600mw超臨界鍋爐

1、超 臨 界 鍋 爐,武漢大學(xué),第五章 超臨界鍋爐工作原理及基本型式,§1 基本工作原理一、工作原理及過程工質(zhì)依靠給水泵的壓頭一次通過預(yù)熱、蒸發(fā)、過熱各受熱面而加熱成為過熱蒸汽。 給水流量 G ＝ 蒸發(fā)量 D,,,,,,,,,,給水泵 省煤器 水冷壁 過熱器,,,,管內(nèi)三類受熱面無固定分界點(diǎn),G – 工質(zhì)流量

2、 Kgi – 工質(zhì)進(jìn)口欠焓 KJ/Kgq – 管子平均熱負(fù)荷 KW/m2r – 蒸發(fā)潛熱 KJ/Kgd – 管內(nèi)徑 m沿直流鍋爐管子工質(zhì)的狀態(tài)和參數(shù)不斷變化,二、直流鍋爐的特點(diǎn) 本質(zhì)特點(diǎn)無汽包工質(zhì)一次通過各受熱面，強(qiáng)迫流動(dòng)受熱面無固定界限水冷壁中工

3、質(zhì)流動(dòng)特點(diǎn)受熱不均對(duì)流動(dòng)影響水動(dòng)力多值性有脈動(dòng)現(xiàn)象給水泵壓頭大；,傳熱過程特點(diǎn)在水冷壁中工質(zhì)干度 x 由0 1，因此第二類傳熱惡化一定出現(xiàn)熱化學(xué)過程特點(diǎn)要求給水品質(zhì)高控制調(diào)節(jié)過程特點(diǎn)直流鍋爐對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)要求高，原因如下,,,負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，直流鍋爐的蓄熱能力較低，依靠自身爐水和金屬蓄熱或放熱來減緩汽壓波動(dòng)的能力較低 直流鍋爐必須同時(shí)調(diào)節(jié)給水量和燃料量，以保證物質(zhì)平衡和能量平衡，才能穩(wěn)定汽壓

4、和汽溫。所以直流鍋爐對(duì)燃料量和給水量的自動(dòng)控制系統(tǒng)要求高。啟動(dòng)過程特點(diǎn)設(shè)有啟動(dòng)旁路啟動(dòng)速度快在啟動(dòng)過程中，有工質(zhì)膨脹現(xiàn)象啟動(dòng)一開始，必須建立啟動(dòng)流量和啟動(dòng)壓力,設(shè)計(jì)、制造、安裝特點(diǎn)直流鍋爐適用于任何壓力蒸發(fā)受熱面可以任意布置節(jié)省金屬制造方便,§2 蒸發(fā)受熱面主要形式一、早期采用的形式本生型，即多次串聯(lián)垂直上升管屏式蘇爾壽式，即多行程迂回管屏式拉姆辛型，即水平圍繞上升管圈式式,垂直上升管屏式 1-

5、垂直管屏；2-過熱器；3-外置式過渡區(qū)；4-省煤器；5-空氣預(yù)熱器； 6-給水如口；7-過熱蒸汽出口；8-煙氣出口,回帶管屏式 1-水平回帶管屏；2-垂直回帶管屏；3-過熱蒸汽出口；4-過熱器；5-外置式過渡區(qū)；6-省煤器；7-給水入口；8-空氣預(yù)熱器；9-煙氣出口,水平圍繞管圈式 1-省煤器；2-爐膛進(jìn)水管；3-水分配集箱；4-燃燒器；5-水平圍繞管圈；6-汽水混合物出口集箱；7-對(duì)流過熱器；8-壁上過熱器；9-外置式過渡

6、區(qū)；10-空氣預(yù)熱器,二、現(xiàn)代直流鍋爐采用的形式 由于鍋爐向大容量、高參數(shù)發(fā)展；采用了膜式水冷壁；滑參數(shù)運(yùn)行和給水處理技術(shù)發(fā)展。因此直流鍋爐形式有了很大的變化。 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,一次垂直上升管屏式（UP型）,FW型,螺旋圍繞上升管屏式,§3 本機(jī)組特點(diǎn)一、結(jié)構(gòu)與技術(shù)特性本廠600MW機(jī)組采用的是DG1950/25.4型直流鍋

7、爐 。是東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司與日本巴布科克-日立公司及東方-日立鍋爐有限公司合作設(shè)計(jì)、聯(lián)合制造的600MW超臨界本生直流鍋爐。該鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐，一次再熱，前后墻對(duì)沖燃燒，單爐膛，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架，全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，露天布置。,水冷壁及水循環(huán)系統(tǒng)特性啟動(dòng)旁路系統(tǒng)特性二、設(shè)計(jì)考慮與布置特點(diǎn)設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則布置特點(diǎn)三、變壓運(yùn)行優(yōu)點(diǎn),第六章 超臨界鍋爐的結(jié)構(gòu),總體

8、特點(diǎn)：鍋爐布置采用單爐膛л型布置方式。全鋼架，全懸吊結(jié)構(gòu)。爐膛采用螺旋管圈+混合集箱+垂直管水冷壁，采用BHK成熟、安全可靠的超臨界本生直流水循環(huán)系統(tǒng)。過熱器采用水-煤比和多級(jí)噴水調(diào)溫，再熱器采用尾部雙煙道擋板加事故噴水調(diào)溫采用對(duì)沖燃燒方式，24只HT-NR低NOx燃燒器分三層布置在前后墻。采用經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的CE三分倉容克式空預(yù)器。,水汽流程,§1 蒸發(fā)受熱面一、水冷壁結(jié)構(gòu)水冷壁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)下部螺旋盤繞上升， 從水冷

9、壁進(jìn)口到折焰角下一定距離（標(biāo)高52608.9 mm）處。 上部垂直上升 均為膜式壁結(jié)構(gòu) 兩者間由過渡水冷壁轉(zhuǎn)換連接螺旋盤繞水冷壁管全部采用內(nèi)螺紋管,優(yōu)點(diǎn)：既適合于變壓運(yùn)行及鍋爐調(diào)峰，又便于支吊和經(jīng)濟(jì),水冷壁總體結(jié)構(gòu),螺旋水冷壁管屏 螺旋水冷壁管均為六頭、上升角60°的內(nèi)螺紋管，456 根， 管子規(guī)格Φ38.1×7.5，材料SA-213T2。 冷灰斗的傾斜角度為55°，除渣喉口寬度為1.

