直流锅炉

超(超)临界压力直流锅炉的种类及特点

目前超(超)临界压力直流锅炉可以分五种类型，其差别主要在于锅炉的蒸发系统。

(1) UP型(包括多次上升下降型)

UP型锅炉便于在制造厂做成组件，简化现场安装工作，简化支吊结构。缺点是由于有中间集箱和不受热的下降连接管，金属耗量大，也不太适应滑压运行，制造工艺要求较高。采用该种型式的蒸发系统的有B&W、福斯特惠勒、Babcock &日立。

(2) 复合循环型

水冷壁流速可按循环泵切换时的负荷选取，减少流动阻力；启动流量低，减少投资和启动热损失；最低负荷极限可降低到15%左右，由于工质流量小、温度变化小、相应地减少了温度应力，有利于在低负荷下运行；由于质量流速可以保证，避免采用过小的水冷壁管；可以在锅炉出力很低时启动，因此不需要保护再热器的旁路系统。

这种锅炉的关键是需要配置具有潜水电机的、长期在高温、高压下运行的大流量复合循环泵。采用该种型式的锅炉有ABB-CE。

(3) 苏尔寿型

该种型式的直流炉将蒸发受热面的一部分移入烟道内，成为了对流受热面。使得蒸干点处于热负荷较低的烟道内。采用该种型式的锅炉有三菱重工。

(4) 本生螺旋管水冷壁型

这种结构一般是下部采用螺旋式上升，上部为垂直管。其优点是，不用中间联箱，与UP型相比没有不受热的下降管道，因而节省金属，便于滑压运行。由于相邻管带外侧两根管子的壁温差较小，适宜于整焊膜式结构。不足之处是安装组合率低，现场组合工作量大，制造整焊膜式壁时，制造工艺要求较高。采用该种型式的锅炉有Babcock &日立、石川岛播磨、三菱重工、Babcock等。

(5) 本生垂直管水冷壁型

由于本生螺旋管水冷壁制造、安装成本高，近几年来，国外许多制造厂采用了垂直管水冷壁，并尽量保留螺旋管水冷壁的优点。为了防止采用垂直管水冷壁因管内质量流速降低，产生沸腾使传热恶化，而采用了内螺纹管。与本生螺旋管水冷壁相比较，蒸发器阻力降低，给水泵电耗减小，因此机组运行经济性更高。由于质量流速降低，锅炉最低负荷可降至20%以下。采用该种型式的蒸发系统有Babcock等。

目前，在国内600MW及以上超(超)临界压力锅炉中，本生螺旋管水冷壁锅炉应用最为普遍，其次是本生垂直管水冷壁锅炉。

本生式直流锅炉在结构上具有如下特点：

(1)炉膛水冷壁蒸发受热面布置灵活。蒸发受热面管排可布置成水平、垂直、倾斜甚至更复杂的燃烧室几何形状。

(2)机组容量无限制。本生炉已有l000MW锅炉。

(3)炉膛尺寸大。采用大尺寸炉膛是降低受热面沾污和腐蚀、增加燃尽行程、降低NOx

排放浓度的重要措施。只有在相变点变化的直流炉(相变点在炉膛水冷壁内移动)允许采用大尺寸炉膛设计。对于自然循环和强制循环系统，采用大尺寸炉膛设计只能无谓地增加投资和降低可用性。

本生式直流锅炉在运行特性上具有如下特点：

(1)汽温调节简单。在整个直流运行范围内，如对螺旋管水冷壁的本生炉在35%～100%负荷，主汽温仅靠调整燃料量与给水量比率即可维持衡定。而不像汽包炉，主汽温度受负荷、受热面沾污程度、燃料种类、运行压力、给水温度影响程度大；调节主汽温度的措施(如喷水、烟气调节挡板、烟气再循环、燃烧器摆角)相对简单。而燃料波动因素靠喷水补偿。在低负荷时，保证较高的主汽温度，对再热汽温有积极作用，对提高热效率也起主要作用。由于相变点是变化的，蒸发受热面和过热器受热面按比例自动调整，以适应因负荷、受热面沾污以及汽化热的变化。

