强制流动锅炉及其水动力特性

1、第九章-139-1第九章第九章 强制流动锅炉及其水动力特性强制流动锅炉及其水动力特性本章重点：本章重点： 控制循环锅炉和螺旋管圈型直控制循环锅炉和螺旋管圈型直流锅炉的结流锅炉的结 构、工作原理和特点。构、工作原理和特点。 汽水两相强制流动。汽水两相强制流动。第九章-139-2强制流动锅炉的类型：强制流动锅炉的类型： 1.1.控制循环锅炉又称多次强制循环锅控制循环锅炉又称多次强制循环锅炉，也属于汽包锅炉。炉，也属于汽包锅炉。 2.2.直流锅炉无汽包，工质在水冷壁中直流锅炉无汽包，工质在水冷壁中一次蒸发成蒸汽。一次蒸发成蒸汽。 3.3.复合循环锅炉就是在负荷较低时部复合循环锅炉就是在负荷较低时部分

2、工质在水冷壁中进行再循环，高负荷分工质在水冷壁中进行再循环，高负荷时转入与直流锅炉相同的运行方式。时转入与直流锅炉相同的运行方式。第九章-139-3第第 一一 节节 控控 制制 循循 环环 锅锅 炉炉 一、一、原理：原理： 控制循环锅炉是由自然循环锅炉发控制循环锅炉是由自然循环锅炉发展而成，它在循环回路的下降管上装置展而成，它在循环回路的下降管上装置循环泵，见图循环泵，见图9 91 1，因而其循环动力大因而其循环动力大大提高了。大提高了。 控制循环锅炉水循环回路的运动压控制循环锅炉水循环回路的运动压头由自然循环运动压头（头由自然循环运动压头（0.050.050.10.1MPaMPa）和循环泵提

3、升压头（和循环泵提升压头（0.25 0.25 0.50 0.50MPaMPa）两两部分组成部分组成。第九章-139-4第九章-139-5水冷壁方面的特点：水冷壁方面的特点： 1 1、管子直径较细，一般为、管子直径较细，一般为 4242 5151mmmm，布置布置自由，有的控制循环锅炉还把部分蒸发受热自由，有的控制循环锅炉还把部分蒸发受热面布置在烟道内，做成蛇型管蒸发器，与水面布置在烟道内，做成蛇型管蒸发器，与水冷壁并联连接。冷壁并联连接。 2 2、水冷壁内工质质量流速较高，、水冷壁内工质质量流速较高， w =900 w =900 1500kg/(m 1500kg/(m2 2 s)s)。循环倍率

4、较小，一般为循环倍率较小，一般为3 3 4 4。水冷壁管压力降中流动阻力份额大，水冷壁管压力降中流动阻力份额大，具有具有强制流动特性强制流动特性，即质量流速随热负荷，即质量流速随热负荷升高而下降。升高而下降。第九章-139-63 3、装置节流孔板，用以分配各并联管工质流、装置节流孔板，用以分配各并联管工质流 量，改善热偏差。量，改善热偏差。第九章-139-7汽包方面的特点：汽包方面的特点： 1 1、汽包内部装置允、汽包内部装置允许有较大的流动阻力，许有较大的流动阻力，而且由于循环倍率低，而且由于循环倍率低，循环水量小，汽包直循环水量小，汽包直径、汽水分离器等尺径、汽水分离器等尺寸可适当缩小。寸

5、可适当缩小。 2 2、汽包内装有弧型衬、汽包内装有弧型衬板，与汽包内壁间形板，与汽包内壁间形成一环形通道。成一环形通道。第九章-139-8 二、二、 循环倍率循环倍率K K 循环倍率的大小与循环回路的经济性和安循环倍率的大小与循环回路的经济性和安全性有密切关系：全性有密切关系： 循环倍率循环倍率 ，循环回路的循环水量，循环回路的循环水量 ，循环，循环回路中的汽包尺寸、管道直径以及炉水循环泵回路中的汽包尺寸、管道直径以及炉水循环泵的容量等都相应的容量等都相应 ，从而锅炉钢材的耗量，从而锅炉钢材的耗量 ，炉，炉水循环泵的运行电耗水循环泵的运行电耗 ，热损失，热损失 。 限制循环倍率减小的因素：水冷

