1、超临界锅炉受热面布置及特性超临界锅炉受热面布置及特性 直流锅炉的蒸发受热面的结构型式直流锅炉的蒸发受热面的结构型式 现代直流锅炉蒸发受热面的主要型式现代直流锅炉蒸发受热面的主要型式 (1)(1)一次垂直上升管屏；一次垂直上升管屏；(2)(2)炉膛下部多次上升、炉膛上部一次上升管屏；炉膛下部多次上升、炉膛上部一次上升管屏；(3)(3)螺旋围绕上升管屏。螺旋围绕上升管屏。 1 1、一次垂直上升管屏、一次垂直上升管屏 美国拔柏葛公司在本生锅炉的基础上进行改美国拔柏葛公司在本生锅炉的基础上进行改进的一种炉型。它的商业名称为进的一种炉型。它的商业名称为“通用压力通用压力锅炉锅炉( (UniversalU
2、niversalPressure Boiler)”Pressure Boiler)”或或“UPUP锅炉锅炉”，是指锅炉的压力既适用于亚临，是指锅炉的压力既适用于亚临界，又适合于超临界界，又适合于超临界 ( (a)a)一次上升型一次上升型 适用于大容量亚临界适用于大容量亚临界压力及超临界压力锅压力及超临界压力锅炉炉 ( (b)b)上升上升- -上升型上升型 适用于较小容量的超适用于较小容量的超临界锅炉临界锅炉 ( (c)c)双回路上升型双回路上升型适合于较小容量亚临适合于较小容量亚临界压力锅炉界压力锅炉 一次上升型垂直管屏有以下特点：一次上升型垂直管屏有以下特点：由于一次上升，各管之间壁温差较小
3、，适宜于采用膜式由于一次上升，各管之间壁温差较小，适宜于采用膜式水冷壁；水冷壁；为了减少热偏差，在结构计算中考虑有一次或多次中间为了减少热偏差，在结构计算中考虑有一次或多次中间混合，每个管带入口有调节阀，混合，每个管带入口有调节阀，ww一般为一般为2000-2000-34003400kg/(mkg/(m2 2s)s)；由于有中间联箱，不适合作滑压运行，特别适合大于由于有中间联箱，不适合作滑压运行，特别适合大于600600MWMW带基本负荷大容量锅炉；带基本负荷大容量锅炉；（中间联箱（中间联箱压力降低时，将引起汽水分配不均）压力降低时，将引起汽水分配不均）管系简单，流程总长度短，汽水系统水阻力小
4、；管系简单，流程总长度短，汽水系统水阻力小；可采用全悬吊结构，安装支吊非常方便，是一种理想的可采用全悬吊结构，安装支吊非常方便，是一种理想的管屏。管屏。炉膛下部多次上升、上部一次上升管屏炉膛下部多次上升、上部一次上升管屏( (FWFW型型) ) 这种锅炉是美国福斯特这种锅炉是美国福斯特惠勒惠勒( (FW)FW)公司购买本生专公司购买本生专利加以发展的一种型式。利加以发展的一种型式。 在热负荷较高的下部采用在热负荷较高的下部采用2323次垂直上升管屏，使次垂直上升管屏，使每个流程的焓增量减少每个流程的焓增量减少 各流程出口经过充分的混合，可以做到：任何两各流程出口经过充分的混合，可以做到：任何两
5、管间温差小于管间温差小于22 22 上部由于热负荷低，工质比容大，可采用一次上上部由于热负荷低，工质比容大，可采用一次上升管屏升管屏 由于采用中间混合，所以不适宜滑压运行由于采用中间混合，所以不适宜滑压运行 1950t/h FW型超临界压型超临界压力直流锅炉力直流锅炉炉膛受热面炉膛受热面布置布置 3 3、螺旋式水冷壁管屏、螺旋式水冷壁管屏是西德、瑞士和日本等国为适应变负荷运行是西德、瑞士和日本等国为适应变负荷运行的需要而发展起来的的需要而发展起来的 水冷壁四面倾斜上升，由于水平管屏吸热比水冷壁四面倾斜上升，由于水平管屏吸热比较均匀，因此可以在生成蒸汽途中没有混合联箱，较均匀，因此可以在生成蒸汽
6、途中没有混合联箱，在滑参数运行时，也就没有汽水混合物分配不均在滑参数运行时，也就没有汽水混合物分配不均的问题了，因而特别适合于滑压运行的问题了，因而特别适合于滑压运行 由于水平管圈承受荷重的能力差，因此有的由于水平管圈承受荷重的能力差，因此有的锅炉在上部使用垂直上升管屏，也就可以采用全锅炉在上部使用垂直上升管屏，也就可以采用全悬吊结构悬吊结构 265MW机组的苏尔寿螺旋式水机组的苏尔寿螺旋式水冷壁直流锅炉冷壁直流锅炉 常州电厂水冷壁常州电厂水冷壁 水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁，保证燃烧室的水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁，保证燃烧室的严密性，鳍片宽度能适应变压运行的工况。并确严密性，鳍片宽度能适应
