強制流動鍋爐及其水動力特性

1、第九章-139-1第九章第九章 強制流動鍋爐及其水動力特性強制流動鍋爐及其水動力特性本章重點：本章重點： 控制循環(huán)鍋爐和螺旋管圈型直控制循環(huán)鍋爐和螺旋管圈型直流鍋爐的結流鍋爐的結 構、工作原理和特點。構、工作原理和特點。 汽水兩相強制流動。汽水兩相強制流動。第九章-139-2強制流動鍋爐的類型：強制流動鍋爐的類型： 1.1.控制循環(huán)鍋爐又稱多次強制循環(huán)鍋控制循環(huán)鍋爐又稱多次強制循環(huán)鍋爐，也屬于汽包鍋爐。爐，也屬于汽包鍋爐。 2.2.直流鍋爐無汽包，工質在水冷壁中直流鍋爐無汽包，工質在水冷壁中一次蒸發(fā)成蒸汽。一次蒸發(fā)成蒸汽。 3.3.復合循環(huán)鍋爐就是在負荷較低時部復合循環(huán)鍋爐就是在負荷較低時部分

2、工質在水冷壁中進行再循環(huán)，高負荷分工質在水冷壁中進行再循環(huán)，高負荷時轉入與直流鍋爐相同的運行方式。時轉入與直流鍋爐相同的運行方式。第九章-139-3第第 一一 節(jié)節(jié) 控控 制制 循循 環(huán)環(huán) 鍋鍋 爐爐 一、一、原理：原理： 控制循環(huán)鍋爐是由自然循環(huán)鍋爐發(fā)控制循環(huán)鍋爐是由自然循環(huán)鍋爐發(fā)展而成，它在循環(huán)回路的下降管上裝置展而成，它在循環(huán)回路的下降管上裝置循環(huán)泵，見圖循環(huán)泵，見圖9 91 1，因而其循環(huán)動力大因而其循環(huán)動力大大提高了。大提高了。 控制循環(huán)鍋爐水循環(huán)回路的運動壓控制循環(huán)鍋爐水循環(huán)回路的運動壓頭由自然循環(huán)運動壓頭（頭由自然循環(huán)運動壓頭（0.050.050.10.1MPaMPa）和循環(huán)泵提

3、升壓頭（和循環(huán)泵提升壓頭（0.25 0.25 0.50 0.50MPaMPa）兩兩部分組成部分組成。第九章-139-4第九章-139-5水冷壁方面的特點：水冷壁方面的特點： 1 1、管子直徑較細，一般為、管子直徑較細，一般為 4242 5151mmmm，布置布置自由，有的控制循環(huán)鍋爐還把部分蒸發(fā)受熱自由，有的控制循環(huán)鍋爐還把部分蒸發(fā)受熱面布置在煙道內，做成蛇型管蒸發(fā)器，與水面布置在煙道內，做成蛇型管蒸發(fā)器，與水冷壁并聯連接。冷壁并聯連接。 2 2、水冷壁內工質質量流速較高，、水冷壁內工質質量流速較高， w =900 w =900 1500kg/(m 1500kg/(m2 2 s)s)。循環(huán)倍率

4、較小，一般為循環(huán)倍率較小，一般為3 3 4 4。水冷壁管壓力降中流動阻力份額大，水冷壁管壓力降中流動阻力份額大，具有具有強制流動特性強制流動特性，即質量流速隨熱負荷，即質量流速隨熱負荷升高而下降。升高而下降。第九章-139-63 3、裝置節(jié)流孔板，用以分配各并聯管工質流、裝置節(jié)流孔板，用以分配各并聯管工質流 量，改善熱偏差。量，改善熱偏差。第九章-139-7汽包方面的特點：汽包方面的特點： 1 1、汽包內部裝置允、汽包內部裝置允許有較大的流動阻力，許有較大的流動阻力，而且由于循環(huán)倍率低，而且由于循環(huán)倍率低，循環(huán)水量小，汽包直循環(huán)水量小，汽包直徑、汽水分離器等尺徑、汽水分離器等尺寸可適當縮小。寸

