复合循环锅炉

时间：2022-10-23 百科知识版权反馈

【摘要】：复合循环方式在锅炉结构上可以取消直流锅炉启动及低负荷时的旁路保护系统，在超临界压力下还可以取消强制循环锅炉的锅筒或汽水分离器。上述表明，循环泵和系统的流动特性决定了复合循环锅炉的流量特性。由于运行及布置都存在不方便之处，因此并联系统的复合循环锅炉用得较少。

13.3.2　复合循环锅炉

超临界压力直流锅炉在向大容量发展的过程中，存在一个最低负荷时的旁路系统问题，即在启动及低负荷下，为了使水冷壁中有足够的质量流速，以保护其工作可靠性，直流锅炉需设置30%流量的旁路系统。为了解决超临界压力大容量锅炉中的这个问题，提出了一种新的循环型式。它的基本工作原理是，在启动与低负荷运行时，水冷壁中通过的是再循环水和给水的流量之和，即按强制循环锅炉方式工作；而在高负荷运行时自动切换成直流锅炉系统，再循环管路中没有循环流量，水冷壁中仅通过给水流量。这种在锅炉全部负荷范围内按上述两种方式工作的锅炉，称为复合循环锅炉。复合循环方式在锅炉结构上可以取消直流锅炉启动及低负荷时的旁路保护系统，在超临界压力下还可以取消强制循环锅炉的锅筒或汽水分离器。

根据循环泵与给水泵的连接型式，复合循环锅炉分为串联和并联两种流动系统。

1.串联系统

图13.17　超临界压力复合循环锅炉的串联连接系统

图13.17示出了超临界压力复合循环锅炉的循环泵接在混合球之后的串联连接系统，循环泵与给水泵串联工作。图中G₁为给水流量，G_sb为水冷壁流量，G₂为循环流量。循环泵的工作压头为Δp_ba＝p_b－p_a，水冷壁的流动阻力为Δp_bc＝p_b－p_c，则水冷壁出口c点的压力p_c与混合球a点的压力p_a的差值Δp_ca为

由上式可知，如Δp_ba＞Δp_bc，即循环泵的工作压头大于水冷壁中流动阻力，则p_c＞p_a，再循环管路中就会有循环流量G₂通过，这时G_sb＝G₁＋G₂，水冷壁的工质流量等于给水流量与循环流量之和。当锅炉启动与低负荷运行时，由于质量流速小，相应流动阻力也降低，因此部分流量就会通过再循环管路，再循环系统内装设的循环控制阀可以调节循环水的流量。

当Δp_ba≤Δp_bc，即循环泵工作压头小于或等于水冷壁中的流动阻力时，则p_c≤p_a，再循环管路中没有流量，这时G_sb＝G₁，通过水冷壁的流量就等于给水流量。当锅炉的负荷增加到一定值时，流动阻力的相应增大使得c点压力降低，再循环系统自动停止工作，蒸发受热面切换为直流锅炉工作系统。此时，循环控制阀（止回阀）可起到严密断开的作用，循环泵仅起升压作用，或者也可以停用循环泵，使给水经旁路直接进入水冷壁。

由于循环泵的管路中总有给水流量通过，工质温度较低，循环泵停用不会存在问题，因此串联系统可在部分负荷范围内进行复合循环。

上述表明，循环泵和系统的流动特性决定了复合循环锅炉的流量特性。提高循环泵的工作压头或者降低水冷壁的流阻（采用较低的质量流速），可以提高复合循环的负荷；降低再循环管路中的流阻，将提高低负荷下通过水冷壁的流量。

图13.18　复合循环锅炉蒸发系统的流量与负荷的关系

复合循环锅炉蒸发系统的流量与负荷的关系见图13.18所示。当锅炉以直流方式运行时，水冷壁中的流量与锅炉负荷的关系是图中的直线，显然，在低负荷时难以保护水冷壁的可靠性。若要满足低负荷时的最小流量，图中直线必须上移，则在高负荷时管内的流量过高，流动阻力损失太大。而采用复合循环方式运行，在启动及低负荷情况下，循环泵投入运行，使水冷壁中的工质总流量大为增加，图中直线不需要上移就能满足锅炉在全负荷运行的可靠性。因此，水冷壁中工质在高负荷时仍具有较低的质量流速，使额定负荷时的压降大为减少。这一优点使复合循环锅炉水冷壁系统中的压降仅为一般直流锅炉的1/4～1/3，减少了给水泵的功率消耗。所以，高参数大容量锅炉采用复合循环型式，既能在低负荷下保证水冷壁的充分冷却，又能在高负荷时减小流动阻力。纯直流与再循环的切换负荷值，根据具体条件设计，一般在30%～80%额定负荷之间，容量大的锅炉取低值。

