強制流動鍋爐

強制流動鍋爐第1頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三自然循環(huán)鍋爐，最高達18.5MPa，有鍋筒強制流動鍋爐鍋爐按工質(zhì)在蒸發(fā)部分的流動方式分為直流鍋爐復(fù)合循環(huán)鍋爐多次強制循環(huán)鍋爐第2頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三一、直流鍋爐的工作原理1）強制流動2）一次通過，K=1，G=D水冷壁省煤器給水泵過熱器第一節(jié)直流鍋爐概述第3頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三二、直流鍋爐的優(yōu)點和缺點第一節(jié)直流鍋爐概述1．優(yōu)點1)適合于任何壓力，壓力越高，穩(wěn)定性越好；2)無鍋筒，重量輕，管徑小，支撐簡單，鋼材耗量少20~25%3)蒸發(fā)受熱面布置比較自由，不必要一定垂直布置；4)啟動快，停爐時間短。第4頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2．缺點1）給水泵的耗電大；2）給水品質(zhì)要求高；3）自動調(diào)節(jié)性能要求高；4）要用啟動旁路系統(tǒng)（在鍋爐點火啟動的初期，蒸汽不合格，需要旁路掉）。第一節(jié)直流鍋爐概述第5頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三三、直流鍋爐水冷壁的結(jié)構(gòu)形式（圖示）螺旋式一次上升式（UP型）多次上升式現(xiàn)代直流鍋爐的管圈形式第一節(jié)直流鍋爐概述第6頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三1.螺旋式水冷壁第一節(jié)直流鍋爐概述第7頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2.UP型水冷壁第一節(jié)直流鍋爐概述第8頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三3.多次上升式第一節(jié)直流鍋爐概述第9頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第十三章強制流動鍋爐第一節(jié)直流鍋爐概述第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第三節(jié)超臨界壓力下水冷壁管內(nèi)傳熱第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第五節(jié)強制循環(huán)鍋爐第六節(jié)直流鍋爐的啟動系統(tǒng)第10頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性水動力特性—研究強制流動時并列布置蒸發(fā)管的壓力降與流量間的關(guān)系，關(guān)心蒸發(fā)受熱面工作可靠性。直流鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)的水動力特性的三個問題：1）水動力不穩(wěn)定性；2）脈動；3）熱偏差。第11頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三一、水動力不穩(wěn)定性問題并列管子組成的管系，如果對應(yīng)于一個壓降可能有2~3個流量——則表現(xiàn)為水動力不穩(wěn)定性。由于出現(xiàn)了水動力特性的多值性，就可能使并列工作的蒸發(fā)管中產(chǎn)生流量偏差及熱偏差，嚴重時，使管子燒壞。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第12頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三ΔpGGGG1G3G2第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第13頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三1.水平蒸發(fā)受熱面中的水動力不穩(wěn)定性1）定性分析Δp與G間的一般關(guān)系Δp隨G的變化規(guī)律，要具體看G與二者何者為大，Δp可能隨流量而增大，也可能在一定范圍內(nèi)下降。由G與的不同組合可以得出相同的Δp，存在多值性是必然的。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第14頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2）理論推導(dǎo)（定量分析）——略其解可能存在多個極值。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第15頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三3）分析：特例：當(dāng)0=Di，進口水無欠焓時，A=0，B改變符號，即，)()(2rrwCwBp+=D可知：二次曲線為單值性，總是穩(wěn)定的第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第16頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三推導(dǎo)極值不存在的條件第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第17頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2.垂直蒸發(fā)管中流動不穩(wěn)定性上升下降又可以分為多次上升、下降第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第18頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三1)．上升管重位壓頭有利于流動特性趨于穩(wěn)定，改善阻力特性，一般情況下不出現(xiàn)多值性。2)．下降管重位壓頭的存在惡化阻力特性，因此，一次下降流動時，工質(zhì)流量不穩(wěn)定。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第19頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三3)．組合先下降后上升的布置要好于先上升后下降。先下降時，含汽率低，不易產(chǎn)生多值，含汽率高時，處于上升段，重位壓頭起有利作用。多值性，差亦多值，但好一些第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第20頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三3.影響鍋爐水動力多值性因素分析1)欠焓的影響進口欠焓越小，水動力越穩(wěn)定；第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第21頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2)壓力的影響多值性出現(xiàn)的主要原因是由于汽和水的比容不同，隨壓力的升高，比容的差值減小（），流動趨于穩(wěn)定。