7、变压运行的工况。并确保在任何工况下鳍端温度低于材料的最高允许温保在任何工况下鳍端温度低于材料的最高允许温度。度。 在任何工况下（尤其是低负荷及启动工况），应在任何工况下（尤其是低负荷及启动工况），应保证在水冷壁内有足够质量流速，以保持水冷壁保证在水冷壁内有足够质量流速，以保持水冷壁水动力稳定和传热不发生恶化，特别是防止发生水动力稳定和传热不发生恶化，特别是防止发生在亚临界压力下的偏离核态沸腾和超临界压力下在亚临界压力下的偏离核态沸腾和超临界压力下的类膜态沸腾现象。在设计中应采用防止膜态沸的类膜态沸腾现象。在设计中应采用防止膜态沸腾的措施。水冷壁的设计要考虑起动时汽水膨胀腾的措施。水冷壁的设计要
8、考虑起动时汽水膨胀现象。现象。 水冷壁管进行水动力不稳定性和水冷壁管内沸水冷壁管进行水动力不稳定性和水冷壁管内沸腾传热计算，确定腾传热计算，确定不发生脉动的界限质量流速不发生脉动的界限质量流速和管和管子最大壁温及管子上下壁温差。还应进行水冷壁管子最大壁温及管子上下壁温差。还应进行水冷壁管管壁温度工况的校核，判断管子的温度和应力是否管壁温度工况的校核，判断管子的温度和应力是否在许用范围内。在许用范围内。 对螺旋管水冷壁，螺旋管倾角的选择应充分考虑对螺旋管水冷壁，螺旋管倾角的选择应充分考虑汽水分层、传热恶化的影响。汽水分层、传热恶化的影响。 水冷壁的水量和热量分配应均匀，以保证沿炉水冷壁的水量和热
9、量分配应均匀，以保证沿炉膛宽度方向和四周方向吸热均匀。水冷壁应有足膛宽度方向和四周方向吸热均匀。水冷壁应有足够的动力水头，以防止水循环中出现够的动力水头，以防止水循环中出现停滞、倒流停滞、倒流、不稳定的水动力等等，水冷壁的设计应保证螺旋不稳定的水动力等等，水冷壁的设计应保证螺旋管出口相邻两根管子之间的温度偏差不高于管出口相邻两根管子之间的温度偏差不高于8080o oC C。 最低直流负荷应不大于最低直流负荷应不大于30% 30% B-MCRB-MCR。1 1、螺旋管圈水冷壁的优势、螺旋管圈水冷壁的优势从理论上分析，螺旋管圈水冷壁具有下述优势：从理论上分析，螺旋管圈水冷壁具有下述优势：(1)(1
10、)工作在下辐射区的水冷壁同步经过受热最强的工作在下辐射区的水冷壁同步经过受热最强的区域和受热最弱的区域。区域和受热最弱的区域。(2)(2)工质在下辐射区一次性沿着螺旋管圈上升，没工质在下辐射区一次性沿着螺旋管圈上升，没有中间联箱，在工质比容变化最大的阶段避免了再有中间联箱，在工质比容变化最大的阶段避免了再分配。分配。(3)(3)不受炉膛周界的限制，可灵活选择并列工作的不受炉膛周界的限制，可灵活选择并列工作的水冷壁管子根数和管径，保证较大的质量流速。水冷壁管子根数和管径，保证较大的质量流速。螺旋管圈水冷壁的水动力特性螺旋管圈水冷壁的水动力特性螺旋管圈水冷壁的这些优点，使得水冷壁能够工作螺旋管圈水
11、冷壁的这些优点，使得水冷壁能够工作在热偏差最小和流量偏差最小的良好状态。因此，在热偏差最小和流量偏差最小的良好状态。因此，其水动力稳定性较高，不会产生停滞和倒流，可以其水动力稳定性较高，不会产生停滞和倒流，可以不装节流圈，最适合变压运行。不装节流圈，最适合变压运行。 2 2、螺旋管圈水冷壁结构及主要参数、螺旋管圈水冷壁结构及主要参数石洞口第二发电厂的石洞口第二发电厂的600600MWMW超临界参数锅炉即采用超临界参数锅炉即采用螺旋管圈水冷壁，管子规格为螺旋管圈水冷壁，管子规格为3838 5.6mm5.6mm，材料材料为为1313CrMo44CrMo44，由由316316根管盘旋至炉膛折焰角下部
12、，根管盘旋至炉膛折焰角下部，盘旋圈数为盘旋圈数为1.741.74圈，螺旋管倾角为圈，螺旋管倾角为13.9513.95。l00%MCRl00%MCR工况时的质量流速为工况时的质量流速为28002800kg/(mkg/(m2 2s)s)，螺螺旋管出口处的工质温度控制在旋管出口处的工质温度控制在413413，水冷壁出口，水冷壁出口处的工质温度控制在处的工质温度控制在433433。直流运行工况的最小。直流运行工况的最小质量流速为质量流速为980980kg/(mkg/(m2 2s)s)。显而易见，螺旋管圈水冷壁尽管在结构上与垂直显而易见，螺旋管圈水冷壁尽管在结构上与垂直管屏水冷壁不同，在运行方式上也存在
