第第 三三 节节 复合循环锅炉简介复合循环锅炉简介 一、一、复合循环锅炉的基本工作原理复合循环锅炉的基本工作原理 复合循环锅炉是由直流锅炉发展形复合循环锅炉是由直流锅炉发展形成的。它在省煤器和水冷壁之间连接循成的。它在省煤器和水冷壁之间连接循环泵、混合器、分配器和再循环管，使环泵、混合器、分配器和再循环管，使 部分工质在水冷壁中进行再循环。部分工质在水冷壁中进行再循环。 再循环的负荷范围可分部分负荷再再循环的负荷范围可分部分负荷再循环和全负荷再循环两种。部分负荷再循环和全负荷再循环两种。部分负荷再循环称为复合循环锅炉。全负荷再循环循环称为复合循环锅炉。全负荷再循环称为低循环倍率锅炉。称为低循环倍率锅炉。7/23/202417/23/20242 复合循环锅炉和低循环倍率锅炉与直复合循环锅炉和低循环倍率锅炉与直流锅炉相比具有以下特点：流锅炉相比具有以下特点： 对于容量不大的机组，采用一对于容量不大的机组，采用一次上升型水冷壁和较大的管径也能保持次上升型水冷壁和较大的管径也能保持安全质量流速。安全质量流速。 循环泵要消耗一定的电能，一般循环泵要消耗一定的电能，一般大容量机组循环泵功率约为机组功率的大容量机组循环泵功率约为机组功率的0.20.2 0.30.3。 锅炉最低负荷在额定负荷的锅炉最低负荷在额定负荷的5 5左左右，它由过热器冷却所需的最低流量决右，它由过热器冷却所需的最低流量决定。与直流锅炉比较最低负荷大大降低定。与直流锅炉比较最低负荷大大降低了，启动系统可按了，启动系统可按5 5 1010MCRMCR设计，设计，使设备费用下降，又可减小启动损失。使设备费用下降，又可减小启动损失。7/23/20243 全负荷范围内水冷壁中工质质全负荷范围内水冷壁中工质质量流速见下表。量流速见下表。7/23/20244 在循环流量与给水流量在混合器在循环流量与给水流量在混合器混合后进入水冷壁，使水冷壁进口工质混合后进入水冷壁，使水冷壁进口工质焓值提高，欠焓减小焓值提高，欠焓减小 ，工质在水冷壁内，工质在水冷壁内的焓增也减小，有利于水冷壁中工质流的焓增也减小，有利于水冷壁中工质流动和减小热偏差。动和减小热偏差。 循环泵在高温、高压下长期工作，循环泵在高温、高压下长期工作，必须有安全可靠性。循环泵的流量必须有安全可靠性。循环泵的流量- -压压头特性必须要与水冷壁系统压力降特性头特性必须要与水冷壁系统压力降特性匹配，符合设计要求。匹配，符合设计要求。7/23/20245 亚临界复合循环锅炉，在水冷壁亚临界复合循环锅炉，在水冷壁出口装置汽水分离器，其横断面积小，出口装置汽水分离器，其横断面积小，水位波动大，给水调节要求较高，此外，水位波动大，给水调节要求较高，此外，在再循环运行时，汽水分离器出口的蒸在再循环运行时，汽水分离器出口的蒸汽直接送入过热器，汽温特性似汽包锅汽直接送入过热器，汽温特性似汽包锅炉。炉。 但是其出口蒸汽湿度较大，水分在但是其出口蒸汽湿度较大，水分在过热器中蒸发，使过热器的受热面积增过热器中蒸发，使过热器的受热面积增大，汽温特性也有变化。大，汽温特性也有变化。7/23/202467/23/20247 复复合合循循环环锅锅炉炉适适用用与与容容量量大大于于300 300 600MW600MW的机组。的机组。 复复合合循循环环锅锅炉炉由由再再循循环环转转变变到到直直流流运运行行的的负负荷荷一一般般室室65658080MCRMCR，锅锅炉炉容量大的可取低值。容量大的可取低值。7/23/202487/23/20249第第 四四 节节 强强 制制 流流 动动 特特 性性 一、管路压力降特征一、管路压力降特征 蒸发受热面管路压力降蒸发受热面管路压力降 p p略去加速略去加速度压力降后可表示为度压力降后可表示为 p= p= p plzlz+ + p pzwzw (9-1) (9-1) 循环自然流动时，管路压力降特性循环自然流动时，管路压力降特性是重位压头为主要部分；强制流动时，是重位压头为主要部分；强制流动时，管路压力降特征是流动阻力为主要部分。管路压力降特征是流动阻力为主要部分。7/23/202410 强制流动管路压力降略去次要部分强制流动管路压力降略去次要部分可表示为：可表示为： p= p= p plzlz (9-2) (9-2) 因此，管路流动阻力压力降与质量因此，管路流动阻力压力降与质量流速的关系为流速的关系为 p=f(p=f( w)w)，后者称为后者称为强制强制流动特性函数流动特性函数，其关系曲线称为，其关系曲线称为强制流强制流动特性曲线动特性曲线。