第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第22頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三3)質(zhì)量流速的影響質(zhì)量流速越低，越容易發(fā)生水動力多值性。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第23頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三4)熱負荷q的影響

熱負荷越低，越容易發(fā)生水動力多值性。5)鍋爐負荷的影響

鍋爐負荷越低，越容易發(fā)生水動力多值性。6)重位壓頭的影響

重位壓頭越低，越容易發(fā)生水動力多值性。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第24頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三1)提高質(zhì)量流速它是提高水動力穩(wěn)定性的最有效方法。2)提高啟動壓力3)采用進口加裝節(jié)流圈將單相流體的阻力特性曲線（二次曲線），疊加在多值的、可能不穩(wěn)定的曲線上，當(dāng)節(jié)流圈的阻力足夠大時，就可得到單調(diào)升曲線。4.穩(wěn)定水動力特性的方法第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第25頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三4)減小進口工質(zhì)欠焓——減小了熱水段長度。減小受熱偏差——熱偏差造成流量分配不均從而引起水動力不穩(wěn)定。6)控制下輻射區(qū)水冷壁出口溫度。7)控制水冷壁熱負荷。

第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第26頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三二、蒸發(fā)管中的脈動脈動—管中的工質(zhì)流量呈周期性變化，危害十分嚴重。但是，脈動的機理還不十分清楚。管間脈動管屏間脈動脈動的類型全爐脈動第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第27頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三1．影響管間脈動的因素試驗研究表明，管間脈動的主要影響因素之一是：熱水段與蒸發(fā)水段阻力之比。越大，脈動的幅度越小。外因：蒸發(fā)開始處的局部熱負荷突然升高；內(nèi)因：由于局部壓力的升高，造成工質(zhì)及金屬的蓄熱變化。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第28頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性2.脈動的危害使管壁溫度發(fā)生周期性變化，引起疲勞破壞。汽溫不易控制，易導(dǎo)致管壁超溫。造成管屏的機械振動，引起機械應(yīng)力破壞。第29頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性3.脈動的形成機理一般性解釋壓力降型脈動密度波型脈動熱力波型脈動第30頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三4．防止脈動的具體的技術(shù)措施1）提高進口壓力：工作壓力高，汽水的差別減小，不易發(fā)生脈動；2）提高進口工質(zhì)的流量（滿足推薦的最小界限質(zhì)量流速）；第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第31頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三3）加大加熱水段的阻力（加裝節(jié)流圈），則水回流的阻力增大，不易發(fā)生脈動。4）降低蒸發(fā)點的熱負荷和熱偏差：蒸發(fā)點的熱負荷減小，可避免局部壓力的大幅度變化；熱偏差的減小，可減小流量偏差。5）防止脈動性燃燒：燃燒放熱呈脈動時，熱水段和蒸發(fā)段也會呈現(xiàn)脈動性。6）選用較陡水泵特性的給水泵：壓力有所變化時，流量變化不大。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第32頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三三、直流鍋爐的熱偏差1．熱偏差定義熱偏差主要是由于吸熱不均勻和流量不均的共同作用所造成。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第33頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三2．水力阻力對熱偏差的影響（水平管圈）并聯(lián)多管圈的總壓降相同，第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第34頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三3.熱偏差對流量偏差的影響

即受熱強的管子內(nèi)，流量反而減少——這種由于吸熱不同而引起的流量偏差會造成惡性循環(huán)，使管子金屬過熱，甚至燒壞。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第35頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三4.重位壓頭對流量偏差的影響對上升流：

重位壓頭可減小流量偏差。對下降流：

重位壓頭可增大流量偏差。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第36頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三5.加裝節(jié)流圈對流量偏差的影響

即選擇好各管中節(jié)流圈，可使流量偏差系數(shù)接近于1。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第37頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三6．減輕熱偏差的措施

1）進口加裝節(jié)流圈——減少流量偏差，選擇適當(dāng)?shù)墓?jié)流圈阻力，可以取得一舉三得的作用，設(shè)計時取水動力穩(wěn)定，熱偏差、脈動計算所得的最小直徑。

2）減少受熱偏差（受熱不均）——將受熱面分成若干個并聯(lián)管組；3）減少管組的工質(zhì)焓增——使工質(zhì)進行中間混合；4）提高質(zhì)量流速，降低壁溫——可允許有較大的熱偏差；