13、差别，但管屏水冷壁不同，在运行方式上也存在差别，但它们在超临界压力下的工作参数它们在超临界压力下的工作参数( (压力和温度压力和温度) )几几乎一致。下辐射区水冷壁出口的工质温度的控制，乎一致。下辐射区水冷壁出口的工质温度的控制，主要取决于超临界压力下工质的热物理特性。即主要取决于超临界压力下工质的热物理特性。即在相同的工作压力下，无论是垂直管屏水冷壁，在相同的工作压力下，无论是垂直管屏水冷壁，还是螺旋管圈水冷壁，还是螺旋管圈水冷壁，下辐射区水冷壁出口的工下辐射区水冷壁出口的工质温度都应控制在不高于相应压力的拟临界温度质温度都应控制在不高于相应压力的拟临界温度下下。即将工质吸热能力最强的大比热
14、区避开热负。即将工质吸热能力最强的大比热区避开热负荷最高的燃烧器区域，推移到热负荷较低的区域。荷最高的燃烧器区域，推移到热负荷较低的区域。3 3、变压运行时螺旋管圈水冷壁的工作特点、变压运行时螺旋管圈水冷壁的工作特点( (l)l)超临界参数锅炉变压运行时，工作压力随负荷变超临界参数锅炉变压运行时，工作压力随负荷变化。在化。在75%75%MCRMCR负荷以下时，水冷壁在亚临界压力区负荷以下时，水冷壁在亚临界压力区工作，管内工质是汽水混合物，比容变化较大。此工作，管内工质是汽水混合物，比容变化较大。此时如果管外热流密度过高，不仅容易引起膜态沸腾，时如果管外热流密度过高，不仅容易引起膜态沸腾，还会引
15、起较大的工质热膨胀。还会引起较大的工质热膨胀。(2)(2)超临界压力锅炉在低负荷变压运行时，下辐射区超临界压力锅炉在低负荷变压运行时，下辐射区出口的压力比较低，出口的压力比较低，50%50%MCRMCR负荷时的中间点压力为负荷时的中间点压力为1313MPaMPa，这时饱和汽的比容是水的比容的这时饱和汽的比容是水的比容的8.18.1倍以上，倍以上，汽水的比容差显著增大。汽水的比容差显著增大。(3)(3)低负荷运行时，螺旋管圈进口工质温度降低，低负荷运行时，螺旋管圈进口工质温度降低，工质欠焓增大，当部分水冷壁结渣、积灰或火焰工质欠焓增大，当部分水冷壁结渣、积灰或火焰偏移时，将使各水冷壁管的沸腾点不
16、同步地推迟，偏移时，将使各水冷壁管的沸腾点不同步地推迟，此时尽管水冷壁的总流量不变，但是各管内工质此时尽管水冷壁的总流量不变，但是各管内工质流量分配不均或流量时大时小，从而出现流动不流量分配不均或流量时大时小，从而出现流动不稳定现象。因此应特别注意低负荷下的水动力不稳定现象。因此应特别注意低负荷下的水动力不稳定性。负荷越低，压力越低，越容易出现水动稳定性。负荷越低，压力越低，越容易出现水动力不稳定性。力不稳定性。(4)(4)变压运行的超临界直流锅炉启动时处于无压变压运行的超临界直流锅炉启动时处于无压或低压状态，随着燃烧率的增加，工质温度和或低压状态，随着燃烧率的增加，工质温度和压力不断提高，水
17、冷壁管中的汽水膨胀使得水压力不断提高，水冷壁管中的汽水膨胀使得水冷壁出口的流量远大于给水量，这将影响到分冷壁出口的流量远大于给水量，这将影响到分离器的水位变化特性和系统的水动力稳定性。离器的水位变化特性和系统的水动力稳定性。75%75%MCRMCR负荷以上时，水冷壁进入临界压力和超负荷以上时，水冷壁进入临界压力和超临界压力区工作，影响水动力稳定性和传热特临界压力区工作，影响水动力稳定性和传热特性的主要因素是工质的大比热特性。性的主要因素是工质的大比热特性。 4 4、热偏差对螺旋管圈水冷壁安全性的影响、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实际运行经验表明
18、，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。力稳定性的主要因素是炉内过程引起的热偏差。 超临界参数超临界参数600600MWMW锅炉曾经因为四角火焰燃烧调整锅炉曾经因为四角火焰燃烧调整存在偏差，导致低负荷时炉膛火焰充满程度不好，存在偏差，导致低负荷时炉膛火焰充满程度不好，火焰向后墙偏斜，使得锅炉在火焰向后墙偏
19、斜，使得锅炉在50%50%MCRMCR及以下的负荷及以下的负荷范围内运行时，后墙水冷壁出现超温现象。低负荷范围内运行时，后墙水冷壁出现超温现象。低负荷时水冷壁超温的原因不仅与热偏差增大有关，而且时水冷壁超温的原因不仅与热偏差增大有关，而且与水冷壁中工质流量减少，质量流速降低有关。机与水冷壁中工质流量减少，质量流速降低有关。机组负荷高于组负荷高于60%60%MCRMCR时，火焰偏斜程度减弱，水冷壁时，火焰偏斜程度减弱，水冷壁中工质流量逐渐增大，超温现象逐渐缓减。中工质流量逐渐增大，超温现象逐渐缓减。 5 5、燃料投入速度及减温水量对水动力特性的影响、燃料投入速度及减温水量对水动力特性的影响在升温
