《發(fā)電廠熱力設(shè)備及系統(tǒng)》第五章電廠鍋爐設(shè)備

上節(jié)課重點內(nèi)容回顧１、煤的元素組成含義：煤的元素分析就是煤的化學組成成分煤的化學組成成分包括碳﹙C﹚、氫﹙H﹚、氧﹙O﹚、氮﹙N﹚、硫﹙S﹚五種元素以及水分和灰分，其中碳C、氫H、硫S是可燃的其余是不可燃燒物。這些成分在煤中以復雜的化合物形式存在。水分：煤的水分由外部水分和內(nèi)部水分組成，外部水分是煤由于自然干燥所失去的水分。失去表面水分后的煤中水分稱為內(nèi)部水分，不同煤的水分含量差別很大從1％—2％到60％不等，原煤的水分過大常會造成煤斗或落煤管道粘結(jié)甚至堵塞上節(jié)課重點內(nèi)容回顧灰分：煤中含有不能燃燒的礦物雜質(zhì)，它們在煤完全燃燒后形成灰分。灰分的組成和重量不等于礦物雜質(zhì)的組成重量，不同煤種的灰分差別從10％左右到50％左右灰分的危害：灰分會使煤中的可燃元素相對減少，阻礙空氣與可燃物質(zhì)接觸，增加不完全燃燒損失，同時還沾污受熱面降低傳熱系數(shù)，磨損受熱面影響傳熱效果污染環(huán)境上節(jié)課重點內(nèi)容回顧3.揮發(fā)分的測定

將煤放在與空氣隔絕的容器內(nèi)，在高溫下經(jīng)一定時間加熱后，煤中的有機質(zhì)和部分礦物質(zhì)分解為氣體釋出，由減小的質(zhì)量再減去水的質(zhì)量即為煤的揮發(fā)分。上節(jié)課重點內(nèi)容回顧3.煤的分析基準煤炭分析試驗的結(jié)果與煤樣在分析試驗時所處的狀態(tài)直接相關(guān)，即同一煤樣在相同的試驗條件下，試驗結(jié)果會因煤樣的狀態(tài)不同而不同。這種“狀態(tài)”除粒度以外，主要指的是煤樣的水分。所以，在提到某一項試驗結(jié)果時，必須同時說明這個結(jié)果是以何種狀態(tài)的煤樣為基礎(chǔ)得到的，這樣的結(jié)果才算完整科學。煤炭分析試驗中的“基”，指的就是這種“狀態(tài)”。它含有“基準”、“基礎(chǔ)”的意思。上節(jié)課重點內(nèi)容回顧

煤炭分析試驗常用的基及其含義①空氣干燥基(ad)

煤自然風干，失去外部水分后的狀態(tài)②干燥基（d）假想的無水狀態(tài)③收到基（ar）以實際收到時的煤為準的狀態(tài)④干燥無灰基（daf）假想的無水無灰狀態(tài)⑤干燥無礦物質(zhì)基（dmmf）假想的無水無礦物質(zhì)的煤所處的狀態(tài)上節(jié)課重點內(nèi)容回顧１、煤的發(fā)熱量1）.定義：發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤完全燃燒時所放出的熱量。單位是KJ/kg。2）.高位發(fā)熱量

煤的最大可能發(fā)熱量，包括：煤燃燒所放出的熱量+燃燒后生成的水蒸氣凝結(jié)成水而放出的氣化潛熱。以表示二、燃料的技術(shù)特性上節(jié)課重點內(nèi)容回顧１、煤的發(fā)熱量3）.低位發(fā)熱量