在超临界压力下，工质是单相的水或蒸汽，工质吸热后温度持续上升。以一台工作压力为25MPa的复合循环锅炉为例，在额定负荷时，再循环泵只作升压用，输送单相流体的温度为344℃；在启动时工质温度只有105℃，低负荷再循环时工质温度增至400℃。这些情况对再循环泵并无大的影响，它在一定转速下输送一定容积流量，只取决于循环泵的特性与系统特性。

复合循环锅炉进入直流方式运行时，循环倍率K＝1.0；强制循环运行时，其循环倍率也是随负荷的降低而增大，在5%～30%负荷范围内，K≈4～2。

采用了复合循环，启动和低负荷就不再受最小给水流量的限制，因此不需要旁路系统来保护水冷壁。由于启动负荷小，锅炉可以在很低负荷下启动汽机，因此对再热器也不需要特殊的启动保护系统。

2.并联系统

图13.19　超临界压力复合循环锅炉的并联连接系统

超临界压力复合循环锅炉的另一种连接型式是循环泵接在水冷壁出口，即混合球之前的并联连接系统，如图13.19所示。循环泵装设在再循环管路上，与给水泵并联工作，其工作原理与串联系统基本相同。根据循环系统的压力平衡，水冷壁出口c点的压力p_c与循环泵进口b点的压力p_b的差值Δp_cb为

式中：Δp_ab＝p_a－p_b，相应于循环管路流量G₂的循环泵工作压头；Δp_ac＝p_a－p_c，相应于水冷壁流量G_sb的水冷壁流动阻力。显然，与串联系统相同，当Δp_ab＞Δp_ac，即循环泵的工作压头大于水冷壁中的流动阻力Δp_ac，再循环管路中就会通过循环流量G₂。

在并联系统中，由于循环泵装在再循环管路上，通常应保证在各种情况下总有工质流过，因此它适用于全负荷范围内均有再循环，其实质是超临界压力下的低倍率循环。

超临界压力下的并联系统，由于循环泵中没有给水流量G₁而使循环流量减少，且由于再循环工质温度高，密度减小，所以循环泵的功耗小于串联系统。但并联系统的循环泵装设在再循环管路之中，流量变化幅度很大，因此该系统中循环泵与再循环管路的流动特性更不容易配合。此外，由于循环泵接在混合球前，使循环泵不但要放在很高位置，还在抽吸工况下工作，而串联系统中的循环泵可布置在锅炉下方。由于运行及布置都存在不方便之处，因此并联系统的复合循环锅炉用得较少。

亚临界压力时复合循环与超临界压力复合循环的工作原理相同，但前者在低负荷时水冷壁出口是汽水混合物，因此装有汽水分离器，位置在图13.17中的c点，分离出来的水进入再循环管路。同样，亚临界压力复合循环锅炉的循环泵在启动和低负荷时投运，高负荷时按直流锅炉方式运行。

总之，复合循环锅炉具有许多优点，是一种比较理想的亚临界压力，特别是超临界压力锅炉型式。

复习思考题

1.推导建立直流锅炉水平蒸发管的水动力特性方程。

2.直流锅炉的水平蒸发管中为什么会发生水动力多值性？

3.试述水平蒸发管中发生水动力多值性的影响因素及其影响作用，防止发生水动力多值性的措施有哪些？

4.重位压降对强制垂直流动蒸发管的水动力特性有什么影响？

5.蒸发管组发生整体脉动的原因是什么？

6.试述水平蒸发管组发生持续性管间脉动的条件、特点、成因及其影响因素。

7.如何校验蒸发管组的工质发生脉动流动现象？

8.防止蒸发管组发生脉动的措施有哪些？

9.试述多次强制循环锅炉的水循环特点。