汽液兩相流動的基本概念課件

第十二章汽液兩相流動的

基本概念第十二章汽液兩相流動的

基本概1第十二章汽液兩相流動的基本概念自然循環(huán)原理與基本概念自然循環(huán)鍋爐水冷壁的安全運行蒸發(fā)管內(nèi)的汽液兩相流型及傳熱汽液兩相流體的流動參數(shù)汽液兩相流體的流動阻力、重位壓降簡單回路的水循環(huán)計算和水循環(huán)特性曲線復(fù)雜回路的水循環(huán)計算水循環(huán)全特性曲線和循環(huán)安全性檢查蒸發(fā)管傳熱惡化工況的計算提高循環(huán)安全性的措施水冷壁的高溫腐蝕第十二章汽液兩相流動的基本概念自然循環(huán)原理與基本概念2第一節(jié)自然循環(huán)原理與基本概念一

自然循環(huán)原理

定義：在一個閉合的回路中，由于工質(zhì)自身的密度差造成的重位壓差，推動工質(zhì)流動的現(xiàn)象。

自然循環(huán)鍋爐的循環(huán)回路是由鍋筒、下降管、分配水管、水冷壁下聯(lián)箱、水冷壁管、水冷壁上聯(lián)箱、汽水混合物引出管、汽水分離器組成的，如圖12-1所示；重位壓差是由下降管和上升管(水冷壁管)內(nèi)工質(zhì)密度不同造成的；而密度差是由下降管引入水冷壁的水吸收爐膛內(nèi)火焰的輻射熱量后，進行蒸發(fā)，形成汽水混合物，使工質(zhì)密度降低形成的。

第一節(jié)自然循環(huán)原理與基本概念一自然循環(huán)原理定義：在3汽液兩相流動的基本概念課件4下降管側(cè)

上升管側(cè)

水在回路中循環(huán)流動時，下降管側(cè)壓差Yxj等于上升管側(cè)壓差Yss下降管側(cè)水在回路中循環(huán)流動時，下降管側(cè)壓差Yxj等于上5自然循環(huán)的實質(zhì)：由重位壓差造成的循環(huán)推動力克服上升系統(tǒng)和下降系統(tǒng)的流動阻力，推動工質(zhì)在循環(huán)回路中流動。即由于水冷壁管吸熱，使水的密度xj改變成為汽水混合物的密度hu，并在高度為H的回路中形成了重位壓差。回路高度越高，且工質(zhì)密度差越大，形成的循環(huán)推動力越大。工質(zhì)密度差不僅與壓力有關(guān)，而且與水冷壁管吸熱強度有關(guān)。在正常循環(huán)情況下，吸熱越多，密度差越大，工質(zhì)循環(huán)流動速度越高；而壓力越高，汽、水的密度差降低，工質(zhì)循環(huán)流動速度越低。

自然循環(huán)的實質(zhì)：由重位壓差造成的循環(huán)推動力克服上升系統(tǒng)和下降6二自然循環(huán)的基本概念循環(huán)流速w0:在飽和水狀態(tài)下進入上升管入口的水的流速。質(zhì)量含汽率x:上升管中蒸汽所占循環(huán)流量的份額?；蚱旌衔镏姓羝嫉姆蓊~。

循環(huán)倍率Ｋ:上升管中實際產(chǎn)生一公斤蒸汽需要進入多少公斤水二自然循環(huán)的基本概念循環(huán)流速w0:在飽和水狀態(tài)下進入上升7名義循環(huán)倍率K0：按鍋筒引出的飽和蒸汽量計算的循環(huán)倍率

鍋筒水室凝汽量D

亞臨界鍋爐鍋筒水室中存在著蒸汽的凝結(jié)過程，使水冷壁的實際蒸發(fā)量大于從鍋筒引出的飽和蒸汽量。在鍋筒水室中被凝結(jié)的蒸汽量就稱為鍋筒水室凝汽量，記作D。由于凝汽量的存在，水冷壁中的質(zhì)量含汽率應(yīng)按實際蒸發(fā)量計算。凝汽量與循環(huán)流量的比值被稱為凝汽率xnq名義循環(huán)倍率K0：按鍋筒引出的飽和蒸汽量計算的循環(huán)倍率鍋筒8凝汽率與鍋爐壓力和負荷有關(guān)一臺容量為1025T/H的亞臨界參數(shù)鍋爐，最大凝汽量達到290t/h之多，鍋筒水室中存在的凝汽過程，使得MCR負荷時水冷壁中實際的蒸發(fā)量比名義蒸發(fā)量大6.8％，水冷壁中的質(zhì)量含汽率由0.24增大到0.31，由此引起循環(huán)系統(tǒng)的實際循環(huán)倍率小于名義循環(huán)倍率。國內(nèi)的推薦數(shù)據(jù)：當(dāng)p=18.6MPa時，xnq=0.042。

凝汽率與鍋爐壓力和負荷有關(guān)9第二節(jié)自然循環(huán)鍋爐水冷壁的安全運行一影響水冷壁安全運行的主要因素水質(zhì)不良導(dǎo)致的水冷壁管內(nèi)結(jié)垢與腐蝕，水冷壁受熱偏差或管內(nèi)流動阻力的影響，導(dǎo)致個別或部分管子出現(xiàn)循環(huán)流動的停滯或倒流；水冷壁熱負荷過大導(dǎo)致的管子內(nèi)壁面附近出現(xiàn)膜態(tài)沸騰；鍋筒水位過低引起水冷壁中循環(huán)流量不足，甚至發(fā)生更為嚴(yán)重的“干鍋”；燃燒產(chǎn)生的腐蝕性氣體對金屬管子外壁面的高溫腐蝕；結(jié)渣和積灰導(dǎo)致的對金屬管壁的侵蝕；煤粉氣流或含灰氣流對金屬管壁的磨損。

第二節(jié)自然循環(huán)鍋爐水冷壁的安全運行一影響水冷壁安全運10停滯倒流膜態(tài)沸騰水的冷卻汽的冷卻連續(xù)水膜被破壞爆管超溫傳熱惡化停滯倒流膜態(tài)沸騰水的冷卻汽的冷卻連續(xù)水膜被破壞爆管超溫傳熱惡11二蒸發(fā)管內(nèi)的停滯、倒流和膜態(tài)沸騰1.循環(huán)停滯水冷壁分成幾至以至幾十個獨立的水循環(huán)回路。爐膛中溫度場分布不均；上升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)偏差和流量分配偏差；雖然管屏進出口聯(lián)箱的壓差是相同的，但每根管子的流動速度可能不同。受熱弱的管子中，工質(zhì)密度大，當(dāng)這根管子的重位壓頭接近于管屏的壓差時，管屏的壓差只能托住液柱，而不能推動液柱的運動。這時，管內(nèi)就出現(xiàn)了流體的停滯現(xiàn)象。

二蒸發(fā)管內(nèi)的停滯、倒流和膜態(tài)沸騰1.循環(huán)停滯水冷12汽液兩相流動的基本概念課件13從循環(huán)特性，停滯現(xiàn)象：循環(huán)流速w0→0，但w0

