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1、單擊此處編輯母版標(biāo)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(yīng)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(dǎo)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(fù)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(fù)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(yīng)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(fù)荷和工質(zhì)流量有關(guān)，熱負(fù)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(fù)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(fù)荷下，由于熱負(fù)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(fù)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(yīng)力，導(dǎo)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(fù)荷,受熱面的熱負(fù)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(yīng)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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)先是下降，而后略有上升、而普郎特數(shù)當(dāng)達(dá)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(jìn)人管圈的是未飽和的水（即欠熱水），加熱段長,，其中預(yù)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(yīng)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(fù)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(dāng)進(jìn)入管圈的流量,G,進(jìn)一步增加時，由于進(jìn)入管圈的是欠焓水，而爐內(nèi)熱負(fù)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(dāng)進(jìn)入管圈的流量,G,進(jìn)一步增加，在一定的熱負(fù)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(dāng)壓力上升汽水比容差減少。當(dāng)壓力達(dá)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(fù)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(shè)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(shè)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(jìn)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(dāng)于增加流量,G,。當(dāng)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(dāng)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(jìn)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(yán)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(jìn)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(yán)重時甚至達(dá)到,150,。在脈動時，并聯(lián)各管會出現(xiàn)很大的熱偏差，當(dāng)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(dāng)這些擾動消除后即

13、消失。,關(guān)于脈動現(xiàn)象，進(jìn)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(jī)理。下面介紹一個比較合理的說法。脈動現(xiàn)象是當(dāng)流量,G,大時，蒸發(fā)量,D,?。涣髁?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(dāng)某點壓力高時，進(jìn)水端壓差下降，流量,G,減少；當(dāng)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(dāng)某點壓力下降時，進(jìn)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(fù)荷、管圈人口欠焓、質(zhì)量流速等。防止脈動的措施相應(yīng)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(dāng)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(kuò)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。,