直流锅炉的水动力特性

直流锅炉的水动力特性
一. 直流锅炉的优缺点
1.直流锅炉的主要优点是：
1)原则上它可适用于任何压力，但从水动力稳定性考虑，一般在高压以上（更多是超高压以上）才采用。

2)节省钢材。

它没有汽包、并可采用小直径蒸发管，使钢材消耗量明显下降。

3)锅炉启、停时间短。

它没有厚壁的汽包，在启、停时，需要加热、冷却的时间短，从而缩短了启、停时间。

4)制造、运输、安装方便。

5)受热面布置灵活。

工质在管内强制流动，受热面可从有利于传热及适合炉膛形状而灵活布置。

2.直流锅炉的主要缺点是：
1)给水品质要求高。

锅水在蒸发受热面要全部蒸发，没有排污，水中若有杂质要沉积于蒸发管内，或随蒸汽带入过热器与汽轮机。

2)要求有较高的自动调节水平。

直流锅炉运行时，一旦有扰动因素，参数变化比较快，需配备自动化高的控制系统，才能维持稳定的运行参数。

3)自用能量大。

工质在受热面中的流动，全靠给水泵压头，故给水泵的能耗高。

4)启动操作较复杂，且伴有工质与热量的损失。

5)水冷壁工作条件较差。

水冷壁出口工质全部汽化或微过热，沸腾换热恶化不可避免，且没有自补偿特性。

必须采取一定措施予以防止。

二. 超临界参数锅炉的水动力特性
超临界参数锅炉的水动力特性不仅影响着水冷壁的传热特性和安全性，而且在很大程度上影响着汽温特性、调峰性能，甚至影响到燃烧调节性能。

超临界参数锅炉的水动力特性主要决定于水冷壁形式、工质的热物理特性、运行方式、水冷壁热流密度的大小及其分布等因素。

其中工质的热物理特性是指：超临界参数下，在拟临界温度左右的一定范围内，工质受到大比热特性的影响，比容、黏度、导热系数发生急剧变化的特性。

超临界压力下工质的热物理特性显著地影响着直流锅炉水动力的稳定性和下辐射区水冷壁出口工质的温度，进一步影响到自动调节性能。

超临界参数变压运行锅炉，当机组从额定负荷到低负荷时，炉膛水冷壁管圈的运行压力范围将从超临界压力降至亚临界压力，水冷壁管圈内工质将有两种工作状态，即单相流动和两相流动。

故在分析超临界压力变压运行直流锅炉炉膛水冷壁水动力特性时不仅是分析超临界压力下的特性，同时还要分析亚临界压力下的特性，特别是负荷快速变化下的特性。

超临界压力直流锅炉的蒸发受热面，尤其是启动及变压运行时（运行于亚临界压力下），带内置式启动系统的直流锅炉的蒸发受热面(即水冷壁)，都可能存在着流动不稳定性、热偏差和脉动等水动力问题。

三. 亚临界和超临界压力下的流动不稳定性
直流锅炉蒸发受热面出现不稳定流动的根本原因是汽和水的比容差以及水冷壁进口有热水段存在，在一定条件下实际运行的直流锅炉蒸发受热面就会发生这种流动不稳定的工况。

水动力不稳定性发生在同时具有蒸发段和热水段的管屏上，水动力多值性不会发生在只有蒸发段的管屏上。

燃料投入速度及减温水量会对水动力的稳定性有一定的影响。

在升温升压的过程中，随着燃料量的增加，尤其是直吹式系统启动磨煤机时，一方面炉内燃烧放热量增大，引起热敏
感性较强的水冷壁吸热量急剧变化，管内汽水比容变化速度加快。

另一方面为控制汽温还需要增加减温水量，如果减温水量较大，水冷壁中工质流量就减少得多，影响水动力的稳定性。

尤其是在启动过程中，工质达到饱和状态时，由于工质的膨胀和蒸汽的产生，使工质的容积迅速增加，对水动力稳定性的影响将更大，此时更应该严格控制燃料的投入速度，必要时还应适当减弱燃烧。

解决水动力稳定性方法：
1)减小工质进口欠焓。

2)水冷壁入口加节流圈，增加热水段阻力。

3)提高压力。

发生水动力多值性最根本的原因是汽水密度不同。

当P增加时，(ρ’-ρ”)下降，因此水动力特性趋于稳定。

对于某台投运的锅炉，提高其工作压力是不可能的，但要注意启动、低负荷时的压力不要太低。

4)加装呼吸联箱。

水动力不稳定，即各个管子流量不同，各管压力不同，ρw小的压力高。

加一呼吸联箱可以均衡各管的压力，使ρw趋于平衡，一般加在x(含汽率)=0.1～0.2地方。

四. 直流锅炉的脉动
脉动是直流锅炉蒸发受热面中，另一种型式的不稳定流动现象，有三种脉动类型，即整体脉动(全炉脉动)、屏间(屏带或管屏间)脉动和管间脉动。

消除脉动的方法：
1)增大工质质量流量(ρw)。

ρw大，压力峰不易形成，所以增大ρw可消除脉动。

应保证管圈有足够大的质量流速。

2)增大热水段阻力。

在蒸发管圈加热段加装节流圈和节流阀是消除脉动的有效措施。

减小蒸发段阻力。

3)提高压力减小热负荷。

脉动现象是汽水两相流动所致，压力升高会有利于防止脉动。

P>14MPa时，就不会发生脉动现象。

所以亚临界和超临界压力直流锅炉在正常运行工况下是不可能产生脉动的。

但在低负荷、尤其是在启动工况下，由于压力低，仍有可能产生脉动现象。

因此运行时，注意保持燃烧工况的稳定性及炉内温度尽可能均匀，在启动时保持足够的启动流量和压力等。

蒸发点附近热负荷高，易发生脉动。

五. 热偏差对螺旋管圈水冷壁安全性的影响
实际运行经验表明，直流锅炉的水动力不稳定性多数是在低负荷且水冷壁热负荷分布不均的情况下形成的。

水冷壁热负荷分布主要决定于火焰中心位置的偏移以及受热面结渣和积灰等条件，即影响水动力稳定性的主要因素是炉内过程引起的热偏差。

螺旋管圈水冷壁，也存在不同程度的热偏差。

螺旋管圈水冷壁的受热偏差主要取决于螺旋圈数和火焰偏斜程度。

在热偏差的作用下，管屏间或管内流量重新分配，在热负荷高的管屏或管子内，加热水区段变短，汽水两相流及蒸汽过热区段变长，使流动阻力大幅度增加，导致流量自动地减少，从而使工质对管子的冷却能力反而下降，严重影响了该段水冷壁管的安全。

因此，在实际运行中，特别是在低负荷运行时，应均匀投用燃料量，及时吹灰，防止水冷壁结渣、积灰，防止火焰偏斜，以减小烟气侧的受热偏差，确保锅炉水冷壁的安全。