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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,超臨界鍋爐的水動力特性,第一節(jié) 鍋爐受熱面的管壁溫度,一、管壁溫度計算,二、超臨界壓力鍋爐水冷壁壁溫,在亞臨界鍋爐水冷壁，工質(zhì)的溫度,t,gz,是相應壓力下的飽和溫度，在壓力不變時是不變的，此時各管內(nèi)工質(zhì)溫度的偏差,t,gz,=0,。對于一定材料、壁厚和管徑的爐管，壁厚、材料導熱系數(shù)、爐管外內(nèi)徑之比不變，此時各水冷壁爐管管壁溫度取決于熱負荷和管內(nèi)對流換熱系數(shù)的大小，由于無傳熱惡化時管內(nèi)對流換熱系數(shù)很高，雖然爐膛內(nèi)熱負荷很高，爐管壁溫并不高。根據(jù)在亞臨界壓力鍋爐上的試驗測量，該量值最大一般在,30,以下，不會

2、由于并列爐管壁溫差過大。,對于超,臨界壓力以上壓力運行的超臨界鍋爐水冷壁，工質(zhì)溫度沒有對應壓力下飽和溫度的限制，水冷壁中工質(zhì)的溫度隨著吸熱量的增加不斷上升，管壁計算公式中工質(zhì)的溫度,t,gz,是變化的，它與熱負荷和工質(zhì)流量有關(guān)，熱負荷越大，工質(zhì)流量越小的爐管內(nèi)工質(zhì)的溫度,t,gz,越高，并且由于各管熱負荷和工質(zhì)流量有偏差，造成各管工質(zhì)溫度有偏差，即所謂的熱偏差,t,gz,不為零。,直流鍋爐水冷壁工質(zhì)一次通過所有受熱面，也就是說，工質(zhì)要經(jīng)過所謂“蒸干”傳熱惡化的過程，此時，管內(nèi)對流換熱系數(shù)大大下降，相同負荷下，由于熱負荷造成的管壁溫度增量大大上升。,壁管壁溫度取決于工質(zhì)平均溫度,t,gz,單管工

3、質(zhì)溫度偏差,t,gz,、熱負荷和管內(nèi)對流換熱系數(shù)，特別是管內(nèi)對流換熱系數(shù)的影響很大，所以，超臨界鍋爐水冷壁管壁溫度相對于亞臨界壓力以下的循環(huán)鍋爐而言，其壁溫高很多，而且由于熱偏差和傳熱惡化的影響，并列水冷壁各管的壁溫可以相差很大。因為水冷壁管是焊接在一起的，各管熱膨脹受到相鄰爐管的約束，過大的壁溫差將造成過大的熱應力，導致爐管失效。,三、傳熱惡化時水冷壁壁溫的影響因素,1,質(zhì)量流速,提高管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速，可以有效降低發(fā)生傳熱惡化時管壁溫度上升的幅度，同時使此時的發(fā)生傳熱惡化的界限含汽率也有所增加。,2,熱負荷,受熱面的熱負荷越高，則發(fā)生傳熱惡化后所出現(xiàn)的壁溫上升的幅度越大，同時開始傳熱惡化點

4、和壁溫峰值點都向含汽率較小的方向移動。,3,含汽率,如傳熱惡化推遲到較高含汽率時發(fā)生，因為蒸汽量較大，流速較高，換熱系數(shù)較高，發(fā)生傳熱惡化時管壁溫度的上升幅度稍有降低。,4,壓力,壓力越高，汽水密度差越小，傳熱惡化造成的壁溫上升幅度越小。有試驗表明，在一定條件下，壓力由,14MPa,增加到,19MPa,，發(fā)生傳熱惡化時管壁溫度的上升幅度約降低,4.5,倍。,第二節(jié) 直流鍋爐的水動力不穩(wěn)定性,一、超臨界壓力汽水的特性,在相變點附近溫度稍有變化時對應的比熱變化很大，且都有一個最大比熱區(qū)，不過隨著壓力的提高在最大比熱區(qū)比熱的變化稍有減緩。由圖,6-2,還可知：超臨界壓力水的比熱隨著溫度的提高而增加，