5、可適當縮小。 2 2、汽包內裝有弧型襯、汽包內裝有弧型襯板，與汽包內壁間形板，與汽包內壁間形成一環(huán)形通道。成一環(huán)形通道。第九章-139-8 二、二、 循環(huán)倍率循環(huán)倍率K K 循環(huán)倍率的大小與循環(huán)回路的經濟性和安循環(huán)倍率的大小與循環(huán)回路的經濟性和安全性有密切關系：全性有密切關系： 循環(huán)倍率循環(huán)倍率 ，循環(huán)回路的循環(huán)水量，循環(huán)回路的循環(huán)水量 ，循環(huán)，循環(huán)回路中的汽包尺寸、管道直徑以及爐水循環(huán)泵回路中的汽包尺寸、管道直徑以及爐水循環(huán)泵的容量等都相應的容量等都相應 ，從而鍋爐鋼材的耗量，從而鍋爐鋼材的耗量 ，爐，爐水循環(huán)泵的運行電耗水循環(huán)泵的運行電耗 ，熱損失，熱損失 。 限制循環(huán)倍率減小的因素：水冷

6、壁中汽水限制循環(huán)倍率減小的因素：水冷壁中汽水兩相流動不穩(wěn)定；沸騰傳熱惡化。兩相流動不穩(wěn)定；沸騰傳熱惡化。 一般，一般， K=3 K=3 4 4，最小為最小為2 2。第九章-139-9 三、循環(huán)泵三、循環(huán)泵 循環(huán)泵是控制循環(huán)鍋爐的關鍵設備。循環(huán)泵是控制循環(huán)鍋爐的關鍵設備。它的運行可靠性直接影響鍋爐的安全工它的運行可靠性直接影響鍋爐的安全工作。作。 循環(huán)泵都采用無軸封結構，以適應循環(huán)泵都采用無軸封結構，以適應高溫高壓工作特點。泵與電動機都浸在高溫高壓工作特點。泵與電動機都浸在水中，故又稱為水中，故又稱為“濕式定子濕式定子”型。型。第九章-139-10 右圖是循環(huán)右圖是循環(huán)泵的結構圖。泵的結構圖。

7、熱屏熱屏4 4將泵和將泵和電動機的熱電動機的熱量隔離開，量隔離開，電動機靠體電動機靠體外冷卻器外冷卻器1212冷卻，維持冷卻，維持水穩(wěn)在水穩(wěn)在6060以下。以下。第九章-139-11 循環(huán)泵在運行時必須防止泵中水發(fā)生汽循環(huán)泵在運行時必須防止泵中水發(fā)生汽化，簡稱汽蝕?；?，簡稱汽蝕。 當有效汽蝕余量當有效汽蝕余量 p py y（又稱有效凈正吸又稱有效凈正吸入水頭）入水頭）大于大于必須的凈正吸入水頭必須的凈正吸入水頭 p pr r（防防止發(fā)生汽蝕必須的最低吸入壓力比爐水飽和止發(fā)生汽蝕必須的最低吸入壓力比爐水飽和壓力高出的數值）時不發(fā)生汽蝕。壓力高出的數值）時不發(fā)生汽蝕。第九章-139-12第九章-1

8、39-13第九章-139-14第九章-139-15第第 二二 節(jié)節(jié) 直直 流流 鍋鍋 爐爐 一、工作原理和特點一、工作原理和特點第九章-139-16直流鍋爐有以下特點：直流鍋爐有以下特點： 直流鍋爐給水泵壓頭比汽包鍋爐的高。直流鍋爐給水泵壓頭比汽包鍋爐的高。給水泵電耗相應也較大。但直流鍋爐工質給水泵電耗相應也較大。但直流鍋爐工質壓力可達到超臨界壓力。壓力可達到超臨界壓力。第九章-139-17 直流鍋爐水冷壁允許有較大的壓力直流鍋爐水冷壁允許有較大的壓力降，因此降，因此 可選用較小直徑的水冷壁管，水冷可選用較小直徑的水冷壁管，水冷壁在爐膛內的布置有較多的自由度；壁在爐膛內的布置有較多的自由度；

9、可提高水冷壁內的工質流速，這對可提高水冷壁內的工質流速，這對水冷壁的安全工作創(chuàng)造了條件水冷壁的安全工作創(chuàng)造了條件.第九章-139-18 直流鍋爐不用汽包，帶來了以下特點直流鍋爐不用汽包，帶來了以下特點: 鍋爐給水品質要求高。鍋爐給水品質要求高。 鍋爐蓄熱量小，運行參數穩(wěn)定性較鍋爐蓄熱量小，運行參數穩(wěn)定性較差差,但無汽包熱應力限制但無汽包熱應力限制,可提高啟動和可提高啟動和停運速度；停運速度； 鍋爐鋼耗低，制造、輸送、安裝方鍋爐鋼耗低，制造、輸送、安裝方便；便； 直流鍋爐在運行工況下，水、汽水直流鍋爐在運行工況下，水、汽水混合物、過熱汽的分界點在受熱面上的混合物、過熱汽的分界點在受熱面上的位置隨

