下順次通過加熱、蒸發(fā)、過熱過程水被逐漸加熱、蒸發(fā)、過熱最后形成合格的過熱蒸汽送往汽輪機。2.鍋爐在直流狀態(tài)運行時汽水通道中的加熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)、過熱區(qū)三部分之間并沒有固定的界線(可以把水在沸騰之前的受熱面稱為加熱區(qū)水開始沸騰到全部變?yōu)楦娠柡驼羝氖軣崦娣Q為蒸發(fā)區(qū)蒸汽開始過熱到全部被加熱至額定溫度壓力的過熱蒸汽的受熱面稱為過熱區(qū))。當給水量、空氣量、燃料量和機組負荷有擾動時此三個區(qū)段就會發(fā)生移動。3.直流鍋爐的另一個特點是蓄熱能力小。而汽包鍋爐則相反降壓速度不能過快因為壓力減小的過快可能會使下降管中工質(zhì)發(fā)生汽化而破壞水循環(huán)。由于直流鍋爐的蓄熱能力小在受到外部擾動時自行保持負荷及參數(shù)的能力就較差對擾動較敏感因此對調(diào)節(jié)系統(tǒng)提出更高的要求。但是在主動調(diào)整鍋爐負荷時由于其蓄熱能力小且允許的壓力降速度快可以使其蒸汽參數(shù)迅速地跟上工況的需要所以能較好的適應機組調(diào)峰的要求。4.直流鍋爐在純直流狀態(tài)下工作時蒸發(fā)區(qū)的循環(huán)倍率等于1而自然循環(huán)的汽包鍋爐的循環(huán)倍率為3——5。低倍率強制循環(huán)鍋爐的循環(huán)倍率為1.5左右。5.直流鍋爐的金屬消耗量小。與同參數(shù)的汽包鍋爐相比直流鍋爐可節(jié)約20%——30%的鋼材。6.直流鍋爐的設計不受工質(zhì)壓力的限制可以做成亞臨界超臨界甚至是超臨界。因此制造、安裝和運輸方便。7.直流鍋爐啟爐、停爐較快。機組啟動停止一般都受限于壁厚部件的熱應力。自然循環(huán)鍋爐因為有厚壁汽包啟動時內(nèi)外壁溫差、上下壁溫差大應力和汽包內(nèi)壓力所產(chǎn)生的應力組合成復合應力。因此上水升壓速度均受到限制。8.直流鍋爐給水品質(zhì)要求高因為在蒸發(fā)區(qū)不排污除了能溶于蒸汽的鹽分被蒸汽帶走外給水中所含雜質(zhì)將全部沉積在管壁上因此要求水處理嚴格。9.直流鍋爐工質(zhì)流動阻力較大。在自然循環(huán)鍋爐中只有省煤器和過熱器內(nèi)工質(zhì)為強迫流動要消耗給水泵壓頭蒸發(fā)受熱面內(nèi)的自然循環(huán)不消耗水泵壓頭。但是直流鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)的工質(zhì)也是強迫流動且管徑較小流速較高以便得到較大的質(zhì)量流速來冷卻水冷壁故要消耗額外的較多的水泵功率。10.直流鍋爐控制及調(diào)節(jié)復雜。由于直流鍋爐受熱面的金屬重量較輕工質(zhì)儲存量較小。故金屬及工質(zhì)的蓄熱能力一般只為汽包鍋爐的1/41/2。因此在外界負荷變化時自適應能力差汽壓波動幅度較大壓力波動速度往往超過汽包鍋爐一倍以上。另外由于工況變動引起熱水段、蒸發(fā)段和過熱段之間的調(diào)節(jié)互相影響因此直流爐的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)較復雜控制技術(shù)也較高。