≠0；即循環(huán)流量G=D，但G≠0；停滯管的壓差等于下降管的壓差，即Ytz=Yxj，但停滯管的流動阻力ptz→0。后果：汽泡聚集彎頭和焊縫處，并可能形成大汽泡，造成蒸汽塞，管子局部就會過熱超溫。當(dāng)存在自由水面時，管子上半部是汽，下半部是水。管子上部就會過熱超溫；自由水面：進入上升管的循環(huán)流量微小，以至在管子微弱吸熱后被蒸發(fā)成汽泡。后果：當(dāng)自由水面的位置波動時，還會引起管子的疲勞應(yīng)力

水循環(huán)停滯導(dǎo)致水冷壁管傳熱惡化；主要發(fā)生在受熱弱的管子上。

從循環(huán)特性，停滯現(xiàn)象：循環(huán)流速w0→0，但w0≠0；即循14由于受熱不均，有的管中工質(zhì)向上流，有的管中工質(zhì)向下流。工質(zhì)向下流的管子就叫“倒流管”。倒流現(xiàn)象：本來應(yīng)該是工質(zhì)向上流的上升管，變成了工質(zhì)向下流的下降管。倒流現(xiàn)象的本質(zhì)：倒流管的壓差大于同一片管屏或同一回路的平均壓差，即Ydl＞Yhl。從而迫使工質(zhì)向下流動。2.倒流由于受熱不均，有的管中工質(zhì)向上流，有的管中工質(zhì)向下流15在倒流管中，水向下運動，而汽泡由于受到浮力向上運動。當(dāng)?shù)沽魉俣容^慢且等于汽泡向上運動的速度時，向下流的水帶不走汽泡，造成汽泡不上不下的狀態(tài)，引起汽塞，發(fā)生傳熱惡化，以至使管子出現(xiàn)局部過熱超溫。當(dāng)管內(nèi)工質(zhì)倒流速度很快時，管子仍能得到良好冷卻，不出現(xiàn)局部超溫。當(dāng)汽水混合物引出管從汽包汽空間引入時，不會出現(xiàn)倒流。當(dāng)水冷壁受熱不均比較嚴(yán)重時，受熱最差的管子有時可能出現(xiàn)停滯，有時可能出現(xiàn)倒流，所以同一根管子出現(xiàn)停滯和倒流以及向上流動的機會并不是固定的，而是隨管外吸熱狀態(tài)和管內(nèi)工質(zhì)密度的變化而變化的。在倒流管中，水向下運動，而汽泡由于受到浮力向上運動。16核態(tài)沸騰：水冷壁管受熱時，在管子內(nèi)壁面上開始蒸發(fā)，形成許多小汽泡。如果此時管外的熱負荷不大，小汽泡可以及時地被管子中心水流帶走，并受到“趨中效應(yīng)”的作用力，向管子中心轉(zhuǎn)移，而管中心的水不斷地向壁面補充。膜態(tài)沸騰：如果管外的熱負荷很高，汽泡生成的速度大于汽泡脫離壁面的速度，汽泡就會在管子內(nèi)壁面上聚集起來，形成蒸汽膜，將管子中心的水與管壁隔開，使管子壁面得不到水膜的直接冷卻，導(dǎo)致管壁超溫。也稱為第一類傳熱惡化。過渡沸騰：由核態(tài)沸騰向膜態(tài)沸騰開始轉(zhuǎn)變的過程3.膜態(tài)沸騰核態(tài)沸騰：水冷壁管受熱時，在管子內(nèi)壁面上開始蒸發(fā)，形成許多小17

膜態(tài)沸騰一般發(fā)生在亞臨界參數(shù)鍋爐水冷壁管內(nèi)。這是因為水的汽化潛熱隨著壓力提高而大幅度減小，使得亞臨界參數(shù)下在水冷壁管內(nèi)壁面附近流體邊界層中的水更容易汽化，即容易形成更多的汽化核心，因而產(chǎn)生膜態(tài)沸騰的機會相應(yīng)增加。

膜態(tài)沸騰的產(chǎn)生取決于水冷壁管外的熱負荷、管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量含汽率、管內(nèi)的質(zhì)量流速、工質(zhì)壓力、管徑等多種因素。但主要取決于水冷壁的熱負荷與質(zhì)量含汽率。運行和試驗證明，盡管亞臨界參數(shù)鍋爐水冷壁管出口汽水混合物的質(zhì)量含汽率一般只達到0.3~0.4，但發(fā)生傳熱惡化的可能性較大。

采用內(nèi)螺紋管水冷壁可抑制膜態(tài)沸騰膜態(tài)沸騰一般發(fā)生在亞臨界參數(shù)鍋爐水冷壁管內(nèi)。18第三節(jié)蒸發(fā)管內(nèi)的汽液兩相流型及傳熱泡狀流彈狀流環(huán)狀流霧狀流一汽液兩相流的流型第三節(jié)蒸發(fā)管內(nèi)的汽液兩相流型及傳熱泡狀流彈狀流環(huán)狀流19泡狀流：在連續(xù)的液相中,分散散存在著小汽泡。彈狀流：泡狀流中，汽泡濃度增大時，受趨中效應(yīng)的作用，小汽泡聚合成大汽泡，直徑逐漸增大。汽泡直徑接近于管子內(nèi)徑時，形成彈狀流。環(huán)狀流：由于汽彈的內(nèi)壓力增大，當(dāng)汽彈的內(nèi)壓力大于汽泡的表面張力時，汽泡破裂，液相沿管壁流動，形成一層液膜；汽相在管子中心流動，夾帶著小液滴。霧狀流：管子壁面上的水膜完全蒸干時，蒸干點的質(zhì)量含汽率x=0.8，即蒸汽中仍然夾帶著小液滴，形成霧狀流。自然循環(huán)鍋爐的蒸發(fā)管中，因為限制x≤0.4，所以一般不會出現(xiàn)霧狀流。泡狀流：在連續(xù)的液相中,分散散存在著小汽泡。20二蒸發(fā)管內(nèi)的傳熱1蒸發(fā)管內(nèi)的流型與傳熱的關(guān)系單相液體流動階段：在管子入口處，為過冷水對流傳熱，放熱系數(shù)基本不變。過冷沸騰階段：汽泡狀流動的初級階段。壁面溫度大于飽和溫度，在壁面上產(chǎn)生小汽泡，而管子中心流體溫度尚未達到飽和溫度，汽泡被帶到水流中很快凝結(jié)而消失，放熱系數(shù)增大。汽泡狀流動的后期和環(huán)狀流動階段：由于不斷吸熱，管內(nèi)的水流達到飽和溫度在壁面上產(chǎn)生的蒸汽不再凝結(jié)，壁面上不斷產(chǎn)生汽泡，又不斷脫離壁面，水流中分散著許多小汽泡，此時飽和核態(tài)沸騰開始，并一直持續(xù)到環(huán)狀流動階段結(jié)束。管內(nèi)放熱系數(shù)變化不大，管壁溫度接近流體溫度。二蒸發(fā)管內(nèi)的傳熱1蒸發(fā)管內(nèi)的流型與傳熱的關(guān)系單相21

有卷吸的環(huán)狀流動階段：環(huán)狀流的液膜變薄，管子壁面上的熱量很快通過液膜傳遞到液膜表面，此時在管子壁面上不再產(chǎn)生汽泡，蒸發(fā)過程轉(zhuǎn)移的液膜表面進行。放熱系數(shù)略有提高，管壁溫度接近流體溫度。

