復(fù)合循環(huán)鍋爐簡(jiǎn)介

第三節(jié)復(fù)合循環(huán)鍋爐簡(jiǎn)介

一、復(fù)合循環(huán)鍋爐的基本工作原理復(fù)合循環(huán)鍋爐是由直流鍋爐發(fā)展形成的。它在省煤器和水冷壁之間連接循環(huán)泵、混合器、分配器和再循環(huán)管，使部分工質(zhì)在水冷壁中進(jìn)行再循環(huán)。再循環(huán)的負(fù)荷范圍可分部分負(fù)荷再循環(huán)和全負(fù)荷再循環(huán)兩種。部分負(fù)荷再循環(huán)稱為復(fù)合循環(huán)鍋爐。全負(fù)荷再循環(huán)稱為低循環(huán)倍率鍋爐。1/12/202311/12/20232

復(fù)合循環(huán)鍋爐和低循環(huán)倍率鍋爐與直流鍋爐相比具有以下特點(diǎn)：

對(duì)于容量不大的機(jī)組，采用一次上升型水冷壁和較大的管徑也能保持安全質(zhì)量流速。

循環(huán)泵要消耗一定的電能，一般大容量機(jī)組循環(huán)泵功率約為機(jī)組功率的0.20.3％。

鍋爐最低負(fù)荷在額定負(fù)荷的5％左右，它由過熱器冷卻所需的最低流量決定。與直流鍋爐比較最低負(fù)荷大大降低了，啟動(dòng)系統(tǒng)可按5％

10％MCR設(shè)計(jì)，使設(shè)備費(fèi)用下降，又可減小啟動(dòng)損失。1/12/20233全負(fù)荷范圍內(nèi)水冷壁中工質(zhì)質(zhì)量流速見下表。1/12/20234在循環(huán)流量與給水流量在混合器混合后進(jìn)入水冷壁，使水冷壁進(jìn)口工質(zhì)焓值提高，欠焓減小，工質(zhì)在水冷壁內(nèi)的焓增也減小，有利于水冷壁中工質(zhì)流動(dòng)和減小熱偏差。循環(huán)泵在高溫、高壓下長(zhǎng)期工作，必須有安全可靠性。循環(huán)泵的流量-壓頭特性必須要與水冷壁系統(tǒng)壓力降特性匹配，符合設(shè)計(jì)要求。1/12/20235亞臨界復(fù)合循環(huán)鍋爐，在水冷壁出口裝置汽水分離器，其橫斷面積小，水位波動(dòng)大，給水調(diào)節(jié)要求較高，此外，在再循環(huán)運(yùn)行時(shí)，汽水分離器出口的蒸汽直接送入過熱器，汽溫特性似汽包鍋爐。但是其出口蒸汽濕度較大，水分在過熱器中蒸發(fā)，使過熱器的受熱面積增大，汽溫特性也有變化。1/12/202361/12/20237復(fù)合循環(huán)鍋爐適用與容量大于300~600MW的機(jī)組。復(fù)合循環(huán)鍋爐由再循環(huán)轉(zhuǎn)變到直流運(yùn)行的負(fù)荷一般室65％~80％MCR，鍋爐容量大的可取低值。1/12/202381/12/20239第四節(jié)強(qiáng)制流動(dòng)特性一、管路壓力降特征蒸發(fā)受熱面管路壓力降p略去加速度壓力降后可表示為

p=plz+pzw(9-1)

循環(huán)自然流動(dòng)時(shí)，管路壓力降特性是重位壓頭為主要部分；強(qiáng)制流動(dòng)時(shí)，管路壓力降特征是流動(dòng)阻力為主要部分。1/12/202310強(qiáng)制流動(dòng)管路壓力降略去次要部分可表示為：

p=plz

(9-2)

