亚临界压力锅炉的分类及特点.docx
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亚临界压力锅炉的分类及特点
引言
与发达国家相比,我国电力工业的起步较晚。
解放前,我国还没有自己的锅炉制造业;解放后,我国先后在哈尔滨、上海、四川、北京、武汉等地建立了锅炉生产基地。
50年代后期设计并制造了与50W汽轮发电机组配套的容量为230t/h的锅炉。
六七十年代,我国的电力工业有了较快的发展,到七十年代末,已先后设计和制造了与125、200、300MW汽轮发电机组配套的容量为400、670、1000t/h高压、超高压和亚临界压力的锅炉。
80年代中期,我国先后引进了与300、600MW汽轮发电机组配套的1023、2008t/h的亚临界压力锅炉。
现在,我国已有能力自行设讣并制造与600MW汽轮发电机组配套的2000t/h级的超临界两次中间再热的电站锅炉,现在,我国已有大量亚临界大型锅炉机组的制造和运行经验,但与世界先进机组相比还有一定差距,应当尽快进行改造,缩短这些差距。
为进一步降低每千瓦的设备投资、金属消耗、运行管理费用,提高机组运行的经济性和安全性,高参数、大容量、高自动控制技术的大型电站锅炉及低污染燃烧技术已成为当今电站锅炉的发展趋势。
为了达到这个U标我们必须减少亚临界锅炉在运行中存在的过热器和再热器超温爆管、水冷壁高温腐蚀及爆管、尾部受热面的磨损、腐蚀和漏风等现象的发生,因为这些现象不仅降低了锅炉的热效率,同时也影响锅炉的安全性和可靠性。
故对这些问题进行研究,针对它们所存在的问题,对其相应地进行改造并提出一些先进的技术方案,从而减轻故障的严重程度,减少锅炉的事故率,提高锅炉的可用率和运行效率,为今后亚临界压力锅炉的设计和运行提供一些借鉴经验。
本文的出发点是亚临界锅炉的技术研究,通过阐述亚临界参数下自然循环和控制循环的水动力特性,介绍亚临界与超临界锅炉的主要技术特点,对亚临界锅炉和超临界锅炉的运行可靠性、热经济性及主要系统等方面作了详细的比较,从而得出了亚临界锅炉对我国电力工业的发展的重要意义。
本文对现役的亚临界压力锅炉在运行过程中经常出现的事故进行分析,通过对查询网上电子期刊和结合一些亚临界机组的运行资料的书籍,进一步了解发生这些事故的具体原因,对亚临界压力锅炉的设讣进行优化,从而使亚临界压力锅炉的使用性能提升到一个新的水平。
山于本人理论水平和实践经验有限,设计中的错误和不当之处在所难免,恳请老师批评指正。
第一章亚临界压力锅炉的分类及特点
锅炉的型式主要取决于蒸汽参数和容量,有自然循环锅炉、控制循环锅炉、直流锅炉、复合循环锅炉四种。
在亚临界压力参数下运行的有自然循环锅炉,控制循环锅炉和直流锅炉,以下将对这儿种锅炉进行研究。
1.1亚临界压力自然循环锅炉的研究
1.1.1自然循环锅炉的循环特性
1、影响自然循环锅炉可幕性的主要因素
(1)循环流速
亚临界参数锅炉,随着锅炉容量增大,相对于单位蒸发量的炉膛周界减小,管内质量含汽率增大,达到X二0.3〜0.4。
在MCR负荷时,循环流速达到1.7〜2.Om/s;在30%MCR负荷时的循环流速能保持1m/s的水平。
实验数据表明,循环流速达到0.4m/s,水冷璧管内的工质流动就不会产生停滞和倒流现象。
(2)循环倍率
循环倍率较低是亚临界自然循环锅炉可靠性的主要矛盾。
循环倍率的选取首先应考虑使锅炉具有良好的循环特性,即当锅炉负荷增加时,应始终保持较高的循环水量,使水冷壁得到充分的冷却,而且当锅炉负荷增加时,各循环回路的水量也能随之增加,也就是要保证循环倍率K要大于界限循环倍率匕,否则自然循环将失去补偿能力,使水循环被破坏;另一方面,循环倍率过低,水冷壁管内质量含汽率x增加,在亚临界压力下,当热负荷高时,就有可能发生传热恶化。
所以控制适当的循环倍率,既可以保证锅炉具有良好的循环特性,随热负荷的高低能自动调节循环水量,乂可以防止传热恶化。