霧狀流動階段：由于管子壁面的水膜被蒸干，只有管子中心的蒸汽流中夾帶著小液滴，壁面由霧狀蒸汽流冷卻，工質(zhì)對管壁的放熱系數(shù)急劇減小，管壁溫度發(fā)生突變性提高。隨后，由于流動速度增加和小液滴對管壁的潤濕作用，

使工質(zhì)對管壁的放熱系數(shù)又有所增大，管壁溫度略有下降。

當(dāng)霧狀流蒸汽中水滴全部被蒸干以后，形成單相的過熱蒸汽流動，放熱系數(shù)進一步減小，管壁溫度進一步上升。

有卷吸的環(huán)狀流動階段：環(huán)狀流的液膜變薄，管子壁面上的熱22汽液兩相流動的基本概念課件23當(dāng)熱負荷不斷增大到一定程度時，水冷壁管內(nèi)就會產(chǎn)生膜態(tài)沸騰。膜態(tài)沸騰有可能發(fā)生在環(huán)狀流動階段，當(dāng)熱負荷進一步提高時，也可能發(fā)生在泡狀流動階段，特別是可能發(fā)生在過冷沸騰階段。第二類傳熱惡化，“蒸干”：在自然循環(huán)鍋爐的水冷壁中在正常運行狀態(tài)下不出現(xiàn)“蒸干”導(dǎo)致的傳熱惡化。在非正常運行狀態(tài)下一旦出現(xiàn)第二類傳熱惡化，雖然開始時壁溫并不太高，但含鹽量較高的爐水水滴潤濕管壁時，鹽分沉積在管壁上，也會造成傳熱惡化。

2蒸發(fā)管內(nèi)的傳熱惡化當(dāng)熱負荷不斷增大到一定程度時，水冷壁管內(nèi)就會產(chǎn)生膜態(tài)沸騰。膜24三內(nèi)螺紋管抑制傳熱惡化的作用鰭片光管：x=0.3，壁溫開始飛升x=0.6，壁溫達到第一個高峰點，此后壁溫略有下降，x=0.8，出現(xiàn)蒸干,管壁溫度再次出現(xiàn)飛升。內(nèi)螺紋管：x=0.8，壁溫才開始飛升。說明內(nèi)螺紋管具有顯著的抵抗膜態(tài)沸騰、推遲傳熱惡化的作用。三內(nèi)螺紋管抑制傳熱惡化的作用鰭片光管：25內(nèi)螺紋管抑制膜態(tài)沸騰、推遲傳熱惡化的機理：工質(zhì)受到螺紋的作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，增強了管子內(nèi)壁面附近流體的擾動，使水冷壁管內(nèi)壁面上產(chǎn)生的汽泡可以被旋轉(zhuǎn)向上運動的液體及時帶走，而水流受到旋轉(zhuǎn)力的作用緊貼內(nèi)螺紋槽壁面流動。從而避免了汽泡在管子內(nèi)壁面上的積聚所形成的“汽膜”，保證了管子內(nèi)壁面上有連續(xù)的水流冷卻。亞臨界參數(shù)自然循環(huán)鍋爐采用內(nèi)螺紋管水冷壁是具有相當(dāng)大的安全裕度內(nèi)螺紋管抑制膜態(tài)沸騰、推遲傳熱惡化的機理：工質(zhì)受到螺紋的作用26內(nèi)螺紋管與光管中質(zhì)量含汽率的允許變動范圍

內(nèi)螺紋管光管汽包壓力MPa16.6/18.1/19.3/20.716.6/18.1/19.3/20.7最大允許的x0.940/0.915/0.875/0.7800.485/0.385/0.185/0.185燃燒器區(qū)域x0.155/0.165/0.185/0.2330.155/0.165/0.185/-x允許范圍0.785/0.750/0.690/0.5400.330/0.220/0.0/-內(nèi)螺紋管與光管中質(zhì)量含汽率的允許變動范圍

內(nèi)螺紋管光管汽包壓27第四節(jié)

汽液兩相流體的流動參數(shù)

假定在通道內(nèi)汽和水是均勻混合的；水和汽之間無相對速度；只考慮汽的比容比水的比容大。均相模型雖然與實際的汽液兩相流體流動現(xiàn)象有差別，但它是研究汽液兩相流動的基礎(chǔ)。一汽液兩相流體流動的均相模型1

均相模型第四節(jié)汽液兩相流體的流動參數(shù)假定在通道內(nèi)汽和水是均勻混28(1)汽的折算流速(2)水的折算流速

2汽的折算流速和水的折算流速按容積流量計算的水的折算速度和汽的折算速度。(1)汽的折算流速(2)水的折算流速2汽的折算流速29汽水混合物的容積流量為V＝V＇＋V〃3.汽水混合物的流速whu汽水混合物的容積流量為V＝V＇＋V〃3.汽水混合物的流30汽液兩相流動的基本概念課件314容積含汽率4容積含汽率32二汽液兩相流體流動的分流模型蒸發(fā)管內(nèi)的流型主要表現(xiàn)為泡狀流、環(huán)狀流。這種流型的特征是在管子壁面處形成環(huán)狀水膜，蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽集中在管子中心處汽液兩相流動的分流模型是：①管內(nèi)的汽水混合物是分開流動的，汽在管子中央流動，水貼近壁面流動；②汽和水之間有相對速度。由此導(dǎo)出的汽液兩相流動參數(shù)可視為接近真實的參數(shù)。二汽液兩相流體流動的分流模型蒸發(fā)管內(nèi)的流型主要表現(xiàn)為泡331.截面含汽率表示蒸汽流通截面占管子總截面的份額2.汽的真實速度和水的真實速度汽的真實速度

水的真實速度3接近真實的汽水混合物的密度ρzs

1.截面含汽率表示蒸汽流通截面占管子總截面的份額2.汽34三兩相流動參數(shù)與均相流動參數(shù)的關(guān)系可視為汽和水的速度比，或稱為汽水滑動比。設(shè)三兩相流動參數(shù)與均相流動參數(shù)的關(guān)系可視為汽和水的速度比35滑動比S可由試驗確定；國內(nèi)對垂直上升管，采用以下的方法確定SS的物理意義：當(dāng)w〃＞w，S＞１，為汽水混合物向上流動工況；當(dāng)w〃＜w，S＜１，為混合物向下流動工況；當(dāng)w〃＜w，S＝１，為均相流動工況，即=

。

滑動比S可由試驗確定；國內(nèi)對垂直上升管，采用以36第五節(jié)汽液兩相流體的流動阻力、重位壓降一兩相流體的流動阻力汽水混合物流動時，在泡狀流、彈狀流、環(huán)狀流階段，汽泡受到浮力的作用，向上運動的速度比水流速度快。兩相流體流動阻力=液相水與管壁的摩擦阻力+汽相和液相之間的相對速度引起的摩擦阻力。汽液兩相流的流型不同，兩相流之間的分布特征和接觸面積就不相同，產(chǎn)生的阻力當(dāng)然也不相同。汽液兩相流動的阻力要比單相水的流動阻力大。兩相流體流動阻力采用單相流體流動阻力計算公式的形式，帶入均勻混合的汽水混合物的流速和密度，然后用修正系數(shù)考慮汽液相對速度和流型對流動阻力的影響。第五節(jié)汽液兩相流體的流動阻力、重位壓降一兩相流體的流動37兩相流動的摩擦阻力計算公式為——兩相流體摩擦阻力修正系數(shù)

