自然循環(huán)鍋爐

自然循環(huán)鍋爐是指在鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)中，利用降水管中的水與上升管中的汽水混合物的密度差作為推動(dòng)力，建立起工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)(又稱水循環(huán))，使蒸發(fā)受熱面受到冷卻的鍋爐。

隨著鍋爐容量的增大，自然循環(huán)鍋爐的壓力也相應(yīng)提高。飽和水與飽和水蒸氣之間的密度差也隨壓力增大而減小。由于降水管中的水溫與飽和水溫非常接近，故可以認(rèn)為是飽和水。隨著鍋爐的工作壓力升高，降水管中的水與上升管中的汽水混合物之間的密度差也同樣減小。由于自然循環(huán)鍋爐是靠降水管中的水與上升管中的汽水混合物的密度差形成的推動(dòng)力，建立起工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)的，當(dāng)壓力提高后，這個(gè)推動(dòng)力也隨之減小，工質(zhì)在蒸發(fā)系統(tǒng)中的循環(huán)流動(dòng)，也隨壓力提高而逐漸變得困難。當(dāng)壓力達(dá)到臨界值22.12兆帕?xí)r，飽和汽、水之間的密度差為零，這時(shí)，工質(zhì)循環(huán)停止。因此，自然循環(huán)鍋爐的壓力一般都在超高壓(15.3兆帕)及以下。要向更高壓力發(fā)展，就變得相當(dāng)困難。

自然循環(huán)鍋爐的優(yōu)點(diǎn)是可以利用連續(xù)排污和定期排污來(lái)調(diào)整和保證爐水品質(zhì)，因而對(duì)給水品質(zhì)要求不太高。自然循環(huán)鍋爐的水容積和蓄熱能力較大，對(duì)自動(dòng)化控制水平要求較低。由于蒸發(fā)受熱面的流動(dòng)阻力不需要給水泵來(lái)克服，因而給水泵的耗電量較少。與強(qiáng)制循環(huán)鍋爐相比，不需要在高溫條件下工作的循環(huán)水泵，因而工作較可靠。自然循環(huán)鍋爐的流動(dòng)壓頭很小，給水冷壁管的布置帶來(lái)一定的困難。為了降低循環(huán)回路的阻力，水冷壁管和下降管的直徑較大，管壁較厚，并需要汽包，使得鋼材的使用量較大。自然循環(huán)鍋爐因?yàn)橛斜诤芎竦钠?，所以鍋爐的啟動(dòng)時(shí)間很長(zhǎng)，中壓鍋爐 需3?4h,高壓鍋爐需4?5h，超高壓鍋爐需6~7h。

在自然循環(huán)鍋爐中，汽包、下降管、下聯(lián)箱、蒸發(fā)受熱面（有的還包括上聯(lián)箱和汽水導(dǎo)管）構(gòu)成水循環(huán)回路。下降管布置在爐外，不受熱。蒸發(fā)受熱面由布置在爐內(nèi)的水冷壁管組成，也稱之為上升管。上升管內(nèi)汽水混合物的密度比下降管內(nèi)水的密度小得多，工質(zhì)正是依靠這種密度差而產(chǎn)生的動(dòng)力保持流動(dòng)的，不需消耗任何外力，所以這種鍋爐叫做自然循環(huán)鍋爐。

汽水混合物進(jìn)入汽包進(jìn)行分離，未汽化的水與給水混合后繼續(xù)參加水循環(huán)。自然循環(huán)鍋爐除了給水泵的功率消耗較小之外，由于汽包使蒸發(fā)受熱面和過(guò)熱器之間有了固定的分界點(diǎn)，并且蓄熱和蓄水能力大，故對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)的要求比直流鍋爐低，給水帶入的鹽分可用排污方式除掉，對(duì)水處理的要求也比直流鍋爐低，所以自然循環(huán)鍋爐成為目前世界各國(guó)最為廣泛應(yīng)用的一種鍋爐。

自然循環(huán)鍋爐的運(yùn)動(dòng)壓頭很小，給水冷壁的布置帶來(lái)一定的困難。為了減少流動(dòng)阻力，必須安裝水容積較大的的汽包和采用大直徑且管壁較厚的下降管，材消耗大；另外，該鍋爐由于具厚壁汽包，為了防止出現(xiàn)較大的溫差而發(fā)生變形，所以自然循環(huán)鍋爐啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。 2100433B

圖1（1—燃燒室；2—燃燒器；3—冷卻室；4—集中下降管；5—高溫過(guò)熱器；6—大屏過(guò)器；7—鍋筒；8—高溫再熱器；9—低溫過(guò)熱器垂直管組；10—低溫過(guò)熱器水平管組；11—低溫再熱器；12—省煤器；13—回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器）是東方鍋爐廠引進(jìn)FW技術(shù)后設(shè)計(jì)制造的亞臨界壓力自然循環(huán)鍋爐，與300 MW汽輪發(fā)電機(jī)配套。尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼結(jié)構(gòu)，全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，半露天布置。鍋爐的額定參數(shù)為蒸發(fā)量1025 t/h、過(guò)熱蒸汽壓力17.38 MPa、過(guò)熱蒸汽和再熱蒸汽溫度均為540℃，再熱蒸汽流量851.37 t/h，再熱蒸汽出口壓力3.73 MPa和給水溫度273℃，燃用陽(yáng)泉無(wú)煙煤和壽陽(yáng)貧煤的混煤，兩種煤的比例為1∶1。