10、2432米。 冷灰斗處管子節(jié)距為50.8、49.827mm，中部螺旋管傾角為 19.471°，管子節(jié)距50.8 mm。 螺旋水冷壁管屏膜式采用雙面坡口扁鋼，厚度δ6.4，材料 15CrMo。,冷灰斗結(jié)構(gòu),,過渡段水冷壁管屏從傾斜布置的水冷壁轉(zhuǎn)換到垂直上升的水冷壁就需要過渡結(jié)構(gòu)，即過渡段水冷壁。 螺旋水冷壁出口管幾乎每間隔1根管子直接上升成為垂 直水冷壁，另1根抽出到爐外，進(jìn)入螺旋水冷壁出口集

11、 箱，再由連接管從螺旋水冷壁出口集箱引入到垂直水冷 壁進(jìn)口集箱，由垂直水冷壁進(jìn)口集箱拉出兩倍引入螺旋 管數(shù)量的管子進(jìn)入垂直水冷壁，螺旋管與垂直管的管數(shù) 比為3：1。這種結(jié)構(gòu)的過渡段水冷壁可以把螺旋水冷壁 的荷載平穩(wěn)地傳遞到上部水冷壁。 過渡段水冷壁管子規(guī)格Φ38.1×6.7，材料為SA-213T2。,,,過渡段水冷壁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,上部水冷壁管屏 上部爐膛水冷壁與常規(guī)爐膛水冷壁沒有差異

12、 采用結(jié)構(gòu)和制造較為簡(jiǎn)單的垂直管屏，垂直管屏管子規(guī)格 為Φ31.8×8.2，節(jié)距50.8； 膜式扁鋼厚δ6，材料為SA-387Gr2 水冷壁出口工質(zhì)匯入上部水冷壁出口集箱，后由連接管引 入水冷壁出口匯集集箱，再有連接管引入啟動(dòng)分離器,二、螺旋管圈水冷壁的特點(diǎn) 在—定的爐膛周界情況下，如采用垂直布置的水冷壁管，其管子根數(shù)基本固定，管子直徑不能過細(xì)，為了保證水冷壁管子的安全，必須保證一定的工質(zhì)流量，所以

13、垂直管圈的質(zhì)量流速大小是受到嚴(yán)格限制的。容量較小的直流鍋爐水冷壁往往存在著單位容量爐膛周界尺寸過大，水冷壁管子內(nèi)難以保證足夠的質(zhì)量流速,解決爐膛周界和質(zhì)量流速之間矛盾的方法一般有下述四種：（1）采用小管徑和多次混合的水冷壁（2）水冷壁采用工質(zhì)再循環(huán)（低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐）（3）采用多次上升垂直管圈型水冷壁（4）采用螺旋管圈型水冷壁。本機(jī)組采用螺旋管圈型水冷壁,,螺旋管圈型水冷壁關(guān)鍵參數(shù)： 管子根數(shù),式中：N — 并列管

14、子根數(shù)；L — 爐膛周界 α— 螺旋管上升角；T — 水冷壁管子節(jié)距,,,,,,螺旋管圈型水冷壁關(guān)鍵參數(shù)： 上升角度盤旋圈數(shù)1.5~2.5圈,§2 過熱器及再熱器 一、系統(tǒng)及總體特點(diǎn)過熱器系統(tǒng),分5級(jí)：頂棚過熱器包墻過熱器低溫過熱器屏式過熱器高溫過熱器,再熱器系統(tǒng)分2級(jí)：低溫再熱器高溫再熱器,二、汽溫特性及調(diào)節(jié)過熱汽溫影響因素,,煤水比、給水溫度、過量空氣系數(shù)、火焰中心位置、受熱面 粘

15、污,調(diào)節(jié)特點(diǎn)調(diào)節(jié)煤水比為主調(diào)節(jié)手段；輔以噴水減溫再熱汽溫三、過熱器運(yùn)行問題（略）,§2 尾部受熱面,省煤器后豎井后煙道低過下方，順列布置。給水單側(cè)（爐右側(cè)）引入，單根下水連接管（爐右側(cè)）引出。蛇形管：Φ50.8×7.1（SA-210C），光管，4管圈繞，橫向節(jié)距114.3mm，168排，上下兩組逆流布置。省煤器進(jìn)口集箱：φ508×88，SA106C；省煤器出口集箱φ508×88，

16、SA106C。省煤器系統(tǒng)重量由包墻系統(tǒng)引出的汽吊管懸吊。省煤器管束與四周墻壁間設(shè)有阻流板，每組上兩排迎流面及邊排和彎頭區(qū)域設(shè)置防磨蓋板。,空氣預(yù)熱器 采用32#,VI型回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，每臺(tái)鍋爐配置兩臺(tái)三分倉空預(yù)器。 轉(zhuǎn)子直徑為13506mm，正常轉(zhuǎn)數(shù)為0.99r/min，預(yù)熱器采用反轉(zhuǎn)方式，即一次風(fēng)溫低，二次風(fēng)溫高， 受熱面自上而下分為三層，其高度分別為300+800,800,300mm。 熱端和中間段蓄熱元件由定位板和波形

