直流鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原理

1、1直流鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原理1.0 引言隨著電力行業(yè)的發(fā)展,大機(jī)組、大容量、大電網(wǎng)的電力系統(tǒng)已經(jīng)逐漸取戴了過去的小機(jī)組、小電網(wǎng)的電力生產(chǎn)朝流，而直流鍋爐作為現(xiàn)代電力生產(chǎn)的主力設(shè)備，承載著為社會(huì)節(jié)約資源、為電力充分發(fā)揮作用的重大責(zé)任。因此我們作為一名電廠熱工人員就應(yīng)該全面的去了解直流鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原理，為今后的工作打下基礎(chǔ)。1.1 直流鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)直流鍋爐一般是按通常稱為蒸發(fā)受熱面的水冷壁的結(jié)構(gòu)和布置方式的不同來分類的，目前國內(nèi)外直流鍋爐主要分為三個(gè)類型，如圖11所示。1) 水平圍繞管圖型(拉姆辛型)上海鍋爐廠生產(chǎn)的220t/h高壓直流鍋爐和400噸時(shí)超高壓直流鍋爐都屬于水平圍繞管

2、圈型直流鍋爐。它的水冷壁是內(nèi)許多根平行并聯(lián)的管子組成的管圈自下往上盤繞而成，為了穩(wěn)定流動(dòng)特性和減少各管的熱偏差，在所有管子的入口處裝有節(jié)流孔板。 水平圍繞管圈型直流鍋爐的水冷壁無下降管及小間聯(lián)箱，金屬消耗量少，疏水排氣方便。同時(shí)，因管圈四壁圍繞，且寬度較狹，能使受熱不均勻性減少。只有在鍋爐容量增加較大而管圈變寬時(shí)才會(huì)造成沿高度方向較大的熱偏差。 這種形式的直流鍋爐，由于各排管子結(jié)構(gòu)不同，難以將水冷壁預(yù)先組合。同時(shí)，水冷壁管多方向膨脹，因而不能應(yīng)用簡(jiǎn)便的敷管式爐墻采用框架爐墻則金屬消耗量增加。此外，為防止水平管子發(fā)生汽水分離，采用了較高的重量流速，加上管子又長，因此整體如阻力較大。2) 垂直多次

3、上升管屏型(本生型) 這種直流鍋爐的水冷壁由許多垂直管屏組成，每一管屏都有進(jìn)出口聯(lián)箱，各屏間用不受熱的下降管聯(lián)結(jié)。 垂直多次上升管屏型直流鍋爐，管系簡(jiǎn)單，管屏能以組件出廠。水冷壁采用膜式結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用敷管爐墻。水冷壁垂直向下膨脹，能采用懸吊結(jié)構(gòu)。出于有較多的小間聯(lián)箱，能起平衡各管因吸熱不均而造成的熱偏差和平衡產(chǎn)生管間脈動(dòng)時(shí)壓力峰的作用，因此這種型式的直流鍋爐的水動(dòng)力特性較其它型式穩(wěn)定，但可能發(fā)生類似自然循環(huán)鍋爐的停滯利例流現(xiàn)象應(yīng)引起足夠的注意。 這種型式的直流鍋爐需爐外下降管，聯(lián)箱數(shù)量也多，所以金屆消耗最大。由于各管屏在爐內(nèi)所處的位置不同，輻射傳熱的差界引起熱偏差較大。此外聯(lián)箱小雙相流體的均勻分

4、配問題也較為重要。3) 多彎道垂直升降型或多彎道水平彎曲管帶型(蘇爾壽型)這種直流鍋爐的水冷壁是有許多根平行并列的管子組成管帶圍繞爐膛連續(xù)而成，一般在單相工質(zhì)區(qū)是水平管帶，在雙相工質(zhì)區(qū)為交直管帶。這種型式的直流鍋爐不用中間混合聯(lián)箱和爐外下降管，金屬消耗量較少。其缺點(diǎn)處：因無小間聯(lián)箱，使最后出口熱偏差較大。 上升下降管帶，流水排氣不方便，特別是間于它的交叉管子在低負(fù)荷時(shí)因流速低，可能造成蒸汽停滯現(xiàn)象，使管子過熱燒壞。此外，管子的受熱膨脹也較復(fù)雜。目前這種型式的直流鍋爐的應(yīng)用并不廣泛。4) 本生型直流鍋爐的發(fā)展隨著生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究工作的深入發(fā)展，直流鍋爐的型式還在不斷地增加和變化。目前，國內(nèi)外除