20、升压的过程中，随着燃料量的增加，尤其是在升温升压的过程中，随着燃料量的增加，尤其是直吹式系统增投磨煤机时，一方面炉内燃烧放热量直吹式系统增投磨煤机时，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剧烈变化，增大，引起热敏感性较强的水冷壁吸热量剧烈变化，管内汽水比容变化速度加快。另一方面为控制汽温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。因此实际运行中，总是有中工质流量就减少得多。因此实际运行中，总是有多种不利因素同时影响着水动力的稳定性。多种不利因素同时影响着水动力的稳定性
21、。 超临界压力锅炉水冷壁系统特性超临界压力锅炉水冷壁系统特性一、超临界参数的基本特性一、超临界参数的基本特性二、超临界压力螺旋管水冷壁的结构及特点二、超临界压力螺旋管水冷壁的结构及特点三、汽水分离器的作用和构造三、汽水分离器的作用和构造一、超临界参数的基本特性一、超临界参数的基本特性( (一一) ) 超临界压力水蒸气的比容、比热和焓超临界压力水蒸气的比容、比热和焓( (二二) ) 亚临界、超临界压力下的水动力特性亚临界、超临界压力下的水动力特性( (三三) ) 超临界压力下的传热特性超临界压力下的传热特性( (四四) ) 超临界压力下的汽水工况超临界压力下的汽水工况超临界压力下，不再有汽水两相
22、区超临界压力下，不再有汽水两相区加热过热加热过热临界点：约临界点：约22MPa，374.151 1比容比容( (一一) ) 超临界压力水蒸气的比容、比热和焓超临界压力水蒸气的比容、比热和焓在相变点，比容在相变点，比容增加的很快增加的很快与压力的关系与压力的关系大比热特性大比热特性 q 超临界压力下，对应一定的压力，工质存在一个超临界压力下，对应一定的压力，工质存在一个大比热区。大比热区。q 对应比热最大值的温度称为拟临界温度。对应比热最大值的温度称为拟临界温度。q 工质温度低于拟临界温度时，工质为水；工质温度低于拟临界温度时，工质为水；q 工质温度高于拟临界温度时，工质为汽。工质温度高于拟临界
23、温度时，工质为汽。q 工质最大比热对应的拟临界温度点也称为相变点。工质最大比热对应的拟临界温度点也称为相变点。 2 2比热比热水侧：随温度升高而增加水侧：随温度升高而增加汽侧：相反汽侧：相反一个峰值一个峰值随压力的变化随压力的变化大比热区大比热区大比热区内工质比容的急剧变化，必然导致工质大比热区内工质比容的急剧变化，必然导致工质的膨胀量增大，从而引起水动力不稳定或的膨胀量增大，从而引起水动力不稳定或类膜态类膜态沸腾沸腾。控制下辐射区水冷壁的吸热量，尤其是将下辐射控制下辐射区水冷壁的吸热量，尤其是将下辐射区水冷壁出口的工质温度控制在对应工质压力的区水冷壁出口的工质温度控制在对应工质压力的拟临界温
24、度以下，使工质的大比热区避开受热最拟临界温度以下，使工质的大比热区避开受热最强的燃烧器区域是超临界锅炉机组设计和运行的强的燃烧器区域是超临界锅炉机组设计和运行的关键。关键。 焓值的变化在焓值的变化在变相点附近也变相点附近也很大很大3 3超临界压力水蒸气的其它特性超临界压力水蒸气的其它特性在变相点：在变相点：导热系数导热系数动力粘度动力粘度普朗特数普朗特数超临界压力下的传热特性超临界压力下的传热特性类膜态沸腾类膜态沸腾在最大比热区，即相变点附近，超临界压力在最大比热区，即相变点附近，超临界压力工质的特性发生显著的变化，在一定条件下，工质的特性发生显著的变化，在一定条件下，可能出现传热恶化，这种传
25、热恶化现象类似可能出现传热恶化，这种传热恶化现象类似于亚临界压力时的膜态沸腾壁温飞升于亚临界压力时的膜态沸腾壁温飞升超临界压力下工质热物理性质的急剧变化对管子传热特超临界压力下工质热物理性质的急剧变化对管子传热特性的主要影响表现在以下几方面：性的主要影响表现在以下几方面：(1)(1)由于管子壁面处流体的温度与管子中心的流体温度由于管子壁面处流体的温度与管子中心的流体温度不同，管子不同，管子中心的流体粘度大中心的流体粘度大，而壁面处的流体粘度降，而壁面处的流体粘度降低。例如，当工质温度在低。例如，当工质温度在300400300400范围内时，管内壁范围内时，管内壁面处的工质粘度约为管中心工质粘度