高位發(fā)熱量－水蒸氣凝結(jié)成水而放出的氣化潛熱，以表示4）.標準煤

以收到基低位發(fā)熱量為29270KJ/kg的燃料，稱為標準煤。上節(jié)課重點內(nèi)容回顧三、煤粉的燃燒煤粉在爐內(nèi)的燃燒過程可簡述為煤粉受熱，水分析出——繼續(xù)受熱，絕大部分揮發(fā)分析出，析出部分首先著火——引燃焦炭，與揮發(fā)分一同燃燒——形成灰渣上節(jié)課重點內(nèi)容回顧三個階段的完成必須在短短的兩秒左右對應于煤粉燃燒的三個階段，可以在爐膛中劃出三個區(qū)。著火區(qū)：噴燃氣出口附近燃燒區(qū)：爐膛中部與燃燒器同一水平以及稍高區(qū)域燃盡區(qū)高于燃燒區(qū)直至爐膛出口的區(qū)域上節(jié)課重點內(nèi)容回顧第五章電廠鍋爐設(shè)備第一節(jié)煤粉鍋爐燃燒設(shè)備煤粉鍋爐燃燒設(shè)備：燃燒室（爐膛）、燃燒器。煤粉鍋爐燃燒器：主燃燒器（煤粉燃燒器）、輔助燃燒器（油燃燒器）、點火裝置一、爐膛爐膛的作用：保證燃料的完全燃燒，合理組織爐內(nèi)熱交換，合理布置受熱面滿足鍋爐容量要求，并使煙氣到達爐膛出口時被冷卻到其后的對流受熱面不結(jié)渣和安全工作所允許的溫度爐膛設(shè)計要求：（１）合理布置燃燒器，使燃料能迅速著火，并有良好的爐內(nèi)空氣動力場，使各壁面熱負荷均勻，要使火焰在爐膛的充滿程度好，減少氣流的死滯區(qū)和旋渦區(qū)，且要避免火焰沖墻，避免結(jié)渣。（２）爐膛要有足夠的容積和高度，保證燃料在爐內(nèi)的停留時間，完全燃燒。布置合理的蒸發(fā)受熱面，滿足鍋爐容量需求；保證爐膛出口溫度合適，爐膛出口及以后的受熱面不結(jié)渣和安全工作。（３）爐膛結(jié)構(gòu)緊湊，金屬材料用量少；便于制造、安裝、檢修和運行。爐膛應具有合理的熱負荷爐膛溫度水平的高低是由爐膛熱負荷決定的。①爐膛設(shè)計熱負荷↗爐內(nèi)溫度水平↗對著火與燃燒越有利，燃燒效率高。（但是過高會引起爐內(nèi)的結(jié)渣）②熱負荷↗則燃料在爐內(nèi)的停留時間↘③熱負荷的大小還與鍋爐爐膛鋼材消耗量的大小及成本的變化有關(guān)。④爐膛熱負荷通常由爐膛容積熱負荷、爐膛截面熱負荷、燃燒器區(qū)域壁面熱負荷、爐膛壁面熱負荷荷來描述。結(jié)渣定義：在煤粉爐的爐膛中，燃燒過程形成的熔融灰渣黏結(jié)在受熱面上，并積聚和發(fā)展成一層硬結(jié)的灰渣層，這種現(xiàn)象稱為結(jié)渣。（發(fā)生結(jié)渣的部位通常在燃燒器區(qū)域水冷壁、爐膛折焰角處、屏式過熱器及其后的對流管束等處，爐膛下部冷灰斗處）危害：（1）使運行經(jīng)濟性下降

（2）影響鍋爐出力

（3）影響鍋爐運行的安全

熱負荷熱負荷：燃料在燃燒器中燃燒時單位時間內(nèi)所釋放的熱量。計算式為：熱負荷=燃料消耗量*燃料低熱值（單位質(zhì)量的燃料所釋放的能量不夠達到標準的熱值數(shù)量）（１）爐膛容積熱負荷定義：每小時送入爐膛單位容積中的平均熱負荷（以燃料的收到基低位發(fā)熱量計算）

qv=BQar，net∕Vc

(kW∕m3)

B:燃料的消耗量，kg∕h；

Qar，net:燃料的低位發(fā)熱量，kJ∕kg；

V:爐膛的容積，m3爐膛容積熱負荷愈大，爐膛容積愈小，鍋爐愈緊湊，投資愈小。①如果qv過大,會使爐內(nèi)平均煙氣流速增大，燃料在爐內(nèi)的停留時間縮短。同時會導致布置足夠的水冷壁受熱面積比較困難，不但滿足不了鍋爐蒸發(fā)量的要求，還會使燃燒區(qū)及爐膛出口溫度升高，導致其對流受熱面結(jié)渣。②如果qv過小，會使爐膛容積過大，既增加了鍋爐造價的成本，還使爐膛溫度水平降低，使入爐煤粉氣流著火困難，燃燒穩(wěn)定性變差，燃燒效率下降（１）爐膛容積熱負荷qv=BQar，net∕Vc(kW∕m3)（２）爐膛截面熱負荷定義：按燃燒器區(qū)域爐膛單位截面折算，每小時送入爐膛的平均熱量。