17、板交替疊加而成，鋼板厚度0.6mm，高度為300+800+800mm,材料為Q215-A.F。冷端蓄熱元件由1.2mm 厚垂直大波紋的定位板和平板構(gòu)成，高度為300mm。（冷端蓄熱元件采用低合金耐腐蝕鋼板。）,,,空氣預(yù)熱器分解圖,空氣預(yù)熱器,第六章 超臨界鍋爐的水動(dòng)力特性,壓力到超臨界壓力以上時(shí)，工質(zhì)特性發(fā)生較大的變化；汽水密度差趨于0滑壓運(yùn)行時(shí)，壓力為亞臨界壓力及以下,§1 受熱面壁溫及安全性一、壁溫計(jì)算理想情況

18、,,實(shí)際情況,,,二、超臨界壓力下管壁溫度α2在一定情況下較大保證安全工作的原則,§2 水動(dòng)力不穩(wěn)定性一、超臨界壓力下工質(zhì)的特性 超臨界指工質(zhì)參數(shù) > 臨界參數(shù) 臨界壓力Pc ＝ 22.129 MPa 臨界溫度t c ＝ 374.15℃

19、加熱過程 ： 未飽和水,,干飽和蒸汽,過熱蒸汽,,主要工質(zhì)物性參數(shù) 變化規(guī)律超臨界壓力下定壓比熱Cp具有最大值時(shí)的溫度為擬臨界溫度或類臨界溫度。 在臨界溫度和類臨界溫度附近，工質(zhì)的各主要參數(shù)發(fā)生比較大的變化。見圖,,,二、管內(nèi)汽液兩相流型隨著干度 x 的增加，兩相流型逐漸變化。,（a）泡狀流； （b）彈狀流； （c）環(huán)狀流； （d）霧狀流,三、水動(dòng)力不穩(wěn)定性（多值性）當(dāng)蒸發(fā)受熱面進(jìn)出聯(lián)箱兩端壓差一定的條件下

20、，管內(nèi)可能出現(xiàn)多種不同的流量，即水動(dòng)力特性出現(xiàn)多值性，這樣的流動(dòng)特性就是不穩(wěn)定的。流量小的管子，管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)小，冷卻差，管壁溫度高，有可能造成爐管失效損壞。 水平管圈特性方程 在一定的熱負(fù)荷下，管屏的壓差與質(zhì)量流量的關(guān)系式。,管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)阻力ΔP = ΔP lz = ΔP rs + ΔPzf,,推導(dǎo)可得,,,,G = ρw,特性曲線,產(chǎn)生原因,產(chǎn)生原因,在某區(qū)段（如曲線2的cd段），隨著ρw 增加，Lrs增加

21、， Lzf減小，使得D減小，相應(yīng)的 x 也減?。欢襵減小影響程度比ρw 增加影響程度大。因此，隨著ρw 增加， ΔP rs 增加的值比 ΔPzf 減小的值少。,單值性條件,,影響因素工質(zhì)進(jìn)口欠焓壓力熱負(fù)荷熱水段阻力,影響因素工質(zhì)進(jìn)口欠焓壓力熱負(fù)荷熱水段阻力解決辦法減少蒸發(fā)受熱面（水冷壁）入口欠焓 提高蒸發(fā)受熱面的壓力 水冷壁人口處裝節(jié)流圈 提高水冷壁入口的質(zhì)量流速,ρw > (1.3-1.5)

22、ρw*,垂直管圈垂直管屏的水動(dòng)力特性，必須考慮重位壓差的影響重位壓差的影響對(duì)水動(dòng)力特性的影響有利于水動(dòng)力特性趨向穩(wěn)定,ΔP = ΔP lz + ΔPzw,ΔPzw = Hrs ρrs g + Hzf ρzf g 當(dāng)質(zhì)量流速增加時(shí)，垂直管中重位壓差的影響減少，這時(shí)的水動(dòng)力特性趨向于水平管圈的水動(dòng)力特性 ;當(dāng)質(zhì)量流速小時(shí)，垂直管中重位壓差的影響大，這時(shí)的水動(dòng)力特性趨向于自然循環(huán)管子的水動(dòng)力特性 。,在超臨界壓力下在大比熱區(qū)考

23、慮到管內(nèi)工質(zhì)沿截面的不等溫性；在大比熱區(qū)溫度的微小變化會(huì)引起動(dòng)力粘度較大的變化，從而引起摩擦阻力系數(shù)較大的變化，也有可能出現(xiàn)水動(dòng)力多值性的問題。,§3 蒸發(fā)受熱面中流體的脈動(dòng)現(xiàn)象 在兩端管屏兩端壓差相同，當(dāng)給水量和流出量總量基本不變的情況下，管屏里管子流量隨時(shí)間作周期性波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為管間脈動(dòng) 。動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定水動(dòng)力特性 ：脈動(dòng)靜態(tài)不穩(wěn)定水動(dòng)力特性 ：多值性一、脈動(dòng)種類 整體脈動(dòng)屏間（屏帶或管屏）脈動(dòng) 管間

24、脈動(dòng)特點(diǎn)：,特點(diǎn)：管屏兩端壓差相同的情況下，管屏間管子中的有些流量在增加，另外一些管子的流量減少 同一根管子，給水量隨時(shí)間作周期性波動(dòng)，蒸發(fā)量也隨時(shí)間作周期性波動(dòng)，它們的波動(dòng)相位差為180°脈動(dòng)是不衰減的 對(duì)于垂直上升管屏，也有管間脈動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生 。且對(duì)脈動(dòng)更敏感，更加嚴(yán)重,二、管間脈動(dòng)分析 脈動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理脈動(dòng)現(xiàn)象是當(dāng)流量G大時(shí)，蒸發(fā)量D??；流量G小時(shí)，蒸發(fā)量D大 脈動(dòng)現(xiàn)象解釋在管子中間某一點(diǎn)一定存在著一個(gè)壓力