5、水平圍繞管圈型電流鍋爐仍在繼續(xù)制造和采用外，單純的垂直多次上升管屏型直流鍋爐和多彎道垂直升降型或多彎道水平彎曲管帶型直流鍋爐的生產(chǎn)和使用已經(jīng)為數(shù)不多了。其中后者彎道升降管如n型、u型和型等多種型式代替。前者發(fā)展為一次上升或兩次上升管屏型式，國外常稱的“uf鍋爐”即通用壓力鍋爐，就是指這種一次或二次上升的管屏型直流鍋爐。這種鍋爐結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是：采用小管徑膜式水冷壁垂直管屏，懸吊結(jié)構(gòu)燃燒器布置在爐膛四角或前后墻，采用煙氣再循環(huán)等。1.2 直流鍋爐的工作原理直流鍋爐沒有汽包,整個(gè)鍋爐是由許多管子并聯(lián),并用聯(lián)箱連接而成的.在給水泵壓頭 的作用下,給水順序一次通過加熱、蒸發(fā)、過熱各個(gè)受熱面，即工質(zhì)沿

6、鍋爐汽水管道流過，依次完成水加熱、汽化和蒸汽過熱全過程，最后蒸汽過熱到所給定的溫度，由于工質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是靠給水泵的壓頭來推動(dòng)的，所以在直流鍋爐的所有受熱面中工質(zhì)都是強(qiáng)制流動(dòng)的。在高壓自然循環(huán)汽包鍋爐的蒸發(fā)受熱面中，循環(huán)一次大約只有10%左右的水被汽化為蒸汽。但在下流鍋爐的蒸發(fā)受熱面中，由于工質(zhì)僅一次通過，因此水將一次全部（100%）蒸蒸發(fā)完畢，成為于包和蒸汽。所以，按照循環(huán)倍率的定義，直流鍋爐的循環(huán)倍率，即在穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)給水量應(yīng)等于蒸發(fā)量。在低度于臨界壓力的直流鍋爐中，工質(zhì)的狀態(tài)和參數(shù)變化大致如圖12所示。由于流動(dòng)阻力，沿受熱管子長度工質(zhì)的焓逐漸降低；由于工質(zhì)不斷吸熱，工質(zhì)的焓逐漸增大、比容在逐漸增

7、大、溫度在加熱段和過熱段也逐漸升高。只有在蒸發(fā)段，工質(zhì)的溫度等于該處壓力下的飽和溫度但由于壓力是逐漸降低的，所以和溫度在這個(gè)區(qū)段略有下降。1.3直流鍋爐的工作特點(diǎn)在直流鍋爐中，由于取消了汽包且工質(zhì)一次性通過各受熱面，因此其工作過程具有如下特點(diǎn)：(1)由于沒有汽包，也就是蒸發(fā)受熱面和過熱器之間沒有中間分離容器隔斷，因此直流鍋爐水的加熱、蒸發(fā)和蒸汽過熱的受熱面并沒有固定的界限。如鍋爐吸熱和其他條件都不變時(shí)，若減小給水量，則只需吸收較少熱量就可使水達(dá)到沸點(diǎn)，故開始沸騰點(diǎn)前移，即加熱水段(省煤器)的長度縮小,蒸發(fā)段長度也會(huì)縮小.但鍋爐受熱管的總長度是不變的,所以過熱段的長度勢(shì)必增大時(shí),過熱蒸汽溫度將下

8、降.(2) 由于沒有汽包,直流鍋爐的水容量及相應(yīng)的蓄熱能力大為降低,一般約為同參數(shù)汽包鍋爐的1/21/4.因此,當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí),直流鍋爐壓力變化速度也比較快,這就要求直流鍋爐具有更靈敏的調(diào)節(jié)控制技術(shù).(3) 由于沒有汽包和汽水分離裝置,直流鍋爐不能連續(xù)排污,給水帶來入鍋爐的鹽類除了蒸汽帶走一部分外,其余的部分都不能將沉積在鍋爐的受熱面中.因此,直流鍋爐對(duì)給水品質(zhì)的要求很高.1)直流鍋爐的蒸發(fā)受熱面中,工質(zhì)的流動(dòng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些如流動(dòng)不穩(wěn)定、脈動(dòng)等問題。這些直流鍋爐所特有的流動(dòng)現(xiàn)象牙塔直接影響到鍋爐的安全運(yùn)行。2)汽包鍋爐中由于循環(huán)倍率高，蒸發(fā)受熱面出口的蒸汽含量是很低度的，蒸發(fā)受熱面管內(nèi)的換熱

