第十一章 强制流动锅炉及其水动力特性

上联箱
循 环 泵
水 冷 壁
（二） 强制循环锅炉的特点
1. 由于增加了水泵的推动力,工质流量可以人为地控制,水流量 可以小些,即循环倍率K可以小一些,一般为1.5～8,通常K为4
左右．
2. 可采用小直径水冷壁． 3 可采用小直径旋风分离器,因而可以减小汽包直径．
二．直流锅炉的工作原理
（一）工作原理
蒸发受热面型式为多次垂直上升管屏
2 苏尔寿型: 蒸发受热面型式为多行程迂回管屏 3 拉姆辛型: 蒸发受热面型式为水平围绕管屏
苏尔寿型
拉姆辛型
本生型
四、现代直流锅炉蒸发受热面的主要型式
1 一次垂直上升管屏(UP锅炉) 既适用于亚临界，又适用于超临界。 2 炉膛下部多次上升，上部一次上升管屏(FW 型)。适合于300~600MW容量机组。不适宜 滑压运行（中间有联箱）。 3 螺旋式水冷壁管屏 该型式特别适用于滑压运行
一、直流锅炉启动过程的主要问题 • 无汽包，启动一开始就必需不间断地向锅炉送 进给水，有必要设置专门的回收工质与热量的 系统。 • 直流锅炉启动必须与汽轮机的启动密切配合。 • 汽水的热膨胀问题 • 再热器保护
二、启动系统的作用
• 建立启动压力和启动流量 • 回收工质和热量 • 实现锅炉各受热面之间和锅炉与汽轮机之间工 质状态的配合。
二 部分负荷复合循环锅炉的工作特点
水冷壁的工质流速：由于在低负荷时有再循环 流量，当高负荷按直流方式运行时，可以选用 较低的 w ，而在低负荷是则利用再循环来得 到足够的 w 。 循环倍率。 水冷壁结构。 旁路系统。 适用与超临界大容量锅炉（600MW）。

第七节 直流锅炉的启动系统
四、 三种类型锅炉工作压力范围及比较



自然循环锅炉 主要用于高压（9.8~12.74MPa)和超高压(13.72~15.68MPa) 也可用于亚临界(16.66~18.62MPa). 强制循环锅炉 强制循环锅炉适用于自然循环锅炉的工作范围,但只有在压力 在15.68MPa以上时,才有经济性. 直流锅炉 直流锅炉可以用于任何压力,但当 P 22.1MPa 只有采用直流 锅炉
第二节 直流锅炉蒸发受热面的结构形式
一 直流锅炉结构特点
1）蒸发受热面布置自由 2）没有汽包，主要是外置式过渡区和汽水分离器 3）有启动旁路系统
二
1) 2) 3) 4)
对蒸发受热面的基本要求
管子不被烧坏 能解决膨胀问题 蒸发受热面能够制造出来 制造,安装方便
三. 早期直流锅炉蒸发受热面的形式
1 本生型 :
第五节 低循环倍率锅炉
一 低循环倍率锅炉构成原理 低循环倍率锅炉是在苏尔寿 苏 尔 寿 罐 省煤器 过热器
直流锅炉和强制循环锅炉的 基础上研制出来的
其具体结构，如左图所示
G zx
混 合 器
G
水 冷 壁
D
再循环泵
二 低循环倍率锅炉的工作特点
1
2
3 4
由于有再循环流量，在额定负荷情况下，由给水量确定的 w 可以小于传热要求的临界质量流速，所以使给水泵压头和功 率大大减少。 当锅炉负荷变化时，由于再循环泵的作用，水冷壁管中质量 流速变化不大，因此 w 变化小。 低循环倍率锅炉由于循环倍率低，循环水量少，可以用直径 较小的汽水分离器取代汽包。 低循环倍率锅炉由于循环倍率大于1，水冷壁平均出口干度在 0.6左右，因此传热恶化比一次上升直流锅炉的传热恶化大为 减轻，因而一般可以不用螺纹管。
第十一章 强制流动锅炉的水动力特性及运行
锅炉按蒸发受热面中汽水混合物流动的工作原理 进行分类可以分为： 自然循环锅炉：只靠汽水密度差推动工质流动。 强制循环锅炉：利用水泵压头和汽水密度差推动 工质流动。
直流锅炉：工质不循环，一次通过个受热面的锅 炉。
第一节 强制循环锅炉和直流锅炉工作原理 及工作过程特点
当
Lrs H rs
三 蒸发受热面的脉动现象
1.定义：在管屏两端压差相同，当给水量和流出量基本不变的情况
下，管屏里管子流量随时间作周期性波动的现象，叫脉动现象。
2.脉动种类