25、峰。當(dāng)某點(diǎn)壓力P’高時(shí)，進(jìn)水端壓差（P1-P’）下降，流量G減少，當(dāng)P’大大增加時(shí)，可能引起水倒流；出口端壓差（ P’-P2 ）增加，蒸發(fā)量D增大。當(dāng)某點(diǎn)壓力下降時(shí)，進(jìn)水端壓差增加，流量G增加；出口端壓差減小，D減小。,壓力峰 壓力峰形成,,壓力峰下降,,壓力重新形成,脈動(dòng)危害發(fā)生這種管間脈動(dòng)時(shí) ，熱水段、蒸發(fā)段、過熱段都在作周期性波動(dòng)，在交界處附近壁溫周期性變化，最大波動(dòng)甚至達(dá)到150℃ ，因而

26、使管子產(chǎn)生疲勞破壞 。并聯(lián)各管會(huì)出現(xiàn)很大的熱偏差，當(dāng)超過容許的熱偏差值時(shí)，也將使管子超溫過熱而損壞 。,消除脈動(dòng)措施增大管內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量流量 ρw 增大熱水段阻力 －加節(jié)流圈；采用逐步擴(kuò)大的管徑（省煤 器采用較小管徑） 減少蒸發(fā)段阻力 －增加呼吸聯(lián)箱，呼吸聯(lián)箱處使壓力均衡合適的壓力和熱負(fù)荷,§4 蒸發(fā)受熱面中熱偏差 一、熱偏差 定義并列管組中各管，因

27、為各管子的結(jié)構(gòu)尺寸、內(nèi)部阻力系數(shù)和熱負(fù)荷可能各不相同，因此每根管子中蒸汽的焓增也就不同，這種現(xiàn)象叫做熱偏差。熱偏差系數(shù),,,,,,,,二、特點(diǎn)直流鍋爐工質(zhì)在水冷壁中全部蒸發(fā)，熱偏差會(huì)對(duì)傳熱惡化造成很大的影響，且水冷壁出口工質(zhì)溫度已過熱，所以水冷壁熱偏差對(duì)水冷壁管子安全有很大的影響，不可忽視。超臨界壓力時(shí)，工質(zhì)不存在恒定的飽和溫度，偏差管工質(zhì)溫度差別更高。,三、影響因素?zé)崃Σ痪鶆驘嶝?fù)荷分布不均勻。鍋爐爐膛中沿寬度方向煙氣的速度場(chǎng)

28、、溫度場(chǎng)和熱流的分布不均勻是造成水冷壁并聯(lián)管組吸熱不均勻的主要原因 。和機(jī)組容量，爐內(nèi)燃燒、流動(dòng)工況，燃燒器布置和運(yùn)行方式，負(fù)荷變化，煤種變化等有關(guān)。,水力不均勻水平管圈,熱負(fù)荷的影響結(jié)構(gòu)的影響工質(zhì)在受熱面進(jìn)口處的焓值的影響壓力的影響,水力不均勻垂直管圈,重位壓差的影響類似于自然循環(huán)自補(bǔ)償作用的影響，使重位壓差有減輕或改善流量不均的作用；重位壓差占流動(dòng)阻力比例愈大，其影響愈大，流量不均愈小。決定重位壓差占總流動(dòng)阻力比例的

29、因素是質(zhì)量流速，它取決于鍋爐的負(fù)荷。負(fù)荷增加，重位壓差在總阻力中所占份額減少，即鍋爐在高負(fù)荷時(shí)，重位壓差作用減小，流動(dòng)特性表現(xiàn)出強(qiáng)迫流動(dòng)特性。當(dāng)鍋爐在低負(fù)荷時(shí)，重位壓差在總阻力中所占份額增大，重位壓頭作用增大，流動(dòng)更多地表現(xiàn)出自然循環(huán)特性。在負(fù)荷較低時(shí)，有可能導(dǎo)致出現(xiàn)流動(dòng)的停滯和倒流。,四、消除及減輕措施 減小受熱不均勻 減小結(jié)構(gòu)不均勻 減小受熱不均對(duì)熱偏差的影響 加節(jié)流圈 增大管內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量流量 ρw,§5 蒸發(fā)受熱

30、面中傳熱惡化現(xiàn)象 管內(nèi)工質(zhì)沿著長度方向吸熱并且含汽率的增加，工質(zhì)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)也相應(yīng)發(fā)生變化。由于流動(dòng)結(jié)構(gòu)不同，傳熱特性不同，以及管內(nèi)工質(zhì)溫度的變化，則管壁溫度也隨之變化 。,,管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)沸騰傳熱工況,局部出現(xiàn)膜態(tài)沸騰或出現(xiàn)蒸干，使得管內(nèi)換熱減弱，在蒸發(fā)受熱面管段某一處會(huì)出現(xiàn)壁溫的峰值，甚至使管子燒壞。這兩種現(xiàn)象統(tǒng)稱為傳熱惡化。 一、臨界壓力以下傳熱惡化類型第一類傳熱惡化當(dāng)熱負(fù)荷較高（大于某個(gè)值）時(shí)，可能出現(xiàn)核態(tài)沸騰直接

31、過渡到膜態(tài)沸騰的現(xiàn)象，稱為偏離核沸騰，或用DNB（Departure from Nucleate Boiling）來表示 。管內(nèi)α2減小，壁溫升高。,特征參數(shù) — 臨界熱負(fù)荷 q lj影響q lj的因素：質(zhì)量流速、含汽率、壓力、管子內(nèi)徑和管子長度與內(nèi)徑的比值,,第二類傳熱惡化所謂第二類傳熱惡化是發(fā)生在環(huán)狀流動(dòng)或者汽霧狀流動(dòng)情況下，因水膜撕破或“蒸干”所造成的管內(nèi)α2減小，壁溫升高的傳熱惡化現(xiàn)象。特征參數(shù) — 界限干

32、度（質(zhì)量含汽率） x jx汽流中的水滴還濕潤管壁時(shí)， x jx與熱負(fù)荷有關(guān)。汽流中的水滴沒有潤濕管壁時(shí)， x jx與壓力、質(zhì)量流速和管徑有關(guān),二、超臨界直流鍋爐傳熱惡化特點(diǎn)第一類傳熱惡化可能出現(xiàn)第二類傳熱惡化一定出現(xiàn)在大比熱區(qū)內(nèi)，也會(huì)發(fā)生傳熱惡化，稱為類膜態(tài)沸騰。 在大比熱區(qū)，比容（密度）的變化相當(dāng)大，工質(zhì)的溫度幾乎不變；在管子內(nèi)壁面附近工質(zhì)密度比中心處小3～4倍，在流動(dòng)截面上存在不均勻性，出現(xiàn)最小的傳熱系數(shù)。當(dāng)熱負(fù)