11.直流爐水冷壁的安全性存在一定的問題。自然鍋爐因其循環(huán)倍率高蒸發(fā)管中發(fā)生第一類傳熱危機和第二類傳熱危機的可能性小。直流鍋爐蒸發(fā)管出口往往是接近飽和甚至是微過熱蒸汽故管內(nèi)發(fā)生膜態(tài)沸騰和結(jié)垢的可能性較大。強迫流動的特性常導致并列蒸發(fā)管中吸熱越多的管子其工質(zhì)流量反而越小。目前的的螺旋水冷壁采用整焊膜式水冷壁各個管帶均勻地分布于爐膛四周在同一高度上的管帶受熱幾乎一樣相鄰管帶之間外側(cè)管管壁溫差較小(30℃)。由于各管帶皆為傾斜上升從而避免了拉姆辛管圈水平部分的較易發(fā)生的汽水分層的現(xiàn)象。同時低負荷時采用爐水循環(huán)泵建立爐水再循環(huán)水冷壁質(zhì)量流速的提高也避免了發(fā)生膜態(tài)沸騰可能。從而有效的降低了水冷壁管的金屬溫度保證了安全可靠運行。12.直流鍋爐設置分離器的目的是為了適應低負荷運行和低負荷運行時的熱損失另一目的是可使過熱器干態(tài)啟動從而縮短啟動時間。13.當外界負荷變化汽門開度發(fā)生變化時鍋爐汽壓變動很快波動的幅度也遠比汽包爐大;給水量變化時汽溫、汽壓、蒸汽量的變化趨勢都和汽包鍋爐相反而且影響程度也要大得多。即給水量增大汽壓、汽量明顯增大汽溫則顯著降低;當燃料量變化時直流鍋爐主要變化的是汽溫故直流鍋爐運行特點之一就是必須保持燃水比一定否則汽溫將無法保持正常。汽包爐工作原理：汽包爐的循環(huán)倍率K=W/D，汽包鍋爐的循環(huán)倍率一般為10-30，不同負荷時循環(huán)倍率不同，負荷越低，循環(huán)倍率越大。汽包鍋爐的蒸汽壓力有燃燒率和汽輪機調(diào)節(jié)氣門來控制汽包把整個鍋爐的汽水流程分割成三部分，即加熱段（省煤器）、蒸發(fā)段（水冷壁）和過熱段（過熱器）。這三段受熱面面積的大小是固定不變的，汽包除作為汽水的分離裝置外，其中的存水和空間容積還作為燃水比失調(diào)的緩沖器當燃水比（給水跟蹤燃料流量的比例關系）失調(diào)后；在一段相當廠的時間里（非事故的范圍內(nèi)），并不改變原來那三段受熱面面積的大小例如：增加給水流量，給水量的變化破換了原來的平衡狀態(tài)，汽包水位升高了，但由于燃料流量沒有變化，所以蒸發(fā)段的吸熱量以及產(chǎn)生的蒸汽流量可近似認為不變，因為過熱段的受熱面是固定的，因此，出口汽壓、汽溫都不會有什么變化，如同燃水比未失調(diào)一樣。如果燃料方面的變化破壞了原來的平衡狀態(tài)，比如燃料量增加，蒸發(fā)段就會產(chǎn)生較多的蒸汽，同時過熱段的吸熱量也吸收了較多的熱量，多以可是蒸汽溫變化不大，然而此時出口蒸汽壓力和流量卻都增加了，由于給水流量沒有改變，汽包中的部分水變成了都蒸發(fā)的那不馮蒸汽，，所以汽包水位下降了從以上所述可見，在汽包鍋爐中，水位是燃水比是否失調(diào)的標志，用給水流量調(diào)節(jié)水位，實質(zhì)上起到了間接保持燃水比不變的作用直流鍋爐工作原理超臨界機組的汽水流程中既沒有汽包，也沒有爐水小循環(huán)回路。超臨界機組是由受熱面以及連接這些受熱面的管道所組成給水泵強制一定流量的給水進入爐內(nèi)，一次性流過加熱段、蒸發(fā)段和過熱段，然后去汽輪機。