管间脉动 管屏脉动 整体脉动
3 产生脉动的原因 1）压力峰的形成
2）压力的下降 3）压力峰重新形成
4 脉动的消除
1）增大
３．传热过程特点：因直流锅炉的工质质量含汽率X由0 1，一定会出现第二类传热恶化。 4 ．热化学过程特点：直流锅炉没有汽包，要求给水品质高。 5 ．调节过程特点：直流锅炉，当负荷发生变化时，必须同 时调节给水量和燃煤量，以保持物质平衡 Gg D 和能量 平衡，才能稳住汽压和汽温。 6 启动过程特点：直流锅炉有启动旁路系统，启动时首先 启动旁路系统，建立启动流量和启动压力。此外由于直流 锅炉没有汽包，所以启动速度快。 7 ．设计、制造安装特点：（1）适用于任何压力。（2）蒸 发受热面可任意布置。（3）节省金属。
（2）压力 p 。发生水动力 多值性的最根本的原因 是汽水密度不同当 p 增 加时，（ ）下降， 因此水动力特性趋向稳 定。
p
w
（3）热负荷Q 。Q增加，使 Lrs长度减小，如果没有热水段，一定 不出现多值性，故热水段长度减小，水动力特性趋向稳定。 （4）热水段阻力。增加热水段阻力，可以使水动力特性稳定。蒸 发段阻力变小对 p 影响小 ，趋于稳定。
响大。
4 影响因素为当没有 热 水段时，蒸发段长度不会发
p 生变化，蒸发量不会变化。
水动力多值性愈明显。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。
i 愈大， 随 w增加而单调上升。
1．比容
2．比热
二、 超临界压力下水冷壁管内传热
• 类膜态沸腾：由于管子内壁面附近的流体粘度、比热、 导温系数、密度等物性参数发生显著变化引起的。 （流体边界层的层流化；紊流边界层流化） • 传热恶化发生在管子入口处和大比热区 对于直流锅炉，不可能避免传热恶化，只有采取推迟 和抑制。主要方法： 1）使用好材料 2）采用内螺纹管，螺旋式导流器（扰流子）
c
a b
力成多值性。
w1 w2
w3
w
2 水动力特性单值条件 对特性方程式求导得
进口处工质欠焓
7.46r i , kJ kg 1
3 水动力多值性产生的原因
Lrs 增加， 从特性曲线可以看出，曲线2有一下降段ab,即当 w 增加时， Lzf 减小 ， D 减小 ， X 减小 ，X 减小的影响比 w 增加的影
二
水动力特性不稳定性
（一）水平管圈水动力特性 水动力特性是指在一定热负荷情况下，管屏压差与流量的关系。 1 特性方程式 其中 w 工质在受热管中的质量流速 p A( w) 3 B( w) 2 C ( w), Pa 双相流摩擦阻力校正系数 i 1 i A 1 1 q 受热面平均热负荷 8q 2r i 进口处工质欠焓 L i
5 解决水动力稳定性的方法
（1）减小 i 。 （2）增加热水段阻力—采用节流圈。 （3）提高启动压力 p 。 （4）减小热偏差。 （5）提高质量流速 w 。 （6）控制下辐射区水冷壁出口温度。
流圈阻力特性；3－加节流圈 后的水动力特性
（二）垂直管圈的水动力特性
1 在垂直管圈中，由于重位压差 pzw 的影响，
由于压力的提高，导致密度差的下降，循环 推动力下降，自然循环的可靠性降低。而且压 力的提高，汽包体积，壁厚增大。从而导致另 一种循环形式的诞生，那就是强制循环。强制 循环锅炉就是利用水泵压头和汽水密度差来推 动工质流动。
一、强制循环锅炉的工作原理和特点
（一）工作原理

过热器 省煤器
强制循环锅炉的主 导思想是解决由于 压力提高，密度差 下降，循环推动力 下降。所以在循环 回路下降管系统增 加了一个循环泵。
9
三 低循环倍率锅炉蒸发受热面水动力方面 的几个问题
1 2 3 4 质量流速 流量的分配 节流圈 再循环泵的工作可靠性
第六节 部分负荷复合循环锅炉
一 部分负荷复合循环锅炉的构成原理 在启动和低负荷运行时，采用再循环流量而不是 只用给水量来冷却水冷壁。 在高负荷运行时，只采用直流的给水量而又不使 用再循环流量来冷却水冷壁。
（5）质量流速。质量流速越低，工质流量分配越不均 匀，越容易发生水动力多值性。 （6）重位压头。影响水平管水动力特性的因素同样也 影响着垂直管屏，垂直管屏水动力稳定性要求更高。 （7）工质大比热特性。当工质处于大比热区范围内， 且吸热量同时增大时，比容发生剧烈变化，引起工质 的膨涨急剧增大，容易发生水动力不稳定现象。
炉膛水冷壁：
• 下部螺旋盘绕上升
从水冷壁进口到折焰角 下一定距离。
• 上部垂直上升 • 均为膜式结构 • 两者间由过渡水冷壁转 换连接。
第三节 直流锅炉蒸发受热面水动力学
蒸发受热面安全工作问题 安全工作条件 (1) 管壁温度 小于 材料允许温度. tb (2) 相邻管壁温度差 <50
一

tb
C
p zw H rs rs g H zf zf g , Pa H rs , H zf 热水段，蒸发段高度，m rs , zf 热水段，蒸发段密度，kg m3
p plz pzw
（一）垂直管圈水动力特性
Lzf H zf 下降，D 减少 , X 下降, zf 增大， 增加时 ， pzw 增加。 pzw 的作用，是使水动力特性趋向稳定。 2 负荷变化时垂直管屏的水动力表现 （1）当 w 上升时， plz 所占比例增加，这时水动力特性 与水平管圈相似，即表现了强迫流动特点，受热强的管子，流 动速度慢。 （2）当 w 下降时， plz 所占比例减小， 这时 pzw 起主 要作用，与自然循环相似，表现了自然循环的特性，受热强的 管子，流动速度快。