33、荷高時(shí)，出現(xiàn)傳熱額惡化。,,超臨界壓力下傳熱惡化實(shí)驗(yàn)曲線p=23MPa，ρw = 400kg/(m2.s)1— q=698kW/m2；2 — q=6580kW/m2；3 — q=465kW/m2；4 —q=349kW/m2,三、解決傳熱惡化措施使用較好的材料 如SA213-T23鋼 ，耐溫極限可達(dá)460℃ 推遲傳熱惡化 提高界限含汽率，使得傳熱惡化出現(xiàn)在低熱負(fù)荷區(qū)，從而降低壁溫抑止傳熱惡化 提高ρw

34、 使用內(nèi)螺紋管或擾流子,內(nèi)螺紋管(a) 單頭 (b) 多頭 (c) 優(yōu)化結(jié)構(gòu),(a),(b),(c),§6 蒸發(fā)受熱面運(yùn)行中注意問題 一、管子燒壞（爆管）影響安全性因素水動(dòng)力多值性停滯及倒流脈動(dòng)熱偏差傳熱惡化兩相流體分配不均水平管汽水分層給水品質(zhì)管內(nèi)工質(zhì)熱化學(xué)問題運(yùn)行操作中問題,2. 防爆措施二、熱膨脹問題保證Δtb > 50 ℃,第九章 超臨界鍋爐的啟停,§1 概述一、

35、單元制機(jī)組的啟停鍋爐由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變成運(yùn)行狀態(tài)的過程稱為啟動(dòng)。停運(yùn)是啟動(dòng)的反過程，即由帶負(fù)荷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成靜止?fàn)顟B(tài)。鍋爐的啟動(dòng)分為：冷態(tài)啟動(dòng)溫態(tài)啟動(dòng)熱態(tài)啟動(dòng)極熱態(tài)啟動(dòng)。,與600MW超臨界機(jī)組配套的超臨界直流鍋爐，啟動(dòng)時(shí)間 ：冷態(tài)啟動(dòng) 5～6小時(shí)左右 溫態(tài)啟動(dòng) 2～3小時(shí) 熱態(tài)啟動(dòng) 1～1.5小時(shí) 極熱態(tài)啟動(dòng)

36、 ＜1小時(shí),單元制機(jī)組鍋爐停運(yùn)類型：滑參數(shù)停運(yùn)定參數(shù)停運(yùn)事故停運(yùn)鍋爐的啟停過程是一個(gè)不穩(wěn)定的變化過程，過程中鍋爐工況的變化很復(fù)雜。鍋爐啟動(dòng)停運(yùn)是鍋爐機(jī)組運(yùn)行的重要階段，必須進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視，優(yōu)化各種工況，建立最佳的啟動(dòng)停運(yùn)指標(biāo)，以保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)啟停。,二、直流鍋爐啟動(dòng)特點(diǎn)為保證受熱面安全工作，直流鍋爐啟動(dòng)一開始就必須建立啟動(dòng)流量和啟動(dòng)壓力在啟動(dòng)過程中，順次出來的工質(zhì)是水、水蒸汽，為減少熱量損失和工質(zhì)損失，

37、裝設(shè)了啟動(dòng)旁路系統(tǒng)直流鍋爐沒有汽包，升溫過程可以快一些，即直流鍋爐啟動(dòng)快,§2 超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)特性 一、啟動(dòng)流量和壓力啟動(dòng)時(shí)的最低給水流量稱為啟動(dòng)流量，它由水冷壁安全質(zhì)量流速來決定；啟動(dòng)流量一般為（25%～35%）MCR給水流量。 鍋爐啟動(dòng)時(shí)的壓力稱為啟動(dòng)壓力。不同類型的直流鍋爐建立啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)流量的方法是不同的,啟動(dòng)質(zhì)量流速和啟動(dòng)壓力建立方法,二、升溫速度 超臨界、大容量直流鍋爐的聯(lián)箱、汽水分離

38、器等部件的壁面較厚，故升溫速度也受到一定的限制 三、啟動(dòng)水工況鍋水中雜質(zhì)除了來自給水，還有管道系統(tǒng)及鍋爐本體內(nèi)的沉積被溶入鍋水。 每次啟動(dòng)要對(duì)管道系統(tǒng)和鍋爐本體進(jìn)行冷、熱態(tài)循環(huán)清洗；以保證水工況滿足安全運(yùn)行要求。,四、受熱面區(qū)段變化與工質(zhì)膨脹 直流鍋爐啟動(dòng)過程水的加熱、蒸發(fā)及汽的過熱三個(gè)受熱面段是逐漸形成的。整個(gè)過程歷經(jīng)三個(gè)階段：第一階段：?jiǎn)?dòng)初期，全部受熱面用于加熱水。特點(diǎn)為工質(zhì)相態(tài)沒有發(fā)生變化，鍋爐出水流

39、量等于給水流量。 第二階段：受熱面分為水加熱和水汽化兩個(gè)區(qū)段。 第三階段：鍋爐出口工質(zhì)變成過熱蒸汽時(shí)，鍋爐受熱面形成水 加熱、水汽化及蒸汽的過熱三個(gè)區(qū)段。,工質(zhì)膨脹 由第一階段轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙A段的過渡期，鍋爐排出工質(zhì)流量遠(yuǎn)大于給水流量的現(xiàn)象稱為工質(zhì)膨脹現(xiàn)象。工質(zhì)膨脹是直流鍋爐啟動(dòng)過程中的重要現(xiàn)象。影響啟動(dòng)過程汽水膨脹的主要因素：?jiǎn)?dòng)壓力、給水溫度、鍋爐蓄水量、燃料投入速度及吸熱量的分配。了解工質(zhì)膨脹特性，為直流鍋爐擬

