超临界机组给水和汽温控制系统.doc

 PAGE 23 超临界机组给水和汽温控制系统 2.直流锅炉的主要型式和调节特点 2.1直流锅炉的主要型式 工程热力学中将水的临界状态点参数定义为：压力22.115MPa，温度374.15℃。当水的状态参数达到临界点时，汽化潜热为0，汽水密度差也为0。因此超临界压力下水变成蒸汽不再存在汽水两相区。超临界压力火电技术由于参数本身的特点决定了超临界压力锅炉只能采用直流锅炉。 直流锅炉出现的初期，水冷壁有三种相互独立的结构型式：即本生型、苏尔寿型和拉姆辛型。随着锅炉向高参数、大容量化的发展，按照采用膜式水冷壁和实现变压运行的要求，现代直流锅炉的水冷壁结构型式演变为一次垂直上升管屏、多次垂直上升和下降管屏、螺旋围绕上升管屏和垂直内螺纹管管屏4种型式。前两种型式的受热面大多用于带基本负荷的机组，实践证明不适合滑压运行，和我国厂网分开竟价上网的基本政策不相符，故基本不予考虑。后两种型式的受热面各有优缺点。 1) 螺旋管圈水冷壁是德国、瑞士等国为适应变负荷运行的需要而发展的。水冷壁管沿锅炉内壁四周倾斜上升。其优点是：(1) 工作在炉膛下辐射区的水冷壁同步经过炉膛受热最强的区域和受热最弱的区域；(2) 水冷壁的工质在下辐射区一次性沿着螺旋管圈上升，没有中间联箱，工质在比容变化最大的阶段避免了再分配；(3) 不受炉膛周界的限制，可灵活选择并联工作的水冷壁管子根数和管径，保证较大的质量流速。 螺旋管圈的这些优点，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，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。 由于螺旋管圈水冷壁需要专门的悬吊钢架，所以，一般仅布置在炉膛折焰角下部的下辐射区，而在炉膛上辐射区使用垂直管屏。 由于炉膛上部的热负荷降低，只要维持足够的质量流速，管内发生传热恶化的可能性不大，管壁温差也随着减小，因而采用垂直管屏也不会造成膜式壁的破坏。当然，上辐射区水冷壁入口的流量分配不均匀或上辐射区热偏差增大时，也会出现管壁超温破坏的现象。 螺旋管圈水冷壁的主要缺点：(1) 水冷壁及其悬吊结构复杂，制造、安装及维修工作量大，流动阻力大；(2) 管带宽度随锅炉容量提高而增大，管带盘旋圈数减少，热偏差增大。 2) 超临界压力锅炉水冷壁采用垂直内螺纹管管屏型式是日本三菱公司和美国CE公司合作研发的一种炉型。内螺纹管具有良好的传热和流动特性，内螺纹表面的槽道可破坏蒸汽膜的形成，故直到较高含汽率也难以形成膜式沸腾，而维持核态沸腾，从而抑制金属温度的上升。内螺纹管的金属温度在锅炉低负荷时可抑制得很低，设计采用1500-2000kg/(㎡·s)的质量流速是安全没有问题的。在滑压运行时没有汽水混合物分配不均的问题，适用于滑压运行，能实现高负荷变化率和快速启停运行。各管壁之间温差较小，可采用膜式水冷壁，具有安全可靠的优点且质量流速降低，阻力损失减少，可节省输送动力。对于燃煤机组，灰渣容易脱落，使炉膛水冷壁积灰结渣减少。该炉型设计结构简单，炉膛易于支吊，安装工作和焊接工作量少，可靠性高，便于检修。 2.2直流锅炉的调节特点 2.2.1没有水位调节问题，但要控制蒸发段 直流锅炉的主要特点是汽水流程中不设置汽包，给水泵强制一定流量的给水进入炉内，一次性地通过省煤器、水冷壁、过热器。他的循环倍率始终为1，与负荷无关。 在直流锅炉中，给水加热成蒸汽一次完成，汽水通道可看作由加热段、蒸发段、过热段三部分组成。其中蒸发段是汽、水混合物，随着管道的往后推移，工质由饱和水逐渐被加热成饱和蒸汽。三段受热面没有固定的分界线，随着给水流量、燃烧率的变化前、后移动，使三段受热面的吸热量分配比例及与之有关的三段受热面面积的比例却发生了变化。但蒸发段的前移会使过热汽温偏高，蒸发段后移则引起汽问偏低，甚至品质下降，这对机组运行极为不利，所以要控制蒸发段的位置。一般来说，要控制蒸发段出口的微过热汽温θ1，若θ1偏离规定值，则说明由于燃烧率与给水比例不当致使蒸发段发生移动，应及时调节燃烧率和给水流量。 图2-1 直流锅炉各受热段示意图 直流锅炉的工质是一次地通过各受热面的，而三段受热面面积又不是固定不变的。所以当燃水比失调后，三段受热面吸热量比例发生变化，对出口汽温影响很大，对蒸汽压力和流量的影响方式也较为复杂。。 当给水流量变化破坏了原来的平衡状态时，例如给水流量减少了，则蒸发段向锅炉汽水流程入口方向流动，汽水流程中各点工质的焓值都有所提高。工质焓值上升是由两个原因引起的：一是因为受热面吸热量不变，而工质流量减少，引起流经本区的工质焓值上升；另一个原因是工质焓值随工质流过的受热面面积而增加。所以离锅炉出口越近，工质的焓增越大，汽温变化也越大。 2.2.2直流锅炉动态特性分析 汽轮机调节汽阀的扰动，对直流锅炉是一种典型的负荷扰动。当调节汽阀阶跃开