因此，管路流動(dòng)阻力壓力降與質(zhì)量流速的關(guān)系為p=f(w)，后者稱為強(qiáng)制流動(dòng)特性函數(shù)，其關(guān)系曲線稱為強(qiáng)制流動(dòng)特性曲線。1/12/202311對(duì)于單相流體，不計(jì)局部阻力時(shí)強(qiáng)制流動(dòng)特性函數(shù)p=

f(w)是單值函數(shù)，即一個(gè)質(zhì)量流速對(duì)應(yīng)一個(gè)壓力降。1/12/202312水動(dòng)力不穩(wěn)定現(xiàn)象：對(duì)于受熱管道的汽水兩相流動(dòng)，其強(qiáng)制流動(dòng)特性可能出現(xiàn)一個(gè)壓力降下有幾個(gè)質(zhì)量流速或質(zhì)量流速發(fā)生周期性的變化，前者稱為多值性，后者稱為脈動(dòng)。1/12/202313二、強(qiáng)制流動(dòng)多值性

（一）特性方程與物理分析設(shè)有一均勻受熱的管道，單位長(zhǎng)度的熱負(fù)荷為ql(kW/m)，進(jìn)入管道的工質(zhì)為欠熱的水，在L1段內(nèi)被加熱至飽和水，在L2段內(nèi)水逐漸蒸發(fā)形成汽水混合物?？偣荛L(zhǎng)（L1+

L2

）的壓力降p

可表示為：p=plz1+

plz2

1/12/202314

L1段內(nèi)單相水的流動(dòng)阻力壓力降為：

L2段為汽水混合物，分析中假定為均相流體。其流動(dòng)阻力可表示為：

1/12/202315

根據(jù)飽和水和汽水混合物的密度計(jì)算方法，對(duì)以上兩式整理后可得

上式為一元三次方程，其解可能有三個(gè)實(shí)根、兩個(gè)實(shí)根一個(gè)虛根、一個(gè)實(shí)根兩個(gè)虛根等三種結(jié)果。p=

f(w)曲線及解的三種結(jié)果示于右圖。單值函數(shù)單值段1/12/202316方程說(shuō)明水動(dòng)力多值性存在，其物理原因見下圖：D-單項(xiàng)水段（水流量大）B點(diǎn)前為單相汽段質(zhì)量流速起主要作用管中平均密度的增大起主要作用質(zhì)量流速起主要作用1/12/202317當(dāng)進(jìn)入管子的水是飽和水時(shí)，熱水段L1=0，管子全部是蒸發(fā)段，管中產(chǎn)汽量不變，故只有質(zhì)量流速的變化起作用，質(zhì)量流速上升，壓力降增大，特性函數(shù)是單值的。1/12/202318（二）影響因素

1.熱負(fù)荷從右圖可以看出，隨著熱負(fù)荷的增大，水動(dòng)力不穩(wěn)定更嚴(yán)重了。1/12/202319

2.壓力汽水密度差別是造成水動(dòng)力多值性的根本原因。壓力增高，水、汽密度差減小，水動(dòng)力特性趨于穩(wěn)定。1/12/202320

3.管子進(jìn)口欠焓蒸發(fā)管入口欠焓減小，熱水段長(zhǎng)度縮短，當(dāng)入口水達(dá)到飽和溫度時(shí)L1=0，水動(dòng)力多值性消失。水溫T1>T2>T31/12/202321超臨界壓力鍋爐，提高蒸發(fā)管入口水焓值也能使水動(dòng)力特性趨向穩(wěn)定。1-3焓值增大1/12/202322（三）重位壓頭對(duì)水動(dòng)力特性的影響上面分析的蒸發(fā)管流動(dòng)特性是只有流動(dòng)阻力壓力降，重位壓頭忽略時(shí)的情況。水平蒸發(fā)管只有流動(dòng)阻力，完全符合上述條件。螺旋上升管圈型水冷壁，重位壓頭比流動(dòng)阻力小很多，基本符合上述條件。下面分析垂直蒸發(fā)管屏重位壓頭對(duì)水動(dòng)力多值性的影響。1/12/202323

