第十三章 強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐

1、第十三章 強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐第一節(jié) 直流鍋爐概述第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性第三節(jié) 超臨界壓力下水冷壁的管內(nèi) 傳熱第四節(jié) 低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第五節(jié) 強(qiáng)制循環(huán)鍋爐第六節(jié) 直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)自然循環(huán)鍋爐，最高達(dá)自然循環(huán)鍋爐，最高達(dá)18.5MPa，有鍋筒，有鍋筒強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐鍋爐按工質(zhì)在鍋爐按工質(zhì)在蒸發(fā)部分的流蒸發(fā)部分的流動(dòng)方式分為動(dòng)方式分為直流鍋爐直流鍋爐復(fù)合循環(huán)鍋爐復(fù)合循環(huán)鍋爐多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐n一、直流鍋爐的工作原理（1）強(qiáng)制流動(dòng)（2）一次通過(guò)，K=1，G=D水冷壁水冷壁省煤器省煤器給水泵給水泵過(guò)熱器過(guò)熱器第一節(jié) 直流鍋爐概述n二、直流鍋爐的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)第一節(jié) 直流鍋爐概述1

2、優(yōu)點(diǎn)1) 適合于任何壓力，壓力越高，穩(wěn)定性越好；2)無(wú)鍋筒，重量輕，管徑小，支撐簡(jiǎn)單，鋼材耗量少2025%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(dòng)快，停爐時(shí)間短。n 2缺點(diǎn)（1）給水泵的耗電大；（2）給水品質(zhì)要求高；（3）自動(dòng)調(diào)節(jié)性能要求高；（4）要用啟動(dòng)旁路系統(tǒng)（在鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)的初期，蒸汽不合格，需要旁路掉）。第一節(jié) 直流鍋爐概述n三、直流鍋爐水冷壁的結(jié)構(gòu)形式（圖示）螺旋式螺旋式一次上升式（一次上升式（UP型）型）多次上升式多次上升式現(xiàn)代直流鍋爐的管圈形式現(xiàn)代直流鍋爐的管圈形式第一節(jié) 直流鍋爐概述1. 螺旋式水冷壁第一節(jié) 直流鍋爐概述2. UP型水冷壁第一節(jié) 直流鍋爐概述

3、3. 多次上升式第一節(jié) 直流鍋爐概述第十三章強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐第一節(jié) 直流鍋爐概述第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)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(qiáng)制循環(huán)鍋爐第六節(jié)直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性n 水動(dòng)力特性研究強(qiáng)制流動(dòng)時(shí)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。蒸發(fā)受熱面工作可靠性。q 直流鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)的水動(dòng)力特性的三個(gè)問(wèn)題：（1）水動(dòng)力不穩(wěn)定性；（2）脈動(dòng)；（3）熱偏差。 一、水動(dòng)力不穩(wěn)定性問(wèn)題n 并列管子組成的管系，如果對(duì)應(yīng)于一個(gè)壓降可能有23個(gè)流量則表現(xiàn)為水動(dòng)力不穩(wěn)定性。n 由于出現(xiàn)了水動(dòng)力特性的多值性，就可能使并列工作的

4、蒸發(fā)管中產(chǎn)生流量偏差及熱偏差，嚴(yán)重時(shí)，使管子燒壞。第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性pG GG GGG1G3G2p第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性（1. 水平蒸發(fā)受熱面中的水動(dòng)力不穩(wěn)定性（1）定性分析np與G間的一般關(guān)系np隨G的變化規(guī)律，要具體看G與 二者何者為大，p可能隨流量而增大，也可能在一定范圍內(nèi)下降。n由G與 的不同組合可以得出相同的p，存在多值n性是必然的。huhunvKGgfvGdlp2222)(huvhuv第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性（2）理論推導(dǎo)（定量分析）略（其解可能存在多個(gè)極值。)()()(23wCwBwAp)(Gfp 第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性n3） 分析：)(Gfp 特例：當(dāng)