值由試驗確定(1)w＝1000kg/(m2·h)國內(nèi)采用的方法是：＝１

(2)w＜1000kg/(m2·h)(3)w＞1000kg/(m2·h)兩相流動的摩擦阻力計算公式為——兩相流體摩擦阻力修正系數(shù)38可以看出，＝f(w

,x,p)。兩相流體的摩擦阻力與質(zhì)量流速或汽水混合物的流速、質(zhì)量含汽率、壓力(汽水密度取決于壓力)有關(guān)。因為whuhu＝w0＇，有

沿上升管，隨著吸熱量的不斷增加，x的值不斷變化，whu也不斷變化，應(yīng)根據(jù)whu或x的變化沿上升管作積分或分段計算，然后再疊加求和?？梢钥闯觯絝(w,x,p)。兩相流體的摩擦39二兩相流體的重位壓降蒸發(fā)管中沿管子高度方向上，汽水混合物的密度是不斷變化的，兩相流體的重位壓降的計算，應(yīng)該根據(jù)密度的變化分段計算或采用積分計算方法進行。工程上常采用分段計算二兩相流體的重位壓降蒸發(fā)管中沿管子高度方向上，汽40簡單回路第六節(jié)簡單回路的水循環(huán)計算和水循環(huán)特性曲線一簡單回路和回路區(qū)段的劃分水循環(huán)計算時，首先將一根下降管和與它相連的水冷壁組成一個獨立的循環(huán)回路，獨立的循環(huán)回路可以是簡單回路，也可以是復(fù)雜回路。

簡單回路是指一根下降管和一根水冷壁管或一組水冷壁管屏組成的回路。

簡單回路第六節(jié)簡單回路的水循環(huán)計算和水循環(huán)特性曲線一簡41汽液兩相流動的基本概念課件42水循環(huán)計算時，需要從水冷壁下聯(lián)箱為起點，對上升管進行區(qū)段劃分。通常將上升管劃分為：熱水段：進入的水由于靜壓升高和省煤器出口水不飽和而不能立刻開始沸騰，因而需要確定沸騰點。在沸騰點之前，上升管內(nèi)為單相水。含汽段：含汽段是上升管的主要區(qū)段，在含汽段，管內(nèi)汽水混合物的密度大小或密度分布變化較大，一般應(yīng)根據(jù)吸熱強度或管子直徑、管子傾斜度將含汽段分成若干段分別計算。熱后段：此區(qū)段的上升管不吸熱，管內(nèi)汽水混合物的密度不變。當(dāng)管內(nèi)汽水混合物引入鍋筒頂部時，汽水導(dǎo)管將超過鍋筒水位面高度，此段稱為超高段。2.上升管區(qū)段的劃分水循環(huán)計算時，需要從水冷壁下聯(lián)箱為起點，對上升管進行區(qū)段劃分43二描寫循環(huán)特性的方程組水冷壁吸熱方程用以求出循環(huán)特性參數(shù)的質(zhì)量含汽率、單相流體和和兩相流體的分界點即沸騰點。求解循環(huán)特性方程組，可以繪制水循環(huán)特性曲線和全特性曲線，便于圖解分析和判斷水循環(huán)的安全性。數(shù)學(xué)方程壓差方程流量方程水冷壁吸熱方程r和△hqh分別為汽化潛熱、上升管入口水欠焓

二描寫循環(huán)特性的方程組水冷壁吸熱方程用以求出循環(huán)特性參44三熱水段高度的計算Hrq－受熱前區(qū)段高度(m)；Hxj－下降管高度(m)；H1－上升管第一區(qū)段高度(m)Hyr－引入管高度(m)，若水冷壁下聯(lián)箱低于下降管計算下標(biāo)高，則其前取＋號，否則取－號；iqh－下降管入口鍋水欠焓(kJ/kg)；ixj－下降管受熱導(dǎo)致的工質(zhì)焓增(kJ/kg)；ixj－下降管帶汽導(dǎo)致的工質(zhì)焓增(kJ/kg)；pxj－下降管阻力(Pa)；pyr－引入管阻力(Pa)；G－上升管入口的循環(huán)流量(kg/s)；Q－上升管第一區(qū)段的吸熱量(kＷ)；

－鍋筒壓力下，每米高度差的重位壓頭或流動阻力引起靜壓變化使飽和水焓變化[kJ/(m.kg)]；三熱水段高度的計算Hrq－受熱前區(qū)段高度(m)；Hxj45若由計算得到：Hrs>Hrq+H1，則表明沸騰點在第二區(qū)段。由下式計算Hrs

Q2—上升管第二區(qū)段的吸熱量(kW)；H2－上升管第二區(qū)段高度(m)。

若由計算得到：Hrs>Hrq+H1，則表明沸騰點在第二區(qū)46四水冷壁各區(qū)段蒸發(fā)量的計算第一區(qū)段的蒸發(fā)量

第二區(qū)段的蒸發(fā)量第i區(qū)段的蒸發(fā)量四水冷壁各區(qū)段蒸發(fā)量的計算第一區(qū)段的蒸發(fā)量第二區(qū)段的47五鍋水欠焓的計算由省煤器送入鍋筒中的給水一般都未達到飽和溫度，因此鍋水處于不飽和狀態(tài)，這是造成下降管入口水欠焓的主要原因。高壓和超高壓鍋爐鍋筒內(nèi)一般都布置蒸汽清洗裝置，由省煤器送來的50%的給水量均勻分布在清洗裝置上，形成一層約50mm厚的水層，蒸汽通過清洗水層時，可將蒸汽中的鹽分轉(zhuǎn)移到清洗水中。同時，通過清洗水層的部分飽和蒸汽被凝結(jié)。由省煤器送來的另外50%的給水量直接送進鍋筒水室中與鍋水混合，這部分給水也會使鍋筒水室中的部分蒸汽凝結(jié)。亞臨界壓力鍋爐鍋筒內(nèi)一般不設(shè)置蒸汽清洗裝置，但鍋筒水室中同樣有蒸汽的凝結(jié)過程。鍋筒內(nèi)的蒸汽凝結(jié)使進入下降管的水欠焓減小。五鍋水欠焓的計算由省煤器送入鍋筒中的給水一48汽液兩相流動的基本概念課件49清洗裝置上部的熱平衡關(guān)系式清洗裝置下部的熱平衡關(guān)系式

