|
<p><strong>1.水动力系统安全性分析</strong><br/>1.1水冷壁结构选择<br/>超超临界压力直流锅炉的水冷壁形式主要有一次垂直上升管屏、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种形式。采用一次垂直上升管屏和多次垂直上升与下降管屏型式受热面的锅炉不适宜滑压运行,多应用于带基本负荷的机组,螺旋围绕上升管屏和垂直内螺纹管屏比较适合作为调峰机组。故变压运行的超超临界压力锅炉水冷壁系统,主要集中在螺旋管圈水冷壁(图1)和由内螺纹管组成的垂直管圈型式(图2)两种。<br/>螺旋围绕上升管屏式水冷壁沿锅炉内壁四周倾斜上升,管屏吸热较均匀,可不设置中间混合联箱,在滑压运行时,没有汽水混合不均的问题,所以能变压运行、快速启停,能适应电网负荷的频繁变化,调频性能好。螺旋管圈热偏差小,适宜采用膜式水冷壁,工质流速高、水动力特性较稳定,不易出现膜态沸腾,又可防止产生偏高的金属壁温,且管子数目可按设计要求选取,不受炉膛大小的影响,也可选取较粗管径以增加水冷壁刚度。螺旋管圈水冷壁可以自由地选择管子的尺寸和数量,因而能选择较大的管径和保证水冷壁安全的质量流速,管圈中的每根管子均同样地绕过炉膛和各个壁面,因而每根管子的吸热相同,管间的热偏差最小,适用于变压运行,其缺点是螺旋管圈的制造安装支承等工艺较为复杂及流动阻力大。如果把螺旋围绕上升管屏水冷壁上部设计成全悬吊垂直上升管屏,由于炉膛上部的热负荷已经降低,管壁之间温差不大,采用垂直管屏也不会造成膜式水冷壁的破坏,同时可大大降低安装工作量。<br/>
</p><p>图1 水冷壁螺旋围绕上升管屏 图2 一次上升垂直内螺纹管管屏<br/>在超超临界压力机组低负荷运行时,必须防止似膜态沸腾现象,确保水冷壁系统工作的安全性。水冷壁采用足够高的质量流速和用内螺纹管代替光管是防止出现膜态沸腾或控制干涸时壁温飞升的有效措施。垂直内螺纹管管屏水冷壁的内螺纹管具有良好的传热和流动特性,且内螺纹表面的槽道可破坏蒸汽膜的形成,在较高的含汽率状态下也可维持核态沸腾,抑制金属温度的升高。在锅炉低负荷时内螺纹管的金属温度可抑制得很低,设计采用1500~2000kg/(m2·s)的质量流速完全没有问题。低质量流速垂直内螺纹管水冷壁,流量随热负荷自动增加,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。但是,内螺纹管的垂直管圈水冷壁受炉膛沿周界热负荷偏差的影响较大,除了需要采取一定的结构措施(例如加装节流装置)使管内工质流量的分配与管外热负荷的分布相适应,同时要求具有较高的运行操作水平和自动化控制水平。<br/>为满足机组变压运行的要求,邹县电厂1000Mw超超临界机组水冷壁下部采用螺旋盘绕上升结构,有效地补偿了沿炉膛周界上的热偏差;螺旋盘绕区布置内螺纹管,在确保水循环系统的安全可靠的前提下可减小管内质量流速,降低流动阻力;上部采用垂直上升膜式水冷壁,便于安装。<br/>1.2水冷壁分配集箱的选择与比较<br/>上部水冷壁和下部水冷壁有两种不同连接方式,一种是在上下水冷壁之间设置分配集箱,下部的螺旋水冷壁管子通过连接管进入分配集箱,工质在集箱中混合后再通过连接管引入上部的水冷壁。另一种是下部的水冷壁通过分叉管直接连接到垂直水冷壁(图3)。当下部螺旋水冷壁的管子并联根数与上部垂直水冷壁的并联根数不匹配时,往往采用分叉管,通常一根螺旋管对应两到四根垂直水冷壁管。<br/>
<br/>图3 水冷壁分叉管<br/>超临界锅炉上部水冷壁和下部水冷壁的连接方式直接影响到热偏差的积累,流量的分配,两相流体的分配,故对水冷壁的水动力工况有不同影响,从而会影响到锅炉的安全运行。<br/>1.2.1热偏差的影响<br/>直流锅炉运行时,水冷壁出口工质为过热蒸汽,由于炉膛内热负荷分配不均匀以及不同部位水冷壁管子存在结构特性的差别,会使得水冷壁出口管子之间的出口温度不同。<br/>螺旋管圈水冷壁的结构本身比一次垂直上升水冷壁更好的解决了热偏差问题。当采用分配集箱的过渡区连接方式时,下部水冷壁的吸热偏差将在分配集箱中得到削弱,但是由于分配集箱内轴向流动不强,所以吸热偏差不可能完全被消除。分叉管的连接形式则将下部水冷壁的吸热偏差直接带入上部垂直水冷壁。故分配集箱的连接方式优于分叉管连接方式。特别是锅炉负荷较低时,水冷壁内热偏差也会加大,然而较低流量下,分配集箱的轴向混合变得相对强烈,削弱传热温差的能力也越强。<br/>1.2.2流量偏差的影响<br/>水冷壁并联管子之间的流量偏差由管子间的结构差异和受热状况不同造成。