qa=BQar，net∕A

(kW∕㎡）A為燃燒器區(qū)域爐膛截面面積，㎡qa不但可以反映了燃燒器區(qū)域的溫度水平面，而且當qa確定后，也決定了爐膛的形狀與火焰的行程。①qa越大，爐膛趨向于瘦高型，火焰具有較長的行程，有利于燃料的燃盡。（通常用于無煙煤、貧煤鍋爐的設(shè)計）②

qa越小，爐膛趨向于矮胖型，爐膛截面利用不很充分，容易產(chǎn)生流動死區(qū)，且燃燒器區(qū)域內(nèi)的溫度水平較低，火焰長度得不到保證，不利于燃料的完全燃燒。（通常用于煙煤型爐膛）（２）爐膛截面熱負荷

qa=BQar，net∕A(kW∕㎡）（3）燃燒器區(qū)域壁面熱負荷

與爐膛截面熱負荷一樣，反映燃燒器區(qū)域的溫度水平。但還能反映火焰的分散與集中程度。

qr=BQar，net∕uHr

(kW∕㎡）u：燃燒器區(qū)域爐膛周長，m；Hr：燃燒器區(qū)域的高度，m。

qr↗，則火焰越集中，溫度水平越高，對燃燒著火越有利，但也越容易引起燃燒器區(qū)域的爐壁面結(jié)渣。（４）爐膛壁面熱負荷qf=BjQ/F(kW/m2)Bj:計算燃料消耗量；Q：爐膛輻射吸熱量；F：爐膛水冷壁面積。qf越大，單位壁面所吸收的熱量越大，爐內(nèi)煙氣溫度水平越高。若qf太大，會造成水冷壁結(jié)渣。

爐膛爆炸的原因①點火前未先開引風機，爐膛內(nèi)積存有大量可燃物或可燃氣體；②運行中熄火，未及時中斷燃料供給，在高溫下突然自燃。爐膛爆炸預防措施①點火前必須查明燃燒器有無漏油漏氣現(xiàn)象，引風5-10分鐘后方可點火；②點火時，先開風機后引火，再供給燃料；如果點火不著，應重新通風，再按點火步驟點火；③正常停爐時，先停止供給燃料，后停止鼓引風機；④運行中突然熄火或事故停爐時，必須先停止供給燃料；⑤裝設(shè)點火程序，自動控制風機，燃料供給聯(lián)鎖裝置以及自動滅火保護裝置。二、煤粉燃燒器作用：保證燃料和空氣充分混合，將煤粉與空氣混合氣流按有利的方式送入爐膛，造成有利的空氣動力場，保證煤粉氣流及時著火、強烈燃燒、潔凈燃燒、良好燃盡。分類：直流燃燒器旋流燃燒器１、直流式煤粉燃燒器１）、直流式煤粉燃燒器的特性1．不旋轉(zhuǎn)，射流擴展角小，卷吸能力小，單只燃燒器的著火性能差，爐膛充滿度差；2．射流衰減慢，射程遠，后期混合好，有利于煤粉燃盡；3．采用四角布置，相互配合時，相互點燃，著火好，混合強烈；4．多層布置（不少于三層）。5.射流從噴口噴出后，處于湍流狀態(tài)２）、直流燃燒器的類型均等配風

一、二次風噴口間隔布置，混合較快，適用于揮發(fā)分較高的煤種，如煙煤、褐煤等式。按一、二次風布置分為均等配風和分級配風兩種分級配風(1)目的：

在燃燒過程不同時期的各個階段，按需要送入適量空氣，保證煤粉既能穩(wěn)定著火、又能完全燃燒。(2)特點一、二次風噴口相對集中布置，二次風分層布置，而且一、二次風噴口保持較大的距離。使著火區(qū)保持比較高的煤粉濃度，以減少著火熱；燃燒放熱比較集中，使著火區(qū)保持高溫燃燒狀態(tài)，適用于難燃煤；煤粉氣流剛性增強，不易偏斜貼墻。同時，卷吸高溫煙氣的能力加強。(3)一次風集中布置的問題