(2)负荷变化迅速，适于调峰。本生锅炉采用滑压运行可使机组在40%～100%负荷内快速变化(4%～5%/min)。随压力的变化，蒸发系统内饱和温度也变化。由于位于蒸发系统后的分离器采用热弹性设计，所以热应力很低，使负荷变化率仅受磨煤机和风机容量的限制。

(3) 启动系统合理，适于频繁启停。

总之，与亚临界锅炉机组比较，在结构上超临界锅炉机组的燃烧系统、过热器系统、再热器系统和省煤器的差异并不很大，差别比较大的主要是水冷壁系统、锅炉启动系统与汽机旁路系统。但是，在运行特性与调节方法方面，还是有较大的差别的。

直流锅炉

直流锅炉是指靠给水泵压力，使给水顺序通过省煤器、蒸发受热面(水冷壁)、过热器并全部变为过热水蒸气的锅炉。由于给水在进入锅炉后，水的加热、蒸发和水蒸气的过热，都是在受热面中连续进行的，不需要在加热中途进行汽水分离。因此，它没有自然循环锅炉的汽包。在省煤器受热面、蒸发受热面和过热器受热面之间没有固定的分界点，随锅炉负荷变动而变动。没有汽包（锅筒），由给水泵的压力使给水经预热、蒸发到过热，一次流经各级受热面而产生额定参数和容量蒸汽的电厂锅炉。其蒸发区的循环倍率为1。

一、发明

直流锅炉在20世纪20年代初即已发明，30年代开始应用。虽然它具有一系列优点：不用汽包；压力参数范围宽，既可用于亚临界压力锅炉，又可用于超临界压力锅炉；制造方便、节省钢材；启、停炉快速等。但由于它对水处理和自动控制的要求高，并且，在蒸汽参数和锅炉容量不大时其优点并不显著，因而发展不快。直到50年代末、60年代初，由于电厂锅炉向大容量、高参数方向发展，水处理技术和自动控制技术也有了长足的进步，直流锅炉才获得迅速发展。除英、法等国外，很多国家都把直流锅炉作为大型电厂锅炉的主要型式。80年代，世界上最大容量的直流锅炉是美国4400吨／时超临界压力直流锅炉（配1300兆瓦机组）。中国于1968年建成第一台220吨／时高压直流锅炉，以后又陆续制成400吨／时超高压直流锅炉和1000吨／时亚临界参数中间再热式的直流锅炉。

二、水冷壁布置

直流锅炉水冷壁布置比较自由，形式很多,其基本形式有3种：水平围绕管圈式、回带管圈式和垂直管屏式。此外还有这 3种形式的派生型。基本形式中的前两种又称苏尔策式

锅炉。它没有中间联箱，钢材较省，但水动力特性较差，安装、制造也较复杂，其原始形式已遭淘汰，派生型是苏联拉姆金教授的水平围绕上升管圈式锅炉。这种锅炉钢材最省，水阻力和热偏差较小，管圈中没有两相流体的分配问题，但其安装、支吊最复杂。70年代以来出现了UP一次上升式和FW两次上升垂直管屏式，水冷壁管都采用全焊气密膜式，这样便于制造、安装，简化了炉墙结构，可采用微正压燃烧，但只适用超大容量锅炉。

