復(fù)合循環(huán)鍋爐原理

水冷壁中的流量是給水流量和再循環(huán)流量之和，而過(guò)熱器中工質(zhì)的流量則等于給水流量。亦即這種鍋爐可以使循環(huán)倍率大于1。

與同容量的直流鍋爐相比，復(fù)合循環(huán)鍋爐的水冷壁中能有較大的質(zhì)量流速，以保證水冷壁的安全工作。這在低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)尤為明顯。復(fù)合循環(huán)鍋爐具有以下特點(diǎn)。

①即使在容量為300～600兆瓦的大型機(jī)組中,在選用較大的水冷壁管徑下,采用一次上升管屏式也能保證有足夠的質(zhì)量流速。

②由于再循環(huán)的作用,通過(guò)水冷壁的工質(zhì)流量可以大于鍋爐的蒸發(fā)量,所以按額定負(fù)荷選用的質(zhì)量流速可比直流鍋爐低得多。因而復(fù)合循環(huán)鍋爐的水阻力和給水泵的動(dòng)力消耗都比直流鍋爐的小得多。

③復(fù)合循環(huán)鍋爐水冷壁可以不采用導(dǎo)致流動(dòng)阻力增加和加工困難的內(nèi)螺紋管。

④由于具有再循環(huán)泵,鍋爐的最低負(fù)荷可以降至額定負(fù)荷的5%左右（保護(hù)過(guò)熱器所需要的流量）；啟動(dòng)旁路系統(tǒng)（主要是為汽輪機(jī)的需要而設(shè)置）可按額定負(fù)荷的 5～10%的容量設(shè)計(jì)。既節(jié)省投資，又減少啟動(dòng)時(shí)的熱量損失和工質(zhì)損失。

⑤由于再循環(huán)水可使水冷壁進(jìn)口工質(zhì)的焓值提高，相應(yīng)的水冷壁的焓增可以減少，這有利于蒸發(fā)受熱面水動(dòng)力的穩(wěn)定性和減少其熱偏差。

⑥復(fù)合循環(huán)鍋爐帶有在高壓高溫下工作的再循環(huán)泵,其制造工藝復(fù)雜。其流量-壓頭特性曲線應(yīng)與鍋爐蒸發(fā)受熱面在不同負(fù)荷下的阻力特性相吻合，故性能良好的再循環(huán)泵是實(shí)現(xiàn)復(fù)合循環(huán)鍋爐的關(guān)鍵設(shè)備。

⑦亞臨界壓力復(fù)合循環(huán)鍋爐帶有立式汽水分離器，其橫斷面積小，水位波動(dòng)大，水位調(diào)節(jié)（即給水調(diào)節(jié)）比較困難。此外，在運(yùn)行中由分離器出來(lái)進(jìn)入過(guò)熱器的蒸汽的溫度隨負(fù)荷的變化較大，給汽溫調(diào)節(jié)增加一定的復(fù)雜性。

由于上述特點(diǎn)，復(fù)合循環(huán)鍋爐在各國(guó)的亞臨界和超臨界壓力大型機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用。它的水冷壁管圈型式采用沒(méi)有中間混合的一次上升立式膜式水冷壁管屏，但也有采用螺旋圍繞上升管圈的。

復(fù)合循環(huán)鍋爐超臨界壓力

復(fù)合循環(huán)鍋爐可分為超臨界壓力和亞臨界壓力兩種。

①超臨界壓力復(fù)合循環(huán)鍋爐：基本上可分為再循環(huán)泵串聯(lián)布置與并聯(lián)布置兩種方式。其典型原理性系統(tǒng)。從圖中可見,在串聯(lián)布置方式（圖a）中，循環(huán)泵布置在鍋爐主通道中，使所有的工質(zhì)都流過(guò)它，循環(huán)泵的作用除造成工質(zhì)再循環(huán)外，還起升壓的作用。當(dāng)負(fù)荷低到某一數(shù)值時(shí)（例如80%負(fù)荷左右），水冷壁出口的壓力比循環(huán)泵進(jìn)口的為高，因而一部分工質(zhì)就通過(guò)再循環(huán)管流向循環(huán)泵進(jìn)口。在滿負(fù)荷時(shí)不再有再循環(huán)流量，這時(shí)循環(huán)泵可以切除，讓工質(zhì)通過(guò)直流通道運(yùn)行；或者，也可以讓循環(huán)泵單純作為升壓泵留在系統(tǒng)中運(yùn)行。

在并聯(lián)布置方式 （圖b）中，通過(guò)循環(huán)泵的工質(zhì)流量要比串聯(lián)布置的少得多，所以循環(huán)泵的功率消耗也要小得多。但通過(guò)循環(huán)泵的工質(zhì)溫度則較高。一般這種布置方式的多做成直到滿負(fù)荷時(shí)也有一定的循環(huán)流量。

復(fù)合循環(huán)鍋爐亞臨界壓力

②亞臨界壓力復(fù)合循環(huán)鍋爐：在亞臨界參數(shù)下采用復(fù)合循環(huán)的好處同樣也是可以選擇較為合適的管徑，采用中間沒(méi)有混合的一次上升管圈形式，以比純直流系統(tǒng)小得多的質(zhì)量流速和大為減小蒸發(fā)部分的阻力，避免產(chǎn)生膜態(tài)沸騰并減小啟動(dòng)流量。然而在亞臨界壓力下由于出現(xiàn)汽水混合物兩相流體，因此必須采用汽水分離器來(lái)實(shí)現(xiàn)工質(zhì)再循環(huán)。亞臨界復(fù)合循環(huán)可分為全負(fù)荷再循環(huán)和部分再循環(huán)兩種方式。