5、而蒸汽的比熱隨著溫度的提高而減小。,對于超臨界壓力。焓是壓力（,P,）和溫度（,t,）的函數(shù)。臨界壓力及超臨界壓力在相變點附近，同樣當溫度稍有變化時，焓值變化很大，但是超過一定壓力以后，焓值變化減緩。,超臨界壓力水蒸汽在相交點附近除了工質(zhì)的比容、比熱、焓有明顯變化之外，工質(zhì)的動力粘度，導熱系數(shù)入均有顯著降低，而普郎特數(shù),P,r,明顯增大。隨著溫度不斷升高，動力粘度和導熱系數(shù)先是下降，而后略有上升、而普郎特數(shù)當達到最大值后，隨著溫度而降低。,二、汽水兩相流,三、直流鍋爐水動力特性的不穩(wěn)定性,如果將管圈簡化成進人管圈的是未飽和的水（即欠熱水），加熱段長,，其中預熱段為,rs,，增加入口工質(zhì)流量，因

6、管子總長度不變，所以蒸發(fā)段（,-,rs,）將減少，蒸汽產(chǎn)量也相應減少。這樣就使管圈中汽水混合物的平均比容減少，流動阻力減少。由此可見，在流量,G,上升的同時，工質(zhì)平均比容減少，所以壓力降（即流動阻力）要看,G,的增加和比容的減小，兩者哪個影響大而定。,在圖,6-4,曲線,2,的,o,-,a,段中，工質(zhì)流量很小，在一定的熱負荷下，管圈出口是干飽和蒸汽，甚至是過熱蒸汽，流量增加對管圈產(chǎn)汽量影響不大，所以平均比容變化不大。這時管圈的壓力降隨著流量,G,的增加而增加。,b,-,c,段，當進入管圈的流量,G,進一步增加時，由于進入管圈的是欠焓水，而爐內(nèi)熱負荷保持不變，出口仍是飽和蒸汽，干度減少不多，所以

7、工質(zhì)平均比容減少不多，加熱段和蒸發(fā)段的流動阻力隨著流量,G,的上升而上升。但是壓降梯度減小了。,c,-,d,段，當進入管圈的流量,G,進一步增加，在一定的熱負荷條件下，蒸發(fā)點將后移，使蒸發(fā)區(qū)段縮小，工質(zhì)平均溫度大大下降，工質(zhì)平均比容急劇下降。因此，雖然加熱段阻力隨流量上升而增加，然而蒸發(fā)段阻力大大下降，管圈總阻力反而下降。,e,-,f,段在,e,點之后，管圈出口幾乎全部是水，因此流量的增加，對比容已無多大的影響，管圈的總壓降隨著流量增力而增加。,由上述分析可知，直流鍋爐蒸發(fā)受熱面出現(xiàn)不穩(wěn)定流動的根本原因是水汽和水的比容差異（或者說是重度差）。在,定的條件下實際運行的直流鍋爐蒸發(fā)受熱面就會發(fā)生這

8、種不穩(wěn)定的情況。,從影響水動力穩(wěn)定性的因素可以知道。提高流動穩(wěn)定性的措施：,（,1,）提高蒸發(fā)受熱面的壓力。當壓力上升汽水比容差減少。當壓力達到臨界值時，汽水容差為零。此時壓降與流量成單值關(guān)系。正如前面已經(jīng)指出過的那樣既使超臨界壓力直流鍋爐，由于在相變區(qū)，工質(zhì)性質(zhì)有一些特殊的變化。仍存在流動穩(wěn)定性問題，尤其是在在啟動和低負荷運行時。所以單純的提高工質(zhì)的工作壓力，不能完全消除水動力的多值性，還必須輔以其他措施。,（,2,）減少蒸發(fā)受熱面（水冷壁）入口欠焓。減小入口欠焓，有利于水動力的穩(wěn)定。在實際設計鍋爐時。為了確保安全在上述不等式中再加上,個安全系數(shù),a,（與壓力有關(guān)）。減少入口欠焓意味著提高給

9、水溫度，但給水溫度的提高是受到設計和運行條件限制的如入口欠焓接近于零（即離飽和溫度太近）時若運行工況稍有變化，水冷壁入口就汽化，反而會造成流量分配不均勻，而產(chǎn)生過大的熱偏差。,（,3,）水冷壁人口處裝節(jié)流圈（或者節(jié)流伐）。由于節(jié)流圈或節(jié)流閥要求裝在水冷壁的進口，所以通過這些節(jié)流件的工質(zhì)始終是單相的水。阻力降與流量成平方關(guān)系。,（,4,）水冷壁采用分級管徑。所謂分級管徑就是水冷壁的加熱段和蒸發(fā)段采用了不同的管子直徑。,（,5,）提高水冷壁入口的質(zhì)量流速。提高水冷壁人口的質(zhì)量流速，實際上相當于增加流量,G,。當然，在一定的條件下提高質(zhì)量流速有各種方法。在單向服流動阻力與,(,),2,成正比，所以升