爐前后墻水冷壁向外擴(kuò)展成爐拱，拱頂布置燃燒器。爐拱下部為燃燒室，上部為冷卻室，兩者組成W型火焰的爐膛。全爐膛高度42000 mm，爐膛寬度26822 mm，燃燒室的寬深比為1.63，燃盡室與燃燒室的深度比為0.52，即上爐膛的深度僅為下爐膛的52%。燃燒室敷有763 m的衛(wèi)燃帶，約占下爐膛輻射受熱面的40%。

過(guò)熱器包括大屏過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器和頂棚過(guò)熱器。大屏過(guò)熱器布置在爐膛上部，高溫過(guò)熱器在折焰角的上方，低溫過(guò)熱器由三個(gè)水平管組和一個(gè)垂直管段組成，布置在后部豎井煙道內(nèi)。蒸汽的流程為汽水分離器→頂棚過(guò)熱器→各部包墻管→低溫過(guò)熱器→大屏過(guò)熱器→高溫過(guò)熱器→汽輪機(jī)高壓缸。過(guò)熱汽溫用兩級(jí)噴水減溫調(diào)節(jié)，噴水減溫器布置在大屏過(guò)熱器的前后。

再熱器由低溫再熱器和高溫再熱器組成，前者布置在尾部豎井的前煙道中，后者布置在水平煙道末端，兩級(jí)再熱器用過(guò)渡管連接。再熱蒸汽溫度用煙氣擋板調(diào)節(jié)，并設(shè)事故噴水減溫器。煙氣擋板位于尾部豎井煙道的底部。

圖2(DR—鍋筒；DC—下降管；ECO—省煤器；WW—水冷壁；SH1—低溫過(guò)熱器；SH2—分隔屏；SH3—后屏；SH4—高溫過(guò)熱器；RHl—低溫再熱器；RH2—高溫再熱器；BN—燃燒器；AH—空氣預(yù)熱器)為1025 t/h亞臨界壓力自然循環(huán)鍋爐。鍋爐型號(hào)為SGL025—17.53—M842。鍋爐本體采用單爐膛倒U型布置，一次中間再熱，燃用煤粉，制粉系統(tǒng)形式為鋼球磨煤機(jī)中間儲(chǔ)倉(cāng)式熱風(fēng)送粉，四角布置切圓燃燒；采用直流寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器(又稱WR型燃燒器)，分隔煙道擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，平衡通風(fēng)，全鋼結(jié)構(gòu)，半露天島式布置，固態(tài)機(jī)械除渣。

鍋爐鋼架為高強(qiáng)螺栓連結(jié)式構(gòu)架，共分六層，爐頂大板梁頂面標(biāo)高71.8 m。除空氣預(yù)熱器和機(jī)械出渣裝置外，所有鍋爐部件均懸吊在爐頂鋼架上。為方便運(yùn)行人員操作，在鍋爐標(biāo)高31.2 m處的G排柱至K排柱區(qū)設(shè)有燃燒器區(qū)域的防雨設(shè)施，鍋筒兩端設(shè)有鍋筒小室等露天保護(hù)設(shè)施，爐頂裝有輕型大屋頂。鍋爐設(shè)有膨脹中心和零位保證系統(tǒng)。鍋爐深度和寬度方向上的膨脹零點(diǎn)設(shè)置在爐膛深度和寬度中心線上，通過(guò)與水冷壁管相連的剛性梁上的承剪件與鋼架的導(dǎo)向裝置相配合形成膨脹零點(diǎn)，垂直方向上的膨脹零點(diǎn)在爐頂大罩的頂部。所有受壓件吊桿的位移量均相對(duì)于膨脹零點(diǎn)而言，對(duì)位移量大的吊桿設(shè)置了預(yù)進(jìn)量，以改善鍋爐運(yùn)行時(shí)的吊桿受力狀態(tài)。

鍋爐采用全金屬密封結(jié)構(gòu)。爐頂、水平煙道和爐膛冷灰斗的底部均采用罩殼熱密封結(jié)構(gòu)，以提高鍋爐整體密封性和美觀性。爐膛斷面尺寸為深12500 mm，寬13260 mm，其深寬比為1：1.06，這樣的截面為四角布置切圓燃燒方式創(chuàng)造了良好的條件，使?fàn)t膛煙氣的充滿程度較好，從而使?fàn)t膛四周的水冷壁吸熱比較均勻，熱偏差較小。

爐膛上部布置四大片分隔屏過(guò)熱器，以消除爐膛出VI煙氣流的殘余旋轉(zhuǎn)，減少進(jìn)入水平煙道的煙氣流量分布不均。鍋筒安置在鍋爐上前方，鍋筒中心線標(biāo)高為64.3m。鍋筒內(nèi)徑為1743 mm，壁厚為145 mm，鍋筒筒身長(zhǎng)度為20500 mm，筒身兩端各與半球形封頭相接，筒身與封頭均用BHW-35材料制成。