10、不同工況而變化，從而使其運行位置隨不同工況而變化，從而使其運行特性和汽包鍋爐不同。特性和汽包鍋爐不同。第九章-139-19二、直流鍋爐類型二、直流鍋爐類型直流鍋爐的類型主要是水冷壁的結構形直流鍋爐的類型主要是水冷壁的結構形式和其系統(tǒng)的不同式和其系統(tǒng)的不同.直流鍋爐的水冷壁管直流鍋爐的水冷壁管由于布置自由由于布置自由,故其形式很多。故其形式很多。傳統(tǒng)的水冷壁基本形式：水平圍繞管圈型傳統(tǒng)的水冷壁基本形式：水平圍繞管圈型（拉姆辛型），垂直多管屏型（本生型）（拉姆辛型），垂直多管屏型（本生型）和帶管圈型（蘇爾壽型）。和帶管圈型（蘇爾壽型）。第九章-139-20 水平圍繞管圈型是由多根平行管子組成管帶，

11、水平圍繞管圈型是由多根平行管子組成管帶，沿爐膛四周圍繞上升，三面水平一面傾斜。沿爐膛四周圍繞上升，三面水平一面傾斜。 垂直多管屏型是在爐膛四周布置多個垂直管屏，垂直多管屏型是在爐膛四周布置多個垂直管屏，管屏之間由爐外管子連接。水冷壁管可串聯成一管屏之間由爐外管子連接。水冷壁管可串聯成一組或幾組，工質順序流過一組內的各管屏。組或幾組，工質順序流過一組內的各管屏。第九章-139-21回帶管圈型回帶管圈型的水冷壁是的水冷壁是由多行程迂由多行程迂回管帶形成。回管帶形成。管帶迂回方管帶迂回方式分上下迂式分上下迂回和水平迂回和水平迂回兩種?；貎煞N。第九章-139-22 三、三、螺旋管圈形直流鍋爐螺旋管圈形

12、直流鍋爐 水冷壁管組成管帶，沿爐膛周界傾水冷壁管組成管帶，沿爐膛周界傾斜螺旋上升。斜螺旋上升。 它無水平圍繞管圈型中的水平段，它無水平圍繞管圈型中的水平段，管帶中的并連管數也增多了。螺旋管圈管帶中的并連管數也增多了。螺旋管圈形水冷壁適用于滑壓運行，能適用超臨形水冷壁適用于滑壓運行，能適用超臨界和亞臨界壓力，平行管熱偏差小，燃界和亞臨界壓力，平行管熱偏差小，燃料適應性廣泛，還可采用整體焊接模式料適應性廣泛，還可采用整體焊接模式水冷壁。水冷壁。 它的缺點是水冷壁支吊結構較復雜它的缺點是水冷壁支吊結構較復雜，制造，安裝工藝要求高。，制造，安裝工藝要求高。第九章-139-23第九章-139-24第九章

13、-139-25 下面對螺旋管圈形直流鍋爐的水冷壁及下面對螺旋管圈形直流鍋爐的水冷壁及其系統(tǒng)進行分析：其系統(tǒng)進行分析： 水冷壁的布置與支吊水冷壁的布置與支吊 螺旋管圈型直流鍋爐的水冷壁一般都由螺旋螺旋管圈型直流鍋爐的水冷壁一般都由螺旋管圈和垂直管屏兩部分組成。爐膛下部熱負荷高管圈和垂直管屏兩部分組成。爐膛下部熱負荷高，布置螺旋管圈。爐膛上部分熱負荷較低，布置，布置螺旋管圈。爐膛上部分熱負荷較低，布置垂直管屏。垂直管屏。 螺旋管與垂直管之間的連接方式有兩種類型螺旋管與垂直管之間的連接方式有兩種類型：一種是通過聯箱連接，螺旋管出口接至聯箱、：一種是通過聯箱連接，螺旋管出口接至聯箱、垂直管由聯箱接出；

