控制循環(huán)鍋爐

第八章控制循環(huán)鍋爐及直流鍋爐§1

控制循環(huán)鍋爐§2

直流鍋爐的工作原理及其水冷壁類型§3

直流鍋爐的水動力特性及其熱偏差§4

直流鍋爐啟動系統(tǒng)1/31/20231PrinciplesofBoiler一、控制循環(huán)原理二、控制循環(huán)鍋爐的特點三、爐水循環(huán)泵§1控制循環(huán)鍋爐根據(jù)鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)工質(zhì)流動的工作原理，鍋爐可分為自然循環(huán)鍋爐和強制流動鍋爐。

控制循環(huán)鍋爐和直流鍋爐屬強制流動鍋爐。控制循環(huán)鍋爐和自然循環(huán)鍋爐均屬汽包鍋爐?？刂蒲h(huán)是在下降管側(cè)裝設(shè)爐水再循環(huán)泵以推動工質(zhì)在循環(huán)回路中循環(huán)流動。

自然循環(huán)是靠下降管和上升管系統(tǒng)中工質(zhì)密度差所產(chǎn)生的重位壓差來推動工質(zhì)在循環(huán)回路中流動。直流鍋爐是靠給水泵壓頭使水和汽水混合物在水冷壁管內(nèi)強制流動。1/31/20232PrinciplesofBoiler1.產(chǎn)生原因

循環(huán)安全性↓（壓力升高；亞臨界；管徑變?。?.形式

主要依靠低壓循環(huán)泵（垂直裝在下降管的匯總管道上）的壓頭進行循環(huán)。優(yōu)點：①運動壓頭可以達到0.25～0.5MPa（自然循環(huán)的是0.05～0.1MPa

），可以采用小管徑，管壁薄，金屬消耗少；②可以任意布置蒸發(fā)受熱面；③較高質(zhì)量流速，循環(huán)倍率低。④大容量控制循環(huán)鍋爐一般裝3～4臺循環(huán)泵，其中1臺備用。一般情況下循環(huán)泵消耗的功率相當于鍋爐功率的0.3%～0.4%?！?控制循環(huán)鍋爐1/31/20233PrinciplesofBoiler一、控制循環(huán)的原理

控制循環(huán)鍋爐主要依靠爐水循環(huán)泵使工質(zhì)在蒸發(fā)管中強制流動，并且可以對鍋爐中工質(zhì)的流動進行控制，故稱為控制循環(huán)鍋爐。如圖8-1所示?！?控制循環(huán)鍋爐1/31/20234PrinciplesofBoiler二、控制循環(huán)鍋爐特點

⒈循環(huán)可靠——循環(huán)泵強制循環(huán)；⒉水冷壁安全可靠性高——循環(huán)推動力大，管壁充分冷卻，壁溫低，可減輕高溫腐蝕；水冷壁管進口裝置節(jié)流孔板以均流。⒊汽包壁溫均勻，可以實現(xiàn)快速啟動——循環(huán)泵強制循環(huán)允許有較大的阻力，故采用內(nèi)夾套汽包，汽包壁溫均勻；先水循環(huán)后點火。⒋停爐后冷卻速度快——鍋爐熄火后保持1臺爐水循環(huán)泵運行，使爐水繼續(xù)循環(huán)，同時送、引風機也繼續(xù)運行，使整臺鍋爐強制冷卻，加速停爐過程。⒌有利于鍋爐的酸洗——循環(huán)泵使酸洗液在每根管子內(nèi)強制循環(huán)。⒍可以預測水冷壁管內(nèi)結(jié)垢程度——定期校核爐水循環(huán)泵進出口壓差（因為它與循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)阻力相關(guān)）。⒎可以采用小直徑的水冷壁管——循環(huán)泵強制循環(huán)允許有較大的阻力，故可采用小直徑的水冷壁管，故其壁相應變薄?！?控制循環(huán)鍋爐1/31/20235PrinciplesofBoiler三、爐水循環(huán)泵㈠結(jié)構(gòu)特點如圖8-2所示?！锉脩冶凼窖b在電動機軸上?！锉皿w與電動機由主螺栓和法蘭連接?！锉皿w內(nèi)的電動機配有冷卻水系統(tǒng)。§1控制循環(huán)鍋爐1/31/20236PrinciplesofBoiler1/31/20237PrinciplesofBoiler三、爐水循環(huán)泵㈡爐水循環(huán)泵冷卻水系統(tǒng)爐水循環(huán)泵泵體及循環(huán)冷卻回路，如圖8-3所示。冷卻水系統(tǒng)作用：消除因電動機運轉(zhuǎn)時繞組的銅損和鐵損發(fā)熱、轉(zhuǎn)動件的摩擦生熱，以及高溫的泵殼側(cè)傳過來的熱量而造成的電動機溫升的不安全影響。