5）組織好爐內(nèi)的燃燒——使?fàn)t內(nèi)的熱負荷較為均勻。第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第38頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第十三章強制流動鍋爐第一節(jié)直流鍋爐概述第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第三節(jié)超臨界壓力下水冷壁管內(nèi)傳熱第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第五節(jié)強制循環(huán)鍋爐第六節(jié)直流鍋爐的啟動系統(tǒng)第39頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第三節(jié)超臨界壓力下水冷壁管內(nèi)傳熱工質(zhì)在水冷壁的溫升大。傳熱與工質(zhì)的熱物理特性密切相關(guān)。容易引起類膜態(tài)沸騰。一、超臨界壓力下水冷壁的傳熱特點：第40頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三二、超臨界壓力鍋爐管內(nèi)傳熱惡化判別方法用參數(shù)作為判據(jù)。

0.42kJ/kg時,A>1，處于傳熱強化；

0.84kJ/kg時，A<1，處于傳熱惡化；

0.42～0.84時，有可能A<1或A>1，即有時傳熱強化，有時傳熱惡化。

第三節(jié)超臨界壓力下水冷壁管內(nèi)傳熱第41頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第十三章強制流動鍋爐第一節(jié)直流鍋爐概述第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第三節(jié)超臨界壓力下水冷壁管內(nèi)傳熱第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第五節(jié)強制循環(huán)鍋爐第六節(jié)直流鍋爐的啟動系統(tǒng)第42頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐一、產(chǎn)生的背景直流鍋爐有很大的優(yōu)越性，但也有以下的缺點：啟動流量低，要采用啟動旁路系統(tǒng)；水冷壁流速與鍋爐負荷成正比，為保證低負荷流速大于受熱管冷卻的最小流速，高負荷時的流速過高，造成阻力損失過大，泵消耗的功率也大。D，%ρw水冷壁流量最小流速第43頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三為了克服直流鍋爐的兩點不足，解決上述矛盾，從而產(chǎn)生了低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐。低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐：低負荷時能保證必需的質(zhì)量流速，高負荷時質(zhì)量流速又不過大，是適合于亞臨界和超臨界壓力的一種比較理想的鍋爐型式。第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第44頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三二、低倍率循環(huán)鍋爐第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第45頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三實例：瑞士蘇爾壽947t/h低倍率循環(huán)鍋爐第46頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三三、復(fù)合循環(huán)鍋爐第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第47頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第48頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第十三章強制流動鍋爐第一節(jié)直流鍋爐概述第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第三節(jié)超臨界壓力下水冷壁管內(nèi)傳熱第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第五節(jié)強制循環(huán)鍋爐第六節(jié)直流鍋爐的啟動系統(tǒng)第49頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第五節(jié)強制循環(huán)鍋爐工質(zhì)在蒸發(fā)管中做多次強制循環(huán)流動，仍然用于亞臨界壓力范圍內(nèi)，故又稱為多次強制循環(huán)鍋爐。第50頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三可以采用更細的管子，蒸發(fā)受熱面的垂直布置，比較自由；鍋筒、汽水分離器尺寸小，金屬耗量少，但循環(huán)水泵的投資和運行費用均較大。增加了數(shù)臺循環(huán)水泵，關(guān)鍵設(shè)備第五節(jié)強制循環(huán)鍋爐一、結(jié)構(gòu)特點第51頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第五節(jié)強制循環(huán)鍋爐二、強制循環(huán)鍋爐的水動力特點由于同直流鍋爐一樣，同為強制流動，因而，在蒸發(fā)受熱面的可靠性方面，與對直流鍋爐水動力特性的分析一樣，存在著：1．水動力特性不穩(wěn)定性問題（多值性）；2．流體脈動；3．熱偏差。第52頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三三、工作特點D，%G，%給水流量水冷壁管中流量（循環(huán)水泵流量）第五節(jié)強制循環(huán)鍋爐循環(huán)倍率K>1，但較低（3~5或更?。蚨h(huán)水量小，循環(huán)推動力大。由于循環(huán)水泵的特性，水冷壁中工質(zhì)的流量變化不大。與自然循環(huán)鍋爐相比，控制循環(huán)鍋爐啟動、停爐和變負荷速度更快。運行耗電量較大，費用高（強制循環(huán)泵）。第53頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第十三章強制流動鍋爐第一節(jié)直流鍋爐概述第二節(jié)直流鍋爐的水動力特性第三節(jié)超臨界壓力下水冷壁管內(nèi)傳熱第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第五節(jié)強制循環(huán)鍋爐第六節(jié)直流鍋爐的啟動系統(tǒng)第54頁，講稿共58頁，2023年5月2日，星期三第六節(jié)直流鍋爐的啟動系統(tǒng)一、特點無厚壁金