三、运行特点

直流锅炉由于蒸发和过热受热面没有明显的界限，故在其蒸发受热面中有时会出现流动不稳定和脉动等问题,需要在管组入口加装节流孔板,在进、出口联箱间加装呼吸联箱等措施来改善。另外，在蒸发受热面中会出现膜态沸腾（即受热面上生成的汽泡因来不及脱离而连成汽膜）现象，不利于热传导，以致造成管壁超温，影响锅炉运行安全。对此，可在高热负荷区的水冷壁中加装扰流子或采用内螺纹管等，以推迟膜态沸腾的出现。也可采用烟气再循环或调整燃烧器布置方式等措施以降低炉内最高热负荷。直流锅炉中工质的流动无自平衡性，即吸热量多的管子因工质的比容增加，阻力加大，反而使通过的流量减少，产生了热偏差。因此，UP型直流锅炉多采用中间混合器，将水冷壁管中的流体在中途引出炉外进入混合器，使各管中流体的热焓、温度和压力充分混合均匀后再流回水冷壁以消除各管间的热偏差。混合的次数、位置和方法取决于锅炉的容量和特性。 由于运行条件对锅炉的调峰特性要求越来越高，直流锅炉对负荷变动的适应能力得到了重视。而具有螺旋上升管圈的直流锅炉对炉内热偏差的敏感性最小，管子间不存在两相流体分配问题，也不需要在管口装设孔板，因而具有良好的低负荷运行特性。此种类型的直流锅炉在电厂中采用较其他类型

四、主要优点

它可用于一切压力，特别是在临界压力及以上压力范围内广泛应用。由于它没有汽包，因此，加工制造方便，金属消耗量小；水冷壁布置比较自由，不受水循环限制；调节反应快，负荷变化灵活；启、停迅速;最低负荷通常低于汽包锅炉。

五、局限性

但对给水品质和自动调节要求高，汽水系统阻力大，给水泵的耗电量较大。

直流锅炉和汽包锅炉的问题

直流锅炉

直流锅炉没有汽包，工质一次通过蒸发部分，即循环倍率为1。直流锅炉的另一特点是在省煤器、蒸发部分和过热器之间没有固定不变的分界点，水在受热蒸发面中全部转变为蒸汽，沿工质整个行程的流动阻力均由给水泵来克服。如果在直流锅炉的启动回路中加入循环泵，则可以形成复合循环锅炉。

即在低负荷或者本生负荷以下运行时，由于经过蒸发面的工质不能全部转变为蒸汽，所以在锅炉的汽水分离器中会有饱和水分离出来，分离出来的水经过循环泵再输送至省煤器的入口，这时流经蒸发部分的工质流量超过流出的蒸汽量，即循环倍率大于1。当锅炉负荷超过本生点以上或在高负荷运行时，由蒸发部分出来的是微过热蒸汽，这时循环泵停运，锅炉按照纯直流方式工作。

直流锅炉的技术特点

（1） 取消汽包，能快速启停。与自然循环锅炉相比，直流炉从冷态启动到满负荷运

行，变负荷速度可提高一倍左右。

（2） 适用于亚临界和超临界以及超超临界压力锅炉。

（3） 锅炉本体金属消耗量最少，锅炉重量轻。一台300MW 自然循环锅炉的金属重量约为5500t～7200t，相同等级的直流炉的金属重量仅有4500t～5680t，一台直流锅炉大约可节省金属2000t。加上省去了汽包的制造工艺，使锅炉制造成本降低。

（4） 水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克服，这部分阻力约占全部阻力的25％～30％。所需的给水泵压头高，既提高了制造成本，又增加了运行耗电量。

（5） 直流锅炉启动时约有30％额定流量的工质经过水冷壁并被加热，为了回收启动过程的工质和热量并保证低负荷运行时水冷壁管内有足够的重量流速，直流锅炉需要设置专门的启动系统，而且需要设置过热器的高压旁路系统和再热器的低压旁路系统。加上直流锅炉的参数比较高，需要的金属材料档次相应要提高，其总成本不低于自然循环锅炉。

（6） 系统中的汽水分离器在低负荷时起汽水分离作用并维持一定的水位，在高负荷时切换为纯直流运行，汽水分离器起到一个蒸汽联箱的作用。

（7） 为了达到较高的重量流速，必须采用小管径水冷壁。这样，不但提高了传热能力而且节省了金属，减轻了炉墙重量，同时减小了锅炉的热惯性。

（8） 水冷壁的金属储热量和工质储热量最小，即热惯性最小，使快速启停的能力进一步提高，适用机组调峰的要求。但热惯性小也会带来问题，它使水冷壁对热偏差的敏感性增强。当煤质变化或炉内火焰偏斜时，各管屏的热偏差增大，由此引起各管屏出口工质