他的循環(huán)倍率始終為1，與負荷無關。給水泵出口水壓通過三段受熱面里的工質(zhì)，直接影響出口汽壓，所以超臨界機組的汽壓是由給水壓力、燃料流量和汽輪機調(diào)節(jié)氣門共同決定的，超林界機組汽水流程中的三段受熱面沒有固定的分解線。在不同的負荷時，由于給水溫度變化等原因，是三段受熱面的吸熱量分配比例及與之有段的三段受熱面面積之間的比例都發(fā)生了變化當負荷減小時，由于高壓加熱器的抽汽壓力下降，給水溫度也隨著下降，加熱段和蒸發(fā)段受熱面的吸熱量都有不同程度的增加，而過熱段的吸熱量卻減少很多。因為可以改變?nèi)妓鹊霓k法該改變超臨界機組三段受熱面的吸熱比例，所以與汽包鍋爐相比，在負荷變化比較大或者改變?nèi)剂掀贩N式，從靜態(tài)來講超臨界機組很容易保持出口汽溫為設計值超臨界機組的工質(zhì)是一次性通過各受熱面的，而三段受熱面面積又不是固定不變的，所以當燃水比失調(diào)后，三段受熱面吸熱比例發(fā)生變化，對出口汽溫影響很大，對蒸汽壓力和流量的影響方式也較為復雜當給水流量變化破壞了原來的平衡狀態(tài)時，如給水流量減小時，則蒸發(fā)段向過路汽水流程入口方向移動，汽水流程中各點工質(zhì)的焓值都有所提高。工質(zhì)焓上升是由兩個因素引起的，一是因為受熱面吸熱量不變，而工質(zhì)流量減少，引起流經(jīng)本區(qū)的工質(zhì)焓上升，另一個原因是工質(zhì)焓值隨工質(zhì)流過的受熱面面積增加而增加，所以離鍋爐出口越近，工質(zhì)的焓增越大，汽溫變化也越大燃水比例失調(diào)1%，出口汽溫變化就可以達8-10℃。在運行中，燃水比失調(diào)往往會超過1^%。此外，因符合變化等原因使各受熱面的吸熱比例放生變化，以致單獨使用噴水減溫的辦法是無法將出口汽溫校正過來，更無法保證減溫器前各受熱面的安全運行。因此，超臨界機組運行的主要任務之一是調(diào)節(jié)燃水比為一定值對比：汽包爐蒸汽流量小于給水流量蒸汽壓力由燃燒率和汽輪機調(diào)節(jié)氣門開度決定，與給水流量無關燃水比失調(diào)后，加熱、蒸發(fā)、過熱三段吸熱面積不變，出口汽壓、汽溫都不會變化直流爐蒸汽流量等于給水流量蒸汽壓力由燃燒率和汽輪機調(diào)節(jié)氣門開度及給水流量（給水壓力）共同決定燃水比失調(diào)后。加熱、蒸發(fā)、過熱三段受熱面積變化，出口汽壓、汽溫都變化明顯（尤其溫度變化顯著）直流鍋爐自動控制系統(tǒng)[1]熱工自動化.華東六省一市電機工程（電力）學會編.2版.北京：中國電力出版社，2006[2]鍋爐設備及其系統(tǒng).華東六省一市電機工程（電力）學會編.2版.北京：中國電力出版社，2006中小型機組可以部分或者全部由人工調(diào)節(jié)，大型機組則采用集散控制系統(tǒng)，，但不論人工調(diào)節(jié)或者自動調(diào)節(jié)，都必須以正確了解機組的運行特性為基礎，運行特性包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性兩個方面，當機組運行中發(fā)生某些擾動是，哪些方面收到影響，哪些參數(shù)發(fā)生變化，以及其變化的方向和最終的變化幅度如何，這類問題都由機組的靜態(tài)特性決定，至于在變化的過渡過程中參數(shù)的變化速度和波動幅度，亦即參數(shù)變量與時間的關系，則屬于動態(tài)特性研究的問題。