PDF《锅炉原理 II》

2011-11-6

1 锅炉原理 II 上海理工大学 动力工程学院 第18章 直流锅炉与强制循环锅炉 水动力学与传热 1.

直流锅炉蒸发受热面中的水动力特性 2. 直流锅炉蒸发受热面中的热偏差 3. 直流锅炉蒸发受热面内的放热过程 4. 低倍率循环锅炉的水力特性 5. 复合循环锅炉的水力特性 1.直流锅炉蒸发受热面中的水动 力特性 直流锅炉的水动力特性 在一定热负荷下, 强制流动受热面管圈中工质质量流量qm与流 动压降?p之间的关系. 单值:水动力特性稳定;

多值:水动力特性不稳定. ? ? ? ? m p f q p f w ? ? ? ? ? 或 若水动力不稳定,则在并联管束两端同一 压差下各管流量时大时小,而总流量不变. 管内流量不均易造成不安全工况. 水平布置蒸发受热面中的水动力特性 管圈进出口之间的压降?p lz zw js

2 lz mc jb

2 2

1 2 qs qs qs m n qs gq m p p p p l p p p p q v d A p K q v ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 若管圈进口为未饱和水,沿管子长度 热负荷均匀分布且不变.则随着G增加,ljr增加,vqs下降. 故?p增大?还 是减小? 水平布置蒸发受热面中的水动力特性 在0-a段,出口为过热蒸汽,随qm增加比容 变化不大;

在a-b段,随qm增加加热段增大,蒸发段减 小,比容有所减小,曲线上升减缓;

在b-c段,随qm增加蒸汽产量减少,比容急 剧减小,?p下降;

在c-d段,流量已很大,比容变化不大,随qm增加?p又开始上升. 产生流量多值性的根本原因:蒸汽与水的 比容不同. 水平管圈水动力特性的影响因素 压力升高,汽水密度差减小, 水动力特性愈稳定 管圈进口工质欠焓愈小,水动力特 性愈趋向稳定 2011-11-6

2 水平管圈水动力特性的影响因素 热通量愈大,水动力特性愈 稳定(汽多);

但管内流量反 而减小 锅炉负荷:高负荷时,压力和热通 量都大,特性曲线较陡;

相反,在低 负荷时,特性曲线会出现不稳定性 水平管圈水动力特性方程式 若已知热通量、管圈进口工质焓及比容、管子结构及阻力系数,则可得

3 2 m m m p Aq Bq Cq ? ? ? ? 对上式求极值,可得方程的单值性条件为 jx 7.46

1 qh qh r i i ? ? ? ? ? ? ? ? ? 欠焓小于极限值则水动力特性稳定,反之则不稳定 节流圈 在相同的欠焓下,增加加热段阻力可减弱因含汽段阻力变化 而对水动力稳定性的影响.因而,直流锅炉常在管子加热区段 进口加装节流圈或采用较小的管径. 加装节流圈后的水动力特性方程式 ? ?

3 2

1 m jl m m p Aq B K v q Cq ? ? ? ? ? 同样,对上式求极值,可得方程的单 值性条件可得

1 z jl qh jx gq qh i i ? ? ? ? ? 超临界压力锅炉的水动力多值性 进口工质比焓对超临界锅炉水动 力多值性的影响. 设计时,保证锅炉低负荷时的质 量流速以避免水动力多值性的影响. 垂直管屏蒸发受热面中的水动力特性 重位压头不能忽略.重位压头的 水动力特性是单值的,因此对总的 水动力特性起稳定作用. 若重位压头还不足以使管圈水动 力特性达到稳定,则必须在管子入 口加装节流圈. 垂直上升管屏中的停滞与倒流 受热弱的管子重位压头大,因管 屏中所有并联管进出口压降相同, 所以受热弱的管子流动阻力必然减 小,也即流量减小. 当受热弱的管子的重位压降等于 管屏压降时,管中流动停滞;

热负 荷若再低,则管中可能发生倒流. 2011-11-6

3 垂直上升管屏停滞与倒流的校核 不发生停滞的条件 不发生倒流的条件 ? ?min tz 1.1 gp p p ? ? ? ? ?min 1.1 gp dl p p ? ? ? 直流锅炉蒸发受热面中流体的脉动 锅炉工况变动时,并联工作的某 些管圈流量周期性地忽高忽低,出 口蒸汽量也相应发生周期性变化 全炉脉动;

