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鍋爐原理鍋爐水循環(huán)方式自然循環(huán)鍋爐1直流鍋爐23 復(fù)合循環(huán)鍋爐強(qiáng)制循環(huán)鍋爐41/34鍋爐分類2/34鍋爐分類(按水循環(huán)方式)自然循環(huán)鍋爐:依靠汽水密度差推動(dòng)工質(zhì)在爐膛受熱面內(nèi)循環(huán)。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐:依靠外力(水泵)推動(dòng)使工質(zhì)在爐膛受熱面內(nèi)循環(huán)?!?/p>

直流鍋爐:工質(zhì)在管內(nèi)一次通過并變成熱蒸汽。¤

復(fù)合循環(huán)鍋爐:¤

強(qiáng)制循環(huán)鍋爐:一、自然循環(huán)鍋爐1、自然循環(huán)原理自然循環(huán)與強(qiáng)制循環(huán)方式之間的差別主要體現(xiàn)在蒸發(fā)受熱面內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)的動(dòng)力來源。自然循環(huán)鍋爐:依靠不受熱下降管中的水與受熱上升管中的工質(zhì)的密度差驅(qū)動(dòng)工質(zhì)在一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)中流動(dòng)。自然循環(huán)方式只能用于臨界壓力以下的鍋爐。下降管水冷壁集箱自然循環(huán)回路汽包3/34循環(huán)回路:工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)所在的封閉系統(tǒng)稱為循環(huán)回路,一般由下降管、上升管、汽包、集箱及其它部件組成。水在回路中循環(huán)流動(dòng)時(shí),下降管側(cè)壓差Sxj等于上升管側(cè)壓差Sss。下降管側(cè)壓差:Sxj=ρxjgH?

?pxj上升管側(cè)壓差:Sss=ρssgH+

?pss自然循環(huán)回路4/34一、自然循環(huán)鍋爐因此,可得壓差平衡方程式:ρxj?

ρss5/34gH=?pxj+

?pss式中:ρxj,

ρss分別為下降管和上升管中工質(zhì)的平均密度,kg/m3;?pxj,

?pss分別為下降管和上升管中的工質(zhì)流動(dòng)阻力,Pa;H為汽包液位面到下集箱中心高度,m;一、自然循環(huán)鍋爐壓差平衡方程式的左側(cè)稱為運(yùn)動(dòng)壓頭,用Syd表示為:ρxj?

ρssSyd

= gH=?pxj+

?pss方程式右側(cè)為循環(huán)回路的總阻力Σ?p

=

?pxj

+

?pss

。以該式為基礎(chǔ)進(jìn)行水動(dòng)力計(jì)算的方法稱為運(yùn)動(dòng)壓頭法。運(yùn)動(dòng)壓頭是循環(huán)回路中產(chǎn)生的水循環(huán)動(dòng)力,穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)用于克服回路中工質(zhì)的總阻力。一、自然循環(huán)鍋爐6/34運(yùn)動(dòng)壓頭減去上升管阻力?pss

,稱為回路的有效壓頭,用Syx表示為:ρxj?

ρss7/34Syx

= gH??pss=

?Pxj以該式為基礎(chǔ)進(jìn)行水動(dòng)力計(jì)算的方法稱為有效壓頭法。有效壓頭是循環(huán)回路中運(yùn)動(dòng)壓頭克服上升管的流動(dòng)阻力后剩余的部分水循環(huán)動(dòng)力,穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)用以克服下降管的流動(dòng)阻力。有效壓頭愈大,用以克服的下降管阻力?Pxj

