直流鍋爐的基礎(chǔ)理論

關(guān)于直流鍋爐的基礎(chǔ)理論第1頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月21概述1.1名詞定義1.2超臨界直流爐的特點(diǎn)2超臨界直流鍋爐的典型結(jié)構(gòu)2.1蒸發(fā)受熱面2.2啟動系統(tǒng)本課件主要內(nèi)容第2頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月31.1名詞定義臨界點(diǎn)、超臨界、直流爐的定義臨界點(diǎn)：水在加熱過程中存在一個狀態(tài)點(diǎn)。（1）低于臨界點(diǎn)壓力，從低溫下的水加熱到過熱蒸汽的過程中要經(jīng)過汽化過程，即經(jīng)過水和水蒸汽共存的狀態(tài)；（2）如果壓力在臨界壓力或臨界壓力以上時，水在加熱的過程中就沒有汽水共存狀態(tài)而直接從水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。臨界點(diǎn)的主要影響參數(shù)是壓力，水的臨界點(diǎn)壓力為22.115MPa,對應(yīng)的溫度374.15℃。

ST飽和水線飽和汽線臨界點(diǎn)水的臨界點(diǎn)第3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月41.1名詞定義超臨界：當(dāng)流體的壓力和溫度超過一定的值（臨界點(diǎn)）時，流體會處于一種介乎于液態(tài)和氣態(tài)的中間態(tài)，稱為超臨界態(tài)。對鍋爐來說,主蒸汽壓力超過（大于）臨界點(diǎn)壓力（22.12MPa)的工況直流鍋爐：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

第4頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月51.2超臨界直流爐的特點(diǎn)超臨界直流爐的主要特點(diǎn)熱效率高，節(jié)約燃料朗肯循環(huán)熱效率隨主蒸汽壓力、溫度的升高而提高，超臨界壓力機(jī)組比亞臨界機(jī)組熱效率提高2—3%，而超超臨界機(jī)組的熱效率比常規(guī)超臨界機(jī)組的高4％左右。在超超臨界機(jī)組參數(shù)范圍的條件下主蒸汽壓力提高1MPa，機(jī)組的熱耗率就可下降0.13％～0.15%;主蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組的熱耗率就可下降0.25％～0.3O％；再熱蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組的熱耗率就可下降0.15％～0.20％；在一定的范圍內(nèi)，如果增加再熱次數(shù)，采用二次再熱，則其熱耗率可較采用一次再熱的機(jī)組下降正1.4％～1.6％。第5頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月61.2超臨界直流爐的特點(diǎn)

√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(fù)荷運(yùn)行，變負(fù)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(yùn)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第6頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月71.2超臨界直流爐的特點(diǎn)

需要專門的啟動系統(tǒng)直流鍋爐啟動時約有30％額定流量的工質(zhì)經(jīng)過水冷壁并被加熱，為了回收啟動過程的工質(zhì)和熱量并保證低負(fù)荷運(yùn)行時水冷壁管內(nèi)有足夠的重量流速，直流鍋爐需要設(shè)置專門的啟動系統(tǒng)，而且需要設(shè)置過熱器的高壓旁路系統(tǒng)和再熱器的低壓旁路系統(tǒng)。加上直流鍋爐的參數(shù)比較高，需要的金屬材料檔次相應(yīng)要提高，其總成本不低于自然循環(huán)鍋爐。需要汽水分離器系統(tǒng)中的汽水分離器在低負(fù)荷時起汽水分離作用并維持一定的水位，在高負(fù)荷時切換為純直流運(yùn)行，汽水分離器作為通流承壓部件。需要較高的質(zhì)量流速為了達(dá)到較高的質(zhì)量流速，必須采用小管徑水冷壁。這樣，不但提高了傳熱能力而且節(jié)省了金屬，減輕了爐墻重量，同時減小了鍋爐的熱慣性。第7頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月81.2超臨界直流爐的特點(diǎn)

熱慣性小水冷壁的金屬儲熱量和工質(zhì)儲熱量最小，即熱慣性最小，使快速啟停的能力進(jìn)一步提高，適用機(jī)組調(diào)峰的要求。但熱慣性小也會帶來問題，它使水冷壁對熱偏差的敏感性增強(qiáng)。當(dāng)煤質(zhì)變化或爐內(nèi)火焰偏斜時，各管屏的熱偏差增大，由此引起各管屏出口工質(zhì)參數(shù)產(chǎn)生較大偏差，進(jìn)而導(dǎo)致工質(zhì)流動不穩(wěn)定或管子超溫。流動阻力大為保證足夠的冷卻能力和防止低負(fù)荷下發(fā)生水動力多值性以及脈動，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)的重量流速在MCR負(fù)荷時提高到2000㎏/（㎡·s）以上。加上管徑減小的影響，使直流鍋爐的流動阻力顯著提高。第8頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月91.2超臨界直流爐的特點(diǎn)

