350MW火力发电机组锅炉水循环方式研究

电力18讯：    汽包锅炉的水循环方式分强制循环和自然循环两种，强制循环又有多次强制循环和一次强制循环（即直流锅炉）。多次强制循环锅炉配备炉水循环泵，水冷壁上升管入口处加装节流圈（控制循环），水循环压头大，质量流速充足，循环稳定。自然循环锅炉靠水冷壁与下降管的重度差产生压头，压头小但设备结构简单，运行操作容易掌握而且比较安全。本文结合华能大连电厂一期#1、#2机组为多次强制循环锅炉（文中简称强制循环锅炉），二期#3、#4机组为自然循环锅炉的生产实际，对这两种锅炉水循环方式的原理、结构和设计思想进行了比较研究，总结出实际生产运行中二者的特性和优缺点及具体运行操作方式的不同，以求达到对电厂运行人员的实际操作有所帮助的目的。
    关键词：自然循环 强制循环 炉水循环泵

       1　前言
    汽包锅炉蒸发设备的水循环，分自然循环和强制循环两种。[1]华能大连电厂一期#1、#2机组锅炉为三菱―CE单汽包辐射再热控制循环露天锅炉，二期#3、#4机组锅炉为英国Babcock公司制造的辐射式放热、平衡通风、自然循环、再热式锅炉。
    2　水循环原理
      图1为简单自然循环回路的示意图，给水由省煤器进入汽包与炉水相混合后，通过下降管及下联箱进入水冷壁，水在水冷壁中吸收炉膛火焰和烟气的热量达到饱和温度并产生部分蒸汽，而下降管为饱和或欠热水。由于汽水混合物的重度小于下降管中水的重度，下联箱左右两侧将产生压力差，推动上升管中汽水混合物向上流动，进入汽包，并在汽包内进行汽水分离，分离出来的蒸汽送往过热器，分离出来的水继续参加循环。这种利用工质本身的重度差所产生的循环称为自然循环。[2]随着锅炉蒸汽参数的提高，锅炉中的汽水重度差越来越小，在亚临界参数下，自然循环所产生的动压头一般只有0.05～0.1Mpa，这就使得工质在循环回路中的流动越来越困难。一般当汽压超过18.6 Mpa时，自然循环锅炉已不能可靠的工作，而必须采取强制循环，即借助水泵的压头使工质在循环回路中流动。这种用水泵强制锅炉进行循环的方式称为强制循环（如图2）。强制循环锅炉的结构与自然循环锅炉基本相同，也有汽包，所不同的是在下降管中增加了循环泵，做为强制循环的动力。
    3　锅炉结构与设计思想
    强制循环锅炉的汽包沿整个长度设置了内套筒，上升管束来的汽水混合物从汽包顶部进入汽包内套筒，由上往下流动，均匀的对汽包上下壁同时进行加热或冷却，使汽包上下壁温度在启停机或升降负荷的过程中，能保持一致的温度，为机组快速启停和提高升降负荷速率创造了条件。例如华能大连电厂一期锅炉，启动阶段炉水温度变化率可达220℃/h。而自然循环锅炉的循环推动力为下降管和上升管中流动工质的重度差，它所产生的动压头在高参数机组中比较小，不足以让上升管束来的汽水混合物克服汽包高度产生的静压从顶部进入，而要从汽包中部进入。汽包内套筒也不象强制循环锅炉那样是个环形，而是一个半环形，设置在汽包下半部，汽水混合物无法对汽包的上下壁进行均匀加热，使得汽包上下壁温差成为限制锅炉起停速度和负荷变化率的一个重要因素。华能大连电厂二期锅炉启动时炉水饱和温度的上升速率被限制在1.5℃/min以下，并在任何工况下不允许汽包上下壁温度超过56℃。
    强制循环锅炉设置了炉水泵，锅炉低负荷运行及停炉时，水冷壁能够得到工质足够的冷却而不致被烧坏。在对锅炉进行设计时，可以选择合适的炉膛形式，充分发挥燃烧性能，并能采用较小直径的水冷壁管，减轻锅炉重量。炉膛内的热负荷分布不均匀，所以强制循环锅炉在水冷壁的入口设置了节流圈，节流圈的尺寸依管子所受热负荷的大小来定，通过调整各根上升管中的流量分配，避免了在蒸发系统中出现水的脉动、停滞及倒流等循环故障，减轻了水冷壁管子的热偏差，保证了水冷壁温度的均匀分布。[3]而自然循环锅炉靠流体重度差驱动工质循环，循环回路中无法装设任何流量控制阀，所以水冷壁各管汽水含量不均匀，这就要求锅炉设计中要保证足够的循环流量，避免出现传热恶化。
   强制循环锅炉循环压头高（40m），足够克服环形通道和汽水分离装置形成的阻力，可采用直径小、效率高、旋转强度大的旋风分离器；循环倍率低（一期锅炉的循环倍率在两台炉水泵运行时为2，三台运行为2.4，二期锅炉的循环倍率在4～6之间），汽水混合物中分离出来的水量少，分离设备的数量和体积可以相应减少，从而使汽包直径、壁厚和体积减小。一期锅炉旋风分离器是2排68只，汽包内径1675mm，二期旋风分离器是三排132只，汽包前部一排52只，后部两排40只，汽包内径1830mm。
   强制循环锅炉用水包代替了自然循环锅炉蒸发受热面下联箱，水包设有锅炉运行中定期排出炉水水渣和锈垢的排污管<