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，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溫度之上，以防止低溫腐蝕，同時也使流經(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。

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帶鍋筒的水管鍋爐的水循環(huán)方式有強制循環(huán)和自然循環(huán)兩種方式。強制循環(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，運行中不易控制，熱偏差容易增大，因此這種進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)符合鍋爐水對流循環(huán)的規(guī)律，在合理組織進入與出水流程，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)的進水方式。

強制循環(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，由于火床面積大，爐膛的余熱也大，突然停電而停泵時，由于漏風(fēng)仍可供20%左右的熱負荷，爐內(nèi)水溫會急劇上升，從而產(chǎn)生局部汽化和汽水撞擊事故。

強制循環(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，其效率可達88%一91%，且金屬耗量小，投資省。室燃方式在突然停電時，可立即切斷燃料，爐內(nèi)余熱量很小，只要在設(shè)計中采取適當(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荷期用來將基本加熱器的出口水溫進一步提高到熱網(wǎng)設(shè)計的供水溫度。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)方式有強制循環(huán)和自然循環(huán)兩種方式。強制循環(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，運行中不易控制，熱偏差容易增大，因此這種進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)符合鍋爐水對流循環(huán)的規(guī)律，在合理組織進入與出水流程，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)箱分別進水的方式。同樣也在各下聯(lián)箱進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、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)和熱負荷不大的情況。

供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備（3）管架式鍋爐

強制循環(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，由于火床面積大，爐膛的余熱也大，突然停電而停泵時，由于漏風(fēng)仍可供20%左右的熱負荷，爐內(nèi)水溫會急劇上升，從而產(chǎn)生局部汽化和汽水撞擊事故。

強制循環(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，其效率可達88%一91%，且金屬耗量小，投資省。室燃方式在突然停電時，可立即切斷燃料，爐內(nèi)余熱量很小，只要在設(shè)計中采取適當(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，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溫度之上，以防止低溫腐蝕，同時也使流經(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,對連接線進行“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)一個電容CZ,對抑制開關(guān)管兩端電流尖峰有一定的效果。開關(guān)管關(guān)斷時輸入回路的等效電路假定開關(guān)管V關(guān)斷時刻,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)驗常識也是一致的。當(dāng)并入一個電容CZ以后,情況得到了改善,CZ越大,LSCZII越小,對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驗來選取。在選擇電容CZ時,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,C1、R1和開關(guān)管V構(gòu)成放電回路，緩沖電容C1中存儲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過大會造成放電時間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?？梢娋彌_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)電路的實際情況仔細選擇。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，在高頻變壓器的一次繞組上就會產(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。如果錯誤使用，會對開關(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，可以同時起到鉗位和緩沖的作用。 2100433B