第十一章 控制流动锅炉

1. 第十一章控制流动锅炉 §1、控制循环锅炉及特点 §2、直流锅炉及特点 §3、复合循环锅炉及特点 §4、直流锅炉的流动特性 §5、沸腾传热恶化及其防止措施 §6、超临界压力锅炉介绍 Principles of Boiler

2. 锅炉分类(复习) 自然循环锅炉：依靠汽水密度差推动 工质在炉膛受热面内循环。 强制循环锅炉：依靠外力（水泵）的推　　　动使工质在炉膛受热面内循环。 直流锅炉：工质在管内一次通过并变成　　　　热蒸汽。 Principles of Boiler

3. 强制循环锅炉纵剖面布置图 Principles of Boiler

4. 上海外高桥900MW超临界煤粉锅炉 Principles of Boiler

5. 锅炉设备整体布置图片 Principles of Boiler

6. 锅炉设备整体布置图片 Principles of Boiler

7. §1控制循环锅炉及特点 • 1、控制循环锅炉及特点 • 2、低循环倍率锅炉 Principles of Boiler 1/2

8. 控制循环锅炉及特点 压力增至一定值，汽水密度差’-”下降，运动压头下降；汽水分离困难，必然取消汽包。主要有直流锅炉、控制循环锅炉和复合循环锅炉三种 控制循环锅炉有汽包，循环回路下降管系统增设循环泵，工质流动的动力为循环泵的压头和工质重位差 • 可采用小直径水冷壁，水冷壁可自由布置。 • 采用体积较小的高效分离器，可减小汽包直径。 • 工质质量流速较高，循环倍率较自然循环小，一般为35；循环稳定，不易出现循环异常，但可能出现流动不稳定、脉动。 • 工质强制流动，可使各承压部件均匀受热或冷却，缩短锅炉启停时间。 Principles of Boiler 1/2

9. 低循环倍率锅炉 • 循环倍率K=1.5，循环水量少。 • 水冷壁中工质流量与锅炉负荷的关系。 • 没有大直径的汽包，只有置于炉外的汽水分离器，循环倍率低。 • 适用于亚临界压力锅炉。 Principles of Boiler 2/2

10. §2直流锅炉结构与工作原理 • 1、直流锅炉结构与工作原理 • 2、直流锅炉工作特点 • 3、带启动分离器的启动系统 • 4、直流锅炉结构(早期) • 5、现代直流锅炉采用的形式 Principles of Boiler

11. 直流锅炉结构与工作原理 直流锅炉没有汽包，给水在给水泵压头的作用下，顺序流过热水段、蒸发段和过热段受热面一次将给水全部变成过热蒸汽，蒸发区循环倍率K=1。 沿管子长度方向工质参数变化情况： • 热水段:水的焓和温度逐渐增高，比容略有加大，压力则由于流动阻力而有所降低。 • 蒸发段:汽水混合物的焓继续提高，比容急剧增加，压力降低较快，相应的饱和温度随着压力的降低也降低一些。 • 过热段:蒸汽焓、温度和比容均增大，压力由于流动阻力较大而下降更快。 Principles of Boiler 1/4

12. 直流锅炉工作特点 • 加热、蒸发和过热受热面没有固定的界限，汽温变化大。 • 如减小给水量，开始沸腾点前移，过热段长度L3增大，过热汽温上升。 • 无汽包，无下降管，水冷壁可采用小管径，耗钢少；但电耗相对较大；水冷壁可自由布置，适用于任何压力。 Principles of Boiler 2/4

13. 直流锅炉工作特点 • 启动和停炉速度比较快直流锅炉没有厚壁的汽包，起动和停炉过程中锅炉各部分加热和冷却均匀 • 专门的启动系统以便在启动时有足够的水量通过蒸发受热面，保护管壁不致被烧坏 • 对燃料、给水和空气的自动控制及调节要求较高直流锅炉的水容积及相应蓄热能力小，对负荷变动较敏感；工质预热、蒸发和过热段间无固定界限，若燃料、给水比例失调，不能保证供给合格蒸汽 Principles of Boiler 3/4