9、大多屬于泡狀沸騰（或稱核態(tài)沸騰），出現(xiàn)膜態(tài)沸騰傳熱惡化的可能性較小，因而受熱面的管壁溫度只略高于工質(zhì)溫度。在直流鍋爐的蒸發(fā)受熱面中，給水從開始沸騰一直到完全蒸發(fā)，在高熱負(fù)荷、高含汽率條件下，就必定出現(xiàn)傳熱惡化而處于膜態(tài)沸騰狀態(tài)，這時(shí)受熱面的壁溫會(huì)急劇升高，甚至超溫?zé)龎?，工作不安全。因此，防止傳熱惡化是直流鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行中必須注意的問題。3)在直流鍋爐中，蒸發(fā)受熱面的進(jìn)口和出口并不像汽包鍋爐中那樣是匯合在一個(gè)壓力下，而是存在著壓差，其數(shù)值為蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)的流動(dòng)壓降，因此直流鍋爐要有較高的給水泵壓頭。在一般電廠汽包鍋爐中汽水側(cè)阻力約為12mpa，直流鍋爐中則約為35 mpa。4)啟動(dòng)時(shí)自然循環(huán)鍋

10、爐的蒸發(fā)受熱面是靠鍋爐水的自然循環(huán)而得到冷卻保護(hù)的。在直流鍋爐中則應(yīng)有專門的系統(tǒng)，以便在啟動(dòng)時(shí)有足夠的水量通過蒸發(fā)受熱面，保護(hù)受熱面管壁不致被燒壞。5)在直流鍋爐中蒸發(fā)受熱面不構(gòu)成循環(huán)，無汽水分離問題。因此，當(dāng)壓力增高，汽水密度差減小，以致于超臨界壓力時(shí)，直流鍋爐仍能可靠地工作。對(duì)汽包鍋爐來說，自然循環(huán)鍋爐的壓力不宜超過16mpa。即使是控制循環(huán)汽包鍋爐也不應(yīng)超過19mpa。1.4 直流鍋爐的優(yōu)點(diǎn)與汽包鍋爐相比，直流鍋爐具有一系列的優(yōu)缺點(diǎn)，其主要優(yōu)點(diǎn)為：(1)適用于任何壓力的鍋爐直流鍋爐原則上適用于任何壓力的鍋爐，但在超高壓以上的鍋爐更能顯示出其優(yōu)越性，而且在鍋爐壓力接近或超過臨界壓力（22.

11、1mpa）時(shí)，由于汽水密度差很小或完全無差別，則不能產(chǎn)生自然循環(huán)，只能采用直流鍋爐。(2)金屬耗量少直流鍋爐無沉重的汽包，又不采用或少用下降管，受熱面全部由管每根為2550的管子構(gòu)成，而且也可采用輕型的構(gòu)架。所以，與汽包鍋爐相比，同容量同參數(shù)的直流鍋爐一般可節(jié)約20%25%的鋼材。壓力愈高，節(jié)約的金屬愈多。(3)制造、安裝及運(yùn)輸方便由于直流鍋爐沒有汽包，給制造、運(yùn)輸和安裝帶來了極大的方便。如一臺(tái)配600mw機(jī)組的1815t/h自然循環(huán)汽包鍋爐的汽包長約40m、直徑1.9m 、壁厚115mm ，重約235t 。這樣大的汽包不僅制造工藝復(fù)雜，而且運(yùn)輸和安裝都有較困難，汽包分?jǐn)?shù)段出廠，到安裝工地后再

12、行焊接。(4)熱面可自由布置由于直流鍋爐各受熱面內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)全部是強(qiáng)制流動(dòng)，因而蒸發(fā)受熱面可以較自由布置，不必受自然循環(huán)所必須的上升管、下降管直立布置的限制，因而容易滿足爐膛結(jié)構(gòu)的要求。(5)啟、停速度快由于直流鍋爐沒有厚壁的汽包，在啟動(dòng)和停爐的過程中，鍋爐各部分的加熱和冷卻都容易達(dá)到均勻，所以啟動(dòng)和停爐快。冷卻點(diǎn)火約4045min即可供給額定溫度和壓力的蒸汽；停爐時(shí)間約需25min左右。一般汽包鍋爐的啟動(dòng)需要25h；停爐則需1824.1.5直流鍋爐也存在下列缺點(diǎn)(1) 對(duì)給水品質(zhì)要求高 直流鍋爐無法像汽包鍋爐那樣進(jìn)行連續(xù)排污，因此給水中的鹽分不是沉積在鍋爐受熱面內(nèi)就是被蒸汽帶入汽輪機(jī)中，影響鍋爐及汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行。目前化學(xué)除鹽水的品質(zhì)已超過了一般凝結(jié)水的質(zhì)量，保證直流鍋爐所要求的給水品質(zhì)已不成問題，但水處理系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用仍較高。(2) 給水泵功率消耗大 由于直流鍋爐內(nèi)的工質(zhì)完全是依靠給水泵壓頭的作用來流經(jīng)所有受熱面的，并且具有較大的質(zhì)量流速，所以給水泵壓頭高、消耗功率大。如sg400/14055