超临界直流炉(修改)分析

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1.2 超临界直流炉的特点
汽温调节 汽温调节的主要方式是调节燃料量与给水量之比，辅助手段是喷水 减温或烟气侧调节。由于没有固定的汽水分界面，随着给水流量和 燃料量的变化，受热面的省煤段、蒸发段和过热段长度发生变化， 汽温随着发生变化，汽温调节比较困难。
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2 超临界直流锅炉的典型结构
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TS 天河热电330MW锅炉型号： SG-1180/17.5-M4011 天富天河热电厂一期工程#1、2机组配备锅炉 为上海锅炉厂有限公司制造的亚临界一次中间 再热自然循环汽包锅炉，采用正压直吹式中速 磨制粉系统，单炉膛Π型室内布置，四角切向 燃烧，摆动喷嘴调温，平衡通风，固态排渣， 全钢架悬吊结构，燃用具有中等结渣性烟煤。 炉底部出渣采用刮板捞渣机连续排渣，灰斗存 渣容积能满足锅炉100%BMCR工况下4～6h的排 渣量。
至高压缸
⑨ ⑥
来自高加 来自高压缸
①
水平烟道侧包
一级减温
②
①省煤器 ②炉膛 ⑥低再 ⑦高再
低再
事故减温器
高再 至中压缸
③低过
④屏过 ⑤末过
⑧分离器
⑨贮水罐
事故减温器
低温再热器→ 再热器事故喷水减温→ 高温再热器
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二级减温器
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水冷壁的构造
2.1 蒸发受热面
对于超临界变压运行锅炉， 螺旋管圈水冷壁是首先应用 于超临界变压运行锅炉的水 冷壁型式。 炉膛水冷壁采用螺旋管圈＋ 垂直管圈方式【即下部炉膛 的水冷壁采用螺旋管圈，上 部炉膛的水冷壁为垂直】， 保证质量流速符合要求。 水冷壁采用全焊接的膜式水 冷壁 水冷壁采用一次中间混合联 箱来实现螺旋管至垂直水冷 壁管的过渡
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2.1 蒸发受热面
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过渡段水冷壁厂内组装
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过渡段水冷壁安装后
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2.1 蒸发受热面
内螺纹螺旋管圈水冷壁: 管间吸热偏差小，适应变 压运行 水冷壁出口
介质温度 热负荷
流向
流向
燃烧器
燃烧器
燃烧器
燃烧器
前墙
侧墙
后墙
侧墙
前墙
侧墙
后墙
侧墙
垂直管布置水冷壁
螺旋上升式水冷壁
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去中压缸 去高压缸 过热器二级减温
2 超临界直流锅炉的典型结构
再热器事故减温 过热器一级减温
启动分离器→顶棚过热器→包墙过热器 → 低温过热器→ 一级减温→ 屏式过 热器 → 二级减温→ 高温过热器
水平烟道侧包 二级减温器
一级减温
⑧ ④
后竖井前包
⑤
⑦ ③
启动分离器 顶 棚 过 热 启动分离器 器 后竖井后包 后竖井中隔 后竖井侧包 低过 屏过 高过
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启动系统
直流锅炉与汽包锅炉不同，在机组清管和点火之前， 为减少流动的不稳定和水冷壁管壁温度低于允许值， 需要建立一个不低于水冷壁最小流量的给水流量，但 由于在启动和清管阶段，给水吸收热量较少，部分或 全部水无法蒸发生成汽，而这部分水不能进入过热器 系统，这样就需要在过热器之前建立一个启动旁路系 统将多余的水排放出，因此直流锅炉的启动旁路系统 的主要作用如下： 在启动和低负荷运行及停止锅炉运行的过程中，维持 锅炉的最小给水流量，以保护炉膛水冷管，同时满足 机组启、停及低负荷运行的要求；
临界点
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饱和水线
饱和汽线
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水的临界点
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1.1 名词定义
超临界：当流体的压力和温度超过一定的值（临界点）时，流
体会处于一种介乎于液态和气态的中间态，称为超临界态。 对锅炉 来说,主蒸汽压力超过（大于）临界点压力（22.12MPa)的工况
直流锅炉：锅炉中水或水蒸气在加热管道中的流动是依靠水
内螺纹垂直水冷壁优点： 水冷壁阻力较小，可降低给水泵耗电量，其水冷壁的总阻力仅为 螺旋管圈的一半左右。 与光管相比，内螺纹管的传热特性较好。 安装焊缝少，减少了安装工作量和焊口可能泄漏机率，同时缩短 了安装工期。 水冷壁本身支吊，且支承结构和刚性梁结构简单，热应力小，可 采用传统的支吊型式。 维护和检修较易，检查和更换管子较方便。 比螺旋管圈结渣轻。 缺点： 水冷壁管径较细，内螺纹管相对于光管来说价格较高，一般高出 10％～15％。需装设节流孔圈，增加了水冷壁和下集箱结构的复 杂性，节流圈的加工精度要求高，调节较为复杂。 机组容量会受垂直管屏管径的限制，对容量较小机组，其炉膛周 界相对较大，无法保证质量流速。