5、0i，進(jìn)口水無(wú)欠焓時(shí)，A=0，B 改變符號(hào)，即，)()(2wCwBp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(dòng)力特性n推導(dǎo)極值不存在的條件0)(2)(3)(2CwBwAwdpdAACBBw332如果，032 ACB，則不存在實(shí)根，即沒(méi)有極值存在，可得：146. 7qhi第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性2. 垂直蒸發(fā)管中流動(dòng)不穩(wěn)定性上升上升下降下降又可以分為又可以分為多次上升、下降多次上升、下降第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性1)上升管 重位壓頭有利于流動(dòng)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(dòng)時(shí)，工質(zhì)流量不穩(wěn)定。zwl

6、zpppzwlzppp第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性 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(shí)，含汽率低，不易產(chǎn)生多值，含汽率高時(shí)，處于上升段，重位壓頭起有利作用。多值性，差多值性，差亦多值，但好一些亦多值，但好一些第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性（3. 影響鍋爐水動(dòng)力多值性因素分析（1) 欠焓的影響n進(jìn)口欠焓越小，水動(dòng)力越穩(wěn)定；第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性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(dòng)趨于穩(wěn)定。 vv第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)力特性 3) 質(zhì)量流速的影響 質(zhì)量流速越低，越容易發(fā)生水動(dòng)力

7、多值性。第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性 4) 熱負(fù)荷q的影響 熱負(fù)荷越低，越容易發(fā)生水動(dòng)力多值性。 5) 鍋爐負(fù)荷的影響 鍋爐負(fù)荷越低，越容易發(fā)生水動(dòng)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(dòng)力多值性。第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性n1) 提高質(zhì)量流速n 它是提高水動(dòng)力穩(wěn)定性的最有效方法。n2) 提高啟動(dòng)壓力n3) 采用進(jìn)口加裝節(jié)流圈n 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(shí)，就可得到單調(diào)升曲線。4. 穩(wěn)定水動(dòng)力特性的方法第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性n4) 減小進(jìn)口工質(zhì)欠焓減小了熱水段長(zhǎng)度。5) 減小受熱偏差熱偏差造成流量分配不

8、均6) 從而引起水動(dòng)力不穩(wěn)定。n6) 控制下輻射區(qū)水冷壁出口溫度。n7) 控制水冷壁熱負(fù)荷。 n 第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性二、蒸發(fā)管中的脈動(dòng)n脈動(dòng)管中的工質(zhì)流量呈周期性變化，危害十分嚴(yán)重。但是，脈動(dòng)的機(jī)理還不十分清楚。管間脈動(dòng)管間脈動(dòng)管屏間脈動(dòng)管屏間脈動(dòng)脈動(dòng)的類(lèi)型脈動(dòng)的類(lèi)型全爐脈動(dòng)全爐脈動(dòng)第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性n1影響管間脈動(dòng)的因素n 試驗(yàn)研究表明，管間脈動(dòng)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(dòng)的幅度越小。n 外因：蒸發(fā)開(kāi)始處的局部熱負(fù)荷突然升高；n 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(dòng)力特性第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性2.脈動(dòng)的危

9、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(jī)械振動(dòng)，引起機(jī)械應(yīng)力破壞。第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性3.脈動(dòng)的形成機(jī)理 一般性解釋 壓力降型脈動(dòng) 密度波型脈動(dòng) 熱力波型脈動(dòng)n 4 防止脈動(dòng) 的具體的技術(shù)措施n1）提高進(jìn)口壓力：工作壓力高，汽水的差別減小，不易發(fā)生脈動(dòng)；n2）提高進(jìn)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(dòng)力特性n3）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(dòng)。n4）降低蒸發(fā)點(diǎn)的熱負(fù)荷和熱偏差：蒸發(fā)點(diǎn)的熱負(fù)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。n5）防止脈動(dòng)性燃燒：