汽溫調(diào)節(jié)汽溫調(diào)節(jié)的主要方式是調(diào)節(jié)燃料量與給水量之比，輔助手段是噴水減溫或煙氣側(cè)調(diào)節(jié)。由于沒有固定的汽水分界面，隨著給水流量和燃料量的變化，受熱面的省煤段、蒸發(fā)段和過熱段長度發(fā)生變化，汽溫隨著發(fā)生變化，汽溫調(diào)節(jié)比較困難。容易發(fā)生水動力不穩(wěn)定低負(fù)荷運(yùn)行時，給水流量和壓力降低，受熱面入口的工質(zhì)欠焓增大，容易發(fā)生水動力不穩(wěn)定。由于給水流量降低，水冷壁流量分配不均勻性增大；壓力降低，汽水比容變化增大；工質(zhì)欠焓增大，會使蒸發(fā)段和省煤段的阻力比值發(fā)生變化。水冷壁可靈活布置水冷壁可靈活布置，可采用螺旋管圈或垂直管屏水冷壁。采用螺旋管圈水冷壁有利于實(shí)現(xiàn)變壓運(yùn)行。第9頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月101.2超臨界直流爐的特點(diǎn)

熱偏差影響大超臨界壓力直流鍋爐水冷壁管內(nèi)工質(zhì)溫度隨吸熱量而變，即管壁溫度隨吸熱量而變。因此，熱偏差對水冷壁管壁溫度的影響作用顯著增大。存在傳熱惡化的可能變壓運(yùn)行的超臨界參數(shù)直流爐，在亞臨界壓力范圍和超臨界壓力范圍內(nèi)工作時，都存在工質(zhì)的熱膨脹現(xiàn)象。在亞臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)膜態(tài)沸騰；在超臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)類膜態(tài)沸騰。第10頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月112超臨界直流鍋爐的典型結(jié)構(gòu)鍋爐典型結(jié)構(gòu)

大型超臨界煤粉鍋爐的整體布置主要采用Π型布置和塔式布置，也有T型布置方式。

П型布置是傳統(tǒng)普遍采用的方式，煙氣由爐膛經(jīng)水平煙道進(jìn)入尾部煙道，在尾部煙道通過各受熱面后排出。其主要優(yōu)點(diǎn)是鍋爐高度較低，尾部煙道煙氣向下流動有自生吹灰作用，各受熱面易于布置成逆流形式，對傳熱有利等。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②第11頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月122.1蒸發(fā)受熱面早期直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的形式:本生型:蒸發(fā)受熱面型式為多次垂直上升管屏蘇爾壽型:蒸發(fā)受熱面型式為多行程迂回管屏拉姆辛型:蒸發(fā)受熱面型式為水平圍繞管屏現(xiàn)代直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的主要型式垂直+內(nèi)螺紋管垂直+螺旋光管.垂直+螺旋內(nèi)螺紋管第12頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月132.1蒸發(fā)受熱面水冷壁的構(gòu)造對于超臨界變壓運(yùn)行鍋爐，螺旋管圈水冷壁是首先應(yīng)用于超臨界變壓運(yùn)行鍋爐的水冷壁型式。爐膛水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈方式【即下部爐膛的水冷壁采用螺旋管圈，上部爐膛的水冷壁為垂直】，保證質(zhì)量流速符合要求。水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁水冷壁采用一次中間混合聯(lián)箱來實(shí)現(xiàn)螺旋管至垂直水冷壁管的過渡第13頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月142.1蒸發(fā)受熱面螺旋管圈水冷壁爐管現(xiàn)有兩種型式，一種是光管，另一種是內(nèi)螺紋管。后者是為了強(qiáng)化傳熱、防止傳熱惡化。可使水冷壁運(yùn)行更安全，更可靠。但是，內(nèi)螺紋管水冷壁的成本將增加10％一15％。采用螺旋管水冷壁具有如下的優(yōu)點(diǎn)：1）蒸發(fā)受熱面采用螺旋管圈時，管子數(shù)目可按設(shè)計(jì)要求而選取，不受爐膛大小的影響，可選取較粗管徑以增加水冷壁的剛度；2）螺旋管圈熱偏差小，工質(zhì)流速高，水動力特性比較穩(wěn)定，不易出現(xiàn)膜態(tài)沸騰，又可防止產(chǎn)生偏高的金屬壁溫；3）無中間混合聯(lián)箱，不會產(chǎn)生汽水混合物不均勻分配的問題；4）可采用光管，不必有制造工藝較復(fù)雜的內(nèi)螺紋管，而可實(shí)現(xiàn)鍋爐的變壓運(yùn)行和帶中間負(fù)荷的要求。第14頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月152.1蒸發(fā)受熱面