参数产生较大偏差，进而导致工质流动不稳定或管子超温。

（9） 为保证足够的冷却能力和防止低负荷下发生水动力多值性以及脉动，水冷壁管内工质的重量流速在MCR 负荷时提高到2000 ㎏/（㎡*s）以上。加上管径减小的影响，使直流锅炉的流动阻力显著提高。600MW 以上的直流锅炉的流动阻力一般为5.4MPa～6.0MPa。

（10）汽温调节的主要方式是调节燃料量与给水量之比，辅助手段是喷水减温或烟气侧调节。由于没有固定的汽水分界面，随着给水流量和燃料量的变化，受热面的省煤段、蒸发段和过热段长度发生变化，汽温随着发生变化，汽温调节比较困难。

（11）低负荷运行时，给水流量和压力降低，受热面入口的工质欠焓增大，容易发生水动力不稳定。由于给水流量降低，水冷壁流量分配不均匀性增大；压力降低，汽水比容变化增大；工质欠焓增大，会使蒸发段和省煤段的阻力比值发生变化。

（12）水冷壁可灵活布置，可采用螺旋管圈或垂直管屏水冷壁。采用螺旋管圈水冷壁有利于实现变压运行。

（13）超临界压力直流锅炉水冷壁管内工质温度随吸热量而变，即管壁温度随吸热量而变。因此，热偏差对水冷壁管壁温度的影响作用显著增大。

（14）变压运行的超临界参数直流炉，在亚临界压力范围和超临界压力范围内工作时，都存在工质的热膨胀现象。并且在亚临界压力范围内可能出现膜态沸腾；在超临界压力范围内可能出现类膜态沸腾。

（15）启停速度和变负荷速度受过热器出口集箱的热应力限制，但主要限制因素是汽轮机的热应力和胀差。

（16）直流锅炉要求的给水品质高，要求凝结水进行100％的除盐处理。

（17）控制系统复杂，调节装置的费用较高。

什么是直流锅炉？直流锅炉是什么意思？

锅炉按照水或水蒸气循环的动力的不同分为：自然循环锅炉，直流锅炉和强制循环锅炉。直流锅炉中水或水蒸气在加热管道中的流动是依靠水泵的作用，而且与自然循环锅炉和强制循环锅炉不同的是直流锅炉没有汽包，水在一次经过加热管道后就变成了饱和蒸汽或过热蒸汽，故称之为直流锅炉。

直流锅炉是指靠给水泵压力，使给水顺序通过省煤器、蒸发受热面(水冷壁)、过热器并全部变为过热水蒸气的锅炉。由于给水在进入锅炉后，水的加热、蒸发和水蒸气的过热，都是在受热面中连续进行的，不需要在加热中途进行汽水分离。因此，它没有自然循环锅炉的汽包。在省煤器受热面、蒸发受热面和过热器受热面之间没有固定的分界点，随锅炉负荷变动而变动。

直流锅炉的主要优点是它可用于一切压力，特别是在临界压力及以上压力范围内广泛应用。由于它没有汽包，因此，加工制造方便，金属消耗量小；水冷壁布置比较自由，不受水循环限制；调节反应快，负荷变化灵活；启、停迅速;最低负荷通常低于汽包锅炉。但对给水品质和自动调节要求高，汽水系统阻力大，给水泵的耗电量较大。