10、燃燒放熱呈脈動(dòng)時(shí)，熱水段和蒸發(fā)段也會(huì)呈現(xiàn)脈動(dòng)性。n6）選用較陡水泵特性的給水泵：壓力有所變化時(shí)，流量變化不大。第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性三、直流鍋爐的熱偏差n 1熱偏差定義n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。GHqpppppppGGHHqqGHqGHqii00000001第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性n2水力阻力對(duì)熱偏差的影響（水平管圈）n 并聯(lián)多管圈的總壓降相同，huhunslvKGvGfdlpp22221)(pppvGKvGK20200第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性n3. 熱偏差對(duì)流量偏差的影響n n 即受熱強(qiáng)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(huì)造成惡性循環(huán)

11、，使管子金屬過(guò)熱，甚至燒壞。popoopGRRGG第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性n4.重位壓頭對(duì)流量偏差的影響n對(duì)上升流：n n n 重位壓頭可減小流量偏差。n對(duì)下降流：n n n 重位壓頭可增大流量偏差。ooopopopoopGGRgHRRGG2)(1ooopopopoopGGRgHRRGG2)(1第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性n5.加裝節(jié)流圈對(duì)流量偏差的影響n n即選擇好各管中節(jié)流圈，可使流量偏差系數(shù)接近于1。jlpjlpppjlojloooopGRRRRGG.第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性n6減輕熱偏差的措施n 1）進(jìn)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(jì)時(shí)取水

12、動(dòng)力穩(wěn)定，熱偏差、脈動(dòng)計(jì)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(gè)并聯(lián)管組；（ 3）減少管組的工質(zhì)焓增使工質(zhì)進(jìn)行中間混合；n 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(fù)荷較為均勻。第二節(jié)直流鍋爐的水動(dòng)力特性第十三章強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐第一節(jié) 直流鍋爐概述第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)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(qiáng)制循環(huán)鍋爐第六節(jié)直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)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(lèi)膜態(tài)沸騰。一、超臨界壓力下水冷壁的傳熱特點(diǎn)：n二、超臨界壓力

13、鍋爐管內(nèi)傳熱惡化判別方法n 用參數(shù) 作為判據(jù)。 n n 0.42kJ/kg時(shí),A1，處于傳熱強(qiáng)化；n n 0.84kJ/kg時(shí)，A1，處于傳熱惡化；n n 0.420.84時(shí)，有可能A1，即有時(shí)傳熱強(qiáng)化，有時(shí)傳熱惡化。 02aaA wqwqwq第三節(jié)超臨界壓力下水冷壁管內(nèi)傳熱第十三章強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐第一節(jié) 直流鍋爐概述第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)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(qiáng)制循環(huán)鍋爐第六節(jié)直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐n一、產(chǎn)生的背景n 直流鍋爐有很大的優(yōu)越性，但也有以下的缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)流量低，要采用啟動(dòng)旁路系統(tǒng)；水冷壁流速與鍋爐負(fù)荷成正比，為保證低

14、負(fù)荷流速大于受熱管冷卻的最小流速，高負(fù)荷時(shí)的流速過(guò)高，造成阻力損失過(guò)大，泵消耗的功率也大。D，%ww水冷壁流量水冷壁流量最小流速最小流速n 為了克服直流鍋爐的兩點(diǎn)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。q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(fù)荷時(shí)能保證必需的質(zhì)量流速，高負(fù)荷時(shí)質(zhì)量流速又不過(guò)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)鍋爐實(shí)例：瑞士蘇爾壽947t/h低倍率循環(huán)鍋爐三、復(fù)合循環(huán)鍋爐第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第四節(jié)低倍率和復(fù)合循環(huán)鍋爐第十三章強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐第一節(jié) 直流