5）不需在水冷壁入口處和水冷壁下集箱進(jìn)水管上裝設(shè)節(jié)流圈以調(diào)節(jié)流量；

6）螺旋形管圈對燃料的適應(yīng)范圍比較大，可燃用揮發(fā)分低、灰分高的煤；

7）能變壓運(yùn)行，快速啟停，能適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的頻繁變化，調(diào)頻性能好。第15頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月162.1蒸發(fā)受熱面內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁:管間吸熱偏差小，適應(yīng)變壓運(yùn)行燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器水冷壁出口介質(zhì)溫度垂直管布置水冷壁螺旋上升式水冷壁熱負(fù)荷前墻側(cè)墻后墻側(cè)墻前墻側(cè)墻后墻側(cè)墻流向流向流向流向螺旋管在盤旋上升的過程中，每根管子都經(jīng)過爐膛下部高熱負(fù)荷區(qū)域的整個周界，途經(jīng)寬度方向不同熱負(fù)荷分布的區(qū)域。因此，螺旋管的每個管子，以整個長度而言，熱偏差很小第16頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月172.2啟動系統(tǒng)啟動系統(tǒng)作用1）鍋爐給水系統(tǒng)和水冷壁及省煤器的冷態(tài)和溫態(tài)水沖洗，并將沖洗水通過擴(kuò)容器和疏水箱排入循環(huán)水出口或凝汽器。2）滿足鍋爐冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)啟動的需要，直到鍋爐達(dá)到30%BMCR最低直流負(fù)荷，由濕態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)入干態(tài)運(yùn)行為止。3）只要水質(zhì)合格，啟動系統(tǒng)可完全回收部分工質(zhì)及其所含的熱量。4）鍋爐轉(zhuǎn)入直流運(yùn)行時，啟動系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，一旦鍋爐渡過啟動期間的汽水膨脹期，即通過給水泵進(jìn)行爐水再循環(huán)。在最低直流負(fù)荷以下運(yùn)行，貯水箱出現(xiàn)水位時，將根據(jù)水位的高低自動打開相應(yīng)的水位調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行爐水再循環(huán)。5)啟動分離器系統(tǒng)也能起到在水冷壁出口集箱與過熱器之間的溫度補(bǔ)償作用，均勻分配進(jìn)入過熱器的蒸汽流量。第17頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月18啟動系統(tǒng)由如下設(shè)備和管路組成：2只汽水分離器及其引入與引出管系統(tǒng)。一只立式貯水箱。由貯水箱底部引出的疏水總管。通往擴(kuò)容器的疏水管，裝有傳動裝置的水位調(diào)節(jié)閥及截止閥。啟動系統(tǒng)暖管管路到鍋爐過熱器噴水管道及噴水旁路。在鍋爐干態(tài)運(yùn)行時，由于暖閥管道一直有水進(jìn)入，因此分離器貯水箱中的水位在升高，在暖管管路上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，該調(diào)節(jié)閥主要用于控制進(jìn)入疏水管路中的暖管水流量，使之與貯水箱中的蒸發(fā)量相匹配，避免因暖管流量的引入造成貯水箱水位過高；另外，開啟噴水旁路管道也可降低貯水箱水位。第18頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月192.2啟動系統(tǒng)分離器汽水分離器有內(nèi)置式和外置式兩種。內(nèi)置式分離器在啟動完畢后，并不從系統(tǒng)中切除而是串聯(lián)在鍋爐汽水流程內(nèi)，因此它的工作參數(shù)(壓力和溫度)要求比較高，但控制閥門可以簡化。我廠采用此這種外置式分離器在鍋爐啟動完畢后與系統(tǒng)分開，工作參數(shù)(壓力和溫度)的要求可以比較低，但控制閥門要求較高。第19頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月202.2啟動系統(tǒng)圖1啟動分離器結(jié)構(gòu)簡圖圖2啟動分離器儲水罐結(jié)構(gòu)簡圖

第20頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月21啟動分離器為立式筒體，共2只，布置在鍋爐前部的上方，從水平煙道側(cè)包墻和管束出口集箱出來的介質(zhì)經(jīng)6根下傾15°的切向引入管在分離器的頂端引入，在直流負(fù)荷下汽水混合物在分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，并靠離心作用和重力作用進(jìn)行汽水分離。在分離器內(nèi)的中部偏上位置布置有脫水裝置，其作用是消除介質(zhì)旋轉(zhuǎn)和向下的動能，使分離器及與之相連的貯水箱中的水位穩(wěn)定。在分離器的底端布置有水消旋器并連接一根出口導(dǎo)管，將分離出來的水引至貯水箱；在分離器的上端布置有蒸汽消旋裝置并也連接1根出口導(dǎo)管，將蒸汽引至頂棚過熱器入口集箱。每只分離器通過兩根吊桿懸吊在鍋爐頂板上。貯水箱數(shù)量為1只，也是立式筒體，外徑為φ762mm，壁厚