按照炉膛热负荷的分布,水冷壁中间的管子受热较强,角部管子受热较弱,并联的水冷壁上下集箱的压力一定,故受热强的管子由于流动阻力增大反而会减少流量,从而使得这些管子内的工质温度进一步增加。采用分配集箱的连接方式,压力经过分配集箱混合后,上下水冷壁的流量完全隔开,下部流量分配不均不会影响上部水冷壁管子。采用分叉管的连接方式,下部水冷壁的流量分布变化将在上部水冷壁管内继续。因此由分配集箱的形式下部水冷壁的流量偏差将低于叉型管的连接形式。<br/>1.2.3两相工质分配的影响<br/>超临界锅炉负荷降低至亚临界压力时,螺旋水冷壁出口将出现两相流动,水冷壁过渡区的连接方式将影响到两相介质的分配。过渡区采用分配集箱的连接方式,当下部水冷壁出口干度大于0.80,两相流动接近均相流模型,不会出现分配不均的问题。对于采用分叉管的连接形式,虽然流动为均相流动,但由于汽水密度相差十倍以上,故在分叉管的分叉处,除进行流量再分配以外,还会进行干度再分配。液相流体比重大,动量也大,改变流向比较困难,倾向于项分叉管中的直管流动,气相则倾向于向分叉管的支管流动。结果直管的干度变得更小,流量更大,分管的干度变得更大,流量变小。特别是分叉较大的分叉管,由此引起的热偏差和流量偏差表现得更明显。<br/>综上所述,螺旋管圈水冷壁和上部的垂直上升水冷壁多采用分配集箱的连接方式。<br/>1.3启动系统</p><p>[Post=20]<br/>由于超临界和超超临界直流锅炉在启动或低负荷阶段通常利用再循环泵或给水泵的压头采用再循环模式运行,水冷壁具有较强的强制流动特性,因此水冷壁不会发生倒流,也不必进行倒流的校验。超临界直流锅炉在启动前必须由锅炉给水泵建立一定的启动流量和启动压力,强迫工质流经受热面。由于直流锅炉没有汽包作为汽水分离的分界点,水依靠给水泵的压力在锅炉管中加热、蒸发和过热后直接向汽轮机供汽。因此,直流锅炉必须设置一套特有的启动系统,以保证锅炉启停或低负荷运行过程中水冷壁的安全和正常供汽。<br/>启动过程中存在工质膨胀现象,故在启动分离器的设计中需充分考虑了工质膨胀量,使其容量能满足工质的膨胀要求。启动系统需设置足够容量的排放阀,满足汽水膨胀时水的排量控制。<br/>锅炉的启动循环系统由内置式启动分离器、贮水罐、启动再循环泵、下降管、下水连接管、水冷壁上升管及汽水连接管等组成。锅炉启动流量大,工质流经受热面的质量流速也大,对受热面的冷却、改善水动力特性有利,但工质损失及热量损失也相应增加,同时启动旁路系统的设计容量也要加大;启动流量过小,受热面冷却和水动力稳定就得不到保证,因此,考虑了炉膛水冷壁的最低质量流量等因素后,启动系统的设计容量确定为25%BMCR。<br/>内置式分离器启动系统按疏水回收系统有无再循环泵(BCP)可分为两种。一种是带BCP的循环系统,另一种是不带BCP的循环系统。<br/>配置循环泵的启动系统具有以下特点。<br/>(1)缩短了启动时间。配置了循环泵的启动系统,由于可以提高省煤器入口的给水温度,因此可以缩短启动时间,对于经常启动的两班制机组来说,缩短动时间可带来良好的经济效益。<br/>(2)在启动过程中回收热量。由于在启动过程中水冷壁最低流量为25%B-MCR,对于不带BCP的系统,在机组启动初期,由汽水分离器分离出的饱和水的流量很大,只能经大气扩容器后进入凝汽器,造成大量的热量损失。<br/>(3)在启动过程中回收工质。采用BCP后,分离器分离的饱和水通过再循环泵与给水混合后重新进入省煤器,可以避免这部分工质进入扩容器扩容而损失。<br/>(4)在机组冷态清洗时,可以减少补给水。为了保证冷态清洗的效果,通常要求冷态清洗时水冷壁的流量为25%B-MCR,对于不带BCP的系统,这部分清洗水必须全部为补给水,造成制水设备的容量加大;而采用BCP以后,在清洗水质合格的前提下,锅炉清洗后期可以开启BCP,使用较少的清洗补给水量就可以在水冷壁系统中获得清洗所需的流量。<br/>(5)带循环泵的系统的缺点是系统复杂。由于辅助系统多,设备费用高,增加的初投资大。循环泵等转动部件的运行和维护要求高,系统控制复杂,随之也带来了每年必需的高额检查维护修费用。<br/>邹县电厂1000MW超临界锅炉带有启动循环泵(BCP),由启动循环泵提供20%流量,给水泵仅提供5%的流量,故启停或低负荷运行过程中,工质和热量损失较小。在锅炉启停及正常运行过程中,汽水分离器均投入运行,在锅炉启停及低负荷运行期间,汽水分离器湿态运行,起汽水分离作用;在锅炉正常运行期间,汽水分离器只作为蒸汽通道,呈干式运行状态,无水位。<br/></p><br/><br/>[/Post] |
|