6、壁中汽水限制循环倍率减小的因素：水冷壁中汽水两相流动不稳定；沸腾传热恶化。两相流动不稳定；沸腾传热恶化。 一般，一般， K=3 K=3 4 4，最小为最小为2 2。第九章-139-9 三、循环泵三、循环泵 循环泵是控制循环锅炉的关键设备。循环泵是控制循环锅炉的关键设备。它的运行可靠性直接影响锅炉的安全工它的运行可靠性直接影响锅炉的安全工作。作。 循环泵都采用无轴封结构，以适应循环泵都采用无轴封结构，以适应高温高压工作特点。泵与电动机都浸在高温高压工作特点。泵与电动机都浸在水中，故又称为水中，故又称为“湿式定子湿式定子”型。型。第九章-139-10 右图是循环右图是循环泵的结构图。泵的结构图。

7、热屏热屏4 4将泵和将泵和电动机的热电动机的热量隔离开，量隔离开，电动机靠体电动机靠体外冷却器外冷却器1212冷却，维持冷却，维持水稳在水稳在6060以下。以下。第九章-139-11 循环泵在运行时必须防止泵中水发生汽循环泵在运行时必须防止泵中水发生汽化，简称汽蚀。化，简称汽蚀。 当有效汽蚀余量当有效汽蚀余量 p py y（又称有效净正吸又称有效净正吸入水头）入水头）大于大于必须的净正吸入水头必须的净正吸入水头 p pr r（防防止发生汽蚀必须的最低吸入压力比炉水饱和止发生汽蚀必须的最低吸入压力比炉水饱和压力高出的数值）时不发生汽蚀。压力高出的数值）时不发生汽蚀。第九章-139-12第九章-1

8、39-13第九章-139-14第九章-139-15第第 二二 节节 直直 流流 锅锅 炉炉 一、工作原理和特点一、工作原理和特点第九章-139-16直流锅炉有以下特点：直流锅炉有以下特点： 直流锅炉给水泵压头比汽包锅炉的高。直流锅炉给水泵压头比汽包锅炉的高。给水泵电耗相应也较大。但直流锅炉工质给水泵电耗相应也较大。但直流锅炉工质压力可达到超临界压力。压力可达到超临界压力。第九章-139-17 直流锅炉水冷壁允许有较大的压力直流锅炉水冷壁允许有较大的压力降，因此降，因此 可选用较小直径的水冷壁管，水冷可选用较小直径的水冷壁管，水冷壁在炉膛内的布置有较多的自由度；壁在炉膛内的布置有较多的自由度；

9、可提高水冷壁内的工质流速，这对可提高水冷壁内的工质流速，这对水冷壁的安全工作创造了条件水冷壁的安全工作创造了条件.第九章-139-18 直流锅炉不用汽包，带来了以下特点直流锅炉不用汽包，带来了以下特点: 锅炉给水品质要求高。锅炉给水品质要求高。 锅炉蓄热量小，运行参数稳定性较锅炉蓄热量小，运行参数稳定性较差差,但无汽包热应力限制但无汽包热应力限制,可提高启动和可提高启动和停运速度；停运速度； 锅炉钢耗低，制造、输送、安装方锅炉钢耗低，制造、输送、安装方便；便； 直流锅炉在运行工况下，水、汽水直流锅炉在运行工况下，水、汽水混合物、过热汽的分界点在受热面上的混合物、过热汽的分界点在受热面上的位置随