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18.749°
55°
水冷壁进口集箱
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2.1 蒸发受热面
螺旋管圈水冷壁炉管现有两种型式，一种是光管，另一种是内螺纹 管。后者是为了强化传热、防止传热恶化。可使水冷壁运行更安 全，更可靠。但是，内螺纹管水冷壁的成本将增加10％一15％。 采用螺旋管水冷壁具有如下的优点：
1）蒸发受热面采用螺旋管圈时，管子数目可按设计要求而选取， 不受炉膛大小的影响，可选取较粗管径以增加水冷壁的刚度； 2）螺旋管圈热偏差小，工质流速高，水动力特性比较稳定，不易 出现膜态沸腾，又可防止产生偏高的金属壁温； 3）无中间混合联箱，不会产生汽水混合物不均匀分配的问题； 4）可采用光管，不必有制造工艺较复杂的内螺纹管，而可实现锅 炉的变压运行和带中间负荷的要求。
泵的作用，而且与自然循环锅炉和强制循环锅炉不同的是直流 锅炉没有汽包，水在一次经过加热管道后就变成了饱和蒸汽或 过热蒸汽，故称之为直流锅炉 直流炉可以适用于任何压力，但如果 压力太低，则不如自然循环锅炉，所 以一般应用在P≥16MPa的锅炉上。当 然超（超）临界参数锅炉必须采用直 流型式
结论：
•超临界锅炉－－从压力上分类 •直流锅炉－－从有无汽包分类 •超临界锅炉一定是直流锅炉 •直流锅炉不一定是超临界锅炉，可以是亚临界或以下压力锅炉．
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TS 天富发电厂660MW锅炉型号： SG-2035/25.4-M5503 天富发电厂一期工程2×660MW超临界燃煤直接 空冷机组，锅炉采用上海电气集团锅炉厂有限 公司生产的型超临界参数变压运行螺旋管圈直 流炉，单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆 燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结 构。锅炉采用整体紧身封闭。采用等离子点火， 油系统为备用点火手段。
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2.1 蒸发受热面
（5）不需在水冷壁入口处和水冷壁下集箱进水管上装设节流圈以 调节流量； 6）螺旋形管圈对燃料的适应范围比较大，可燃用挥发分低、灰分 高的煤； 7）能变压运行，快速启停，能适应电网负荷的频繁变化，调频性 能好。 螺旋管圈虽有以上优点，但它的结构与制造工艺复杂，故制造 与安装比较困难，所需工期较长。
螺旋管在盘旋上升的过程中，每根管子都经过炉膛下部高热负荷区域的整个 周界，途经宽度方向不同热负荷分布的区域。因此，螺旋管的每个管子，以 整个长度而言，热偏差很小
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2.1 蒸发受热面
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2.1 蒸发受热面
螺旋管圈+内螺纹管 漩涡效果 > 重力作用
管子内表面充满了液体
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2.1 蒸发受热面
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1.2 超临界直流炉的特点
为保证足够的冷却能力和防止低负荷下发生水动力多值性以及 脉动，水冷壁管内工质的重量流速在MCR负荷时提高到2000㎏/（ m2•s）以上。加上管径减小的影响，使直流锅炉的流动阻力显著 提高。600MW以上的直流锅炉的流动阻力一般为5.4MPa～6.0MPa 汽温调节的主要方式是调节燃料量与给水量之比，辅助手段是 喷水减温或烟气侧调节。由于没有固定的汽水分界面，随着给水 流量和燃料量的变化，受热面的省煤段、蒸发段和过热段长度发 生变化，汽温随着发生变化，汽温调节比较困难。 低负荷运行时，给水流量和压力降低，受热面入口的工质欠焓 增大，容易发生水动力不稳定。由于给水流量降低，水冷壁流量 分配不均匀性增大；压力降低，汽水比容变化增大；工质欠焓增 大，会使蒸发段和省煤段的阻力比值发生变化。
锅炉典型结构
大型超临界煤粉锅炉的整体布置主要 采用Π型布置和塔式布置，也有T型布 置方式。 П型布置是传统普遍采用的方式， 烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟 道，在尾部烟道通过各受热面后排出。 其主要优点是锅炉高度较低，尾部烟 道烟气向下流动有自生吹灰作用，各 受热面易于布置成逆流形式，对传热 有利等。
13ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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1.2 超临界直流炉的特点