7/23/202411 对于单对于单相流体，不相流体，不计局部阻力计局部阻力时强制流动时强制流动特性函数特性函数 p=p= f f( ( w)w)是单值函数，是单值函数，即一个质量即一个质量流速对应一流速对应一个压力降。个压力降。7/23/202412 水动力不稳定现象：水动力不稳定现象： 对于受热管道的汽水两相流动，其对于受热管道的汽水两相流动，其强制流动特性可能出现一个压力降下有强制流动特性可能出现一个压力降下有几个质量流速或质量流速发生周期性的几个质量流速或质量流速发生周期性的变化，前者称为变化，前者称为多值性多值性，后者称为，后者称为脉动脉动。7/23/202413 二、强制流动多值性二、强制流动多值性 （一）特性方程与物理分析（一）特性方程与物理分析 设有一均匀受热的管道，单位长度设有一均匀受热的管道，单位长度的热负荷为的热负荷为q ql l(kW/m(kW/m) )，进入管道的工质进入管道的工质为欠热的水，为欠热的水，在在L L1 1段内被加热至饱和水，段内被加热至饱和水，在在L L2 2段内水逐渐蒸发形成汽水混合物。段内水逐渐蒸发形成汽水混合物。总管长（总管长（ L L1 1+ + L L2 2 ）的压力降的压力降 p p 可表示为：可表示为： p= p= p plzlz 1 1 + + p plzlz 2 2 7/23/202414 L1段内单相水的流动阻力压力降为：段内单相水的流动阻力压力降为： L2段为汽水混合物，分析中假定为均相段为汽水混合物，分析中假定为均相流体。其流动阻力可表示为：流体。其流动阻力可表示为： 7/23/202415 根根据据饱饱和和水水和和汽汽水水混混合合物物的的密密度度计计算算方法，对以上两式整理后可得方法，对以上两式整理后可得 上上式为一元三式为一元三次方程，其解可能次方程，其解可能有三个实根、两个有三个实根、两个实根一个虚根、一实根一个虚根、一个实根两个虚根等个实根两个虚根等三种结果。三种结果。 p=p= f f( ( w)w)曲线及解的曲线及解的三种结果示于右图。三种结果示于右图。7/23/202416 方程说明水动力多值性存在，其物方程说明水动力多值性存在，其物理原因见下图：理原因见下图：7/23/202417 当进入管子的水是饱和水时，热水当进入管子的水是饱和水时，热水段段L L1 1=0=0，管子全部是蒸发段，管中产汽量管子全部是蒸发段，管中产汽量不变，故只有质量流速的变化起作用，不变，故只有质量流速的变化起作用，质量流速上升，压力降增大，特性函数质量流速上升，压力降增大，特性函数是单值的。是单值的。7/23/202418（二）影响因素（二）影响因素 1.1.热负荷热负荷 从右图可从右图可以看出，随以看出，随着热负荷的着热负荷的增大，水动增大，水动力不稳定更力不稳定更严重了。严重了。7/23/202419 2.2.压力压力 汽水密度汽水密度差别是造成差别是造成水动力多值水动力多值性的根本原性的根本原因。压力增因。压力增高，水、汽高，水、汽密度差减小，密度差减小，水动力特性水动力特性趋于稳定。趋于稳定。7/23/202420 3.3.管子进管子进口欠焓口欠焓 蒸发管入蒸发管入口欠焓减小，口欠焓减小，热水段长度缩热水段长度缩短，当入口水短，当入口水达到饱和温度达到饱和温度时时L L1 1=0=0，水动水动力多值性消失。力多值性消失。7/23/202421 超临界超临界压力锅炉，压力锅炉，提高蒸发管提高蒸发管入口水焓值入口水焓值也能使水动也能使水动力特性趋向力特性趋向稳定。稳定。7/23/202422 （三）（三） 重位压头对水动力特性的影响重位压头对水动力特性的影响 上面分析的蒸发管流动特性是只有上面分析的蒸发管流动特性是只有流动阻力压力降，重位压头忽略时的情流动阻力压力降，重位压头忽略时的情况。况。 水平蒸发管只有流动阻力，完全符水平蒸发管只有流动阻力，完全符合上述条件。合上述条件。 螺旋上升管圈型水冷壁，重位压头螺旋上升管圈型水冷壁，重位压头比流动阻力小很多，基本符合上述条件。比流动阻力小很多，基本符合上述条件。 下面分析垂直蒸发管屏重位压头对下面分析垂直蒸发管屏重位压头对水动力多值性的影响。水动力多值性的影响。7/23/202423 1 1、一次上升垂直一次上升垂直蒸发管蒸发管 一次上升垂直蒸一次上升垂直蒸发管的压力降为流动发管的压力降为流动阻力和重位压头之和。阻力和重位压头之和。故蒸发管的压力降为故蒸发管的压力降为 p= p= p plzlz+ + p pzwzw 重位压头为单值重位压头为单值函数，见右图。函数，见右图。 