26、的面处的工质粘度约为管中心工质粘度的1/31/3左右，由此左右，由此产生粘度梯度，引起流体边界层的产生粘度梯度，引起流体边界层的层流化层流化。(2)(2)在边界层中的流体密度在边界层中的流体密度降低降低，产生浮力，促使紊流，产生浮力，促使紊流传热传热层流化层流化。(3)(3)边界层中的流体导热系数也随着降低，又使导边界层中的流体导热系数也随着降低，又使导热性差的流体与管壁接触，当进口温度较低时，壁热性差的流体与管壁接触，当进口温度较低时，壁面处的流体速度远小于管中心的流体速度，这又促面处的流体速度远小于管中心的流体速度，这又促使流动使流动层流化层流化。显而易见，在管子热负荷较大时就可能导致传热
27、恶显而易见，在管子热负荷较大时就可能导致传热恶化。超临界压力下由于工质热物理特性变化导致的化。超临界压力下由于工质热物理特性变化导致的这种传热恶化现象类似于亚临界参数下的膜态沸腾，这种传热恶化现象类似于亚临界参数下的膜态沸腾，称为称为 类膜态沸腾类膜态沸腾 。 水动力不稳定的主要表现是：流量和压差的关系水动力不稳定的主要表现是：流量和压差的关系不是单值性的，而是多值性的，即对应一个压差，不是单值性的，而是多值性的，即对应一个压差，出现两个或两个以上的流量出现两个或两个以上的流量 ( (二二) ) 亚临界、超临界压力下的水动力特性亚临界、超临界压力下的水动力特性1 1、直流锅炉的水动力多值性、直
28、流锅炉的水动力多值性水动力多值性的具体表现水动力多值性的具体表现q 对于一根管子，流量有时大有时小对于一根管子，流量有时大有时小q 对于并联工作的一组管子，有的管中流量大，对于并联工作的一组管子，有的管中流量大，有的管中流量小有的管中流量小q 使并联工作的各管子出口的工质比容、干度、使并联工作的各管子出口的工质比容、干度、温度等状态参数产生不均匀，有的管子出口是温度等状态参数产生不均匀，有的管子出口是不饱和的水，有的是过热蒸汽，有的是汽水混不饱和的水，有的是过热蒸汽，有的是汽水混合物。对一根管子来说，出口工质有时是不饱合物。对一根管子来说，出口工质有时是不饱和的水，有时是过热蒸汽，有时是汽水混
29、合物和的水，有时是过热蒸汽，有时是汽水混合物的现象。这当然是不安全的工况。的现象。这当然是不安全的工况。 水动力多值性的出现，从根本上来说，是由于热水动力多值性的出现，从根本上来说，是由于热水段和蒸发段的共存，且蒸发段中工质比容变化水段和蒸发段的共存，且蒸发段中工质比容变化较大引起的。较大引起的。 (1) (1) 工质压力工质压力 影响起主要作用影响起主要作用 当压力降低时，汽水当压力降低时，汽水密度差增大，水动力密度差增大，水动力趋于不稳定趋于不稳定 影响直流锅炉水动力多值性的因素影响直流锅炉水动力多值性的因素单从压力看，超临界压力下应该是稳定的，但仍单从压力看，超临界压力下应该是稳定的，但
30、仍有其它一些因素：有其它一些因素：（2 2）蒸发管进口）蒸发管进口水欠焓水欠焓工质欠焓越大越工质欠焓越大越容易出现多值性容易出现多值性（3 3）质量流速）质量流速 质量流速越小，工质流量分配越不均匀越容易质量流速越小，工质流量分配越不均匀越容易发生水动力多值性发生水动力多值性 螺旋管圈水冷壁螺旋管圈水冷壁管数少管数少质量流速高质量流速高（4 4）热负荷）热负荷q q热负荷热负荷q q降低降低( (水冷壁吸热量水冷壁吸热量Q Q降低降低) )时相当于增大了工质时相当于增大了工质欠焓，使水动力趋于不稳定。欠焓，使水动力趋于不稳定。 （5 5）锅炉负荷）锅炉负荷直流锅炉在直流锅炉在低负荷低负荷运行时
31、，运行时，比高负荷时的水动力稳定性比高负荷时的水动力稳定性要差得多。因为低负荷时，要差得多。因为低负荷时，压力低、质量流速小、进口压力低、质量流速小、进口工质欠焓大，热负荷降低、工质欠焓大，热负荷降低、热偏差增大。热偏差增大。（6 6）重位压头）重位压头垂直管屏不但可能出现水动力不稳定现象，还可垂直管屏不但可能出现水动力不稳定现象，还可能出现停滞和倒流问题。因此，垂直管屏水动力能出现停滞和倒流问题。因此，垂直管屏水动力稳定性条件要求更高。稳定性条件要求更高。 （7 7）工质大比热特性）工质大比热特性当工质温度处于大比热区范围内，且吸热量同时当工质温度处于大比热区范围内，且吸热量同时增大时，比容