就越大,亦即循環(huán)的水量愈大,水循環(huán)愈強(qiáng)烈。一、自然循環(huán)鍋爐2、自然循環(huán)的特性由重位壓差造成的循環(huán)推動(dòng)力克服上升系統(tǒng)和下降系統(tǒng)的流動(dòng)阻力,推動(dòng)工質(zhì)在循環(huán)回路中流動(dòng)?;芈犯叨仍礁?,形成的循環(huán)推動(dòng)力越大。工質(zhì)密度差越大,形成的循環(huán)推動(dòng)力越大。在正常循環(huán)情況下,吸熱越多,密度差越大,工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)速度越高。壓力越高,汽、水的密度差降低,工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)速度越低。8/34一、自然循環(huán)鍋爐3、自然循環(huán)回路的壓差特性在一定熱負(fù)荷及結(jié)構(gòu)特性條件下,壓差S和管內(nèi)流量G(或質(zhì)量流速ρw)的關(guān)系稱為壓差特性或水動(dòng)力特性。由此關(guān)系在平面坐標(biāo)圖上畫出的曲線稱為壓差特性曲線或水動(dòng)力特性曲線。壓差特性曲線用來分析自然循環(huán)回路的工作原理及其影響因素,也可用來確定循環(huán)回路的工作狀態(tài)。簡(jiǎn)單回路壓差特性一、自然循環(huán)鍋爐9/34簡(jiǎn)單循環(huán)回路的壓差特性上升管壓差:Sss

=

ρssg?

+

?pss。當(dāng)熱負(fù)荷一定時(shí),隨流量G增大,上升管內(nèi)單位工質(zhì)吸熱量減少,含汽率降低,平均密度ρss增大。ρssg?隨G增加而單調(diào)增大,

以飽和水的重位壓差ρYg?為其漸近線。上升管流動(dòng)阻力?pss隨G增加而單調(diào)增大。因此,上升管的壓差Sss為一條單調(diào)增的曲線。簡(jiǎn)單回路壓差特性一、自然循環(huán)鍋爐10/34下降管壓差:Sxj

=

ρxjg?

??pxj。下降管一般不受熱,若下降管中沒有蒸汽,可認(rèn)為下降管內(nèi)的重位壓差ρxjg?

為飽和水的重位壓差ρYg?,隨流量G增大為不變的定值。下降管阻力?pxj隨G增加而單調(diào)增大。因此,

兩條曲線按壓差相減,下降管的壓差Sxj為一條單調(diào)減的曲線。簡(jiǎn)單回路壓差特性一、自然循環(huán)鍋爐11/34簡(jiǎn)單回路壓差特性自然循環(huán)在穩(wěn)定流動(dòng)條件下,由于上升管壓差Sss

和下降管壓差Sxj都是單調(diào)變化,這兩條曲線必然有一交叉點(diǎn)。根據(jù)Sss

和Sxj

相平衡原理,兩曲線的交點(diǎn)即為簡(jiǎn)單回路在一定條件下的工作狀態(tài),

稱為回路的工作點(diǎn),其工作壓差和循環(huán)流量分別記為SO和GO。12/34一、自然循環(huán)鍋爐實(shí)際循環(huán)回路的壓差特性鍋爐的實(shí)際循環(huán)回路,蒸發(fā)受熱面都是由若干串、并聯(lián)管子組成管屏。由于鍋爐熱負(fù)荷的不均勻性,管子(屏)與管子(屏)之間具有不同的吸熱量,使得各自的重位壓差和流動(dòng)阻力也不相同,即吸熱量對(duì)上升管壓差有很大影響。假定上升管入口為飽和水,管內(nèi)工質(zhì)為兩相流體,按均相流模型,上升管壓差為Sss

= ρY

?

? ρY

?

ρYY g?+

ZssρYw2

O21

+

x 1

?ρYρYY式中,

Zss為上升管總阻力系數(shù),?為截面含汽率,x為質(zhì)量含汽率。13/34一、自然循環(huán)鍋爐上升管壓差:Sss

= ρY

?

? ρY

?

ρYY g?+

ZssρYw2

O21

+

x 1

?ρYρYY當(dāng)q較低,x較小(循環(huán)倍率K較大)時(shí),隨q增大,重位壓差先下降得很快,而后下降得較慢,而?pss

則單調(diào)上升,綜合作用使得Sss

和q的關(guān)系呈現(xiàn)先下降而后上升的趨勢(shì),回路因此具有因上升管吸熱量增加而使循環(huán)流量隨之增加的能力,稱為自然循環(huán)回路的自補(bǔ)償能力。上升管循環(huán)流量vs吸熱量一、自然循環(huán)鍋爐14/34當(dāng)q較高,x較大(K