屏间脉动;

管间脉动 脉动的危害:流量脉动使直流锅 炉加热、蒸发及过热受热面交界处 的管壁交变地与不同状态的工质接 触,致使该处的金属温度周期性地 波动,导致金属疲劳损坏 脉动的机理 脉动的机理分析(热负荷扰动) 产生脉动的外因是某些管子的开始蒸发段受到外界热负荷变化扰动;

内 因是由于该区段工质及金属的蓄热量发生周期性变动 防止脉动的措施 提高工质入口质量流速 ?w增大,阻滞工质流动的蒸汽容积增大现象不易发生 具体措施: ?保证管圈进口工质的质量流速?w ?加热区段采用小管径或在管圈进口加装节流圈 ?在蒸发区段装置中间集箱(或称呼吸集箱) 增加蒸发管圈加热区段的阻力和降低蒸发区段的阻力 降低局部压力升高对进口水流量的影响;

加快把工质推向出口 增加进口工质欠焓、降低出口工质干度 有利于防止脉动 锅炉工作压力 工作压力高则汽水比容接近,局部压力升高不易发生,脉动不易发生 最小质量流速及垂直蒸发管屏 最小质量流速的确定 锅炉设计时,一般是根据在计算 工况下管壁温度不超过允许极限值来 确定最小质量流速,然后据此质量流 速来确定防止脉动应采取的节流程度 垂直蒸发管屏 与水平管圈相比,垂直上升管屏需 要更高的质量流速才能避免脉动的发 生. 2.直流锅炉蒸发受热面中的热偏差 热负荷、流量、结构 不均匀系数 流动阻力对热偏差的影响:结构差异,热效流量偏差 重位压头对热偏差的影响:流动阻力相对较大时,重位压头对减轻热偏差有 利;

流动阻力相对较小时,重位压头可能使受热弱的管子内的工质停滞 热偏差 个别管圈内工质焓增与整个管组工质平均焓增之比. rl sl ? ? ? ? p lz,min pj pj pj lz,pj p p sl G p z G p z ? ? ? ? ? ? ? 2011-11-6

4 热偏差的减轻与防止 使并联各管的结构尽量均匀,调整燃烧器布置与燃烧工况使各受 热面热负荷尽量均匀;

并联各管进口加装节流圈,并联各管屏的入口加装节流阀或节流 圈;

?节流圈的设计与布置应同时考虑水动力稳定,消除脉动和减小 热偏差 增加中间混合集箱,减小管组焓增?i. ?混合次数越多,工质流阻越大,系统愈复杂 3.直流锅炉蒸发受热面内放热过程 第一类传热恶化:蒸发管内壁热负荷超过临界热负 荷时,管内壁与工质间由核态沸腾转变为膜态沸腾, 传热过程恶化,壁温急剧上升.对应的特性参数为临 界热负荷. 第二类传热恶化:当管内含汽率x达到一定数值时, 管内流动结构呈环形水膜的汽柱状,若局部地区水膜 被"蒸干",亦导致传热恶化.对应的特性参数为界 限含汽率. 第一类传热恶化通常发生在热负荷高且工质x较小 或未饱和的区域,发生后管内?急剧降低,壁温飞升 很快;

第二类传热恶化发生在热负荷不太高但工质x较 大的区域. 亚临界压力沸腾管传热恶化 垂直沸腾管中的传热恶化 ?膜态沸腾与蒸干;

?界限质量流速 水平沸腾管中的传热恶化 ?汽水分层 ?提高质量流速是防止传热恶化 的主要措施 超临界压力沸腾管传热恶化 超临界压力的传热较亚临界有所改善 热负荷较高时,在最大比热容区附近也可发生传热恶化(类膜态沸腾) 提高质量流速是防止传热恶化的主要措施 设计时应使最大比热容区避开热负荷较高的区域 沸腾传热恶化的推迟与防止 内螺纹管 ?在热负荷较高的区域采用内 螺纹管,使传热恶化推迟 管内加装扰流子