32、发生剧烈变化，引起工质的膨胀量增大时，比容发生剧烈变化，引起工质的膨胀量急剧增大，容易产生水动力不稳定现象。急剧增大，容易产生水动力不稳定现象。 （1 1）提高质量流速）提高质量流速提高质量流速是提高水动力稳定性的最有效的方提高质量流速是提高水动力稳定性的最有效的方法。法。（2 2）提高启动压力）提高启动压力p p采用变压运行的螺旋管圈水冷壁的直流锅炉，应采用变压运行的螺旋管圈水冷壁的直流锅炉，应避免低负荷时的工作压力过低。垂直管屏最好采避免低负荷时的工作压力过低。垂直管屏最好采用全压启动方式。用全压启动方式。（3 3）采用节流圈）采用节流圈 使热水段的流动阻力总是占优势使热水段的流动阻力总是
33、占优势 （4 4）减小进口工质欠焓）减小进口工质欠焓 i =0i =0时，水冷壁进口联箱中分配给每根水冷壁时，水冷壁进口联箱中分配给每根水冷壁管的流量不均匀性增大。但欠焓减小，有利于提管的流量不均匀性增大。但欠焓减小，有利于提高水动力的稳定性。高水动力的稳定性。 提高水动力稳定性的方法提高水动力稳定性的方法（5 5）减小受热偏差）减小受热偏差 水动力不稳定性主要是由热偏差引起的水动力不稳定性主要是由热偏差引起的 及时吹灰，防止水冷壁结渣、积灰；防止火及时吹灰，防止水冷壁结渣、积灰；防止火焰偏斜焰偏斜 （6 6）控制下辐射区水冷壁出口温度）控制下辐射区水冷壁出口温度应将工质的大比热区避开热负荷较
34、高的燃烧应将工质的大比热区避开热负荷较高的燃烧器区。这就要求控制下辐射区水冷壁出口工器区。这就要求控制下辐射区水冷壁出口工质的温度，使其低于拟临界温度以下。质的温度，使其低于拟临界温度以下。 现象现象 进入蒸发管的水流量和流出蒸发管的蒸汽进入蒸发管的水流量和流出蒸发管的蒸汽流量发生周期性的波动流量发生周期性的波动 全炉脉动屏间脉动管间脉动全炉脉动屏间脉动管间脉动(1)(1)在并联工作的管子之间，某些管子的进口水流在并联工作的管子之间，某些管子的进口水流量时大时小。当一部分管子的水流量增大时，另一量时大时小。当一部分管子的水流量增大时，另一部分管子的水流量却在减小。与此同时，管子出口部分管子的水
35、流量却在减小。与此同时，管子出口的蒸汽量也在进行周期性的变化。的蒸汽量也在进行周期性的变化。(2)(2)当管子进口的水流量当管子进口的水流量G G最大时，出口的蒸汽流量最大时，出口的蒸汽流量D D最小。最小。(3)(3)整个管组的进水量和蒸汽量变化不大。整个管组的进水量和蒸汽量变化不大。2 2、蒸发管的脉动性、蒸发管的脉动性危害危害 q 交界面处，交替接触不同状态的工质使管壁交界面处，交替接触不同状态的工质使管壁温度发生周期性变化，以至引起金属管子的温度发生周期性变化，以至引起金属管子的疲劳破坏。疲劳破坏。 q 汽温不易控制，甚至引起管壁超温汽温不易控制，甚至引起管壁超温 q 冲击作用力造成管
36、屏的机械振动。引起管屏冲击作用力造成管屏的机械振动。引起管屏的机械应力破坏。的机械应力破坏。 (1)提高质量流速提高质量流速(2)采用节流圈采用节流圈(3)提高进口压力提高进口压力运行实践证明，运行实践证明，p14Mpa时，基本不发生脉动时，基本不发生脉动现象。但变压运行的直流锅炉启动或低负荷运行现象。但变压运行的直流锅炉启动或低负荷运行时，应注意脉动的产生。时，应注意脉动的产生。 (4)降低蒸发点的热负荷和热偏差降低蒸发点的热负荷和热偏差防止脉动的措施防止脉动的措施(5)防止脉动性燃烧防止脉动性燃烧(6)给水泵的特性给水泵的特性 足够陡的水泵特性可以使压力波动时，流量足够陡的水泵特性可以使压
37、力波动时，流量变化不大。这样有利于消除或避免锅炉的整变化不大。这样有利于消除或避免锅炉的整体脉动。体脉动。 3 3直流锅炉蒸发受热面的热偏差直流锅炉蒸发受热面的热偏差q 直流炉，吸热越大的管子，流量越小直流炉，吸热越大的管子，流量越小q UPUP型锅炉在水冷壁入口装节流圈，或增加中间混型锅炉在水冷壁入口装节流圈，或增加中间混合联箱合联箱q 采用螺旋管圈，则不需节流圈和中间混合联箱，采用螺旋管圈，则不需节流圈和中间混合联箱，使锅炉更适合变压运行使锅炉更适合变压运行防止传热恶化、降低管壁温度的措施，主要有：防止传热恶化、降低管壁温度的措施，主要有：(1)(1)采用采用内螺纹管内螺纹管或交叉来复线管
38、或交叉来复线管内螺纹管抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化的机理内螺纹管抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化的机理q由于工质受到螺纹的作用产生旋转，增强了管子由于工质受到螺纹的作用产生旋转，增强了管子内壁内壁面附近的扰动面附近的扰动，使水冷壁管内壁面上产生的汽泡可以，使水冷壁管内壁面上产生的汽泡可以被旋转向上运动的液体及时带走，被旋转向上运动的液体及时带走，q水流受到旋转力的作用，紧贴内螺纹槽壁面流动，从水流受到旋转力的作用，紧贴内螺纹槽壁面流动，从而而避免了避免了汽泡在管子内壁面上的积聚所形成的汽泡在管子内壁面上的积聚所形成的 汽膜汽膜 ，保证了管子内壁击上有连续的水流冷却。保证了管子内壁击上有连续的水流冷却。