<

Kjx)時(shí),q再進(jìn)一步增加,循環(huán)流量G0減小,循環(huán)回路失去自補(bǔ)償能力。設(shè)計(jì)自然循環(huán)回路時(shí)應(yīng)使工作的循環(huán)倍率大于界限循環(huán)倍率Kjx,使之處于有自補(bǔ)償能力的范圍內(nèi)。上升管循環(huán)流量vs吸熱量一、自然循環(huán)鍋爐15/344、自然循環(huán)鍋爐水循環(huán)故障停滯倒流下降管帶汽膜態(tài)沸騰連續(xù)水膜被破壞水的冷卻汽的冷卻超溫傳熱惡化爆管一、自然循環(huán)鍋爐16/34自然循環(huán)鍋爐1直流鍋爐23 復(fù)合循環(huán)鍋爐強(qiáng)制循環(huán)鍋爐417/34鍋爐分類18/34鍋爐分類(按水循環(huán)方式)自然循環(huán)鍋爐:依靠汽水密度差推動(dòng)工質(zhì)在爐膛受熱面內(nèi)循環(huán)。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐:依靠外力(水泵)推動(dòng)使工質(zhì)在爐膛受熱面內(nèi)循環(huán)?!?/p>

直流鍋爐:工質(zhì)在管內(nèi)一次通過并變成熱蒸汽?!?/p>

復(fù)合循環(huán)鍋爐:¤

強(qiáng)制循環(huán)鍋爐:二、直流鍋爐1、工作原理直流鍋爐與自然循環(huán)鍋爐的主要差別在鍋內(nèi)過程,而爐內(nèi)過程基本相同。直流鍋爐沒有汽包,給水在給水泵壓頭的作用下,順序流過熱水段、蒸發(fā)段和過熱段受熱面一次將給水全部變成過熱蒸汽,蒸發(fā)區(qū)循環(huán)倍率K=1。直流鍋爐由于沒有汽包,在加熱水和蒸發(fā)受熱面之間,以及在蒸發(fā)和過熱受熱面之間都沒有固定的分界線。19/34水平管沿管子長(zhǎng)度方向工質(zhì)參數(shù)變化情況:熱水段:水的焓和溫度逐漸增高,比容略有加大,壓力則由于流動(dòng)阻力而有所降低。蒸發(fā)段:汽水混合物的焓繼續(xù)提高,比容急劇增加,壓力降低較快。過熱段:蒸汽焓、溫度和比容均增大,壓力由于流動(dòng)阻力較大而下降更快。直流鍋爐工作原理20/34二、直流鍋爐2、水冷壁的結(jié)構(gòu)形式早期采用的形式:拉姆辛式(水平圍繞管圈式)蘇爾壽式(回帶管圈式)本生式(垂直管屏式)直流鍋爐水冷壁的基本形式a.

水平圍繞管圈式 b.

回帶管圈式c.

垂直管屏式二、直流鍋爐21/34現(xiàn)代直流鍋爐采用的形式:螺旋圍繞上升管屏式一次垂直上升管屏式(UP型)爐膛下部多次上升、爐膛上部一次上升管屏式(FW型)螺旋圍繞上升管屏式水冷壁22/34二、直流鍋爐3、直流鍋爐水動(dòng)力特性水動(dòng)力特性:指受熱面系統(tǒng)內(nèi)當(dāng)熱負(fù)荷一定時(shí),蒸發(fā)管內(nèi)流量與壓降的關(guān)系,即函數(shù)式?p

=

? ρw 。直流鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)的水動(dòng)力特性的三個(gè)問題:①

水動(dòng)力不穩(wěn)定性(多值性);②

脈動(dòng);③

熱偏差。23/34二、直流鍋爐、水動(dòng)力不穩(wěn)定性(多值性)問題總壓力損失與質(zhì)量流量的函數(shù):?p

=

? ρw 。如果管子系統(tǒng)中一個(gè)壓降值只對(duì)應(yīng)于工質(zhì)流量值,這種流動(dòng)就是單值性的,即?p

=

?