清洗裝置上部的熱平衡關(guān)系式清洗裝置下部的熱平衡關(guān)系式50實際循環(huán)倍率

清洗水份額鍋筒水室凝汽率實際循環(huán)倍率清洗水份額鍋筒水室凝汽率51六idq的計算由于帶汽，下降管中的蒸汽凝結(jié)量為

六idq的計算由于帶汽，下降管中的蒸汽凝結(jié)量為52七水循環(huán)特性曲線和循環(huán)回路的工作點

根據(jù)水冷壁吸熱方程分別求解上升系統(tǒng)和下降系統(tǒng)的壓差方程和流量方程，上升系統(tǒng)和下降系統(tǒng)的總壓差曲線交點就是水循環(huán)回路的工作點。七水循環(huán)特性曲線和循環(huán)回路的工作點根據(jù)水冷壁吸53大容量自然循環(huán)鍋爐通常由4~6根大直徑下降管與20~24個以上的水冷壁管組相聯(lián)接，即一根下降管與4~6個水冷壁管組相聯(lián)接，形成復(fù)雜回路。水循環(huán)計算時，一般將一根下降管與2個或2個以上的水冷壁管組相聯(lián)接的循環(huán)回路稱為復(fù)雜回路。第七節(jié)復(fù)雜回路的水循環(huán)計算一復(fù)雜水循環(huán)回路大容量自然循環(huán)鍋爐通常由4~6根大直徑下降管與20~254二復(fù)雜回路的水循環(huán)特性曲線曲線1‘、1〃、1表示上升系統(tǒng)1’-1-1〃的特性曲線，上升系統(tǒng)包括分配水管、上升管、汽水引出管以及汽水分離器；曲線2‘、2〃、2表示上升系統(tǒng)2’-2-2〃的特性曲線。將分配水管、上升管、汽水引出管以及汽水分離器的壓差相加，可分別得到兩個上升系統(tǒng)的壓差－流量曲線Ｙs1＝f(Ｇ)和＝f(Ｇ)。然后再將兩個系統(tǒng)的流量相同的壓差下相加，得到曲線Ｙs1+Ｙs2，此曲線與下降管的壓差曲線Ｙxj

的交點，形成了這一復(fù)雜回路的工作點。二復(fù)雜回路的水循環(huán)特性曲線曲線1‘、1〃55汽液兩相流動的基本概念課件56一水循環(huán)全特性曲線

第八節(jié)水循環(huán)全特性曲線和循環(huán)安全性檢查水循環(huán)的特性曲線只反映了工質(zhì)向上流動的情況。上升管有時還會出現(xiàn)倒流現(xiàn)象。用全特性曲線可以更為全面地反映和判別水循環(huán)回路的流動情況。全特性曲線包括上升流動、停滯、倒流的特性曲線。Y＝f(+G)即為向上流動或停滯特性曲線Y＝f(-G)即為倒流特性曲線。全特性曲線一水循環(huán)全特性曲線第八節(jié)水循環(huán)全特性曲線和循環(huán)安全57二循環(huán)安全性檢查1停滯的判別和不停滯的條件判別受熱最差的管屏?xí)粫霈F(xiàn)停滯現(xiàn)象的方法是：在回路工作點壓差下，當(dāng)受熱最差管屏的流量Ｇ＝Ｄ，出現(xiàn)停滯；Ｇ＞Ｄ，不出現(xiàn)停滯；Ｇ＜Ｄ，流動進入不穩(wěn)定區(qū)，可能停滯，也可能不停滯。不出現(xiàn)停滯的條件是：回路工作點的壓差大于受熱最差管在停滯點的壓差。國內(nèi)用下式作為不停滯的判別式

phl/

ptz≥1.05二循環(huán)安全性檢查1停滯的判別和不停滯的條件判別受熱58出現(xiàn)一個流動的不穩(wěn)定區(qū)，即可能倒流，也可能不倒流。曲線的頂點是倒流點的壓差。因為倒流時，受熱最差管倒流點的壓差大于回路工作點的壓差。出現(xiàn)一個流動的不穩(wěn)定區(qū)，即可能倒流，也可能不倒流。曲線的頂點592倒流的判別和不倒流的條件不倒流的條件：回路工作點的壓差大于受熱最差管在倒流點的壓差。國內(nèi)用下式作為不倒流的判別式

phl/pdl≥1.052倒流的判別和不倒流的條件不倒流的60第九節(jié)蒸發(fā)管傳熱惡化工況的計算蒸發(fā)管（通常指水冷壁）產(chǎn)生傳熱惡化的條件與壓力p、質(zhì)量流速w、熱負荷q、質(zhì)量含汽率、管徑等因素有關(guān)。一般根據(jù)臨界含汽率xlj來估計水冷壁管內(nèi)是否出現(xiàn)傳熱惡化。所謂臨界含汽率是指：在傳熱惡化開始發(fā)生，壁溫開始升高處，蒸發(fā)管內(nèi)的質(zhì)量含汽率。亞臨界壓力以下(p

19.6MPa)、大管徑(dn15mm)蒸發(fā)管內(nèi)傳熱惡化的計算按下述的方法進行。

第九節(jié)蒸發(fā)管傳熱惡化工況的計算蒸發(fā)管（通61一沿周向均勻受熱的垂直管的計算對于蒸發(fā)管的傳熱惡化，可根據(jù)壓力p、熱負荷q劃分為第一類傳熱惡化區(qū)域和第二類傳熱惡化區(qū)域。對于沿周向均勻受熱的垂直管內(nèi)出現(xiàn)傳熱惡化的條件，隨壓力、質(zhì)量流速、熱負荷等參數(shù)的不同，第二類傳熱惡化可分為四個區(qū)域。

一沿周向均勻受熱的垂直管的計算對于蒸發(fā)管的傳熱惡化，62汽液兩相流動的基本概念課件63在各區(qū)域中出現(xiàn)傳熱惡化的臨界含汽率xlj按以下的經(jīng)驗公式計算

區(qū)域Ⅰ區(qū)域Ⅱ區(qū)域Ⅲ區(qū)域Ⅳ

在各區(qū)域中出現(xiàn)傳熱惡化的臨界含汽率xlj按以下的經(jīng)驗公式計算64二單面受熱水冷壁管的計算對于單面受熱的鍋爐水冷壁管，沿周向內(nèi)壁熱負荷是不相等的。計算臨界含汽率時按其沿周最高值，即向火面內(nèi)壁熱負荷代入臨界含汽率式中的qn。受熱管單面受熱,由于沿周受熱不均，將產(chǎn)生汽水沿周環(huán)流，使傳熱惡化推遲對單面受熱水冷壁，按求得的值乘上1.5按

求得的值加上=0.1。二單面受熱水冷壁管的計算對于單面受熱的鍋爐水冷壁管，沿周65一影響循環(huán)安全性的主要因素第十節(jié)提高循環(huán)安全性的措施1.水冷壁受熱不均或受熱強度過高鍋爐運行中，爐內(nèi)火焰偏斜、水冷壁局部結(jié)渣和積灰是造成水冷壁吸熱不均的主要原因。受熱很弱的管子容易出現(xiàn)停滯或倒流，受熱很強的管子可能出現(xiàn)膜態(tài)沸騰，其結(jié)果都是導(dǎo)致管子局部發(fā)生傳熱惡化，管壁溫度升高。

一影響循環(huán)安全性的主要因素第十節(jié)提高循環(huán)安全性的措66下將管入口產(chǎn)生旋渦漏斗時，旋渦中心將有部分蒸汽被水流抽吸進入下降管。進入下降管的實際水流量減少，即循環(huán)流量降低；由于下降管內(nèi)出現(xiàn)汽水兩相流動，工質(zhì)密度減小，使下降管側(cè)的重位壓差降低，且流動阻力也相應(yīng)增大，使Yxj值。導(dǎo)致水循環(huán)安全裕度下降，即產(chǎn)生停滯、倒流的可能性增大。

防止下降管帶汽的辦法：在下將管入口安裝隔柵；運行時注意維持正常的鍋筒水位。水位過低，下降管入口不但容易產(chǎn)生旋渦漏斗，而且使下降管入口處的靜壓力降低，容易產(chǎn)生水的自汽化。