14、另一種是分叉管連接。見下垂直管由聯箱接出；另一種是分叉管連接。見下圖。圖。第九章-139-26第九章-139-27 螺旋管螺旋管支吊采用均支吊采用均勻受載型支勻受載型支吊結構。這吊結構。這種支吊方式，種支吊方式，支吊點分散、支吊點分散、均勻，避免均勻，避免了應力集中。了應力集中。第九章-139-28 水冷壁的工質質量流速水冷壁的工質質量流速 水冷壁的工質質量流速是水冷壁安全工作水冷壁的工質質量流速是水冷壁安全工作的重要指標。水冷壁安全工作的最低質量流的重要指標。水冷壁安全工作的最低質量流速稱為界限質量流速，它與水冷壁的結構、速稱為界限質量流速，它與水冷壁的結構、熱負荷大小等有關。熱負荷大小等有

15、關。 第九章-139-29 但是在全負荷范圍內都要大于界限質量但是在全負荷范圍內都要大于界限質量流速是不合理的。故在低負荷時要求鍋爐給水流速是不合理的。故在低負荷時要求鍋爐給水流量不低于流量不低于25253030MCRMCR。第九章-139-30 螺旋管圈傾斜角螺旋管圈傾斜角 螺旋管圈的傾斜角螺旋管圈的傾斜角與爐膛周界并聯管數與爐膛周界并聯管數之間有如下關系：之間有如下關系： n=L/s sin 當當L、一定時，降低管子傾斜角一定時，降低管子傾斜角 就就可減少并聯管數目，從而使質量流速提高，可減少并聯管數目，從而使質量流速提高，并且效果十分明顯，這樣不采用內螺紋管也并且效果十分明顯，這樣不采用

16、內螺紋管也能保證水冷壁安全工作。能保證水冷壁安全工作。第九章-139-31 螺旋管圈圍繞爐膛圈數螺旋管圈圍繞爐膛圈數Z Z決定于螺旋管圈水冷壁的高度與管決定于螺旋管圈水冷壁的高度與管子的傾斜角子的傾斜角，可由下式計算：可由下式計算： Z=h/(Ltg ) 一般情況一般情況Z=1.251.5圈。圈。 1900t/h鍋爐為鍋爐為Z=1.7圈。圈。 第九章-139-32汽水分離器 螺旋管圈型直流鍋爐在直流負荷以螺旋管圈型直流鍋爐在直流負荷以下運行或啟動的過程中，水冷壁的最低下運行或啟動的過程中，水冷壁的最低質量流速是由汽水分離器及其疏水系統(tǒng)質量流速是由汽水分離器及其疏水系統(tǒng)來實現的。疏水系統(tǒng)是機組啟

17、動系統(tǒng)的來實現的。疏水系統(tǒng)是機組啟動系統(tǒng)的組成部分，它主要考慮在啟動與停運過組成部分，它主要考慮在啟動與停運過程中對排放工質和熱量的回收。程中對排放工質和熱量的回收。 螺旋管圈型直流鍋爐采用內置式圓螺旋管圈型直流鍋爐采用內置式圓筒形立式旋風分離器，它在系統(tǒng)中位于筒形立式旋風分離器，它在系統(tǒng)中位于水冷壁與過熱器之間，鍋爐運行時承受水冷壁與過熱器之間，鍋爐運行時承受鍋爐運行壓力。鍋爐運行壓力。第九章-139-33第九章-139-34 四、四、一次上升和上升上升型（一次上升和上升上升型（UP）直流直流鍋爐鍋爐 一次上升和上升型（一次上升和上升型（UP）水冷壁是由傳統(tǒng)的水冷壁是由傳統(tǒng)的本生型水冷壁發(fā)展形成的，它有以下各特點：本生型水冷壁發(fā)展形成的，它有以下各特點： 由多個垂直管屏組成全爐膛整體焊接膜式由多個垂直管屏組成全爐膛整體焊接膜式水冷壁；水冷壁； 亞臨界壓力亞臨界壓力UP型水冷壁的中、下輻射區(qū)型水冷壁的中、下輻射區(qū)一般都采用內螺紋管，防止在高熱負荷區(qū)發(fā)生一般都采用內螺紋管，防止在高熱負荷區(qū)發(fā)生傳熱惡化；傳熱惡化； 并聯的水冷壁管屏沿爐膛高度設置兩級或并聯的水冷壁管屏沿爐膛高度設置兩級或三級中間混合，減小并聯管屏間的熱偏差；三級中間混合，減小并聯管屏間的熱偏差；第九章-139-35 水冷壁管徑細，外徑一般為水冷壁管徑細，外徑一般為22 31.7mm。下輻射區(qū)每個管屏進口聯箱的供