ρw

是個(gè)當(dāng)值函數(shù)。如果一個(gè)壓降值對(duì)應(yīng)于兩個(gè)或幾個(gè)不同的流量值,這種流動(dòng)就是多值性的—表現(xiàn)為水動(dòng)力不穩(wěn)定性。多值性的流動(dòng)特性是由于工質(zhì)熱物理特性的變動(dòng)、即當(dāng)流量和重位壓頭時(shí)工質(zhì)的比容改變?cè)斐傻?。由于出現(xiàn)了水動(dòng)力特性的多值性,就可能使并列工作的蒸發(fā)管中產(chǎn)生流量偏差及熱偏差,嚴(yán)重時(shí),使管子燒壞。24/34二、直流鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)進(jìn)口水溫對(duì)管子中的流動(dòng)特性有決定性影響。當(dāng)進(jìn)口水溫低于飽和溫度時(shí),整根管子分為兩段:熱水段和蒸發(fā)段。兩段的長(zhǎng)度取決于熱負(fù)荷同水流量的比值。當(dāng)管子受熱不變和水流量增大時(shí),熱水段增長(zhǎng),而蒸發(fā)段縮短。水平管內(nèi)的壓力損失主要來自于流動(dòng)阻力損失。進(jìn)口水有欠焓時(shí),受熱管中工質(zhì)的變化25/34二、直流鍋爐穩(wěn)定(1)和不穩(wěn)定(2)的流動(dòng)特性26/34管子進(jìn)口水的欠焓Δi

>

0時(shí),蒸發(fā)管帶有熱水段,?p

=

? ρw 是一個(gè)三次方式,可能有一個(gè)實(shí)根和兩個(gè)虛根或三個(gè)實(shí)根。如解為一個(gè)實(shí)根和兩個(gè)虛根,一個(gè)?p值對(duì)應(yīng)一個(gè)工質(zhì)流量ρw,流動(dòng)是單值的(圖中曲線1)。如解為三個(gè)實(shí)根,一個(gè)?p值對(duì)應(yīng)三個(gè)不同的流量ρw(圖中曲線2),這就是流動(dòng)的多值性,也稱不穩(wěn)定性。二、直流鍋爐3.2、水動(dòng)力多值性的防止措施①

提高質(zhì)量流速②

提高啟動(dòng)壓力③

采用進(jìn)口加裝節(jié)流圈④

減小進(jìn)口工質(zhì)欠焓⑤

減小受熱偏差⑥

控制水冷壁熱負(fù)荷27/34二、直流鍋爐自然循環(huán)鍋爐1直流鍋爐23 復(fù)合循環(huán)鍋爐強(qiáng)制循環(huán)鍋爐428/34三、復(fù)合循環(huán)鍋爐1、產(chǎn)生的背景直流鍋爐有很大的優(yōu)越性,但也有以下的缺點(diǎn):水冷壁工質(zhì)流量與鍋爐負(fù)荷成正比,為保證低負(fù)荷流速大于受熱管冷卻的最小流速,直流鍋爐的最低蒸發(fā)量不能過小,這一最低負(fù)荷一般為額定負(fù)荷的的25~35%左右。這就導(dǎo)致額定負(fù)荷時(shí)工質(zhì)在水冷壁內(nèi)的流速過高,造成阻力損失過大,給水泵能耗很大。直流鍋爐水冷壁流量與負(fù)荷關(guān)系29/34此外,鍋爐啟動(dòng)時(shí)為了保護(hù)水冷壁,管內(nèi)的工質(zhì)流量也要維持一最低流量,即額定負(fù)荷時(shí)工質(zhì)流量的25~35%。因此使啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)備管道龐大復(fù)雜,啟動(dòng)時(shí)的熱量損失和工質(zhì)損失很大。為了克服直流鍋爐的兩點(diǎn)不足,解決上述矛盾,從而產(chǎn)生了復(fù)合循環(huán)鍋爐。復(fù)合循環(huán)鍋爐帶有再循環(huán)泵,把蒸發(fā)管出口的部分工質(zhì)送回,與給水混合后再流入蒸發(fā)管。這樣,流經(jīng)蒸發(fā)管的工質(zhì)由兩部分組成:由給水泵來的工質(zhì)和再循環(huán)泵來

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