尖峰熱水鍋爐

熱水鍋爐作為熱電廠外的尖峰鍋爐或大型區(qū)域熱水鍋爐時(shí)，其雙管制熱網(wǎng)的原則性熱力系統(tǒng)見圖1（1-熱水鍋爐；2-循環(huán)水泵；3-調(diào)節(jié)閥；4-旁通管；5-熱網(wǎng)水泵；6-凈水設(shè)備；7-補(bǔ)水泵；8-閥門）。熱網(wǎng)水在熱水鍋爐中加熱到供熱所需的溫度后，除了外供外，把其中一部分加熱后的水用循環(huán)泵2打回鍋爐人口的回水管路與回水混合。其目的是把鍋爐的人口水溫提高到煙氣的露點(diǎn)溫度之上，以防止低溫腐蝕，同時(shí)也使流經(jīng)鍋爐的水溫保持恒定，以防止水流量低而造成的加熱管束水流不均，和由此引起的汽化和管壁局部過熱。

2100433B

帶鍋筒的水管鍋爐的水循環(huán)方式有強(qiáng)制循環(huán)和自然循環(huán)兩種方式。強(qiáng)制循環(huán)方式是將鍋爐給水由下部并聯(lián)地分別送人鍋爐本體的水冷壁、對(duì)流管束等受熱面，在各部分人口處，應(yīng)裝設(shè)閥門以調(diào)節(jié)各部分水量，使鍋爐各部分的出口水溫減小，以減小熱水鍋爐的熱偏差，防止局部出現(xiàn)汽化。通過調(diào)節(jié)閥門分配水量的方法，運(yùn)行中不易控制，熱偏差容易增大，因此這種進(jìn)水方式一般適宜于大流量、低溫差和高水壓的供熱系統(tǒng)上。自然循環(huán)的方式是鍋爐給水從上鍋筒進(jìn)入，自上而下地自然循環(huán)，受熱后再從上鍋筒引出。自然循環(huán)符合鍋爐水對(duì)流循環(huán)的規(guī)律，在合理組織進(jìn)入與出水流程，自然循環(huán)熱水鍋爐的水循環(huán)可靠，因此大型的熱水鍋爐多采用自然循環(huán)的進(jìn)水方式。

強(qiáng)制循環(huán)管架(直流)式熱水鍋爐只由鋼管和聯(lián)箱構(gòu)成受熱面，所以機(jī)構(gòu)緊湊、重量輕、節(jié)省材料。但它的水容量較小，水循環(huán)系統(tǒng)多是串聯(lián)式布置。這種鍋爐采用層燃方式時(shí)，由于火床面積大，爐膛的余熱也大，突然停電而停泵時(shí)，由于漏風(fēng)仍可供20%左右的熱負(fù)荷，爐內(nèi)水溫會(huì)急劇上升，從而產(chǎn)生局部汽化和汽水撞擊事故。

強(qiáng)制循環(huán)管架(直流)式熱水鍋爐是大供熱量的高溫?zé)崴仩t的發(fā)展方向之一，當(dāng)采用煤粉室燃的方式時(shí)，其效率可達(dá)88%一91%，且金屬耗量小，投資省。室燃方式在突然停電時(shí)，可立即切斷燃料，爐內(nèi)余熱量很小，只要在設(shè)計(jì)中采取適當(dāng)措施，可以避免汽化和汽水撞擊事故。

熱水鍋爐是熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)中承擔(dān)尖峰熱負(fù)荷的一種主要設(shè)備。尖峰熱水鍋爐可裝設(shè)在熱電廠內(nèi)熱網(wǎng)的中部或末端。應(yīng)根據(jù)具體的工程要求，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。裝設(shè)在熱電廠內(nèi)的尖峰熱水鍋爐是在尖峰熱負(fù)荷期用來將基本加熱器的出口水溫進(jìn)一步提高到熱網(wǎng)設(shè)計(jì)的供水溫度。裝設(shè)在熱網(wǎng)中部或末端的尖峰熱水鍋爐的供熱參數(shù)一般與熱電廠的供熱參數(shù)相同。熱水鍋爐目前主要有帶上鍋筒的水管鍋爐、水一火管組合鍋爐(管殼式鍋爐)和管架式鍋爐等類型。