一般亚临界自然循环锅炉水冷壁内的质量流速都接近或者超过1000kg/(m‘・s),而最大热负荷一般不超过SZAKW/ni',如能保持上升管出口质量含汽率不大于0.4,即循环倍率不小于2.5则水冷壁中工质山于膜态沸腾热导致传热恶化是可以避免的。
所以控制适当的循环倍率,既可以保证锅炉具有良好的循环特性,随热负荷的高低能自动调节循环水量,乂可以防止传热恶化。
如FWEC2020/18.1-1型自然循环锅炉在额定蒸发量使得循环倍率为4.1,RBC型2027t/h自然循环锅炉70%MCR得循环倍率为2.98:
英国三井巴布克科公司2027t/h自然循环锅炉在额定蒸发量是循环倍率为3.2:
门。
(3)汽包水室凝汽量
亚临界锅炉,饱和汽水密度差减小,汽水分离比较困难,汽包水室不可避免的含有较多的蒸汽,而由省煤器送入汽包水室的水乂具有一定的欠焙。
因此,亚临界锅炉汽包水室中存在着蒸汽的凝结过程,使水冷璧的实际蒸发量大于从汽包引出的饱和蒸汽量,一般要高出20%〜25%,从而对水冷壁中的质量含汽率产生较大的影响,这就使得循环系统的实际循环倍率小于按汽包引出的饱和蒸汽量计算的循环倍率,显然凝汽对循环特性的影响是不容忽视的。
(4)下降管带汽
下降管内含有蒸汽会使下降管的重位压头减小,同时,由于下降管中有蒸汽存在,平均容积流量要增加,下降管里的流速就会增加,流动阻力也随着增加。
因此,下降管含汽会使总压差变小,对水循环不利。
2、判断自然循环锅炉安全性参数
判断亚临界参数锅炉循环安全的主要参数,是质量含汽率及与其密切相关的水冷壁热流密度、实际蒸发量、循环流速、结构参数等。
采用质量含汽率表示的循环特性参数的函数关系,能够直接反映出各参数之间的制约关系。
(1)质量含汽率与结构参数及循环特性参数的关系
设F、%、G、D、力、N、d、°分别为水冷壁的流通面积、循环流速、循环流量、水冷壁蒸发量、质量含汽率、水冷壁管子根数、水冷壁管内径、饱和水密度,它们的关系为
X=—=——-=—!
—•—(1-1)
Gp'LP5F
4
(2)水冷壁热负荷与结构参数及循环特性参数的关系
设S、Lp、y、&分别为水冷壁热负荷、管子节距、水冷壁管平均长度、汽化潜热、上升管入口欠焰。
其余符号同上,它们的关系为
q/NSLp=GN+Dy
P^)-—
Qf=—("+△,)(1-2)
(3)炉膛周界与循环特性参数及结构参数的关系
设U为炉膛周界,其余符号同前。
近似认为N二U/S,它们的关系为
U=(1-3)
P^—X
1.1.2自然循环锅炉的特点
自然循环锅炉的主要特点是有一个直径较大的汽包,曲于有汽包,使自然循环锅炉有以下特点:
(1)汽包是锅炉中省煤器、过热器和蒸发受热面的分隔容器。
有了汽包,给水的加热、蒸发和过热等相应的各个受热面有明显的分界,因而汽水流动特性相应比较简单,较容易掌握。
(2)山于自然循环的推动力主要依靠汽水的密度差,因而自然循环锅炉的主要受热面就是有许多垂直管子组成的水冷壁,并且尽量减少弯头,以减少流动阻力,保证水循环的安全。
(3)汽包中装有汽水分离装置,从水冷壁上升管进入汽包的汽水混合物,可以在汽包中的汽空间,也可以在汽水分离装置中进行汽水分离,以减少饱和蒸汽中带水。
(4)锅炉的水容量及其相应的蓄热能力较大,因此,当负荷变化时,汽包水位及蒸汽压力的变化速度较慢,对机组的调节要求可以低一些;但由于水容量大,加上大直径汽包的直径比较厚,因此,加热、冷却不易均匀,使锅炉的启、停速度受到限制。
(5)水冷壁上升管出口的含汽率比其它型式的锅炉要低一些,可以允许稍大的锅水含盐量,而且自然循环锅炉可以排污,因此对给水品质要求可以低些。
(6)山于汽包直径及壁厚较大,所以自然循环锅炉的金属耗量较大。
1.2亚临界压力控制循环锅炉的研究
1.2.1控制循环锅炉的水动力特性
(1)控制循环技术出现的背景
在开发亚临界参数技术的初期,曾经认为汽包压力达到18.6MP&时,自然循环不可靠。