2.下降管帶汽或自汽化下將管入口產(chǎn)生旋渦漏斗時，旋渦中心將有部分蒸汽被水流67汽液兩相流動的基本概念課件683.水冷壁管內(nèi)壁結(jié)垢鍋爐運行水質(zhì)不合格，含鹽量超標(biāo)，當(dāng)水在管內(nèi)受熱蒸發(fā)時，鹽分從水中析出，沉積在管壁上，管子金屬內(nèi)壁面上無水膜冷卻，而管外吸收高溫火焰的熱量不能被水流及時帶走，管壁溫度就會升高。水冷壁管內(nèi)結(jié)垢時，流動阻力也隨著增大，容易引起停滯或倒流。

3.水冷壁管內(nèi)壁結(jié)垢鍋爐運行水質(zhì)不合格，含鹽量超694上升系統(tǒng)的流動阻力影響上升系統(tǒng)流動阻力的因素很多。如分配水管、水冷壁、汽水導(dǎo)管的管徑和水冷壁流通截面的比值、管子彎頭數(shù)量、汽水分離器的結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)、循環(huán)流速、鍋爐負荷等。4上升系統(tǒng)的流動阻力影響上升系統(tǒng)流動阻力的因素705變負荷速度過快或低負荷運行鍋爐低負荷運行時，蒸發(fā)量減少，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)密度增大，使水冷壁重位壓差增大，循環(huán)回路的運動壓頭減小，循環(huán)流速就會降低，因而低負荷運行時的水循環(huán)安全性較差。在快速變負荷，尤其是在快速降負荷時，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)由于壓力降低，工質(zhì)的自汽化過程加快，由于鍋筒水室內(nèi)水的自汽化和下降管內(nèi)水的自汽化，使循環(huán)流量和運動壓頭同時減小，循環(huán)安全性大幅度降低?？刂谱冐摵伤俣仁潜ＷC水循環(huán)系統(tǒng)安全工作的重要條件之一。

5變負荷速度過快或低負荷運行鍋爐低負荷運行時，蒸71二亞臨界自然循環(huán)鍋爐的循環(huán)特性

亞臨界參數(shù)鍋爐，隨著鍋爐容量增大相對于單位蒸發(fā)量的爐膛周界減小，管內(nèi)質(zhì)量含汽率增大，達到x=0.3～0.4在MCR負荷時，循環(huán)流速達到1.7～2.2米/秒30％ＭCR時的循環(huán)流速能保持1米/秒的水平試驗數(shù)據(jù)表明，循環(huán)流速達到0.4米/秒，水冷壁管內(nèi)的工質(zhì)流動就不會產(chǎn)生停滯和倒流現(xiàn)象。判斷亞臨界參數(shù)鍋爐循環(huán)安全性的主要參數(shù)是質(zhì)量含汽率及水冷壁熱流密度、實際蒸發(fā)量、循環(huán)流速。采用質(zhì)量含汽率表示的循環(huán)特性參數(shù)函數(shù)關(guān)系能夠直接反映出各參數(shù)之間的制約關(guān)系。二亞臨界自然循環(huán)鍋爐的循環(huán)特性亞臨界參721質(zhì)量含汽率與結(jié)構(gòu)參數(shù)及循環(huán)特性參數(shù)的關(guān)系設(shè)Ｆ、w0、Ｇ、Ｄ、x、Ｎ、d、ρˊ分別為水冷壁的流通截面、循環(huán)流速、循環(huán)流量、水冷壁蒸發(fā)量、質(zhì)量含汽率、水冷壁管子根數(shù)、水冷壁管內(nèi)徑、飽和水密度，1質(zhì)量含汽率與結(jié)構(gòu)參數(shù)及循環(huán)特性參數(shù)的關(guān)系732水冷壁熱負荷與結(jié)構(gòu)參數(shù)及循環(huán)特性參數(shù)的關(guān)系設(shè)qf、S、Lp、r、Δi分別為水冷壁熱負荷、管子節(jié)距、水冷壁管平均長度、汽化潛熱、上升管入口水欠焓2水冷壁熱負荷與結(jié)構(gòu)參數(shù)及循環(huán)特性參數(shù)的關(guān)系設(shè)qf、S743爐膛周界與循環(huán)特性參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系設(shè)U為爐膛周界，其余符號同上。近似認為，N＝U/s

控制質(zhì)量含汽率的數(shù)值就控制循環(huán)流速、熱流密度及Ｄ/F等參數(shù)，通過調(diào)節(jié)各參數(shù)的數(shù)值控制合理的質(zhì)量含汽率?？捎嬎愠鼋咏鼘嶋H的循環(huán)特性參數(shù)和水冷壁結(jié)構(gòu)參數(shù)。3爐膛周界與循環(huán)特性參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系設(shè)U為爐膛周界75三提高循環(huán)安全性的措施為保證水冷壁的安全運行，首要條件是必須保證任何一根水冷壁管子內(nèi)壁面上都有連續(xù)的水膜足以冷卻管子，以保證其在任何工況下都不會超溫。從鍋爐設(shè)計制造和鍋爐運行考慮，都必須針對影響水冷壁安全性的因素，采取相應(yīng)的技術(shù)措施來提高蒸發(fā)系統(tǒng)的循環(huán)安全性。三提高循環(huán)安全性的措施為保證水冷壁的安全運行，76主要的技術(shù)措施保證水冷壁管內(nèi)有足夠高的質(zhì)量流速；盡可能減小水冷壁的受熱偏差、結(jié)構(gòu)偏差和流量偏差；保證水冷壁各管組具有合適的熱負荷；保證水冷壁管內(nèi)具有合適的質(zhì)量含汽率；維持正常的鍋筒水位，并使下降管盡可能少帶汽和不產(chǎn)生自汽化；減小循環(huán)回路的流動阻力。如增大汽水導(dǎo)管與水冷壁管組的流通截面比或減小水冷壁阻力等；鍋爐變負荷運行時，控制壓力變動速度；控制鍋爐爐水品質(zhì)，防止水冷壁管內(nèi)結(jié)垢；防止水冷壁管外高溫腐蝕和磨損等；主要的技術(shù)措施77第十一節(jié)水冷壁的高溫腐蝕高溫腐蝕是燃料中的硫在燃燒過程中生成腐蝕性灰污層或渣層以及腐蝕性氣氛，使高溫受熱面金屬管子表面受到侵蝕的現(xiàn)象。內(nèi)部原因主要是燃料中的硫外部原因是由于水冷壁管處于高溫?zé)煔獾沫h(huán)境中，金屬壁面溫度又很高，當(dāng)火焰貼近爐墻時，金屬壁面鄰近的區(qū)域中形成還原性氣氛，使灰的熔點溫度降低，加劇金屬管子表面的積灰或結(jié)渣過程，并使管子表面產(chǎn)生高溫腐蝕腐蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象通常出現(xiàn)在燃燒器區(qū)域或過熱器區(qū)域。水冷壁高溫腐蝕大致有三類，第一類是硫酸鹽型高溫腐蝕；第二類是硫化物型高溫腐蝕。第三類是爐內(nèi)的SO3、H2S、HCl氣體也會對水冷壁產(chǎn)生高溫腐蝕。第十一節(jié)水冷壁的高溫腐蝕高溫腐蝕是燃料78一水冷壁的高溫腐蝕機理1.硫酸鹽型腐蝕硫酸鹽型腐蝕：灰渣層中的堿金屬硫酸鹽與SO3共同作用產(chǎn)生腐蝕；堿金屬焦硫酸熔鹽腐蝕

一水冷壁的高溫腐蝕機理1.硫酸鹽型腐蝕硫酸鹽型腐蝕791.在水冷壁管壁金屬表面生成薄氧化層（Fe2O3）和極細灰粒沾污層。2.