40、定啟動(dòng)曲線以使鍋爐安全渡過膨脹期及鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。,五、熱量與工質(zhì)回收 啟動(dòng)過程中鍋爐排放水、汽量是很大的，造成工質(zhì)與熱量的損失。因此，應(yīng)考慮采取一定的措施對(duì)排放工質(zhì)與熱量進(jìn)行回收；例如將水回收入除氧水箱或凝汽器，蒸汽回收入除氧水箱、加熱器或凝汽器。,§3 超臨界鍋爐的啟動(dòng)旁路系統(tǒng) 一、旁路系統(tǒng)組成過熱器旁路；過熱器旁路是針對(duì)直流鍋爐單元機(jī)組的啟動(dòng)特點(diǎn)而設(shè)置的，為直流鍋爐單元機(jī)組特有的系統(tǒng) 汽輪

41、機(jī)旁路系統(tǒng)；不但用于直流鍋爐單元機(jī)組還用于汽包鍋爐單元機(jī)組上,二、啟動(dòng)旁路系統(tǒng)的功能和類型 功能（1）輔助鍋爐啟動(dòng)（2）協(xié)調(diào)機(jī)爐工況（3）熱量與工質(zhì)回收（4）安全保護(hù) 類型 內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)外置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng),內(nèi)置式分離器啟動(dòng)系統(tǒng)大致可分為：（1）擴(kuò)容器式（大氣式、非大氣式2種）（2）啟動(dòng)疏水熱交換器式（3）再循環(huán)泵式（并聯(lián)和串聯(lián)2種）,石洞口二電廠1、2號(hào)機(jī)組啟動(dòng)旁路系統(tǒng)1-除氧器水箱；2-給水泵；3-

42、高壓加熱器；4-給水調(diào)節(jié)閥；5-省煤器、水冷壁；6-啟動(dòng)分離器；7-過熱器；8-再熱器；9-高壓旁路閥；10-再熱器安全閥；11-低壓旁路閥；12-大氣擴(kuò)容器；13-疏水箱；14-疏水泵；15-冷凝器；16-凝結(jié)水泵；17-低壓加熱器,帶啟動(dòng)疏水熱交換器的啟動(dòng)系統(tǒng)1-除氧器水箱；2-給水泵；3-壓加熱器；4-給水調(diào)節(jié)閥；5-啟動(dòng)疏水熱交換器；6-省煤器；7-水冷壁；8-啟動(dòng)分離器；9-分離器水位控制閥(ANB閥) ；10-分離器水

43、位閥 （AN閥）；11-分離器疏水閥（AA閥）；12-疏水箱；13-冷凝器；14-疏水泵；15-低壓加熱器；16-旁路隔絕閥,2種再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的布置1-給水調(diào)節(jié)閥；2-旁路給水調(diào)節(jié)閥；3-再循環(huán)泵；4-流量調(diào)節(jié)閥；5-混合器；6-省煤器；7-水冷壁8-啟動(dòng)分離器；9-疏水和水位調(diào)節(jié)閥,西柏坡電廠啟動(dòng)旁路系統(tǒng),,三、某電廠DG1900/25.4-II1型超臨界機(jī)組直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng) 由啟動(dòng)分離器、貯水罐

44、、水位控制閥（361閥）等組成。,位置：爐前，垂直水冷壁混合集箱出口筒身：規(guī)格Ф876×98（保證內(nèi)徑Ф680），材料SA-336F12，直段高度2.890m，總長為4.08m，內(nèi)件：消旋器、阻水裝置封頭：錐形，上下各1引入管：6根，切向向下 傾斜15°引出管：汽（上部）、水 （下部）各1根數(shù)量：2只/ 臺(tái)爐,汽水分離器,

45、,汽水分離器貯水罐,筒身：規(guī)格Ф972×111（保證內(nèi)徑Ф750），材料為SA-336F12，直段高度17.5m，總長為18.95m 內(nèi)件：阻水裝置封頭：錐形，上下各1引入管：2根引出管：汽（上部）、水（下部）各1根數(shù)量：1只/ 臺(tái)爐，考慮水位控制的穩(wěn)定性,,§4 超臨界鍋爐的冷態(tài)啟動(dòng) 一、啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作見教材二、啟動(dòng)過程三、啟動(dòng)曲線對(duì)于不同類型的鍋爐，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其具體的設(shè)備條件，通過啟動(dòng)試驗(yàn)，

46、確定升壓各階段的溫升值或升壓所需要的時(shí)間，由此即可制定出鍋爐啟動(dòng)曲線，用以指導(dǎo)鍋爐啟動(dòng)時(shí)的升壓升溫操作。,,1）低壓管路清洗：①確認(rèn)各閥門狀態(tài)（開或閉）②開啟冷凝水泵③清洗冷凝器和除氧器之間的低壓管路④持續(xù)清洗直至冷凝器入口水混濁度低于 3 ppm,2）爐前段清洗：清洗高壓加熱器段管路。,3）鍋爐上水①對(duì)鍋內(nèi)加水；②加水至水位到達(dá)啟動(dòng)分離器貯水罐預(yù)標(biāo)高。4) 爐水啟動(dòng)排污循環(huán)①用輔助蒸汽加熱除氧器，保證除氧器出口水溫

47、在80℃左右；②繼續(xù)向鍋內(nèi)加水。同時(shí)打開啟動(dòng)排污閥排（361閥）放爐水直至啟動(dòng)分離器出口水優(yōu)質(zhì)于下列指標(biāo)值：鐵質(zhì) ＜500 ppb 或渾濁度 ≤3 ppm油脂 ≤ 1 ppmpH值 ≤ 9.5,,5)爐水循環(huán)①保持爐水循環(huán)直至省煤器入口水質(zhì)優(yōu)于下列指標(biāo)值：電導(dǎo)率 ≤ 1 µs/cm Fe ≤ 100 pbpH值 9.3 ～ 9.5,6) 燃燒器點(diǎn)火 ①確認(rèn)啟動(dòng)油管路狀態(tài)。啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)，保證二次風(fēng)量大于37