39、(2)(2)提高工质质量流速提高工质质量流速(四四) 超临界压力下的汽水工况超临界压力下的汽水工况1盐类的溶解和沉积盐类的溶解和沉积2盐类的沉积区域盐类的沉积区域3直流锅炉的给水标准直流锅炉的给水标准1盐类的溶解和沉积盐类的溶解和沉积危害：危害：过热器：影响蒸汽流动、传热过热器：影响蒸汽流动、传热阀门：关闭不严、动作不灵阀门：关闭不严、动作不灵汽机中：改变叶片的型线汽机中：改变叶片的型线降低效率降低效率阻力、轴向推力、转子的平衡阻力、轴向推力、转子的平衡 现代大容量高参数直流锅炉一般均不考虑排污，现代大容量高参数直流锅炉一般均不考虑排污，所以给水所带人盐分或是沉积在受热面上，或是被所以给水所带
40、人盐分或是沉积在受热面上，或是被蒸汽带人汽机，其盐分平衡式为蒸汽带人汽机，其盐分平衡式为: S Sgsgs =S Sq q +S Scdcd 式中式中 S Sgsgs给水含盐量，给水含盐量，mgkg S Sq q蒸汽中含盐量，蒸汽中含盐量，mgkg S Scdcd沉积在受热面上的盐量，沉积在受热面上的盐量，mgkg对于超临界锅炉来说：大部分盐类被带入汽机，对于超临界锅炉来说：大部分盐类被带入汽机，而只是极难溶的会沉积在受热面上而只是极难溶的会沉积在受热面上2盐类的沉积区域盐类的沉积区域(1) 在单相的加热水区，由于水的密度大，所以溶解度也在单相的加热水区，由于水的密度大，所以溶解度也较大，所以
41、一般说加热区段不沉积盐分较大，所以一般说加热区段不沉积盐分(2) 蒸发区段。由于水溶解盐类的能力大于饱和蒸汽的溶蒸发区段。由于水溶解盐类的能力大于饱和蒸汽的溶盐能力。随着蒸发过程的进行，锅水的盐分含量不断增加，盐能力。随着蒸发过程的进行，锅水的盐分含量不断增加，当水中的含盐量超过其溶解度，超出的那一部分就会以固相当水中的含盐量超过其溶解度，超出的那一部分就会以固相析出在受热面上。当蒸发结束时，盐分在水中已达到高度浓析出在受热面上。当蒸发结束时，盐分在水中已达到高度浓缩，成为盐分的积聚缩，成为盐分的积聚(3) 过热区段的沉积范围取决于给水中的含盐量和各种盐过热区段的沉积范围取决于给水中的含盐量和
42、各种盐类在过热蒸汽中的溶解度。超临界压力时，压力超高，沉类在过热蒸汽中的溶解度。超临界压力时，压力超高，沉积的区域越大积的区域越大3直流锅炉的给水标准直流锅炉的给水标准在给定参数下，只有控制直流锅炉给水品质，才在给定参数下，只有控制直流锅炉给水品质，才能保证锅炉与汽机的要求。能保证锅炉与汽机的要求。 直流锅炉的给水品质指标主要包括：直流锅炉的给水品质指标主要包括： 总含盐量总含盐量(电导率电导率)，硬度、，硬度、SiO2 2、Cu、Fe、O2 2、pH等等(1) 硅(Si02)溶解长最大(4) 硬度(5) 钠离子含量Na+(2) 铜(Cu)(3) 含铁量(Fe)(6) 溶解氧(O2)和联胺(N
43、2H4)辅助除氧(7) pH值常州电厂锅炉给水质量标准常州电厂锅炉给水质量标准总硬度：总硬度：0 0 mol/lmol/l溶解氧（化水处理后）：溶解氧（化水处理后）：3030200 200 g/lg/l铁：铁：10 10 g/lg/l铜：铜：5 5 g/lg/l二氧化硅：二氧化硅：15 15 g/lg/l油：油：0 0 mg/lmg/lpHpH值：值：8.08.09.09.0电导率（电导率（2525）：）：0.2 0.2 S/cmS/cm钠：钠：5 5 g/lg/l蒸汽品质要求蒸汽品质要求钠：钠：5 5 g/kgg/kg二氧化硅：二氧化硅：15 15 g/kgg/kg电导率（电导率（2525）
44、：）：0.20 0.20 S/cmS/cm铁：铁：10 10 g/kgg/kg铜：铜：5 5 g/kgg/kg 二、超临界压力螺旋管水冷壁的结构及特点二、超临界压力螺旋管水冷壁的结构及特点 ( (一一) )石洞口二厂石洞口二厂19001900t th h超临界压力锅炉水冷壁的整体结构超临界压力锅炉水冷壁的整体结构 ( (二二) )螺旋管圈水冷壁主要组件的结构螺旋管圈水冷壁主要组件的结构 ( (三三) )螺旋管圈的悬吊装置螺旋管圈的悬吊装置( (四四) )刚性梁结构刚性梁结构常州常州炉膛由膜式壁组成。从炉膛冷灰斗进口（标高炉膛由膜式壁组成。从炉膛冷灰斗进口（标高7500mm）到标高到标高4884