14. 直流锅炉工作特点 • 无自补偿能力 • 蒸发受热面可能出现流动不稳定、脉动、热偏差，危及锅炉安全运行，可采用在蒸发管进口加装节流圈等措施 • 管内换热处于膜态沸腾状态下，管壁可能超温破坏 直流锅炉蒸发受热面中，水要从开始沸腾一直到完全蒸发 • 汽包锅炉中由于循环倍率高，蒸发受热面出口的蒸汽含量X 较低，管内换热属于泡状沸腾，壁温可得到充分冷却 • 对给水品质的要求很高无汽包，不能进行连续排污 Principles of Boiler 4/4

15. 带启动分离器的启动系统 Principles of Boiler

16. 带启动分离器的启动系统 Principles of Boiler

17. 贮水箱 分离器 Principles of Boiler

18. 汽水分离器与贮水箱 的连接 分离器：汽水混合物沿筒体切向进入分离器后，旋转形成的离心力使汽水分离。 贮水箱：收集分离器的排水。 Principles of Boiler

19. 直流锅炉结构(早期) • 水平围绕管圈式——拉姆辛式； • 垂直管屏式——本生式； • 多行程回带管屏式——苏尔寿式。 Principles of Boiler

20. 蒸发受热面主要形式 • 早期采用的形式 • 本生型，即多次串联垂直上升管屏式 • 苏尔寿式，即多行程迂回管屏式 • 拉姆辛型，即水平围绕上升管圈式 Principles of Boiler

21. 拉姆辛式直流炉的主要优缺点 • 无中间联箱、下降管，金属耗量小； • 蒸发受热面进口有节流管圈； • 水动力稳定，热偏差小； • 疏排水方便，适用于滑压运行。 主要优点 主要缺点 • 现场组装工作量大； • 膨胀问题不容易解决。 Principles of Boiler

22. 垂直管屏式——本生式 Principles of Boiler

23. 本生式锅炉简图 Principles of Boiler

24. 本生式直流炉的优缺点 • 有炉外下降管与中间联箱； • 管系简单，现场组合率高，制造方便； • 容易消除热偏差。 优点 • 金属耗量较大； • 滑压运行的适应性较差。 缺点 Principles of Boiler

25. 多行程回带管屏——苏尔寿式 垂直回带管屏 水平回带管屏 Principles of Boiler

26. 多行程回带管屏—苏尔寿式锅炉 垂直回带管屏 水平回带管屏 Principles of Boiler

27. 回带管屏式 1-水平回带管屏；2-垂直回带管屏；3-过热蒸汽出口；4-过热器； 5-外置式过渡区；6-省煤器；7-给水入口；8-空气预热器；9-烟气出口 Principles of Boiler

28. 垂直上升管屏式 1-垂直管屏；2-过热器；3-外置式过渡区；4-省煤器；5-空气预热器； 6-给水如口；7-过热蒸汽出口；8-烟气出口 Principles of Boiler

29. 多行程回带管屏直流炉的优缺点 • 无炉外下降管，中间混合联箱少； • 金属耗量少，布置方便。 优点 • 管子长，热偏差很大； • 制造难度较大； • 垂直回带管屏疏排水不方便； • 水动力稳定性差。 缺点 Principles of Boiler

30. 现代直流锅炉采用的形式 • 锅炉向大容量、高参数发展；采用膜式壁；滑参运行和给水 处理技术发展。直流锅炉形式有了很大变化。 • 一次垂直上升管屏式（UP型） • 炉膛下部多次上升、炉膛上部一次上升管屏式（FW型） • 螺旋围绕上升管屏式 Principles of Boiler

31. 螺旋围绕上升管屏式 Principles of Boiler

32. 垂直管圈与螺旋管圈水冷壁比较 垂直水冷壁 （内螺纹管） 螺旋管水冷壁 （光管） Principles of Boiler

33. §3 复合循环工作原理 • 1、复合循环工作原理 • 2、低倍率复合循环锅炉 Principles of Boiler

34. 复合循环工作原理 • 复合循环与控制循环的区别 • 没有汽包，代之以简单的汽水分离器 • 复合循环与直流锅炉的区别 • 在省煤器和水冷壁之间装设循环泵、混合器和分配器等，依靠锅水循环泵压头将蒸发受热面出口的部分或全部工质进行再循环，蒸发系统中除直流流量外，还有循环泵提供的循环流量 复合循环包括：低循环倍率复合循环 和 部分负荷复合循环两种 Principles of Boiler 1/3

