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超临界直流炉的特点
超临界直流炉的特点
需要专门的启动系统 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，直流锅炉需要设臵专门的启动系统，而且需 要设臵过热器的高压旁路系统和再热器的低压旁路系统。加上直 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。 需要汽水分离器 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，汽水分离器作为通流承压部 件。 需要较高的质量流速 为了达到较高的质量流速，必须采用小管径水冷壁。这样，不但 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。
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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。
容易发生水动力不稳定 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。
锅炉专业培训
概述
• 锅炉（Boiler）是指利用燃料的燃烧热能或 其他热能加热给水（或其他工质）以生产 规定参数和品质的蒸汽、热水（或其他工 质、或其他工质蒸汽）的机械设备。用以 发电的锅炉称电站锅炉或电厂锅炉，又泛 称为蒸汽发生器（Steam Generator）。
• 在电站锅炉中，通常将化石燃料（煤、石 油、天然气等）燃烧释放出来的热能，通 过受热面的金属壁面传给其中的工质——水 ，把水加热成具有一定压力和温度的蒸汽 。蒸汽驱动汽轮机，把热能转变为机械能 ；汽轮机再带动发电机，将机械能转变为 电能供给用户。
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热惯性小 水冷壁的金属储热量和工质储热量最小，即热惯性最小，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。 流动阻力大 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㎏/（㎡· 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。
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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
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
临界点
T
饱和水线
饱和汽线
S 水的临界点
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超临界直流炉的特点
超临界直流炉的主要特点
热效率高，节约燃料 朗肯循环热效率随主蒸汽压力、温度的升高而提高，超临界压力机 组比亚临界机组热效率提高2—3%，而超超临界机组的热效率比常规 超临界机组的高4％左右。 在超超临界机组参数范围的条件下主蒸汽压力提高1MPa，机组的 热耗率就可下降0.13％～0.15%; 主蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗 率就可下降0.25％～0.3O％；再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗 率就可下降0.15％～0.20％；在一定的范围内，如果增加再热次数， 采用二次再热，则其热耗率可较采用一次再热的机组下降正1.4％～ 1.6％。
• 锅炉按燃烧方式可分为层式燃烧锅炉、悬 浮燃烧锅炉、旋风燃烧锅炉和循环流化床 锅炉。其中悬浮燃烧锅炉常见的火焰型式 有切向、墙式及对冲、U 型、W 型等数种 。
• 锅炉按其燃烧室、对流烟道间的相互布置 方式又可分为Π型(倒U 型)、塔型、半塔型( 改良型)、T 型、箱型、Γ型(倒L 型)、U 型等 多种型式
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各大锅炉厂设计思路及依据
上海锅炉厂有限公司600MW超临界锅炉→引进ALSTOM美国公司超 临界锅炉技术。 东方锅炉厂有限公司600MW 超临界锅炉→引进日立巴威公司超 临界锅炉技术 哈尔滨锅炉厂有限公司600MW超临界锅炉→引进三井巴布科克公 司 超临界锅炉技术。 哈尔滨锅炉厂有限公司1000MW超临界锅炉→引进三菱公司超临界 锅炉技术。 北京巴威锅炉厂有限公司600MW超临界锅炉→引进美国巴威公司 超 临界锅炉技术。
锅和炉
• 电站锅炉中的“锅”指的是工质流经的各 个受热面，一般包括省煤器、水冷壁、过 热器及再热器等以及通流分离器件如联箱 、汽包（汽水份离器）等；
• “炉”一般指的是燃料的燃烧场所以及烟 气通道，如炉膛、水平烟道及尾部烟道等 。
分类
• 锅炉的分类可以按循环方式、燃烧方式、 排渣方式、运行方式以及燃料、蒸汽参数 、炉型、通风方式等进行分类，其中按循 环方式和蒸汽参数的分类最为常见。
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污染排放低，保护环境 低NOx排放 低CO2排放 取消汽包，能快速启停 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。 水泵压头高 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，既提高了制造成本， 又增加了运行耗电量。 金属耗量少 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
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去中压缸 去高压缸 过热器二级减温
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 器 后竖井后包 二级减温器 启动分离器 后竖井中隔 后竖井侧包 低过 屏过 高过 至高压缸
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超临界直流锅炉的典型结构
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。
水冷壁可灵活布臵 水冷壁可灵活布臵，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。
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热偏差影响大 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。 存在传热恶化的可能 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。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。
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2.1 蒸发受热面
自由选择管子尺寸和数量：
布置与选择管径灵活，易于获得足够的质量流速
螺旋管圈水冷壁所需管子根数和管径，可通过改变管子水 平倾斜角度来调整，使之获得合理的设计值，以确保锅炉安全 运行与水冷壁自身的刚性。 管子根数大大减少，而且这种减少水冷壁管子根数的办法 不加大管子之间的节距，使管子和肋片的金属壁温在任何工况 下都安全。
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（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。
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启动系统
• 锅炉按照循环方式可分为自然循环锅炉、 控制循环锅炉和直流锅炉。
• 在上世纪，美国、日本和一些欧洲国家已 经形成了各具特色的三个技术派系，即承 袭美国Babcock and Wilcox（B&W）公司特 色、承袭原美国Combustion Engineering（ CE）公司特色和承袭美国Foster Wheeler（ FW）公司特色的三大派系。
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 高再 至中压缸
③低过
④屏过 ⑤末过
⑧分离器
事故减温器
⑨贮水罐
低温再热器→ 再热器事故喷水减温→ 高温再热器
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事故减温器
早期直流锅炉蒸发受热面的形式:
蒸发受热面
本生型 : 蒸发受热面型式为多次垂直上升管屏 苏尔寿型: 蒸发受热面型式为多行程迂回管屏 拉姆辛型: 蒸发受热面型式为水平围绕管屏
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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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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。