冷凝在管壁上的堿性金屬氧化物與周圍煙氣中的SO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鹽3.水冷壁管壁金屬表面的硫酸鹽層增厚，熱阻增大，表面溫度提高，灰渣熔化，促使黏結(jié)煙氣中的飛灰形成疏松的灰渣層。硫酸鹽熔化時釋放出SO3，并向內(nèi)外擴散。硫酸鹽與SO3一起對水冷壁管子的腐蝕過程1.在水冷壁管壁金屬表面生成薄氧化層（Fe2O3）和極細灰粒80反應(yīng)生成的Na2SO4和K2SO4循環(huán)作用使鐵的腐蝕不斷進行。

上述反應(yīng)使管壁上的Fe2O3保護層被破壞。Na3Fe(SO4)3和K3Fe(SO4)3則熔化，并與鐵發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕：

4.硫酸鹽釋放出的SO3和煙氣中的SO3會穿過疏松的灰渣層向內(nèi)擴散反應(yīng)生成的Na2SO4和K2SO4循環(huán)作用使鐵的腐蝕不斷進行815.

運行中管壁外層灰渣層因為清灰或灰渣層過厚而脫落，使Na3Fe(SO4)3等暴露在高溫火焰輻射中，發(fā)生分解反應(yīng)：

新的堿金屬硫酸鹽層，在SO3作用下使管壁不斷受到腐蝕。堿金屬焦硫酸鹽的熔點很低，在一般的壁溫下就呈現(xiàn)熔化狀態(tài)。如果在灰渣附著層中存在焦硫酸鹽時會形成反應(yīng)速度更快的熔鹽型腐蝕。焦硫酸鹽與氧化鐵保護膜的反應(yīng)方程式如下：

5.運行中管壁外層灰渣層因為清灰或灰渣層過厚而脫落，使Na82熔融硫酸鹽積灰層對金屬壁面的腐蝕速度比氣態(tài)硫酸鹽要快的多。當(dāng)溫度600℃左右時，熔融硫酸鹽的腐蝕速度約為氣態(tài)時的4倍。爐內(nèi)水冷壁溫度通常在600℃以下，所以熔融硫酸鹽的腐蝕速度隨著管壁溫度增高而加快。高參數(shù)鍋爐的水冷壁管壁溫度高，高溫腐蝕快，因而容易發(fā)生爆管事故。熔融硫酸鹽積灰層對金屬壁面的腐蝕速度比氣態(tài)硫832．硫化物型腐蝕在水冷壁管子附近，呈現(xiàn)還原性氣氛并且有硫化氫（H2S）存在時，就會產(chǎn)生硫化物腐蝕，它的反應(yīng)過程如下。（1）黃鐵礦硫粉末隨著高溫?zé)煔饬鬟^水冷壁的管壁，在還原性氣氛下受熱分解：當(dāng)水冷壁管子附近有一定濃度的H2S和SO2的時候，2．硫化物型腐蝕在水冷壁管子附近，呈現(xiàn)還原84（3）在還原性氣氛中，由于缺氧自由硫原子可以存在。當(dāng)水冷壁管壁溫度達到350℃時，會有硫化反應(yīng)，同時還有硫化亞鐵與氧化亞鐵的反應(yīng)：（3）硫化亞鐵（FeS）的熔點為1195℃，在溫度較低的時候可以穩(wěn)定存在。在溫度比較高的時候，F(xiàn)e將被氧化成Fe3O4，使管壁腐蝕：（3）在還原性氣氛中，由于缺氧自由硫原子可以存在。當(dāng)水冷壁85煤中的黃鐵礦FeS2和有機硫化合物燃燒時生成SO2：由SO2轉(zhuǎn)化為SO3的過程有以下幾種方式：3.SO2和SO3的生成及腐蝕（1）在高溫下，SO2與煙氣中的自由氧原子反應(yīng)，生成SO3。而自由氧原子可以由如下三種方式產(chǎn)生：氧氣在爐膛內(nèi)的高溫條件下分解；煤中的黃鐵礦FeS2和有機硫化合物燃燒時生成SO2：由SO86（2）催化反應(yīng)生成SO3。當(dāng)高溫?zé)煔饬鬟^水冷壁積灰層的時候，由于有灰層中的五氧化二釩和氧化鐵的催化作用，產(chǎn)生了下列反應(yīng)：（2）催化反應(yīng)生成SO3。當(dāng)高溫?zé)煔饬鬟^水冷壁積灰層的時候，87（3）煤中的硫酸鹽熱解產(chǎn)生SO3，反應(yīng)方程如下：SO2和SO3的存在，除了能促使硫酸鹽型和硫化物型腐蝕發(fā)生以外，它們本身也會直接對水冷壁發(fā)生腐蝕。三氧化硫氣體可以穿過灰層直接與壁面的氧化鐵膜反應(yīng)生成硫酸鐵：

（3）煤中的硫酸鹽熱解產(chǎn)生SO3，反應(yīng)方程如下：88二、防止高溫腐蝕的措施（1）在水冷壁金屬表面噴涂耐腐蝕材料，或提高水冷壁金屬材料的耐腐蝕性能。（2）采用低氧燃燒技術(shù)。減小爐內(nèi)的過量空氣系數(shù)，自由氧原子的生成量減少，二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的轉(zhuǎn)化率降低，三氧化硫的濃度低，發(fā)生高溫腐蝕的機會就會減少。（3）合理配風(fēng)和強化爐內(nèi)氣流的湍流混合過程，避免出現(xiàn)局部還原性氣氛，以減少H2S和硫化物型腐蝕。（4）加強一次風(fēng)煤粉氣流的調(diào)整，盡可能使各燃燒器煤粉流量相等，使燃燒器內(nèi)橫截面上煤粉濃度均勻分布，以保證燃燒器出口氣流的煤粉濃度均勻分布。二、防止高溫腐蝕的措施（1）在水冷壁金屬表面噴涂耐腐蝕材料89（5）高的水冷壁管壁溫度過高是引起水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕的重要原因，應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)水冷壁局部管壁溫度過高現(xiàn)象。（6）采用煙氣再循環(huán)，可以降低爐膛內(nèi)火焰溫度和煙氣中的SO3濃度，減輕高溫腐蝕。（7）采用貼壁風(fēng)技術(shù)，在水冷壁壁面附近形成氧化氣氛的空氣保護膜，避免高溫腐蝕。（8）

在燃料中加入添加劑，改變煤灰結(jié)渣特性。（5）高的水冷壁管壁溫度過高是引起水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕的重要90第十二章汽液兩相流動的

基本概念第十二章汽液兩相流動的

基本概91第十二章汽液兩相流動的基本概念自然循環(huán)原理與基本概念自然循環(huán)鍋爐水冷壁的安全運行蒸發(fā)管內(nèi)的汽液兩相流型及傳熱汽液兩相流體的流動參數(shù)汽液兩相流體的流動阻力、重位壓降簡單回路的水循環(huán)計算和水循環(huán)特性曲線復(fù)雜回路的水循環(huán)計算水循環(huán)全特性曲線和循環(huán)安全性檢查蒸發(fā)管傳熱惡化工況的計算提高循環(huán)安全性的措施水冷壁的高溫腐蝕第十二章汽液兩相流動的基本概念自然循環(huán)原理與基本概念92第一節(jié)自然循環(huán)原理與基本概念一