10、高,阻力也升高。在雙相區(qū)段正如前面已經(jīng)指出過,阻力取決,G,與比容，如果升高的影響大于比容的減少，阻力將隨增加而增加，使總阻力始終隨增加而增加，從而得到穩(wěn)定的水動力特性，但是的提高與水冷壁的結(jié)構(gòu)式和允許壓降等有關(guān)。超臨界壓力直流鍋爐由于其相變區(qū)的汽水特性，在一定的條件下仍可能出現(xiàn)多值，為了保證有足夠陡度的水動力特性曲線，啟動時最低質(zhì)量流速,600700kg,(m,2,s),。,第三節(jié) 直流鍋爐蒸發(fā)受熱面中流體的脈動,脈動是直流鍋爐蒸發(fā)受熱面中另一種形式的不穩(wěn)定流動現(xiàn)象，在兩端管屏兩端壓差相同，當給水量和流出量總量基本不變的情況下，管屏里管子流量隨時間作周期性波動，這種現(xiàn)象稱為管間脈動。脈動現(xiàn)象

11、是一種不穩(wěn)定的水動力特性。因為隨著時間而變化，因此稱為動態(tài)不穩(wěn)定性。而多值性不隨時間而變化，因此稱為靜態(tài)不穩(wěn)定性。,脈動有三種：全爐整體脈動、屏間（屏帶或管屏）脈動和管間脈動。,管間脈動。（,1,）在蒸發(fā)管進出口集箱內(nèi)壓力基本不變的情況下，管屏間管子中有些流量增加，另一些流量減少。（,2,）同一根管子，給水量隨時間作周期性波動，蒸發(fā)量也隨時間作周期性波動，它們的波動相位差為,180,。且給水量波幅比蒸汽波幅大。（,3,）脈動是不衰減的。（,4,）對于垂直上升管屏，也有管間脈動現(xiàn)象發(fā)生，由于熱水段高度的周期性波動，重位壓差也作周期性波動，并與流量的波動相差一個相位，且對脈動更敏感，更加嚴重。,脈

12、動過程中，整個管組的總給水量和總蒸發(fā)量并無變化。但對某一根管子而言。進口水量和加熱段阻力以及出口汽流量和蒸發(fā)段阻力的波動是反向的，波動經(jīng)一次擾動后，便能自動持續(xù)地以不變的頻率振動。一旦發(fā)生這種管間脈動時；管壁水膜周期性地被撕破，相變點附近的金屬壁溫波動很大，嚴重時甚至達到,150,。在脈動時，并聯(lián)各管會出現(xiàn)很大的熱偏差，當超過容許的熱偏差值時。也將使管子超溫過熱而損壞。,管屏脈動。脈動在一個管屏與另一個管屏之間發(fā)生。,整體脈動。整體脈動是指整個鍋爐或個別部件受熱面中工質(zhì)流量的波動。這種脈動在燃煤量、給水量、蒸發(fā)量急劇波動時，以及給水泵,給水管道,給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定時可能發(fā)生，當這些擾動消除后即

13、消失。,關(guān)于脈動現(xiàn)象，進行了大量的試驗研究和理論分析工作，至今還未完全清楚其機理。下面介紹一個比較合理的說法。脈動現(xiàn)象是當流量,G,大時，蒸發(fā)量,D,??；流量,G,小時，蒸發(fā)量,D,大。據(jù)此可以做出這樣的判斷：在管子中間某一點一定存在著一個壓力波。當某點壓力高時，進水端壓差下降，流量,G,減少；當大大增加時，可能引起水倒流，出口端壓差增加，蒸發(fā)量,D,增大。當某點壓力下降時，進水端壓差增加，流量,G,增加；出口端壓差減小，,D,減小。脈動的不衰減性表明：壓力波是不衰減的。,與水動力多值性一樣，影響脈動的重要因素有工質(zhì)壓力、熱負荷、管圈人口欠焓、質(zhì)量流速等。防止脈動的措施相應有下列幾種：,（,1,）增大管內(nèi)質(zhì)量流量。大，壓力峰不易形成，所以增大可以消除脈動。,（,2,）增大熱水段阻力。當熱水段阻力增大時，入口壓力與沸點處壓力差大，壓力波動影響小，因而可以防止脈動。加一個節(jié)流圈，可提高入口壓力，在壓力波動時，給水流量變化小，且不易把工質(zhì)壓回到給水聯(lián)箱。具體辦法是：加節(jié)流圈；采用逐步擴大的管徑（省煤器采用較小管徑）；增加入口工質(zhì)欠焓，即增加熱水段長度，但這與防止多值性發(fā)生矛盾。,