著火區(qū)煤粉高度集中，可能造成著火區(qū)供氧不足，延緩燃燒進程；

一次風噴嘴附近為高溫區(qū)，噴嘴易變形，使噴嘴出口附近氣流速度分布不均，容易出現(xiàn)空氣、煤粉分層現(xiàn)象。３）、四角布置直流燃燒器的工作原理

工作原理主要表現(xiàn)為幾個過程：(1)煤粉氣流卷吸高溫煙氣而被加熱的過程；(2)射流的相互撞擊、射流兩側(cè)的補氣及壓力平衡過程；(3)煤粉氣流的著火過程；(4)煤粉與二次風空氣的混合過程；(5)四股氣流形成的切圓旋轉(zhuǎn)過程；(6)焦碳的燃盡過程。一次風與二次風1、一次風量

一次風量應該既能滿足煤粉中揮發(fā)分著火燃燒所需的氧量，又能滿足輸送煤粉的需要。如果同時滿足這兩個條件有矛盾，則應首先考慮輸送煤粉的需要。

一次風量通常用一次風量占總風量的比值表示，稱為一次風率。2

、一次風速

一次風速不但決定著火燃燒的穩(wěn)定性，而且還影響著一次風氣流的剛度。3、一次風溫

提高一次風溫，可降低著火熱，使著火位置提前。提高熱風溫度是提高煤粉著火速度和著火穩(wěn)定性的必要措施之一。根據(jù)煤質(zhì)揮發(fā)分含量的大小，一次風溫既應滿足使煤粉盡快著火，穩(wěn)定燃燒的要求，又應保證煤粉輸送系統(tǒng)工作的安全性。4二次風量和風速

二次風是在煤粉氣流著火后混入的。由于高溫火焰的粘度很大，二次風必須以很高的速度才能穿透火焰，以增強空氣與焦碳粒子表面的接觸和混合，故通常二次風速比一次風速提高一倍以上。5二次風溫

從燃燒角度看，二次風溫越高，越能強化燃燒，并能在低負荷運行時增強著火的穩(wěn)定性。

二次風溫的提高受到空氣預熱器傳熱面積的限制，傳熱面積越大，但同樣金屬耗量就越多，不但增加投資，而且將使預熱器結(jié)構(gòu)龐大，不便布置。

２、旋流煤粉燃燒器工作原理旋流燃燒器由噴口組成，燃燒器中裝有各種型式的旋流發(fā)生器(簡稱旋流器)。煤粉氣流空氣或熱空氣通過旋流器時發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從噴口射出后形成旋轉(zhuǎn)射流。利用旋轉(zhuǎn)射流，能形成有利于著火的高溫煙氣回流區(qū)，并使氣流強烈混合。２、旋流煤粉燃燒器工作原理

射出噴口在氣流中心形成回流區(qū)，這個回流區(qū)叫做內(nèi)回流區(qū)。內(nèi)回流區(qū)卷吸爐內(nèi)的高溫煙氣來加熱煤粉氣流，當煤粉氣流擁有一定熱量并達到著火溫度后就開始著火，火焰從內(nèi)回流區(qū)的內(nèi)邊緣向外傳播。與此同時，在旋轉(zhuǎn)氣流的外圍也形成回流區(qū)，這個回流區(qū)叫外回流區(qū)。外回流區(qū)也卷吸高溫煙氣來加熱空氣和煤粉氣流。由于二次風也形成氣流，二次風與一次風的混合比較強烈，使燃燒過程連續(xù)進行，不斷發(fā)展，直至燃盡。三、點火裝置大容量鍋爐的煤粉燃燒器點火均使用液體或氣體燃料，采用多級點火方式。為了節(jié)約燃油，有時候采用少油點火或無油點火設(shè)備。少油點火設(shè)備可以用很少量的燃油點燃主煤粉燃燒器；無油點火直接用電將主煤粉氣流點燃，達到節(jié)約燃油的目的。四、燃燒器的布置１、直流煤粉燃燒器的布置

直流燃燒器因為一次風與二次風噴口分開布置，直流射流本身的混合作用較差，燃燒器射流本身難以保證空氣與燃料的充分混合，需要從燃燒器的布置上加以考慮，保證空氣與燃料的充分混合，所以直流燃燒器一般采用切圓燃燒方式。如圖，燃燒器布置于四角或爐膛四面墻上，噴口軸線與爐膛中心的假想切圓相切。射流相互作用，在爐膛中心產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，使空氣與燃燒強烈混合。直流式燃燒器布置方式２、旋流燃燒器的布置