10、不同工况而变化，从而使其运行位置随不同工况而变化，从而使其运行特性和汽包锅炉不同。特性和汽包锅炉不同。第九章-139-19二、直流锅炉类型二、直流锅炉类型直流锅炉的类型主要是水冷壁的结构形直流锅炉的类型主要是水冷壁的结构形式和其系统的不同式和其系统的不同.直流锅炉的水冷壁管直流锅炉的水冷壁管由于布置自由由于布置自由,故其形式很多。故其形式很多。传统的水冷壁基本形式：水平围绕管圈型传统的水冷壁基本形式：水平围绕管圈型（拉姆辛型），垂直多管屏型（本生型）（拉姆辛型），垂直多管屏型（本生型）和带管圈型（苏尔寿型）。和带管圈型（苏尔寿型）。第九章-139-20 水平围绕管圈型是由多根平行管子组成管带，

11、水平围绕管圈型是由多根平行管子组成管带，沿炉膛四周围绕上升，三面水平一面倾斜。沿炉膛四周围绕上升，三面水平一面倾斜。 垂直多管屏型是在炉膛四周布置多个垂直管屏，垂直多管屏型是在炉膛四周布置多个垂直管屏，管屏之间由炉外管子连接。水冷壁管可串联成一管屏之间由炉外管子连接。水冷壁管可串联成一组或几组，工质顺序流过一组内的各管屏。组或几组，工质顺序流过一组内的各管屏。第九章-139-21回带管圈型回带管圈型的水冷壁是的水冷壁是由多行程迂由多行程迂回管带形成。回管带形成。管带迂回方管带迂回方式分上下迂式分上下迂回和水平迂回和水平迂回两种。回两种。第九章-139-22 三、三、螺旋管圈形直流锅炉螺旋管圈形

12、直流锅炉 水冷壁管组成管带，沿炉膛周界倾水冷壁管组成管带，沿炉膛周界倾斜螺旋上升。斜螺旋上升。 它无水平围绕管圈型中的水平段，它无水平围绕管圈型中的水平段，管带中的并连管数也增多了。螺旋管圈管带中的并连管数也增多了。螺旋管圈形水冷壁适用于滑压运行，能适用超临形水冷壁适用于滑压运行，能适用超临界和亚临界压力，平行管热偏差小，燃界和亚临界压力，平行管热偏差小，燃料适应性广泛，还可采用整体焊接模式料适应性广泛，还可采用整体焊接模式水冷壁。水冷壁。 它的缺点是水冷壁支吊结构较复杂它的缺点是水冷壁支吊结构较复杂，制造，安装工艺要求高。，制造，安装工艺要求高。第九章-139-23第九章-139-24第九章

13、-139-25 下面对螺旋管圈形直流锅炉的水冷壁及下面对螺旋管圈形直流锅炉的水冷壁及其系统进行分析：其系统进行分析： 水冷壁的布置与支吊水冷壁的布置与支吊 螺旋管圈型直流锅炉的水冷壁一般都由螺旋螺旋管圈型直流锅炉的水冷壁一般都由螺旋管圈和垂直管屏两部分组成。炉膛下部热负荷高管圈和垂直管屏两部分组成。炉膛下部热负荷高，布置螺旋管圈。炉膛上部分热负荷较低，布置，布置螺旋管圈。炉膛上部分热负荷较低，布置垂直管屏。垂直管屏。 螺旋管与垂直管之间的连接方式有两种类型螺旋管与垂直管之间的连接方式有两种类型：一种是通过联箱连接，螺旋管出口接至联箱、：一种是通过联箱连接，螺旋管出口接至联箱、垂直管由联箱接出；