這種在鍋爐部分負(fù)荷(65%—80%以下時(shí))范圍內(nèi)用再循環(huán)泵使水冷壁工質(zhì)再循環(huán)(按強(qiáng)制循環(huán)方式工作)，在65%—80%負(fù)荷以上按直流鍋爐方式工作的鍋爐為部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐或稱為復(fù)合循環(huán)鍋爐。

復(fù)合循環(huán)鍋爐是在直流鍋爐和控制循環(huán)鍋筒鍋爐基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，適用于亞臨界和超臨界壓力。其特點(diǎn)是在省煤器與爐膛水冷壁間增設(shè)循環(huán)泵，在水冷壁出口與循環(huán)泵入口間設(shè)有再循環(huán)管。低負(fù)荷時(shí)循環(huán)泵投入，保證在低循環(huán)倍率下，工質(zhì)具有足夠高的質(zhì)量流速；高負(fù)荷時(shí)水冷壁阻力損失增大，超過(guò)循環(huán)泵的壓頭時(shí)，循環(huán)泵不再起作用，改為 100%直流方式運(yùn)行。

與直流鍋爐比較，復(fù)合循環(huán)鍋爐的主要特點(diǎn)為：①蒸發(fā)受熱面的質(zhì)量流速可按循環(huán)泵解列時(shí)的負(fù)荷選用，這樣全負(fù)荷下的流動(dòng)阻力顯著減少。②由于有循環(huán)泵，鍋爐的起動(dòng)流量與最低負(fù)荷可降至10%額定值左右。這樣，起動(dòng)旁路系統(tǒng)也可簡(jiǎn)化。③水冷壁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常采用一次上升管屏型式，不需放置中間混合聯(lián)箱，可采用≥Φ32 mm的管子并且不必采用內(nèi)螺紋管。④循環(huán)回路中增添了循環(huán)泵，增加能耗及事故率，調(diào)節(jié)和控制也較復(fù)雜。

輔助循環(huán)鍋爐亞臨界壓力復(fù)合循環(huán)鍋爐

亞臨界壓力復(fù)合循環(huán)鍋爐按再循環(huán)負(fù)荷大小分為全負(fù)荷復(fù)合循環(huán)（即為低循環(huán)倍率）鍋爐和部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐。其主要區(qū)別在于控制閥的裝設(shè)位置與功能不同。對(duì)于前者，控制閥只起節(jié)流作用，在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)循環(huán)泵均投入運(yùn)行，因而循環(huán)倍率大于1；而后者則在鍋爐達(dá)到某一負(fù)荷 （一般為65%～80%額定值），即關(guān)閉控制閥，鍋爐按純直流方式運(yùn)行。以全負(fù)荷復(fù)合循環(huán) （即前述低循環(huán)倍率） 鍋爐較為常見。

輔助循環(huán)鍋爐超臨界壓力復(fù)合循環(huán)鍋爐

超臨界壓力復(fù)合循環(huán)鍋爐按循環(huán)泵與給水泵的連接位置分為串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種，以串聯(lián)式為常見，見圖2。按再循環(huán)負(fù)荷大小分，它們均屬部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐。美國(guó)和前蘇聯(lián)的超臨界壓力復(fù)合循環(huán)鍋爐均屬部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐。它們不需再設(shè)置立式汽水分離器。

1. 水冷壁的工質(zhì)流速。由于在低負(fù)荷時(shí)有再循環(huán)流量，當(dāng)高負(fù)荷按直流方式運(yùn)行時(shí)，可以選用較低的pw，而在低負(fù)荷時(shí)則利用再循環(huán)來(lái)得到足夠的pw。這將使汽水系統(tǒng)壓降小，復(fù)合循環(huán)鍋爐水冷壁的壓降僅為直流鍋爐的1/4—1/3，這減少了給水泵壓頭的功率。

2. 循環(huán)倍率。65%D時(shí)，進(jìn)入直流方式運(yùn)行，K=1.0;30%D時(shí)，K=2;啟動(dòng)負(fù)荷(5%D)時(shí)，K=4.這一流動(dòng)特性，對(duì)水冷壁安全工作是有利的。

3. 水冷壁結(jié)構(gòu)。水冷壁管子內(nèi)徑可選用得足夠大，避免受加工精度、阻力、流動(dòng)、溫度的影響。再循環(huán)使工質(zhì)有足夠大的流速和擾動(dòng)，不需要特殊形狀的管子內(nèi)表面(如內(nèi)螺紋管)。

4. 旁路系統(tǒng)。一般直流鍋爐需要30%給水流量的旁路系統(tǒng)。采用了部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)，就可大大簡(jiǎn)化旁路系統(tǒng)，啟動(dòng)損失減小。鍋爐最低負(fù)荷可降低到10%左右。

5. 適合于超臨界大容量鍋爐(600MW以上)，也可用于亞臨界參數(shù)。