为了提高循环安全裕度,提出了在蒸发循环回路中釆用“低压头循环泵+水冷壁内螺纹管”的新技术。
循环泵给蒸发回路的水循环提供了足够的流动压头,大约为0.25〜0.33MPa。
根据计算数字可知,亚临界参数锅炉的水循环系统总阻力大约为0.25〜0.28MPao因此控制循环锅炉的循环流动压头比自然循环锅炉提高了1.5倍以上,显著提高了循环可翥性。
(2)控制循环锅炉主要表现
控制循环锅炉水动力特性既具有自然循环的特性,乂具有强制流动的特性。
但山于循环泵提供的压头比循环回路中的重位压差提供的流动压头高1.5倍左右,因而控制循环锅炉蒸发回路的水动力特性主要呈现强制流动的特性。
为了防止流量分配不均与热偏差引起的水动力不稳定和脉动以及传热恶化现象的产生,在水冷壁入口安装节流圈,使得吸热较强的水冷壁管内保持较高的质量流速。
在低负荷运行时,仍可用循环泵提供循环动力。
因此,控制循环锅炉的可靠性高,水冷壁传热性能好、热惯性较小,能够适应快速调峰的要求。
这种技术主要用于采用四角燃烧方式的300MW、600MW级亚临界参数锅炉机组上,在调峰运行方面显示出了较强的优势。
1.2.2控制循环锅炉的特点
控制循环锅炉的循环回路中工质的循环是靠下降管内汽水混合物的密度差产生的压力差以及循环泵的压头来推动的,这样控制循环锅炉的循环回路能克服较大的流动阻力,并山此带来了控制循环的一些特点。
(1)水冷壁布置较自山,可根据锅炉形状采用较好的方案。
(2)水冷壁可采用较小的管径,管径小、厚度薄,因而可减少锅炉的金属消耗量。
(3)水冷壁管内工质质量流速较大,对管子的冷却较好,因而循环倍率较小,一般K二3〜4(若在热负荷高的区域水冷壁管采用内螺纹管,循环倍率可减小至2左右)。
但工质质量流速大,使流动阻力较大。
(4)水冷壁下联箱的直径较大,在联箱里装置有滤网并在水冷壁的进口装置有不同管径的节流圈。
装置滤网的作用是防止杂物进入水冷壁管内;水冷壁进口装置的节流圈是合理分配并联管的工质流量,以减小水冷壁的热偏差。
(5)汽包尺寸小。
这是因为循环倍率低,循环水量少,并且用循环水泵的压头来克服汽水分离器的阻力,故可采用分离效果较好而尺寸较小的汽水分离器。
(6)汽包内装有弧形衬板,与汽包内壁形成以汽水混合物的环形通道。
汽水混合物从汽包上部引入,沿环形通道自上而下流动,从汽包下部进入汽水分离器,因而减小了汽包上、下部温差热应力,加快了锅炉的启动和停炉速度。
(7)控制循环锅炉汽包低水位造成的影响较小。
因为汽包水位即使降到最低水位附近,控制循环锅炉仍能通过循环泵向水冷璧提供足够的工质冷却。
(8)山于采用了循环泵,因此增加了设备的制造费用和锅炉的运行费用,并且循环泵运行的可靠性将直接影响到整个锅炉运行的可靠性。
1.3亚临界压力直流锅炉
直流锅炉的特点是没有汽包,整台锅炉有许多管子并联,然后用联箱连接串联组成。
在给水泵压头的作用下,工质依顺序依次通过加热、蒸发和过热等受热面,进口工质是水,出口工质则为符合设计要求的过热蒸汽。
直流锅炉由于没有汽包,其工作过程有如下的特点:
(1)由于没有汽包进行汽水分离,因此水的加热、蒸发和过热的受热面没有固定的分界,而是随着锅炉负荷和丄况的变动而变动,过热汽温往往也随着负荷的变化而有较大的波动。
(2)山于没有汽包,直流锅炉蒸发受热面内的工质不构成循环,也无汽水分离问题,因此当工作压力增高,汽水密度差减小,以致在超临界压力时,直流锅炉仍能可靠地工作。
(3)由于没有汽包,直流锅炉中的水容量及相应的蓄热能力小,因此,直流锅炉对负荷变化较敏感,锅炉工作压力也变化得比较快。
如果燃料、给水等比例失调,就会严重影响锅炉的出力及蒸汽参数,这就要求直流锅炉有更灵敏可靠的调节控制手段。
(4)由于没有汽包
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