燃燒器前墻布置時沿爐膛高度方向可以布置成一排或兩排。從每個燃燒器射出的旋流射流在爐內(nèi)各自獨立的擴展，依靠中心回流卷吸高溫煙氣，以保證煤粉氣流迅速著火，由于爐內(nèi)射流衰減的很快，因而氣流是直接上升的，這樣爐墻上部和底部形成兩個死漩渦區(qū)，燃燒雙排布置要比單排好一些。六、流化床鍋爐的沸騰燃燒

當固體顆粒中有流體通過時，隨著流體速度逐漸增大，固體顆粒開始運動，且固體顆粒之間的摩擦力也越來越大，當流速達到一定值時，固體顆粒之間的摩擦力與它們的重力相等，每個顆?？梢宰杂蛇\動，所有固體顆粒表現(xiàn)出類似流體狀態(tài)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為流態(tài)化。沸騰爐的優(yōu)點：（１）沸騰床內(nèi)的燃燒條件優(yōu)越。新燃料進入沸騰層后，與大量熱爐燃料相混合，燃燒迅速著火；燃料在沸騰層中上下循環(huán)翻騰，增加了燃料在爐內(nèi)停留時間，可以充分燃燼；空氣與燃料相對速度較大，擾動相當強烈，有利于燃燒化學反應的進行.（２）沸騰床中溫度場均勻、傳熱系數(shù)高。（３）沸騰爐為低溫燃燒，沸騰層內(nèi)的燃燒溫度維持在900-1000℃，降低了污染物NOx的生成量，在燃料中加入石灰石等脫硫劑，可方便地進行脫硫（４）負荷調(diào)節(jié)性能好，在很大負荷范圍都能穩(wěn)定燃燒鍋爐受熱面：爐膛受熱面和對流受熱面。爐膛受熱面

爐膛受熱面又稱水冷壁，傳熱方式主要以輻射換熱為主。對流受熱面

電站鍋爐的對流受熱面包括過熱器、再熱器、尾部對流受熱面（省煤器、空氣預熱器）第二節(jié)鍋爐受熱面概述鍋爐整體布置圖冷灰斗燃燒器省煤器屏式過熱器一級過熱器末級過熱器低溫再熱器高溫再熱器空預器爐膛及水冷壁這意味著省煤器和過熱器的受熱面應當相應加大，水冷壁受熱面則可相對減少。為此，在高壓、超高壓和亞臨界壓力的電廠鍋爐中，爐膛內(nèi)除布置水冷壁外，往往還要布置另一部分輻射式或屏式過熱器受熱面。隨著蒸汽參數(shù)的提高，給水加熱到飽和溫度所需要的液體熱將增多，過熱階段所需要的過熱熱量一般也將增大；汽化潛熱隨著壓力的提高而明顯減小。上節(jié)課重要內(nèi)容回顧1、煤粉鍋爐燃燒設(shè)備包括哪些？2、爐膛的作用？爐膛熱負荷包括哪些？3、煤粉燃燒器分類？4、鍋爐受熱面包括哪些？一、汽包鍋爐汽水系統(tǒng)及流程預熱蒸發(fā)過熱再熱第三節(jié)鍋爐汽水系統(tǒng)及流程１、給水系統(tǒng)性給水系統(tǒng)主要是通過給水泵給鍋爐汽包提供一定壓力、溫度的合格的給水。給水系統(tǒng)的源頭布置有除氧器（高位），除氧器相當于一個儲水箱，凝結(jié)水在除氧器內(nèi)被加熱、進行物理除氧，除氧后的水分三路，一路經(jīng)過濾網(wǎng)后進入電泵、另兩路經(jīng)過濾網(wǎng)、前置泵至A、B汽泵，各臺給水泵都設(shè)置了給水再循環(huán)回路；經(jīng)過給水泵加壓后依次流經(jīng)#3、#2、#1高壓加熱器，為鍋爐提供合格的給水。２、主汽水系統(tǒng)性主汽水系統(tǒng)是指自給水進入鍋爐至產(chǎn)生過熱蒸汽的整個汽水流程。包括鍋爐的汽水循環(huán)系統(tǒng)和過熱蒸汽系統(tǒng)。二、直流鍋爐汽水系統(tǒng)及流程直流鍋爐：工質(zhì)依靠給水泵的壓頭一次通過加熱、蒸發(fā)、過熱各受熱面而加熱成為具有一定溫度及壓力的過熱蒸汽。