14、另一种是分叉管连接。见下垂直管由联箱接出；另一种是分叉管连接。见下图。图。第九章-139-26第九章-139-27 螺旋管螺旋管支吊采用均支吊采用均匀受载型支匀受载型支吊结构。这吊结构。这种支吊方式，种支吊方式，支吊点分散、支吊点分散、均匀，避免均匀，避免了应力集中。了应力集中。第九章-139-28 水冷壁的工质质量流速水冷壁的工质质量流速 水冷壁的工质质量流速是水冷壁安全工作水冷壁的工质质量流速是水冷壁安全工作的重要指标。水冷壁安全工作的最低质量流的重要指标。水冷壁安全工作的最低质量流速称为界限质量流速，它与水冷壁的结构、速称为界限质量流速，它与水冷壁的结构、热负荷大小等有关。热负荷大小等有

15、关。 第九章-139-29 但是在全负荷范围内都要大于界限质量但是在全负荷范围内都要大于界限质量流速是不合理的。故在低负荷时要求锅炉给水流速是不合理的。故在低负荷时要求锅炉给水流量不低于流量不低于25253030MCRMCR。第九章-139-30 螺旋管圈倾斜角螺旋管圈倾斜角 螺旋管圈的倾斜角螺旋管圈的倾斜角与炉膛周界并联管数与炉膛周界并联管数之间有如下关系：之间有如下关系： n=L/s sin 当当L、一定时，降低管子倾斜角一定时，降低管子倾斜角 就就可减少并联管数目，从而使质量流速提高，可减少并联管数目，从而使质量流速提高，并且效果十分明显，这样不采用内螺纹管也并且效果十分明显，这样不采用

16、内螺纹管也能保证水冷壁安全工作。能保证水冷壁安全工作。第九章-139-31 螺旋管圈围绕炉膛圈数螺旋管圈围绕炉膛圈数Z Z决定于螺旋管圈水冷壁的高度与管决定于螺旋管圈水冷壁的高度与管子的倾斜角子的倾斜角，可由下式计算：可由下式计算： Z=h/(Ltg ) 一般情况一般情况Z=1.251.5圈。圈。 1900t/h锅炉为锅炉为Z=1.7圈。圈。 第九章-139-32汽水分离器 螺旋管圈型直流锅炉在直流负荷以螺旋管圈型直流锅炉在直流负荷以下运行或启动的过程中，水冷壁的最低下运行或启动的过程中，水冷壁的最低质量流速是由汽水分离器及其疏水系统质量流速是由汽水分离器及其疏水系统来实现的。疏水系统是机组启

17、动系统的来实现的。疏水系统是机组启动系统的组成部分，它主要考虑在启动与停运过组成部分，它主要考虑在启动与停运过程中对排放工质和热量的回收。程中对排放工质和热量的回收。 螺旋管圈型直流锅炉采用内置式圆螺旋管圈型直流锅炉采用内置式圆筒形立式旋风分离器，它在系统中位于筒形立式旋风分离器，它在系统中位于水冷壁与过热器之间，锅炉运行时承受水冷壁与过热器之间，锅炉运行时承受锅炉运行压力。锅炉运行压力。第九章-139-33第九章-139-34 四、四、一次上升和上升上升型（一次上升和上升上升型（UP）直流直流锅炉锅炉 一次上升和上升型（一次上升和上升型（UP）水冷壁是由传统的水冷壁是由传统的本生型水冷壁发展形成的，它有以下各特点：本生型水冷壁发展形成的，它有以下各特点： 由多个垂直管屏组成全炉膛整体焊接膜式由多个垂直管屏组成全炉膛整体焊接膜式水冷壁；水冷壁； 亚临界压力亚临界压力UP型水冷壁的中、下辐射区型水冷壁的中、下辐射区一般都采用内螺纹管，防止在高热负荷区发生一般都采用内螺纹管，防止在高热负荷区发生传热恶化；传热恶化； 并联的水冷壁管屏沿炉膛高度设置两级或并联的水冷壁管屏沿炉膛高度设置两级或三级中间混合，减小并联管屏间的热偏差；三级中间混合，减小并联管屏间的热偏差；第九章-139-35 水冷壁管径细，外径一般为水冷壁管径细，外径一般为22 31.7mm。下辐射区每个管屏进口联箱的供