15、鍋爐概述第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)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(qiáng)制循環(huán)鍋爐第六節(jié)直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)第五節(jié)強(qiáng)制循環(huán)鍋爐工質(zhì)在蒸發(fā)管中做多次強(qiáng)制循環(huán)流動(dòng)，仍然用于亞臨界壓力范圍內(nèi)，故又稱為多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐。 可以采用更細(xì)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(yùn)行費(fèi)用均較大。 增加了數(shù)臺(tái)循環(huán)水泵，關(guān)鍵設(shè)備第五節(jié)強(qiáng)制循環(huán)鍋爐一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第五節(jié)強(qiáng)制循環(huán)鍋爐二、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的水動(dòng)力特點(diǎn) 由于同直流鍋爐一樣，同為強(qiáng)制流動(dòng)，因而，在蒸發(fā)受熱面的可靠性方面，與對(duì)直流鍋爐水動(dòng)力特性的分析一樣，存在著：1水動(dòng)力特性不穩(wěn)定性

16、問(wèn)題（多值性）；2流體脈動(dòng)；3熱偏差。三、工作特點(diǎn)D，%G，%給水流量給水流量水冷壁管中流量（循環(huán)水泵流量）水冷壁管中流量（循環(huán)水泵流量）第五節(jié)強(qiáng)制循環(huán)鍋爐循環(huán)倍率K1，但較低（35或更小），因而循環(huán)水量小，循環(huán)推動(dòng)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(dòng)、停爐和變負(fù)荷速度更快。 運(yùn)行耗電量較大，費(fèi)用高（強(qiáng)制循環(huán)泵）。第十三章強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐第一節(jié) 直流鍋爐概述第二節(jié) 直流鍋爐的水動(dòng)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(qiáng)制循環(huán)鍋爐第六節(jié)直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)第六節(jié)直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)n一、特點(diǎn) 無(wú)厚壁金屬鍋筒，起動(dòng)時(shí)間

17、2小時(shí)左右。 滑參數(shù)起動(dòng)時(shí)，鍋爐和汽輪機(jī)在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)蒸汽參數(shù)的要求是不同的：鍋爐在點(diǎn)火前需在水冷壁中建立起一定的起動(dòng)流量（約30%額定蒸發(fā)量）保證點(diǎn)火過(guò)程中水冷壁得到足夠的冷卻，汽輪機(jī)在起動(dòng)時(shí)主要是暖機(jī)和沖轉(zhuǎn)，要求的蒸汽壓力和流量不高；點(diǎn)火過(guò)程中從水冷壁甚至過(guò)熱器流出的是熱水或汽水混合物，不能進(jìn)入汽輪機(jī)；進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽需具有相應(yīng)壓力下50以上的過(guò)熱度；需要回收利用啟動(dòng)過(guò)程中的工質(zhì)和熱量，減少損失。二、起動(dòng)旁路系統(tǒng)n直流鍋爐必須配置帶有汽水分離器的起動(dòng)旁路系統(tǒng)，n需要進(jìn)行從起動(dòng)過(guò)程到正常運(yùn)行工況的切換操作。n 第六節(jié)直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng) 不需切除分離器的起動(dòng)系統(tǒng) 需切除分離器的起動(dòng)系統(tǒng)包括高溫過(guò)熱器高溫過(guò)熱器水冷壁水冷壁起動(dòng)分離器起動(dòng)分離器 圖圖 不需切除分離器的起動(dòng)系統(tǒng)不需切除分離器的起動(dòng)系統(tǒng)至疏水?dāng)U容器至疏水?dāng)U容器或除氧器或除氧器給水給水省煤器省煤器第六節(jié)直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)12345節(jié)流管束節(jié)流管束水冷壁水冷壁起動(dòng)分離器起動(dòng)分離器 圖圖 需切除分離器的起動(dòng)系統(tǒng)需切除分離器的起動(dòng)系統(tǒng)至除氧器水箱至除氧器水箱高溫過(guò)熱器高溫過(guò)熱器低溫過(guò)熱器低溫過(guò)熱器至