水冷壁可灵活布置，可采用螺旋管圈或垂直管屏水冷壁。采用螺旋 管圈水冷壁有利于实现变压运行。 超临界压力直流锅炉水冷壁管内工质温度随吸热量而变，即管壁温 度随吸热量而变。因此，热偏差对水冷壁管壁温度的影响作用显著 增大。 变压运行的超临界参数直流炉，在亚临界压力范围和超临界压力范 围内工作时，都存在工质的热膨胀现象。并且在亚临界压力范围内 可能出现膜态沸腾；在超临界压力范围内可能出现类膜态沸腾。 启停速度和变负荷速度受过热器出口集箱的热应力限制，但主要限 制因素是汽轮机的热应力和胀差。 直流锅炉要求的给水品质高，要求凝结水进行100％的除盐处理。 控制系统复杂，调节装置的费用较高。
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1.2 超临界直流炉的特点
直流锅炉启动时约有30％额定流量的工质经过水冷壁并被加热， 为了回收启动过程的工质和热量，并保证低负荷运行时水冷壁管 内有足够的重量流速，直流锅炉需要设置专门的启动系统，而且 需要设置过热器的高压旁路系统和再热器的低压旁路系统。直流 锅炉的参数比较高，需要的金属材料档次相应要提高，其总成本 不低于自然循环锅炉。 系统中的汽水分离器在低负荷时起汽水分离作用并维持一定的 水位，在高负荷时切换为纯直流运行，汽水分离器做为通流承压 部件。为了达到较高的重量流速，必须采用小管径水冷壁。这样 提高了传热能力而且节省了金属，减轻了炉墙重量，同时减小了 锅炉的热惯性。水冷壁的金属储热量和工质储热量小，即热惯性 小，使快速启停的能力进一步提高，适用机组调峰的要求。但热 惯性小也会带来问题，它使水冷壁对热偏差的敏感性增强。当煤 质变化或炉内火焰偏斜时，各管屏的热偏差增大，由此引起各管 屏出口工质参数产生较大偏差，进而导致工质流动不稳定或管子 超温。
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TS 沿直流锅炉管子工质的状态和参数的变化情况如 图示：
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1.2 超临界直流炉的特点
超临界直流炉的主要特点
没有汽包，启停速度较快。与自然循环锅炉相比，直流炉从冷态启 动到满负荷运行，变负荷速度可提高一倍左右。 适用于亚临界和超临界以及超超临界压力锅炉。 锅炉本体金属消耗量最少，锅炉重量轻。一台300MW自然循环锅炉 的金属重量约为5500t～7200t，相同等级的直流炉的金属重量仅有 4500t～5680t，一台直流锅炉大约可节省金属2000t。加上省去了汽包 的制造工艺，使锅炉制造成本降低。 水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克服，这部分阻力约占全部阻 力的25％～30％。所需的给水泵压头高。
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TS 超临界锅炉的工作原理 直流锅炉依靠给水泵的压头将锅炉给水一次通 过预热、蒸发、过热各受热面而变成过热蒸汽。 直流锅炉的工作原理如图示：
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TS 在直流锅炉蒸发受热面中，由于工质的流动不 是依靠水密度差来推动，而是通过给水泵压头 来实现，工质一次通过各受热面，蒸发量D等 于给水量G，故可认为直流锅炉的循环倍率 K=G/D=1。 直流锅炉没有汽包，在水的加热受热面和蒸发 受热面间，及蒸发受热面和过热受热面间无固 定分界点，在工况变化时，各受热面长度会发 生变化。
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1.1 名词定义
临界点、超临界、直流炉的定义
临界点：水在加热过程中存在一个状态点。 （1）低于临界点压力，从低温下的水加热到过 热蒸汽的过程中要经过汽化过程，即经过 水和水蒸汽共存的状态； （2）如果压力在临界压力或临界压力以上时， 水在加热的过程中就没有汽水共存状态而直接 从水转变为蒸汽。 临界点的主要影响参数是压力，水的临 界点压力为22.115MPa,对应的温度374.15℃。
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超临界直流锅炉
主讲人：
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讲解主要内容
一、锅炉的分类。
二、超临界直流炉的特点
三、直流炉与汽包炉的结构差异
四、直流炉与汽包炉在运行上的差异
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锅炉的分类
按循环方式分类 锅炉按照循环方式可分为自然循环锅炉、控制循环锅 炉、直流锅炉。 按蒸汽参数分类 锅炉按照蒸汽参数分为 低压锅炉（≤2.45MPa） 中压锅炉（2.94～4.90 MPa） 高压锅炉（7.8～10.8 MPa） 超高压锅炉（11.8～14.7 MPa） 亚临界压力锅炉（15.7～19.6 MPa） 超临界压力锅炉（>22.1 MPa） 超超临界压力锅炉（>27 MPa）