§1控制循環(huán)鍋爐1/31/20238PrinciplesofBoiler三、爐水循環(huán)泵㈡爐水循環(huán)泵冷卻水系統(tǒng)⒈充水管路清洗分二個階段：①充水階段：②清洗階段：靜態(tài)清洗和動態(tài)清洗。§1控制循環(huán)鍋爐※※※在鍋爐啟動階段，爐水循環(huán)泵必須連續(xù)投入清洗水，直至鍋爐的爐水濁度小于0.01mg/L時才可停止。1/31/20239PrinciplesofBoiler三、爐水循環(huán)泵㈡爐水循環(huán)泵冷卻水系統(tǒng)⒉高壓冷卻水系統(tǒng)

一次冷卻水分別取自凝結(jié)水泵出口的低壓水源和給水母管來的高壓水源。來自給水母管的高壓水經(jīng)過一次水冷卻器冷卻后，溫度降至45°以下，開啟爐水循環(huán)泵充水一次門向爐水循環(huán)泵電動機注入。低壓一次冷卻水供管路沖洗、電動機充水、清洗以及泵啟動前的電動機注水用。在爐水循環(huán)泵正常運行時，高壓一次水在電動機、冷卻器形成的回路中閉式循環(huán)流動，不需要補充水。但一旦高壓水系統(tǒng)中某處泄漏，而使電動機內(nèi)循環(huán)水量不足，導致高溫高壓爐水倒流入電動機，而使電動機溫度升高時，應緊急補充一次高壓冷卻水?！?控制循環(huán)鍋爐1/31/202310PrinciplesofBoiler三、爐水循環(huán)泵㈡爐水循環(huán)泵冷卻水系統(tǒng)⒊低壓冷卻水系統(tǒng)

低壓冷卻水又稱二次冷卻水，它取自機組公用的閉式冷卻水系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)恒定溫度和進回水穩(wěn)定差壓的自動調(diào)節(jié)。二次冷卻水的用途是冷卻高壓一次水，它對爐水循環(huán)泵的安全運行很重要，所以，必須保證其冷卻水量，且冷卻水源必須接有保安電源，確保在廠用電中斷時冷卻水能正常運行。二次冷卻水分二路：

一路走向外置冷卻器，以冷卻電動機的高壓水；另一路走向一次水冷卻器以冷卻補充進入電動機的高壓水，在正常運行時僅作備用?！?控制循環(huán)鍋爐1/31/202311PrinciplesofBoiler三、爐水循環(huán)泵㈡爐水循環(huán)泵冷卻水系統(tǒng)⒋過濾器過濾雜質(zhì)（沉淀物、腐蝕產(chǎn)物及金屬微粒）§1控制循環(huán)鍋爐

一次冷卻器出口高壓冷卻水管路上裝設(shè)粗過濾器（3臺泵合用），用來攔住高壓給水可能帶來的銹蝕雜質(zhì)；

在進入每臺電動機的高壓冷卻水管道入口也裝設(shè)了帶有差壓監(jiān)控裝置的過濾器。過濾器結(jié)構(gòu)如圖8-4所示。1/31/202312PrinciplesofBoiler三、爐水循環(huán)泵㈡爐水循環(huán)泵冷卻水系統(tǒng)⒌監(jiān)控儀表