48、％B-MCR風(fēng)量； ②啟動(dòng)鍋爐給水泵（BFP）； ③維持鍋爐給水流量高于25%B-MCR流量并重置鍋爐主燃料（MFT）； ④當(dāng)省煤器入口水質(zhì)條件達(dá)到下列要求時(shí)，燃燒器點(diǎn)火；電導(dǎo)率 ≤1 µs/cm Fe ≤ 100 pbPH 9.3～9.5 ⑤  當(dāng)因爐水量的增加導(dǎo)致分離器水位變高時(shí)，打開汽水分離器貯水罐溢流調(diào)節(jié)閥，維持分離器貯水罐水位。,7)鍋爐升溫加壓 ① 當(dāng)分

49、離器中產(chǎn)生蒸汽時(shí)，汽機(jī)旁路閥③、④應(yīng)處在自動(dòng)操作狀態(tài)； ② 燃料量調(diào)節(jié)閥控制燃料量提升鍋爐溫度； ③ 開啟啟動(dòng)分離器貯水罐溢流調(diào)節(jié)閥②，維持啟動(dòng)分離器貯水罐水位； ④  主蒸汽壓力達(dá)到最低要求壓力時(shí)，高壓汽機(jī)旁路閥③控制主蒸汽壓力； ⑤  通過低壓汽機(jī)旁路閥⑤的調(diào)節(jié)使再熱蒸汽壓力達(dá)到要求值。,,8) 熱態(tài)清洗 ①確認(rèn)爐水循環(huán)狀態(tài)下的水質(zhì)；

50、 ②為通過啟動(dòng)分離器貯水罐溢流調(diào)節(jié)閥②檢測(cè)循環(huán)爐水的水質(zhì)， 此時(shí)停止鍋爐升溫、升壓。,9) 汽輪機(jī)送氣 ①蒸汽條件滿足汽機(jī)供汽條件 （高壓汽機(jī)旁路閥③控制主蒸汽壓力大于最小要求值）； ②啟動(dòng)汽機(jī)（中壓汽機(jī)）； 10)并網(wǎng) ①提高汽機(jī)轉(zhuǎn)速； ②同步調(diào)節(jié)汽機(jī)轉(zhuǎn)速至 3000 rpm，然后給汽機(jī)帶初負(fù)荷 。,

51、,③增加燃油量； ④   啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)和開始加熱磨煤機(jī)；,11) 升負(fù)荷 ① 啟動(dòng)磨煤機(jī)供應(yīng)煤粉； ② 在約20％負(fù)荷時(shí)，關(guān)閉高低（HP/LP）壓汽機(jī)旁路閥； ③ 啟動(dòng)分離器貯水罐水位下降時(shí)，關(guān)閉啟動(dòng)分離器貯水罐溢流調(diào)節(jié)閥②； ④ 濕態(tài)完全轉(zhuǎn)換到干態(tài)后，鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行。,12) 常規(guī)運(yùn)行（直流運(yùn)行） ①30

52、%負(fù)荷以上時(shí)自動(dòng)滑壓運(yùn)行開始； ②提高煤粉流量同時(shí)減少燃油流量； ③機(jī)組在90%及以上負(fù)荷下全壓狀態(tài)運(yùn)行。,§5 超臨界鍋爐的停運(yùn)及保養(yǎng) 一、停爐的類型鍋爐機(jī)組的停運(yùn)一般分為正常停爐和事故停爐兩種。 正常停爐：滑參數(shù)停爐、額定參數(shù)停爐事故停爐：故障停爐、緊急停爐二、停爐過程三、停爐后保養(yǎng),§1 鍋爐運(yùn)行調(diào)整的任務(wù) 一、單元制機(jī)組鍋爐的調(diào)整單元制機(jī)組爐—機(jī)—電的運(yùn)行

53、與調(diào)整是相互聯(lián)系的。 鍋爐機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)決定著整個(gè)電廠運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。為此，必需認(rèn)真監(jiān)視各個(gè)重要的運(yùn)行參數(shù)，必要時(shí)，對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的工作進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。,第十章 超臨界直流鍋爐正常運(yùn)行及調(diào)整,二、直流鍋爐運(yùn)行調(diào)整的任務(wù)在正常運(yùn)行過程中，對(duì)鍋爐進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整的主要內(nèi)容 ：確保鍋爐機(jī)組的安全運(yùn)行使鍋爐的蒸發(fā)量適應(yīng)外界負(fù)荷的需要保持一定的爐膛負(fù)壓 保持正常的汽壓和汽溫保持汽水流程中某些中間點(diǎn)的溫度等 保持良好燃燒

54、，盡量減少熱損失，提高鍋爐機(jī)組的熱效率,§2 直流鍋爐狀態(tài)參數(shù)特性 一、靜態(tài)特性狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化的過程稱為靜態(tài)過程。1. 汽溫特性對(duì)無再熱器的直流鍋爐，建立熱平衡式如下,,據(jù)此，可推導(dǎo)得鍋爐工況變化前后過熱汽溫表達(dá)式,,原工況,新工況,,假設(shè)新工況的燃料發(fā)熱量、鍋爐熱效率、給水焓都和原工況 相同，即q = 1、η = 1、s = 1，而負(fù)荷不同。 當(dāng) µ/g = 1 時(shí),如果新工況的燃