對于機組的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，運行人員必須心中有數(shù)。鍋爐壓力——鍋爐蒸發(fā)量和汽輪機蒸汽需求量鍋爐出口汽溫——過熱器、再熱器的換熱量和流經(jīng)蒸汽的吸熱量對于汽包爐都有水位調(diào)節(jié)的任務，鍋爐是以熱慣性較大的調(diào)節(jié)對象，相對于汽輪機而言，他的調(diào)節(jié)過程是相當遲緩的汽包爐中需要調(diào)節(jié)：汽包水位的控制與調(diào)節(jié)（改變給水調(diào)節(jié)閥的開度和給水泵轉(zhuǎn)速來改變給水流量的），過熱汽溫控制與調(diào)節(jié)（影響因素：燃料量或者負荷，爐膛過量空氣系數(shù)，燃料性質(zhì)，給水溫度；調(diào)節(jié)方式：噴水減溫，燃燒器上下擺動），再熱汽溫控制與調(diào)節(jié)（分隔煙道擋板，擺動燃燒器），汽壓調(diào)節(jié)，燃燒調(diào)節(jié)（燃料量，風量和負壓的調(diào)節(jié)）直流鍋爐需要調(diào)節(jié)：汽壓調(diào)節(jié)，氣溫調(diào)節(jié)（過熱汽溫——水煤比粗調(diào)，噴水減溫細調(diào)；再熱汽溫——燃燒器擺角，事故噴水減溫）汽包爐的負荷增減時，燃料量、給水量也要隨之增減，但是由于汽包水容積的作用，汽包鍋爐在調(diào)節(jié)過程中不需要嚴格保持給水量和燃料量的固定比例，當給水量與燃料量兩者有一個變化時，只能引起鍋爐出力或者汽包水位的變化，而對過熱汽溫的影響不大，一般用噴水減溫的調(diào)節(jié)就可以保持汽溫穩(wěn)定。但在直流鍋爐中，負荷變化時，應同時變更給水量和燃料量，并嚴格保持其固定比值，否則給水量或者燃料量的單獨變化或給水量、燃料量不按比例的同時變化都會導致過熱汽溫的大幅度變化，只是因為直流爐的加熱、蒸發(fā)和過熱三區(qū)段的分界點有了移動，亦即三區(qū)段受熱面長度發(fā)生變化，因而會引起過熱器溫的變化。直流鍋爐的過熱汽溫調(diào)節(jié)一般有超前信號。自然循環(huán)鍋爐和控制循環(huán)鍋爐只能用于亞臨界鍋爐。在自然循環(huán)的鍋爐中，工質(zhì)的流動時依靠下降管與上升管之間工質(zhì)的密度差來進行的。根據(jù)水蒸氣性質(zhì)，壓力越高，汽水密度差越小，自然循環(huán)形成越困難。超臨界機組是依靠外來能量建立強迫流動的鍋爐。在汽包鍋爐中，七寶吧汽水流程分為加熱段、蒸發(fā)段和過熱段，這三段受熱面的位置和面積而是固定不變的，在給水流量變化時，僅影響汽包水位，不影響蒸汽壓力和溫度，而燃料量變化時，僅改變蒸汽流量和蒸汽壓力，對蒸汽溫度的影響不大，因此，給水、燃燒、蒸汽溫度控制系統(tǒng)是可以相對獨立的，可以通過控制給水流量、燃燒率、噴水流量分別控制汽包水位，蒸汽壓力進而蒸汽溫度。汽包鍋爐過熱蒸汽溫度時通過改變蒸發(fā)受熱面和過熱受熱面之間的吸熱比例來實現(xiàn)的，由于受熱面是固定的，噴水可作為主要控制手段，在鍋爐結(jié)構(gòu)確定