⑴溫度監(jiān)測裝置①在電動機出口裝有溫度計和熱電偶以檢測高壓冷卻水的溫度；②在循環(huán)泵殼體上裝有熱電偶，以測定泵殼與爐水的溫差，若溫差超過規(guī)定值，熱電偶則報警。并將其作為泵的啟動保護條件之一。⑵冷卻器流量指示器低壓冷卻水流量低于規(guī)定值時就發(fā)出報警。并將其作為泵的啟動保護條件之一。⑶差壓變送器泵運行一定時間，高壓冷卻水進口管道所裝設(shè)的過濾器就會因過濾雜物阻力增大，而使得高壓冷卻水進口管道差壓增大。泵的運轉(zhuǎn)正常與否由差壓表來指示，并由差壓值進行報警?！?控制循環(huán)鍋爐1/31/202313PrinciplesofBoiler4/42、強制循環(huán)鍋爐水冷壁布置4根大直徑集中下降管從汽包底部引出并與匯集聯(lián)箱連接，3臺循環(huán)泵（一臺備用）通過吸入短管與匯集聯(lián)箱相連，每臺循環(huán)泵通過2根出水管與環(huán)形下水包（由前、后、左右四側(cè)水包組成）的前下水包連接。經(jīng)由890根水冷壁管、5個上集箱和48根導汽管，回到汽包。循環(huán)泵臺數(shù)與下降管根數(shù)不等，下降管中的水通過匯集聯(lián)箱分配到各循環(huán)泵，可均衡循環(huán)泵的入口流量，有利于提高循環(huán)泵運行的可靠性l-汽包；2-下降管；3-匯合聯(lián)箱；4-管環(huán)泵；5-循環(huán)泵出口閥；6-循環(huán)泵出口管；7-環(huán)形聯(lián)箱（下水包）；11-后墻延伸水冷壁；12-水冷壁出口聯(lián)箱；13-汽水引出管；14-折焰角1/31/202314PrinciplesofBoiler水冷壁1/31/202315PrinciplesofBoiler主給水系統(tǒng)1/31/202316PrinciplesofBoiler§2直流鍋爐的工作原理及其水冷壁類型

直流鍋爐是靠給水泵壓頭使水和汽水混合物在水冷壁管內(nèi)強制流動。無汽包，給水靠給水泵壓頭一次通過受熱面而產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為直流鍋爐。當壓力超過18.62MPa時，應采用直流鍋爐。一、直流鍋爐的工作原理1/31/202317PrinciplesofBoiler一、直流鍋爐的工作原理直流鍋爐的工作原理，如圖8-5所示。由于流動阻力，工質(zhì)的壓力p沿受熱管長度逐漸減少；由于工質(zhì)不斷吸熱，工質(zhì)的焓值h、比體積v和溫度t沿受熱管長度逐漸增加（蒸發(fā)段t略有下降）。在給水泵壓頭的作用下，工質(zhì)順序一次通過加熱、蒸發(fā)和過熱受熱面，進口工質(zhì)為水，出口工質(zhì)為過熱蒸汽。按照循環(huán)倍率的定義，直流鍋爐的循環(huán)倍率K=1，即在穩(wěn)定流動時給水流量應等于蒸發(fā)量。1/31/202318PrinciplesofBoiler§2直流鍋爐的工作原理及其水冷壁類型