55、料發(fā)熱量變大（q＞1），則r＞1，主蒸汽溫 度增高；假如新工況鍋爐熱效率下降（η＜1），則r＜1， 即主蒸汽溫度下降；新工況給水焓下降即s＜1，則r＜1，主汽溫度下降。 汽壓靜態(tài)特性 假設(shè)燃料量增加△B（µ＞1），汽輪機(jī)調(diào)速閥開度不變，下面從三個(gè)方 面分析新工況汽壓。1）給水量隨燃料量增加，保持µ/g比值，那么此時(shí)由于蒸汽流量增大使汽壓 上升。2）給水流量保持不變（g=1），&

56、#181;/g比值上升，為維持汽溫必須增加減溫水 量，同樣由于蒸汽流量增大使汽壓上升。3）給水流量和減溫水量保持不變，則汽溫升高，蒸汽容積增大，汽壓也有些 上升。如果汽溫升高在許可的范圍內(nèi)，則汽壓無明顯變化。,給水流量增加△G（g＞1），汽輪機(jī)調(diào)速汽閥開度不變，也有 三種情況。1）燃料量隨給水流量增加，保持µ/g比值，由于蒸汽流量增大使 汽壓上升。2）燃料量不變，減小減溫水量

57、來保持汽溫，則汽壓不變。3）燃料量和減溫水量都不變，如汽溫下降在許可范圍內(nèi)，則汽 壓上升。,二、動(dòng)態(tài)特性狀態(tài)參數(shù)隨時(shí)間變化的過程稱為動(dòng)態(tài)過程。1. 工質(zhì)貯存量的變化 由于鍋內(nèi)貯存水量發(fā)生變化而使蒸汽質(zhì)量流量增加或減少的部分稱為附加蒸發(fā)量。燃料量和給水量變化引起工質(zhì)貯存量變化,2．汽溫汽壓變化特性 燃料量的擾動(dòng) 蒸發(fā)量在短暫延遲后將發(fā)生一次向上的波動(dòng)，隨后就穩(wěn)定下來與給水保持平衡。燃水比即使改變很

58、小，汽溫也會(huì)發(fā)生明顯的偏差。但是，在過渡過程的初始階段，由于蒸發(fā)量與燃燒放熱量近乎按比例的變化，再加上管壁金屬貯熱所起的延緩作用，所以過熱汽溫要經(jīng)過一定時(shí)滯后才逐漸變化。如果燃料增加的速度和幅度都很急劇，有可能使熱水段末端發(fā)生突然工質(zhì)膨脹的現(xiàn)象，使鍋爐瞬間排出大量蒸汽。在這種情況下，汽溫將首先下降，然后再逐漸上升。蒸汽壓力在短暫延遲后逐漸上升，最后穩(wěn)定在較高的水平。,給水量擾動(dòng) 給水量驟增時(shí)，蒸汽流量會(huì)增大。但由于燃料量

59、不變，熱水段和蒸發(fā)段都要延長。在最初階段，蒸汽流量只是逐漸上升。在最終穩(wěn)定狀態(tài)，蒸發(fā)量將等于給水量，達(dá)到新的平衡。 由于鍋爐金屬貯熱的延緩作用，汽溫變化與燃料量擾動(dòng)時(shí)相似，在過熱器起始部分和出口端也都有一定的時(shí)滯，然后逐漸變化到穩(wěn)定值。過熱蒸汽的壓力由于蒸汽流量的增加而升高，當(dāng)汽溫下降、容積流量減少時(shí)，又有所降低，最后穩(wěn)定在稍高的水平。,調(diào)速閥開度擾動(dòng) 在調(diào)速閥開度突然增大時(shí)，蒸汽流量急劇增加，汽壓則迅速降低。如果給

60、水壓力和給水閥開度不變，給水流量就會(huì)自動(dòng)增加，稍高于原來的水平。 汽壓降低使鍋爐金屬和工質(zhì)釋放熱量，產(chǎn)生附加蒸發(fā)量。隨后，蒸汽流量將逐漸減少，最終與給水量相等，保持平衡。因?yàn)槿剂狭勘３植蛔儯o水量就會(huì)略有增加，故鍋爐出口汽溫稍微降低。如果只從燃料與工質(zhì)的熱平衡考慮，在最初階段，蒸汽流量顯著增大時(shí)，汽溫應(yīng)顯著下降，但由于過熱器金屬釋放貯熱所起的補(bǔ)償作用，故出口汽溫自始至終沒有顯著的偏差。,§3 直流鍋爐蒸汽參

61、數(shù)調(diào)節(jié)的原理 一、調(diào)節(jié)任務(wù)二、主調(diào)節(jié)信號(hào)在直流鍋爐蒸汽參數(shù)調(diào)節(jié)中被調(diào)量為汽壓和汽溫 。如果以出口處信號(hào)為信號(hào)源，參數(shù)變化遲滯時(shí)間及飛升時(shí)間都比較慢，調(diào)節(jié)品質(zhì)差。主調(diào)節(jié)信號(hào)選擇： * 過熱器后的煙溫，可判斷燃料發(fā)熱量變化 * 蒸發(fā)量，和過熱器出口壓力一起可判斷燃料發(fā)熱量變化 * 過熱器出口壓力 * 工質(zhì)中間點(diǎn)溫度,三、蒸汽參數(shù)的調(diào)節(jié)原理 蒸汽壓力調(diào)節(jié)給水量

62、 鍋爐負(fù)荷變化 和汽輪機(jī)進(jìn)汽量平衡過熱蒸汽溫度保證煤水比或調(diào)節(jié)煤水比輔以噴水減溫再熱蒸汽溫度尾部分隔煙道，煙氣擋板法調(diào)節(jié)我國運(yùn)行人員總結(jié)出一條直流鍋爐的操作經(jīng)驗(yàn)：給水調(diào)壓，燃料配合給水調(diào)溫，抓住中間點(diǎn)溫度，噴水微調(diào)。,,,§4 燃燒調(diào)節(jié) 一、調(diào)節(jié)目的維持額定得汽壓、汽溫及蒸發(fā)量保持良好得燃燒工況保證鍋爐機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行二、主要調(diào)節(jié)量煤粉量及細(xì)度利用改變給煤機(jī)轉(zhuǎn)速得方法