1、一次上升垂直蒸發(fā)管一次上升垂直蒸發(fā)管的壓力降為流動(dòng)阻力和重位壓頭之和。故蒸發(fā)管的壓力降為

p=plz+pzw

重位壓頭為單值函數(shù)，見右圖。

1/12/2023241/12/202325

2、下降垂直蒸發(fā)管管內(nèi)工質(zhì)下降流動(dòng)的垂直蒸發(fā)管的壓力降可表示為：p=plz-pzw

工質(zhì)向下流動(dòng)，流動(dòng)阻力使上端進(jìn)口大于下端出口壓力，而重位壓頭正好相反，下端出口壓力大于上端進(jìn)口壓力，故重位壓頭取負(fù)號(hào)。變?yōu)槎嘀敌?/12/202326

（四）防止水動(dòng)力特性多值性的方法1、節(jié)流圈原理節(jié)流圈應(yīng)裝在熱水段進(jìn)口，保證流過節(jié)流圈的為單相水。1/12/202327孔徑變小1/12/202328節(jié)流圈越小水動(dòng)力越穩(wěn)定1/12/202329

2、不發(fā)生水動(dòng)力多值性的條件水動(dòng)力特性為單值的條件公式

由上式可知，使水動(dòng)力特性穩(wěn)定的可控手段為蒸發(fā)管進(jìn)口欠焓h和節(jié)流圈的阻力系數(shù)jl，↓h

和↑jl都可使上式由不滿足到滿足。加裝節(jié)流圈和提高鍋爐壓力可使水動(dòng)力特性穩(wěn)定。1/12/202330三、強(qiáng)制流動(dòng)工質(zhì)脈動(dòng)（一）脈動(dòng)現(xiàn)象與原因定義：在強(qiáng)制流動(dòng)蒸發(fā)管中，工質(zhì)壓力、溫度、流量發(fā)生周期性變化，稱為脈動(dòng)。脈動(dòng)使管壁產(chǎn)生周期性熱應(yīng)力，導(dǎo)致金屬疲勞損傷甚至破壞。脈動(dòng)的原因可能與個(gè)別管子的吸熱量突然增大有關(guān)。1/12/202331（二）脈動(dòng)種類

水冷壁的脈動(dòng)有三種類型：管間脈動(dòng)、屏間脈動(dòng)和整體脈動(dòng)。

1.管間脈動(dòng)

在蒸發(fā)管進(jìn)、出口聯(lián)箱的壓力和總流量基本不變的情況下，管中流量發(fā)生周期性變化，其進(jìn)出口有180度的相位差。1/12/202332

2.管屏間脈動(dòng)

3.鍋爐整體脈動(dòng)發(fā)生整體脈動(dòng)時(shí)不但入口水流量、蒸汽流量產(chǎn)生周期性波動(dòng)，同時(shí)汽壓、汽溫也產(chǎn)生波動(dòng)。整體脈動(dòng)與給水泵的特性有關(guān)，給水泵特性曲線越平坦，流量波動(dòng)越大。1/12/202333（三）脈動(dòng)的影響因素

1．壓力脈動(dòng)是由工質(zhì)的汽水密度差引起的。提高工質(zhì)壓力可使管內(nèi)脈動(dòng)壓力增值減小，脈動(dòng)減輕。1/12/202334

2．熱水段阻力增加熱水段的阻力可降低脈動(dòng)壓力增值的影響。熱水段阻力大小是相對(duì)蒸發(fā)段的阻力來(lái)說(shuō)的，故用熱水段阻力與蒸發(fā)段阻力之比rs/

zf作為影響脈動(dòng)的主要因素。阻力比增大1/12/202335鍋爐中增大rs/

zf

的方法主要有下面幾種：

熱水段進(jìn)口端加裝節(jié)流圈。增大管中質(zhì)量流速，可使rs/

zf

增大，脈動(dòng)壓力增值的影