二、直流鍋爐的特點⑴汽水密度差不影響工作，超高壓以上更能顯示出其優(yōu)越性，在超臨界壓力（大于22.1MPa）時，只能采用直流鍋爐；⑵由給水泵提供工質(zhì)流動的動力，所以，水冷壁允許有較大的阻力，其特點是：①較小的水冷壁管徑，水冷壁在爐膛中的布置較自由；②較高的水冷壁管內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量流速，為水冷壁的安全工作創(chuàng)造了條件。⑶無汽包，其好處是：①金屬耗量少（節(jié)省鋼材20%～30%），制造、安裝及運輸方便；②水容量及相應的蓄熱能力大為降低（為同參數(shù)汽包鍋爐的25%～50%），因此，當負荷發(fā)生變化時，其壓力變化速度較快，對外界負荷變化較敏感，對控制系統(tǒng)要求高；③啟、停爐速度快。④沒有汽包進行汽水分離，不能連續(xù)排污，對給水品質(zhì)要求高；⑤水的加熱、蒸發(fā)和過熱的受熱面沒有固定的分界，過熱汽溫往往隨負荷的變動而波動較大，過渡段的積鹽、超溫成為密切關(guān)注的重點。⑷應有專門的啟動旁路系統(tǒng)，以便在啟動時有足夠的水量通過蒸發(fā)受熱面，保護受熱面管壁不被燒壞。⑸消耗較多的水泵功率。一、直流鍋爐的工作原理1/31/202319PrinciplesofBoiler§2直流鍋爐的工作原理及其水冷壁類型

直流鍋爐水冷壁常見類型，如圖8-6所示。

(a)水平圍繞管圈型；(b)垂直管屏型；(c)～(f)回帶管圈型。

水平圍繞管圈形（拉姆辛型）是由多根平行管子組成管帶，沿爐膛四周圍繞上升，三面水平一面傾斜，或兩對面水平兩對面傾斜。在水平圍繞管圈型的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了螺旋管圈型。超臨界壓力直流鍋爐的水冷壁系統(tǒng)，主要為螺旋管圈型水冷壁和由內(nèi)螺紋管組成的垂直管屏型水冷壁兩種型式。三.直流鍋爐水冷壁常見類型1/31/202320PrinciplesofBoiler§2直流鍋爐的工作原理及其水冷壁類型

直流鍋爐水冷壁常見類型，如圖8-6所示。

(a)水平圍繞管圈型；(b)垂直管屏型；(c)～(f)回帶管圈型?；貛Ч苋π停ㄌK爾壽型）由若干平行的管子組成管帶，沿爐膛內(nèi)壁上下迂回。因其安全性較差，已逐漸被淘汰。

三.直流鍋爐水冷壁常見類型1/31/202321PrinciplesofBoiler§2直流鍋爐的工作原理及其水冷壁類型

㈠螺旋管圈型多根平行的水冷壁管組成管帶，沿爐膛周界傾斜螺旋上升。水平管屏吸熱均勻，可不設(shè)中間混合聯(lián)箱。此種水冷壁的特點是：①在滑壓運行時沒有汽水混合不均的問題，故能變壓運行、快速啟停，適應電網(wǎng)負荷的頻繁變化，調(diào)速性能好；②螺旋管圈適宜采用膜式水冷壁，不易出現(xiàn)膜態(tài)沸騰，且管子數(shù)目可按設(shè)計要求選取，不受爐膛大小的影響，也可選取較粗管徑以增加水冷壁剛度；③對煤種適應性強，可燃用揮發(fā)分低、灰分高的煤；④螺旋布置管屏的加工與安裝復雜，而且費用高。三.直流鍋爐水冷壁常見類型直流鍋爐水冷壁常見類型，如圖8-6所示。

(a)水平圍繞管圈型(b)垂直管屏型1/31/202322PrinciplesofBoiler

直流鍋爐水冷壁形式主要有螺旋管圈型和垂直上升管屏型

螺旋管圈型水冷壁

螺旋管圈型水冷壁

由若干根水冷壁組成管帶，沿爐膛四面傾斜上升，無水平段，各管帶均勻地分布在爐膛四壁，任一高度上管帶的受熱幾乎完全相同

螺旋管圈型水冷壁的特點沿爐膛四周熱負荷不均勻影響小管圈內(nèi)工質(zhì)可保證足夠高的質(zhì)量流速，以減輕傳熱惡化的影響。工質(zhì)焓值較高的管帶后段，可以布置在爐內(nèi)熱負荷較低區(qū)域，對防止管壁超溫有利。大鍋爐寬管帶，各管間熱偏差較大；支吊困難