供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備（1）帶鍋筒的水管鍋爐

帶鍋筒的水管鍋爐的水循環(huán)方式有強(qiáng)制循環(huán)和自然循環(huán)兩種方式。強(qiáng)制循環(huán)方式是將鍋爐給水由下部并聯(lián)地分別送人鍋爐本體的水冷壁、對(duì)流管束等受熱面，在各部分人口處，應(yīng)裝設(shè)閥門以調(diào)節(jié)各部分水量，使鍋爐各部分的出口水溫減小，以減小熱水鍋爐的熱偏差，防止局部出現(xiàn)汽化。通過調(diào)節(jié)閥門分配水量的方法，運(yùn)行中不易控制，熱偏差容易增大，因此這種進(jìn)水方式一般適宜于大流量、低溫差和高水壓的供熱系統(tǒng)上。自然循環(huán)的方式是鍋爐給水從上鍋筒進(jìn)入，自上而下地自然循環(huán)，受熱后再從上鍋筒引出。自然循環(huán)符合鍋爐水對(duì)流循環(huán)的規(guī)律，在合理組織進(jìn)入與出水流程，自然循環(huán)熱水鍋爐的水循環(huán)可靠，因此大型的熱水鍋爐多采用自然循環(huán)的進(jìn)水方式。

供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備（2）水-火管組合式熱水鍋爐

水-火管組合式熱水鍋爐，通常采用從雙下側(cè)下聯(lián)箱分別進(jìn)水的方式。同樣也在各下聯(lián)箱進(jìn)水管上安裝閥門以調(diào)節(jié)水量。由于這種鍋爐的出力不大，由于鍋筒內(nèi)水流緩慢，容易出現(xiàn)冷熱水分層現(xiàn)象，甚至?xí)捎跓釕?yīng)力作用而使管柵板漏水，所以鍋爐的進(jìn)、出口水溫不宜大于50℃，這種鍋爐適宜于供水溫度不高(110—130℃以下)和熱負(fù)荷不大的情況。

供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備（3）管架式鍋爐

強(qiáng)制循環(huán)管架(直流)式熱水鍋爐只由鋼管和聯(lián)箱構(gòu)成受熱面，所以機(jī)構(gòu)緊湊、重量輕、節(jié)省材料。但它的水容量較小，水循環(huán)系統(tǒng)多是串聯(lián)式布置。這種鍋爐采用層燃方式時(shí)，由于火床面積大，爐膛的余熱也大，突然停電而停泵時(shí)，由于漏風(fēng)仍可供20%左右的熱負(fù)荷，爐內(nèi)水溫會(huì)急劇上升，從而產(chǎn)生局部汽化和汽水撞擊事故。

強(qiáng)制循環(huán)管架(直流)式熱水鍋爐是大供熱量的高溫?zé)崴仩t的發(fā)展方向之一，當(dāng)采用煤粉室燃的方式時(shí)，其效率可達(dá)88%一91%，且金屬耗量小，投資省。室燃方式在突然停電時(shí)，可立即切斷燃料，爐內(nèi)余熱量很小，只要在設(shè)計(jì)中采取適當(dāng)措施，可以避免汽化和汽水撞擊事故。

供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備（4）熱水鍋爐熱力系統(tǒng)圖

熱水鍋爐作為熱電廠外的尖峰鍋爐或大型區(qū)域熱水鍋爐時(shí)，其雙管制熱網(wǎng)的原則性熱力系統(tǒng)如圖1所示（1-熱水鍋爐；2-循環(huán)水泵；3-調(diào)節(jié)閥；4-旁通管；5-熱網(wǎng)水泵；6-凈水設(shè)備；7-補(bǔ)水泵；8-閥門）。熱網(wǎng)水在熱水鍋爐中加熱到供熱所需的溫度后，除了外供外，把其中一部分加熱后的水用循環(huán)泵2打回鍋爐人口的回水管路與回水混合。其目的是把鍋爐的人口水溫提高到煙氣的露點(diǎn)溫度之上，以防止低溫腐蝕，同時(shí)也使流經(jīng)鍋爐的水溫保持恒定，以防止水流量低而造成的加熱管束水流不均，和由此引起的汽化和管壁局部過熱。

為了減小LS,對(duì)連接線進(jìn)行“短”“粗”“直”方式的處理,但由于空間和總體布局的限制,光靠接線是不能消除電流尖峰的影響,所以采取以下措施。

尖峰電流在直流母線側(cè)并聯(lián)吸收電容

在輸入端靠近開關(guān)管的直流母線上并聯(lián)一個(gè)電容CZ,對(duì)抑制開關(guān)管兩端電流尖峰有一定的效果。開關(guān)管關(guān)斷時(shí)輸入回路的等效電路假定開關(guān)管V關(guān)斷時(shí)刻,輸入電流(電感LS的電流)為II,電容CZ上的初始電流為Ui。