35. 低倍率复合循环锅炉 • 低倍率复合循环锅炉又称全负荷复合循环锅炉。 • 控制阀只起节流作用，在整个负荷范围内，投入循环泵运行，实现再循环。水冷壁工质出口平均干度小于1，循环倍率约为1.21.4。 • 低倍率复合循环锅炉多用于亚临界参数。 1-省煤器；2-混合器；3-循环泵；4-控制阀；5-节流圈；6-水冷壁；7-汽水分离器 Principles of Boiler 2/3

36. 部分负荷复合循环锅炉 • 部分负荷复合循环锅炉用控制阀进行循环方式的切换 • 在一定负范围内开启控制阀，按再循环方式运行。 • 当锅炉负荷达一定值（3070%额定负荷）后，关闭控制阀，循环泵作为给水泵起增压作用，按直流锅炉方式运行。 • 保证低负荷下必须的工质质量流速；降低高负荷下的流动阻力。 • 部分负荷复合循环锅炉适用于亚临界及超临界参数 1-省煤器；2-混合器；3-循环泵；4-控制阀；5-节流圈；6-水冷壁；7-汽水分离器 Principles of Boiler 3/3

37. §4直流锅炉的流动特性 1、超临界压力下工质的特性 2、水动力不稳定性（多值性） 3、水平管圈 4、水动力不稳定性产生原因 5、单值性条件 6、垂直管圈水动力特性 7、超临界压力下水动力特性 8、蒸发受热面中流体脉动现象 9、脉动的特点 10、脉动的危害 11、脉动产生机理 12、消除脉动措施 13、蒸发受热面中热偏差定义 14、热偏差的危害 15、热偏差的影响因素 16、热偏差的消除及减轻措施 Page 37 Principles of Boiler 2014/10/2

38. 直流锅炉的流动特性 • 直流锅炉与自然循环锅炉生产过程的主要差别在锅内过程，而炉内过程基本相同。 • 炉膛蒸发受热面内工质流动特性不同。 Principles of Boiler

39. 超临界压力下工质的特性 • 超临界指工质参数 > 临界参数 临界压力Pc＝ 22.129 MPa 临界温度t c＝ 374.15℃ • 加热过程 ： 未饱和水 干饱和蒸汽 过热蒸汽 Principles of Boiler

40. 超临界压力下工质的特性 • 主要工质物性参数变化规律 • 超临界压力下定压比热Cp具有最大值时的温度为拟临界温度或类临界温度。 • 在临界温度和类临界温度附近，工质的各主要参数发生比较大的变化。比容(密度)变化很大。 Principles of Boiler

41. 超临界压力下工质的特性 Principles of Boiler

42. 水动力不稳定性（多值性） • 当蒸发受热面进出联箱两端压差一定的条件下，管内可能出现多种不同的流量，即水动力特性出现多值性，这样的流动特性就是不稳定的。 • 危害：流量小的管子，管内对流换热系数小，冷却差，管壁温度高，有可能造成炉管失效损坏。 ΔP= ΔPlz+ρg(h2-h1)+ ρw(w2-w1) 管内工质流动阻力ΔP lz = ΔP rs + ΔPzf Principles of Boiler

43. 水平管圈 • 特性方程 在一定的热负荷下，管屏的压差与质量流量的关系式。 Principles of Boiler

44. 特性曲线 G = ρw Principles of Boiler

45. 水动力不稳定性产生原因 • 在某区段（如曲线2的cd段），随着ρw 增加，Lrs增加，Lzf减小，使得D减小，相应的 x 也减小； • 而且x减小影响程度比ρw 增加影响程度大。因此，随着ρw 增加， ΔP rs增加的值比ΔPzf减小的值少。 Principles of Boiler

46. 单值性条件 影响因素： • 工质进口欠焓 • 压力 • 热负荷 • 热水段阻力 Principles of Boiler

47. 工质进口焓值对水动力特性的影响 Principles of Boiler

48. Principles of Boiler

49. 影响因素 • 工质进口欠焓 • 压力 • 热负荷 • 热水段阻力 • 解决办法 • 减少蒸发受热面（水冷壁）入口欠焓 • 提高蒸发受热面的压力 • 水冷壁入口处装节流圈 • 提高水冷壁入口的质量流速 Principles of Boiler

50. ρw > (1.3-1.5) ρw* Principles of Boiler