給水流量G＝蒸發(fā)量D給水泵省煤器水冷壁過熱器

超臨界直流爐的特點

取消汽包，能快速啟停

與自然循環(huán)鍋爐相比，直流爐從冷態(tài)啟動到滿負荷運行，變負荷速度可提高一倍左右。水泵壓頭高

水冷壁的流動阻力全部要靠給水泵來克服，這部分阻力約占全部阻力的25％～30％。所需的給水泵壓頭高，既提高了制造成本，又增加了運行耗電量金屬耗量少

鍋爐本體金屬消耗量最少，鍋爐重量輕。一臺300MW自然循環(huán)鍋爐的金屬重量約為5500t～7200t，相同等級的直流爐的金屬重量僅有4500t～5680t，一臺直流鍋爐大約可節(jié)省金屬2000t。加上省去了汽包的制造工藝，使鍋爐制造成本降低超臨界直流鍋爐的典型結(jié)構(gòu)①省煤器①去高壓缸去中壓缸來自高加來自高壓缸⑦⑤④⑨⑧⑥③②爐膛③低過④屏過⑤末過⑥低再⑦高再⑧分離器⑨貯水罐過熱器一級減溫再熱器事故減溫過熱器二級減溫②①省煤器①去高壓缸去中壓缸來自高加來自高壓缸⑦⑤④⑨⑧⑥③②爐膛③低過④屏過⑥低再⑦高再⑧汽水分離器⑨貯水罐過熱器一級減溫再熱器事故減溫過熱器二級減溫②來自高壓缸第四節(jié)水冷壁水冷壁的作用吸收爐內(nèi)的輻射熱,使水部分蒸發(fā)形成飽和蒸汽；保護爐墻，簡化爐墻結(jié)構(gòu)；節(jié)省金屬，降低造價。水冷壁布置于爐膛四周，單排管子排列，一般用鰭片將管子焊接成一片整體，形成所謂的膜式水冷壁。膜式水冷壁優(yōu)點：爐膛的密封性好，減少漏風；爐墻冷卻效果好，溫度低，有利于防止爐膛結(jié)渣；爐墻不需要耐火材料，只需要絕熱材料層，爐墻重量大大減輕。水冷壁的制造鍋爐廠水冷壁的吊裝一、水冷壁特點水冷壁處于鍋爐燃燒室的四周，燃燒溫度最高的區(qū)域，且爐膛空間很大，以輻射換熱為主，輻射換熱強烈，熱負荷很高。

直流鍋爐水冷壁工質(zhì)來自非沸騰式省煤器，欠焓較大。超臨界壓力時，由于不存在飽和區(qū)，只有預熱和過熱，水冷壁部分相當于省煤器，部分相當于低溫過熱器。二、水冷壁安全現(xiàn)代電廠鍋爐水冷壁均采用膜式水冷壁，保證水冷壁的安全，要求水冷壁在任何工況條件下管壁溫度不超溫，并且管子之間（特別是相鄰管子之間）的管壁溫度相差不能太大，以避免產(chǎn)生太大的熱應力而造成破壞。

汽包鍋爐壓力低于臨界壓力，水冷壁工質(zhì)處于飽和溫度，管內(nèi)由水對管子進行冷卻，只要不出現(xiàn)傳熱惡化管壁溫度就很低。

直流鍋爐水冷壁中工質(zhì)全部蒸發(fā)，必須經(jīng)歷由水冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝鋮s管子的過程，即蒸干過程，工質(zhì)溫度也不再保持恒定，其安全保障是控制蒸干過程中管壁溫度仍在一定的范圍，且相鄰管子的管壁溫度相差不大。二、水冷壁安全三、兩相傳熱的傳熱惡化

膜態(tài)沸騰（傳熱惡化）：在一定條件下，亞臨界壓力鍋爐的蒸發(fā)受熱面中，水或汽水混合物與管壁間被一層汽膜隔開，導致傳熱系數(shù)急劇下降，管壁溫度急劇升高，甚至出現(xiàn)過燒的現(xiàn)象。膜態(tài)沸騰又稱傳熱惡化