在雜散電感LS存在的情況下,如果不采取任何措施,例如不加緩沖電容CZ(相當(dāng)于CZ→0),則uZmax→∞(理想情況),容易產(chǎn)生很大的電流尖峰,這與上面的分析是一致的。在其它條件一定的情況下,輸入電流II越大,uZmax越大,即電流尖峰問題容易在大功率、大電流電路中出現(xiàn),這與經(jīng)驗(yàn)常識(shí)也是一致的。當(dāng)并入一個(gè)電容CZ以后,情況得到了改善,CZ越大,LSCZII越小,對(duì)電流尖峰的抑制效果越明顯?？紤]到成本問題,CZ也不是越大越好。LS的精確數(shù)值通常是不知道的,CZ的取值通常要通過實(shí)驗(yàn)來選取。在選擇電容CZ時(shí),要選擇高頻特性好的無感電容。

尖峰電流開關(guān)管兩端加緩沖電路

在開關(guān)管兩端加緩沖電路(由VD1、R1、C1構(gòu)成),對(duì)于吸收開關(guān)管兩端的電流尖峰也有比較好的效果。緩沖電路的原理所由于工藝的關(guān)系,主電路的直流輸入端和開關(guān)管的集電極之間存在雜散電感LS1,發(fā)射極和主續(xù)流二極管之間有雜散電感LS2。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷瞬間,輸入電流通過LS1、VD1、C1、LS2和Ui構(gòu)成續(xù)流回路。開關(guān)管關(guān)斷瞬間,輸入電流為II,緩沖電容C1的電流為0。在大功率BUCK電路中如果布線不當(dāng),雜散電感LS1、LS2比較大且不采取緩沖措施(相當(dāng)于C1→0)的話,開關(guān)管兩端要承受很高的電流尖峰(uTmax→∞)。反之,緩沖電容C1取值越大,uTmax越小,越有助于電流尖峰的吸收。當(dāng)開關(guān)管開通時(shí),C1、R1和開關(guān)管V構(gòu)成放電回路，緩沖電容C1中存儲(chǔ)的電流尖峰的能量在R1中消耗掉。設(shè)流過開關(guān)管V的緩沖電容最大放電電流為ITmax,放電時(shí)間為τ,電阻R1消耗的功率為P,開關(guān)管V的開關(guān)頻率為f。忽略V的開通壓降,顯然有:

從開關(guān)管的安全工作來考慮,希望ITmax越小越好,R1值要取大一些。但R1過大會(huì)造成放電時(shí)間τ過長,不利于開關(guān)管工作。同樣,C1也不能取值過大,否則τ太長,并且R1的功耗太大,影響效率。可見緩沖電路中R1、C1的取值既不是越大越好,也不是越小越好,需要根據(jù)電路的實(shí)際情況仔細(xì)選擇。注意R1、C1要選擇高頻特性好的無感電阻和無感電容,VD1選擇快恢復(fù)二極管。

尖峰電壓吸收電路是反激型開關(guān)電源必須的輔助電路。當(dāng)開關(guān)電源的功率MOSFET由導(dǎo)通變成截止時(shí)，在高頻變壓器的一次繞組上就會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓和感應(yīng)電壓。

尖峰電壓吸收電路主要有三種設(shè)計(jì)方案：①利用齊納二極管和超快恢復(fù)二極管（SRD）組成齊納鉗位電路；②利用阻容元件和超快恢復(fù)二極管組成的R、C、SRD軟鉗位電路；③由阻容元件構(gòu)成RC緩沖吸收電路。尖峰電壓吸收電路的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。吸收電路可以并聯(lián)到高頻變壓器的一次繞組上，也可連接在功率MOSFET的漏極與地線之間。

緩沖吸收電路和鉗位電路具用于兩種截然不同目的。如果錯(cuò)誤使用，會(huì)對(duì)開關(guān)電源內(nèi)的功率管造成很大的損害。緩沖電路用于降低尖峰電壓幅度和減小電壓波形的變化率。這有利于功率管工作在安全工作區(qū)，還降低了所有射頻干擾輻射的頻譜，從而減少射頻輻射的能量。鉗位電路僅用于降低尖峰電壓的幅度，它沒有影響電壓波形的變化率。因此，它對(duì)減少射頻干擾的作用不大，鉗位電路的作用是防止功率管因電壓過高造成擊穿。軟鉗位電路的參數(shù)選擇合理時(shí)，可以同時(shí)起到鉗位和緩沖的作用。 2100433B