什么是直流锅炉中间点温度？

对于直流锅炉来说，在本生负荷以上时，汽水分离器出口汽温是微过热蒸汽，这个区域的汽温变化，可以直接反映出燃料量和给水蒸发量的匹配程度以及过热汽温的变化趋势。所以在直流锅炉的汽温调节中，通常选取汽水分离器出口汽温做为主汽温调节回路的前馈信号，此点的温度称为中间点温度。依据该点温度的变化对燃料量和给水量进行微调。大多数直流炉给水指令的控制逻辑是这样的：给水量按照燃水比跟踪燃料量，用中间点温度对给水量进行修正。

什么是直流锅炉的启动压力？

直流锅炉、低循环倍率锅炉和复合循环锅炉启动时，为保证蒸发受热面的水动力稳定性所必须建立的给水压力，称炽启动压力。

直流锅炉与自然循环锅炉不同，给水是一次数通过锅炉各受热面的，所以，锅炉一点火就要依靠一定压力的给水，流过蒸发受热面进行冷却。但直流锅炉启动时一般不是一开始就在工作压力下工作，而是选择某一较低的确良压力，然后再过渡到工作压力。启动压力的高低，关系到启动过程的安全性与经济性。

启动压力高，汽水密度差小，对改善蒸发受热面水动力特性、防止蒸发受热面产生脉动、减小启动时的膨胀量都有好处。但启动压力高会使给水泵电耗增大，加速给水阀门的磨损，并能引起较大的振动和噪声。目前，国内亚临界参数直流锅炉，启动压力一般选为6.8——7.8MPa。

什么是直流锅炉启动时的膨胀现象？

直流锅炉一点火，蒸发受热面内的水是在给不泵推动下强迫流动。随着热负荷的逐渐增大，水温不断升高，一旦达到饱和温度水就开始汽化，工质比容明显增大，这时会将汽化点以后管内工质向锅炉出口排挤，使进入启动分离器的工质容积流量比锅炉入口的容积流量明显增大，这种现象即称为膨胀现象。

产生膨胀现象的基本原因是蒸汽与水的比容判别太大。启动时，蒸发受热面内流过的全部是水，在加热过程中水温逐渐升高，中间点的工质首先达到饱和温度而开始汽化，体积突然增大，引起局部压力升高，猛烈地将其后面的工质推向出口，造成锅炉出口工质的瞬时排出量很大。

启动时，膨胀量过大将使锅炉内工质压力和启动分离器的水位难于控制。影响膨胀量大小的主要因素有：

（1）启动分离器的位置启动分离器越靠近出口，汽化点到分离器之间的受热面中蓄水量越多，汽化时膨胀量就越大，膨胀现象持续的时间也越长。

（2）启动压力启动压力越低，其饱和温度也越低，水的汽化点前移，使汽化点后面的受热面内蓄水量大，汽水比容差别也大，从而使膨胀量加大。

（3）给水温度给水温度高低，影响工质开始汽化的迟早。给水温度高，汽化点提前，汽化点后部的受热面内蓄水量大，使膨胀量增大。

（4）燃料投入速度燃料投入速度即启动时的燃烧率。燃烧率高，炉内热负荷高，工质温升快，汽化点提前，膨胀量增大。

锅炉本体包括哪些部分？它们的功用是什么？

锅炉本体由以下主要部分组成：

（1） 蒸发设备包括汽包、联箱、下降管、水冷壁管等。它们的作用是把水加热成饱和蒸汽。

（2） 燃烧设备包括燃烧室（炉膛）、燃烧器、炉箅等。它们的作用是为燃料燃烧提供场所和良好的条件。

（3） 过热器由联箱和蛇形管组成，作用是把饱和蒸汽加热成所要求温度的过热蒸汽。

（4） 再热器把在汽轮机高压缸做过部分功的蒸汽重新加热到所要求温度，再送回汽轮机中低压缸继续做功。

（5） 省煤器利用烟气余热加热锅炉给水的受热面。

（6） 空气预热器利用烟气余热加热燃料燃烧所需要的空气的受热面。

（7） 炉墙组成一定形状的炉膛与烟道。

（8） 构架（钢架）支撑上述设备与部件的结构。