按機理分為第一類傳熱惡化和第二類傳熱惡化兩種。

第一類傳熱惡化：發(fā)生在欠熱區(qū)（欠焓區(qū)）和低含汽率區(qū)。熱負荷很高時，蒸發(fā)管內(nèi)壁的汽泡核數(shù)劇增，汽泡生成速度超過脫離速度而形成汽膜，也稱偏離核態(tài)沸騰。發(fā)生此類傳熱惡化時，傳熱系數(shù)急劇下降，壁溫飛升，往往出現(xiàn)過熱。受熱面熱負荷是引起傳熱惡化的決定性因素，判定轉(zhuǎn)入傳熱惡化的熱負荷稱臨界熱負荷，其他影響因素有質(zhì)量流速、含汽率（或欠熱率）、壓力、管徑及受熱面狀態(tài)等。三、兩相傳熱的傳熱惡化第二類傳熱惡化：發(fā)生在含汽率較高的環(huán)狀流動區(qū)。很薄的水膜被撕破或蒸發(fā)，管壁僅受蒸汽冷卻，也稱蒸干，此時傳熱系數(shù)下降，壁溫飛升（均小于第一類傳熱惡化），經(jīng)常伴有壁溫波動（幅度為60~125℃），導致管壁發(fā)生熱疲勞破壞。引起第二類傳熱惡化的決定性因素為含汽率，判定轉(zhuǎn)入傳熱惡化的含汽率為臨界含汽率，其他影響因素有質(zhì)量流速、熱負荷、管徑及壓力等。三、兩相傳熱的傳熱惡化四、自然循環(huán)鍋爐水冷壁１、自然循環(huán)原理自然循環(huán)的推動力是由下降管中的工質(zhì)密度和上升管中工質(zhì)密度之差而產(chǎn)生的。推動力（運動壓頭）Syd:

Syd=Hρxjg－∑Hiρig式中：H——循環(huán)回路高度；

Hi——上升管各區(qū)段高度；

ρxj——下降管中工質(zhì)的平均密度；

ρi——上升管各區(qū)段內(nèi)工質(zhì)平均密度。自然循環(huán)的優(yōu)點：對給水品質(zhì)要求不太高；水容積和蓄熱能力較大，對自動化控制水平要求低；給水泵的耗電量較少不足:自然循環(huán)鍋爐中，為了降低循環(huán)回路的阻力，水冷壁管和下降管的直徑較大，管壁較厚，并需要汽包，使得鋼材的使用量較大；鍋爐的起動時間較長，大型鍋爐需要6-7h２、自然循環(huán)鍋爐水冷壁水冷壁的安全要求：水冷壁管內(nèi)有足夠的工質(zhì)流速，不發(fā)生工質(zhì)流動的停滯和倒流；水冷壁出口含汽量比較低，保證水冷壁管內(nèi)不發(fā)生傳熱惡化。為保證水冷壁的安全，需要提高自然循環(huán)的推動力，減少流動阻力。水冷壁管徑較粗，并盡可能垂直布置，以提高循環(huán)回路的高度。汽包的作用（１）連接作用。連接上升管和下降管組成循環(huán)回路，接收省煤器來的給水。汽包是加熱、蒸發(fā)、過熱三個過程的連接樞紐。（２）儲水和儲汽。汽包里的水和蒸汽起到了緩沖壓力波動的作用。（３）蒸汽凈化。汽包中各種內(nèi)部裝置可進行蒸汽凈化。（４）汽水分離。從水冷壁、沸騰式省煤器或?qū)α鞴苁鴣淼钠旌衔?，?jīng)汽包內(nèi)的汽水分離裝置分離出蒸汽送入過熱器。３、汽包（1）內(nèi)部汽水分離裝置（2）下降管將水連續(xù)不斷地送往下聯(lián)箱供給水冷壁（3）聯(lián)箱匯集、混合、分配工質(zhì)３、汽包３、汽包汽水內(nèi)部裝置

汽包內(nèi)部裝置的作用：凈化蒸汽、分配給水、排污和加藥等。在鍋爐運行中由于水的不斷蒸發(fā)而濃縮，水中雜質(zhì)絕大部分被留在爐水中，使爐水的含鹽濃度不斷增大。為保證合格的蒸汽品質(zhì)，必須將部分含鹽較濃的爐水排出，并補充一些較清潔的給水，這就是所謂的鍋爐排污。

