直流鍋爐技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

直流鍋爐技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì)20年代開始發(fā)展單管直流鍋爐，當(dāng)時(shí)的基本思想主要是避免汽包的制造和為了采用更高的運(yùn)行壓力提高電廠效率。這個(gè)思想也一直支持著以后直流鍋爐的發(fā)展。而直流爐與汽包爐的主要區(qū)別就是沒有汽包，蒸發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與啟動(dòng)方式不同。上世紀(jì)50年代開始，直流爐有了迅速的發(fā)展，歐洲最為明顯。德國本生型鍋爐于1967年開始采用螺旋管圈結(jié)構(gòu)。在這個(gè)發(fā)展階段中有許多新的改進(jìn)，如：對鹽份沉積的控制，采用汽水分離器，改進(jìn)熱態(tài)啟動(dòng)能力，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展和水處理技術(shù)的提高等。由于螺旋管圈運(yùn)行性能方面的優(yōu)越性，日本三大公司中的日立、IHI相繼在直流爐上發(fā)展水平圍繞螺旋管圈以取代較易制造安裝的垂直管圈，三菱公司則發(fā)展內(nèi)螺紋垂直管型爐膛，使超臨界壓力直流爐也能在亞臨界壓力范圍內(nèi)做變壓運(yùn)行。美國B&W公司上世紀(jì)60年代引進(jìn)本生爐技術(shù)開始，發(fā)展了UP型直流爐，最大機(jī)組的容量達(dá)到1300MW。直流爐可以適用于任何壓力，但如果壓力太低，則不如自然循環(huán)鍋爐，所以一般應(yīng)用在P≥16MPa的鍋爐上，世界上最大的直流爐是美國配1380MW機(jī)組的4400t/h鍋爐。直流鍋爐的特點(diǎn)：沒有汽包，啟停速度較快。與自然循環(huán)鍋爐相比，直流爐從冷態(tài)啟動(dòng)到滿負(fù)荷運(yùn)行，變負(fù)荷速度可提高一倍左右。適用于亞臨界和超臨界以及超超臨界壓力鍋爐。鍋爐本體金屬消耗量最少，鍋爐重量輕。一臺(tái)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(tái)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。水冷壁的流動(dòng)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。直流鍋爐啟動(dòng)時(shí)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(dòng)過程的工質(zhì)和熱量，并保證低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)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(dòng)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)。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。系統(tǒng)中的汽水分離器在低負(fù)荷時(shí)起汽水分離作用并維持一定的水位，在高負(fù)荷時(shí)切換為純直流運(yùn)行，汽水分離器做為通流承壓部件。為了達(dá)到較高的重量流速，必須采用小管徑水冷壁。這樣提高了傳熱能力而且節(jié)省了金屬，減輕了爐墻重量，同時(shí)減小了鍋爐的熱慣性。水冷壁的金屬儲(chǔ)熱量和工質(zhì)儲(chǔ)熱量小，即熱慣性小，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(huì)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(shí)，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(dòng)不穩(wěn)定或管子超溫。為保證足夠的冷卻能力和防止低負(fù)荷下發(fā)生水動(dòng)力多值性以及脈動(dòng)，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)的重量流速在MCR負(fù)荷時(shí)提高到2000㎏/（m2·s）以上。加上管徑減小的影響，使直流鍋爐的流動(dòng)阻力顯著提高。600MW以上的直流鍋爐的流動(dòng)阻力一般為5.4MPa～6.0MPa。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。低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，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(dòng)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(huì)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，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。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。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(shí)，都存在工質(zhì)的熱膨脹現(xiàn)象。并且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。啟停速度