7/23/2024247/23/202425 2、下降垂直蒸发管、下降垂直蒸发管 管管内内工工质质下下降降流流动动的的垂垂直直蒸蒸发发管管的的压压力力降降可表示为：可表示为： p= p= p plzlz- - p pzwzw 工工质质向向下下流流动动，流流动动阻阻力力使使上上端端进进口口大大于于下下端端出出口口压压力力，而而重重位位压压头头正正好好相相反反，下下端端出出口口压压力力大大于于上上端端进进口口压压力力，故故重重位位压压头头取取负负号。号。7/23/202426 （四）（四）防止水动力特性多值性的方法防止水动力特性多值性的方法 1、节流圈原理、节流圈原理 节流圈应装在热水段进口，保证流过节流节流圈应装在热水段进口，保证流过节流圈的为单相水。圈的为单相水。7/23/2024277/23/2024287/23/202429 2、不发生水动力多值性的条件、不发生水动力多值性的条件 水动力特性为单值的条件公式水动力特性为单值的条件公式 由上式可知，使水动力特性稳定的可控手由上式可知，使水动力特性稳定的可控手段为蒸发管进口欠焓段为蒸发管进口欠焓 h和节流圈的阻力系数和节流圈的阻力系数 jl， h 和和 jl都可使上式由不满足到满足。都可使上式由不满足到满足。 加装节流圈和提高锅炉压力可使水动力特加装节流圈和提高锅炉压力可使水动力特性稳定。性稳定。7/23/202430 三、强制流动工质脉动三、强制流动工质脉动 （一）脉动现象与原因（一）脉动现象与原因 定义：在强制流动蒸发管中，工质定义：在强制流动蒸发管中，工质压力、温度、流量发生周期性变化，称压力、温度、流量发生周期性变化，称为脉动。为脉动。 脉动使管壁产生周期性热应力，导脉动使管壁产生周期性热应力，导致金属疲劳损伤甚至破坏。致金属疲劳损伤甚至破坏。 脉动的原因可能与个别管子的吸热脉动的原因可能与个别管子的吸热量突然增大有关。量突然增大有关。7/23/202431 （二）脉动种类（二）脉动种类 水冷壁的脉动有水冷壁的脉动有三种类型：三种类型： 管间脉动、屏间管间脉动、屏间脉动和整体脉动。脉动和整体脉动。 1.1.管间脉动管间脉动 在蒸发管进、出在蒸发管进、出口联箱的压力和总流口联箱的压力和总流量基本不变的情况下，量基本不变的情况下，管中流量发生周期性管中流量发生周期性变化变化 ，其进出口有其进出口有180180度的相位差。度的相位差。7/23/202432 2.2.管管屏间脉动屏间脉动 3.3.锅炉整体脉动锅炉整体脉动 发生整体脉动时不但入口水流量、发生整体脉动时不但入口水流量、蒸汽流量产生周期性波动，同时汽压、蒸汽流量产生周期性波动，同时汽压、汽温也产生波动。汽温也产生波动。 整体脉动与给水泵的特性有关，给整体脉动与给水泵的特性有关，给水泵特性曲线越平坦，流量波动越大。水泵特性曲线越平坦，流量波动越大。7/23/202433 （三）脉动的影响因素（三）脉动的影响因素 1 1压力压力 脉动是由脉动是由工质的汽水密工质的汽水密度差引起的。度差引起的。提高工质压力提高工质压力可使管内脉动可使管内脉动压力增值减小，压力增值减小，脉动减轻。脉动减轻。7/23/202434 2 2热水段热水段阻力阻力 增加热水段增加热水段的阻力可降低脉的阻力可降低脉动压力增值的影动压力增值的影响。热水段阻力响。热水段阻力大小是相对蒸发大小是相对蒸发段的阻力来说的，段的阻力来说的，故用热水段阻力故用热水段阻力与蒸发段阻力之与蒸发段阻力之比比rsrs/ / zfzf作作为影响脉动的主为影响脉动的主要因素。要因素。7/23/202435 锅炉中增大锅炉中增大 rsrs/ / zfzf 的方法主的方法主要有下面几种：要有下面几种： 热水段进口端加装节流圈。热水段进口端加装节流圈。 增大管中质量流速，可使增大管中质量流速，可使rsrs/ / zfzf 增大，脉动压力增值的影增大，脉动压力增值的影响减小。响减小。 蒸发管进口欠焓越大，热蒸发管进口欠焓越大，热水段就越长，使水段就越长，使rsrs/ / zfzf增大。增大。 7/23/202436 吸热不均对流量不均的影响吸热不均对流量不均的影响 并联蒸发管中个别管子吸热不均对并联蒸发管中个别管子吸热不均对流量不均的影响，与管路压力降的组成流量不均的影响，与管路压力降的组成有关。有关。 当管路压力降的组成以重位压头为当管路压力降的组成以重位压头为主时，吸热大的管子流量大，吸热小的主时，吸热大的管子流量大，吸热小的管子流量小；当管路压力降以流动阻力管子流量小；当管路压力降以流动阻力为主时，与上述相反，吸热大的管子流为主时，与上述相反，吸热大的管子流量小，吸热小的管子流量大。量小，吸热小的管子流量大。7/23/202437