適用于超臨界和亞臨界壓力，燃料適應性廣。1/31/202323PrinciplesofBoiler§2直流鍋爐的工作原理及其水冷壁類型

㈠螺旋管圈型也可把螺旋圍繞上升管屏水冷壁上部設(shè)計成全懸吊垂直上升管屏，管圈中的每根管子均同樣繞過爐膛和各個壁面，因而每根管子吸熱相同，管間的熱偏差最小。此種水冷壁的特點是：①適用于變壓運行；②螺旋管圈的制造安裝支撐等工藝較為復雜及流動阻力大；③被國內(nèi)超臨界壓力機組采用較多。

三.直流鍋爐水冷壁常見類型直流鍋爐水冷壁常見類型，如圖8-6所示。

(a)水平圍繞管圈型(b)垂直管屏型1/31/202324PrinciplesofBoiler§2直流鍋爐的工作原理及其水冷壁類型

㈡垂直管屏型垂直管屏型是在爐膛四周布置多個垂直管屏，管屏之間由爐外管子連接，整臺鍋爐的水冷壁可串聯(lián)成一組或幾組，工質(zhì)順序流過一組內(nèi)的各管屏，組與組之間并聯(lián)連接。

三.直流鍋爐水冷壁常見類型直流鍋爐水冷壁常見類型，如圖8-6所示。

(a)水平圍繞管圈型(b)垂直管屏型1/31/202325PrinciplesofBoilerUP型垂直上升管屏水冷壁

UP型垂直上升管屏包括一次上升和上升-上升

一次上升型（a）

給水一次流經(jīng)全部四面墻水冷壁管屏，沒有下降管，管屏沿高度分為上、中和下部三個輻射區(qū)，各區(qū)段之間設(shè)有混合器，用以消除平行管子間的熱偏差。特點：系統(tǒng)簡單，流動阻力小；相鄰管屏外側(cè)管間壁溫差較??；可采用全懸吊結(jié)構(gòu)；水力特性較為穩(wěn)定；但對鍋爐負荷適應性較差，金屬耗量大。

上升-上升型（b）爐膛下部高熱負荷區(qū)域布置兩個串聯(lián)回路，用于提高管內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量流速以避免流動異常和傳熱惡化（a）（b）1/31/202326PrinciplesofBoilerFW型垂直上升管屏水冷壁

多次垂直上升管屏

爐膛下部高熱負荷區(qū)域減小管屏的寬度，爐外加設(shè)下降管，形成多次垂直上升；在上部較低熱負荷區(qū)，仍采用一次垂直上升管屏

FW型垂直上升管屏為多次垂直上升管屏

多次垂直上升管屏的特點既可保證高熱負荷區(qū)有較高的質(zhì)量流速，達到充分冷卻的目的；又可減少高負荷下水冷壁的流動阻力；同時可避免采用剛度差的小直徑管。有不受熱的下降管，工質(zhì)流程長，系統(tǒng)阻力較大；相鄰兩屏內(nèi)工質(zhì)的含汽率不同，管間壁溫差大，使各屏熱膨脹不同。應盡量減少管屏串聯(lián)的次數(shù)1/31/202327PrinciplesofBoiler

在爐膛折焰角以上采用垂直上升管屏，以便采用全懸吊結(jié)構(gòu)；爐膛上部熱負荷較低，兩相鄰垂直管屏外側(cè)管子的管壁溫差較小，不至于造成膜式水冷壁損壞。在爐膛高熱負荷區(qū)采用螺旋管圈型水冷壁，以減小爐內(nèi)熱偏差。3、直