45、0mm处炉膛四周采用螺旋处炉膛四周采用螺旋管圈，管子规格为管圈，管子规格为F F38.1mm，节距为节距为54mm。在在此上方为垂直管圈，管子规格为此上方为垂直管圈，管子规格为F F34.9mm，节距节距为为56mm。该锅炉水冷壁为螺旋管圈水冷壁。螺旋管圈水冷壁按冷灰该锅炉水冷壁为螺旋管圈水冷壁。螺旋管圈水冷壁按冷灰斗的管圈型式以及螺旋管圈上部向垂直管屏的过渡方式分斗的管圈型式以及螺旋管圈上部向垂直管屏的过渡方式分为两大类型：为两大类型： 一是垂直管圈冷灰斗加分叉管过渡的型式一是垂直管圈冷灰斗加分叉管过渡的型式 二是螺旋冷灰斗加中间混合集箱过渡的型式二是螺旋冷灰斗加中间混合集箱过渡的型式 (一
46、一)石洞口二厂石洞口二厂1900th超临界压力锅炉水冷壁的整体结构超临界压力锅炉水冷壁的整体结构 该锅炉水冷壁采用后一种组合型式，因为螺旋冷灰斗的吸该锅炉水冷壁采用后一种组合型式，因为螺旋冷灰斗的吸热偏差小，采用这种组合型式后，在水冷壁进口不装置节流热偏差小，采用这种组合型式后，在水冷壁进口不装置节流圈的情况下也能保证很小的工质出口温差，中间混合集箱过圈的情况下也能保证很小的工质出口温差，中间混合集箱过渡又能在低负荷时获得均匀汽水两相分配。而且结构上，下渡又能在低负荷时获得均匀汽水两相分配。而且结构上，下部螺旋管圈和上部垂直管屏的转换根数之比没有限制部螺旋管圈和上部垂直管屏的转换根数之比没有限
47、制水冷壁布置总图水冷壁布置总图1-水冷壁进口环形集箱水冷壁进口环形集箱2-螺旋冷灰斗螺旋冷灰斗3-螺旋管圈螺旋管圈4-中间混合集箱中间混合集箱5-垂直管屏垂直管屏6-折焰角折焰角7-折焰角进口集箱折焰角进口集箱8-折焰角外部连接管折焰角外部连接管9-后水冷壁悬吊管进口集箱后水冷壁悬吊管进口集箱10-后水冷壁悬吊管后水冷壁悬吊管11-水冷壁出口集箱水冷壁出口集箱12-水冷壁出口连接管道水冷壁出口连接管道13-启动分离器启动分离器14-分离器出口连接管道分离器出口连接管道常州常州炉膛型式螺旋管圈+垂直管圈炉膛尺寸（宽，深，高）mm221871563258550炉膛容积m317968炉膛总受热面积m
48、28816炉膛辐射受热面积m28816炉膛容积热负荷（B-MCR）*kW/m384.92炉膛截面热负荷（B-MCR）*kW/m24399炉膛有效投影辐射受热面(EPRS)热负荷 (B-MCR)*kW/m2173.1燃烧器区壁面热负荷（B-MCR）*kW/m21.552螺旋管圈水冷壁设计压力MPa.g31.3螺旋管圈水冷壁工作压力MPa.g28.63螺旋管圈水冷壁质量流速 （B-MCR/直流负荷起点）kg/m2s2380/714螺旋管圈水冷壁循环回路数/螺旋管圈水冷壁管管型光管螺旋管圈水冷壁管外径壁厚mmmmF386.5螺旋管圈水冷壁管管距mm53螺旋管圈水冷壁管根数根436螺旋管圈水冷壁管材质
49、SA-213T12螺旋管圈与水平倾角/圈数/17.89/1.6螺旋管圈上集箱中心标高m43.966螺旋管圈水冷壁受热面积m22790垂直管圈水冷壁设计压力MPa.g30.5垂直管圈水冷壁工作压力MPa.g27.41垂直管圈水冷壁质量流速(B-MCR/直流负荷起点)kg/m2s1260/380垂直管圈水冷壁循环回路数/垂直管圈水冷壁管管型光管垂直管圈水冷壁管外径壁厚mmmmF31.85.5垂直管圈水冷壁管管距mm57.5垂直管圈水冷壁管根数1312垂直管圈水冷壁管材质SA-213T12垂直管圈水冷壁受热面积m21170水冷壁总受热面积m23960水冷壁水容积m340省煤器省煤器下部环形集箱下部环
50、形集箱螺旋管圈螺旋管圈中间中间混合联箱混合联箱垂直管屏垂直管屏双头螺旋双头螺旋升角升角13.949813.9498度度1 1冷灰斗结构冷灰斗结构( (二二) )螺旋管圈水冷壁主要组件的结构螺旋管圈水冷壁主要组件的结构冷灰斗水平夹角应不小于冷灰斗水平夹角应不小于5555，燃烧室及冷灰斗，燃烧室及冷灰斗的结构应有足够的强度与稳定性，冷灰斗处的水的结构应有足够的强度与稳定性，冷灰斗处的水冷壁管和支持结构应能承受冷壁管和支持结构应能承受大块焦渣的坠落撞击大块焦渣的坠落撞击和异常运行时焦渣大量堆积的荷重。和异常运行时焦渣大量堆积的荷重。 水冷壁和渣斗接合处应有良好的密封结构，以水冷壁和渣斗接合处应有良好