給水分配管裝在鍋筒內(nèi)下方，4根大直徑下降管則均勻布置在鍋筒筒身底部，給水分配管在下降管座上方引出4根給水注入管，給水沿著注入管進(jìn)入下降管中心，從而避免下降管座焊縫區(qū)與給水直接接觸，消除了焊縫區(qū)產(chǎn)生過(guò)大溫差應(yīng)力的可能性。在下降管座入口處設(shè)置了柵網(wǎng)板，避免旋渦的產(chǎn)生，并防止下降管人口帶汽，提高了水循環(huán)的安全性。

鍋筒內(nèi)設(shè)置了較多數(shù)量的軸流式旋風(fēng)分離器和波形板干燥器，在負(fù)荷變化時(shí)可有效地保證蒸汽品質(zhì)，還裝有連續(xù)排污管、事故緊急放水管和加藥管等。3只單室水位平衡容器、2只雙色水位表、1只核子水位計(jì)、2只電接點(diǎn)水位計(jì)分別布置在鍋筒兩端封頭上，具有控制、監(jiān)視和保護(hù)等功能。3只彈簧安全閥布置在鍋筒兩端封頭上，其排放量大于75%MCR。

鍋筒筒身上還設(shè)置了若干壓力測(cè)點(diǎn)和內(nèi)外壁溫測(cè)點(diǎn)，并設(shè)置有省煤器再循環(huán)管座、輔助蒸汽管座等。648根Φ60×8 mm材料為20G，節(jié)距為76 mm的管子組成的膜式水冷壁圍成深12.5 m，寬13.26 m的爐膛。整個(gè)水冷壁劃分成32個(gè)獨(dú)立回路，兩側(cè)墻各有6個(gè)回路，前后墻各有6個(gè)回路，其中最寬的回路由28根管子組成，位于前后墻中部。水冷壁四個(gè)角為大切角，每一切角處的水冷壁形成兩個(gè)獨(dú)立小回路。爐膛下部的切角形成燃燒器水冷套，與燃燒器組裝后出廠。

前后墻水冷壁在標(biāo)高16.268m處與水平成55。夾角折成冷灰斗，向下傾至標(biāo)高8 m處形成深度為1.4 m的出渣口與機(jī)械除渣裝置相接。后墻在標(biāo)高41.639 m處形成深3 m的折焰角。折焰角以與水平成30°的夾角向后上方延伸，在標(biāo)高48.24 m處折向水平煙道底部，然后垂直向上形成3排排管至出口集箱。

過(guò)熱器包括爐頂過(guò)熱器、低溫對(duì)流過(guò)熱器、分隔屏及后屏過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器等部分。爐頂過(guò)熱器分前爐頂和后爐頂，也包括水平煙道兩側(cè)墻，后煙井四周和隔墻及懸吊管等。低溫過(guò)熱器布置在后煙井的后部煙道，由四組直徑為57 mm的蛇形管組和一垂直管段組成，是3根套矩形管組，共114排。

分隔屏布置在爐膛上方，共4大片，每片分隔屏由6小片管屏組成，每一小管屏由8根直徑為51 mm的管子組成。后屏共20片，布置在分隔屏后部的爐膛出口處。每片屏由14根U形管組成。外圈管子管徑為60 mm，內(nèi)圈管子管徑為54 mm，屏高13.9 m(爐膛內(nèi))。高溫過(guò)熱器位于折焰角上方，共38片管屏，每片由8根管子組成，最外一圈管子直徑為60 mm，其它管子直徑為64 mm。

再熱器采用高溫和低溫二級(jí)布置。低溫再熱器位于尾部煙井前煙道。由三組Φ57×4 mm的5根套蛇形管組和垂直出口段組成，共114排。高溫再熱器位于水平煙道內(nèi)。由57排8根套的Φ57 x 4 mm管屏組成。省煤器僅有一組蛇形管組，布置在尾部煙井前煙道低溫再熱器的下方。省煤器共114排，管組由Φ51×6 mm的兩根套蛇形管組成，順列布置。

鍋爐設(shè)置兩臺(tái)直徑為10.33 m的三分倉(cāng)受熱面回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，用以加熱一次風(fēng)和二次風(fēng)。空氣預(yù)熱器漏風(fēng)間隙采用自動(dòng)控制，確保漏風(fēng)率在12%以內(nèi)。在標(biāo)高20．4 m到29．54 m處，爐膛四角各布置了一組直流式燃燒器，每組燃燒器由5層一次風(fēng)噴嘴、8層二次風(fēng)噴嘴和2層三次風(fēng)噴嘴組成，其中有3層二次風(fēng)噴嘴中設(shè)置了輕油槍并相應(yīng)地配備一只點(diǎn)火器。鍋爐配置兩臺(tái)對(duì)稱布置的鏈條刮板式撈渣機(jī)，布置在出渣斗下方，并設(shè)置兩臺(tái)碎渣機(jī)與之配套。