３、汽包汽包的吊裝五、直流鍋爐水冷壁直流鍋爐沒有循環(huán)，水冷壁中工質(zhì)要全部變成蒸汽，即所謂的蒸干。在蒸干點前，水冷壁管內(nèi)仍由水冷卻管壁，蒸干后由蒸汽冷卻管壁。在臨界壓力以下工作時，工質(zhì)存在汽液共存的飽和溫度區(qū)，即蒸發(fā)過程。在超臨界壓力工作時，只有預熱和過熱區(qū)，沒有飽和溫度區(qū)。蒸干后的管壁溫度特性與過熱器相同，所以直流鍋爐水冷壁部分具有低溫過熱器的特點和功能五、直流鍋爐水冷壁因工質(zhì)不循環(huán)，水冷壁工質(zhì)的流量相對循環(huán)鍋爐要小很多，工質(zhì)對水冷壁管子的冷卻效果可能變差，水冷壁管子的安全性可能下降；現(xiàn)代大型直流鍋爐水冷壁主要形式有垂直水冷壁和螺旋水冷壁兩種；直流鍋爐水冷壁部分取代過熱器作用，即在直流運行時，管子內(nèi)流動的是低溫過熱蒸汽，所以對過熱器系統(tǒng)影響很大的熱偏差問題也對直流鍋爐水冷壁的安全造成威脅，需要得到一定的控制。水動力特性：是指一定熱負荷下，強制流動受熱面管屏中工質(zhì)流量G與流動壓降Δp之間的關(guān)系，也可用函數(shù)形式表示:Δp=

f(G)直流鍋爐水動力不穩(wěn)定的表現(xiàn)為：流量與壓差的關(guān)系不是單值性的，而是多值性的，即對應一個壓差，出現(xiàn)一個或兩個以上的流量。1、直流鍋爐水動力特性的不穩(wěn)定性壓力越高，其水動力特性ΔP=f(G)越趨于穩(wěn)定。強制流動水冷壁水動力多值性出現(xiàn)的根本原因是：由于熱水段和蒸發(fā)段共存，且由于蒸發(fā)段中因擾動使工質(zhì)比容變化較大引起的。1、直流鍋爐水動力特性的不穩(wěn)定性直流鍋爐蒸發(fā)受熱面出現(xiàn)不穩(wěn)定流動的根本原因是汽和水的比容差以及水冷壁進口有熱水段存在，在一定條件下實際運行的直流鍋爐蒸發(fā)受熱面就會發(fā)生這種流動不穩(wěn)定的工況。具體表現(xiàn)：對于一根管子，流量時大時?。粚τ诓⒙?lián)運行的一組管子，有的管子流量大，有的管子流量小。1、直流鍋爐水動力特性的不穩(wěn)定性熱負荷大小、運行工況及水冷壁入口水的欠焓對流動穩(wěn)定性都有影響。超臨界壓力直流鍋爐在啟動和低負荷時，其壓力低，因此仍有流動穩(wěn)定性的問題。即使是超臨界壓力下，當水平布置的蒸發(fā)受熱面沿管圈長度方向熱焓變化時，工質(zhì)的比容也隨之發(fā)生變化，尤其在最大比熱區(qū)，其變化更大，因此仍有流動多值性的問題。

1、直流鍋爐水動力特性的不穩(wěn)定性2、直流鍋爐蒸發(fā)受熱面中流體的脈動定義：在管屏兩端壓差相同，當給水量和流出量基本不變的情況下，管屏里管子流量隨時間作周期性波動的現(xiàn)象，叫脈動現(xiàn)象。脈動種類管間脈動屏間(屏帶或管屏間)脈動整體脈動(全爐脈動)管間脈動1)并聯(lián)工作的管子之間，某些管子的進口水流量時大時小。2)對于一根管子，進口的水量最大時，出口蒸汽量最?。?)一部分管子的水流量增大時，另一部分水流量卻在減??；與此同時，出口蒸汽量也在進行周期性變化。4)整個管組的進水量和蒸汽量變化不大。2、直流鍋爐蒸發(fā)受熱面中流體的脈動管屏脈動與管間脈動相似，指的是各個管屏之間的脈動現(xiàn)象。

整體脈動:

指整個鍋爐或個別部件受熱面中工質(zhì)流量的波動。全部并聯(lián)管屏中流量同時發(fā)生的周期性波動。