自然循環(huán)原理

定義：在一個閉合的回路中，由于工質(zhì)自身的密度差造成的重位壓差，推動工質(zhì)流動的現(xiàn)象。

自然循環(huán)鍋爐的循環(huán)回路是由鍋筒、下降管、分配水管、水冷壁下聯(lián)箱、水冷壁管、水冷壁上聯(lián)箱、汽水混合物引出管、汽水分離器組成的，如圖12-1所示；重位壓差是由下降管和上升管(水冷壁管)內(nèi)工質(zhì)密度不同造成的；而密度差是由下降管引入水冷壁的水吸收爐膛內(nèi)火焰的輻射熱量后，進行蒸發(fā)，形成汽水混合物，使工質(zhì)密度降低形成的。

第一節(jié)自然循環(huán)原理與基本概念一自然循環(huán)原理定義：在93汽液兩相流動的基本概念課件94下降管側(cè)

上升管側(cè)

水在回路中循環(huán)流動時，下降管側(cè)壓差Yxj等于上升管側(cè)壓差Yss下降管側(cè)水在回路中循環(huán)流動時，下降管側(cè)壓差Yxj等于上95自然循環(huán)的實質(zhì)：由重位壓差造成的循環(huán)推動力克服上升系統(tǒng)和下降系統(tǒng)的流動阻力，推動工質(zhì)在循環(huán)回路中流動。即由于水冷壁管吸熱，使水的密度xj改變成為汽水混合物的密度hu，并在高度為H的回路中形成了重位壓差?；芈犯叨仍礁?，且工質(zhì)密度差越大，形成的循環(huán)推動力越大。工質(zhì)密度差不僅與壓力有關(guān)，而且與水冷壁管吸熱強度有關(guān)。在正常循環(huán)情況下，吸熱越多，密度差越大，工質(zhì)循環(huán)流動速度越高；而壓力越高，汽、水的密度差降低，工質(zhì)循環(huán)流動速度越低。

自然循環(huán)的實質(zhì)：由重位壓差造成的循環(huán)推動力克服上升系統(tǒng)和下降96二自然循環(huán)的基本概念循環(huán)流速w0:在飽和水狀態(tài)下進入上升管入口的水的流速。質(zhì)量含汽率x:上升管中蒸汽所占循環(huán)流量的份額?；蚱旌衔镏姓羝嫉姆蓊~。

循環(huán)倍率Ｋ:上升管中實際產(chǎn)生一公斤蒸汽需要進入多少公斤水二自然循環(huán)的基本概念循環(huán)流速w0:在飽和水狀態(tài)下進入上升97名義循環(huán)倍率K0：按鍋筒引出的飽和蒸汽量計算的循環(huán)倍率

鍋筒水室凝汽量D

亞臨界鍋爐鍋筒水室中存在著蒸汽的凝結(jié)過程，使水冷壁的實際蒸發(fā)量大于從鍋筒引出的飽和蒸汽量。在鍋筒水室中被凝結(jié)的蒸汽量就稱為鍋筒水室凝汽量，記作D。由于凝汽量的存在，水冷壁中的質(zhì)量含汽率應(yīng)按實際蒸發(fā)量計算。凝汽量與循環(huán)流量的比值被稱為凝汽率xnq名義循環(huán)倍率K0：按鍋筒引出的飽和蒸汽量計算的循環(huán)倍率鍋筒98凝汽率與鍋爐壓力和負荷有關(guān)一臺容量為1025T/H的亞臨界參數(shù)鍋爐，最大凝汽量達到290t/h之多，鍋筒水室中存在的凝汽過程，使得MCR負荷時水冷壁中實際的蒸發(fā)量比名義蒸發(fā)量大6.8％，水冷壁中的質(zhì)量含汽率由0.24增大到0.31，由此引起循環(huán)系統(tǒng)的實際循環(huán)倍率小于名義循環(huán)倍率。國內(nèi)的推薦數(shù)據(jù)：當(dāng)p=18.6MPa時，xnq=0.042。

凝汽率與鍋爐壓力和負荷有關(guān)99第二節(jié)自然循環(huán)鍋爐水冷壁的安全運行一影響水冷壁安全運行的主要因素水質(zhì)不良導(dǎo)致的水冷壁管內(nèi)結(jié)垢與腐蝕，水冷壁受熱偏差或管內(nèi)流動阻力的影響，導(dǎo)致個別或部分管子出現(xiàn)循環(huán)流動的停滯或倒流；水冷壁熱負荷過大導(dǎo)致的管子內(nèi)壁面附近出現(xiàn)膜態(tài)沸騰；鍋筒水位過低引起水冷壁中循環(huán)流量不足，甚至發(fā)生更為嚴(yán)重的“干鍋”；燃燒產(chǎn)生的腐蝕性氣體對金屬管子外壁面的高溫腐蝕；結(jié)渣和積灰導(dǎo)致的對金屬管壁的侵蝕；煤粉氣流或含灰氣流對金屬管壁的磨損。

第二節(jié)自然循環(huán)鍋爐水冷壁的安全運行一影響水冷壁安全運100停滯倒流膜態(tài)沸騰水的冷卻汽的冷卻連續(xù)水膜被破壞爆管超溫傳熱惡化停滯倒流膜態(tài)沸騰水的冷卻汽的冷卻連續(xù)水膜被破壞爆管超溫傳熱惡101二蒸發(fā)管內(nèi)的停滯、倒流和膜態(tài)沸騰1.循環(huán)停滯水冷壁分成幾至以至幾十個獨立的水循環(huán)回路。爐膛中溫度場分布不均；上升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)偏差和流量分配偏差；雖然管屏進出口聯(lián)箱的壓差是相同的，但每根管子的流動速度可能不同。受熱弱的管子中，工質(zhì)密度大，當(dāng)這根管子的重位壓頭接近于管屏的壓差時，管屏的壓差只能托住液柱，而不能推動液柱的運動。這時，管內(nèi)就出現(xiàn)了流體的停滯現(xiàn)象。

二蒸發(fā)管內(nèi)的停滯、倒流和膜態(tài)沸騰1.循環(huán)停滯水冷102汽液兩相流動的基本概念課件103從循環(huán)特性，停滯現(xiàn)象：循環(huán)流速w0→0，但w0

≠0；即循環(huán)流量G=D，但G≠0；停滯管的壓差等于下降管的壓差，即Ytz=Yxj，但停滯管的流動阻力ptz→0。后果：汽泡聚集彎頭和焊縫處，并可能形成大汽泡，造成蒸汽塞，管子局部就會過熱超溫。當(dāng)存在自由水面時，管子上半部是汽，下半部是水。管子上部就會過熱超溫；自由水面：進入上升管的循環(huán)流量微小，以至在管子微弱吸熱后被蒸發(fā)成汽泡。后果：當(dāng)自由水面的位置波動時，還會引起管子的疲勞應(yīng)力

水循環(huán)停滯導(dǎo)致水冷壁管傳熱惡化；主要發(fā)生在受熱弱的管子上。

從循環(huán)特性，停滯現(xiàn)象：循環(huán)流速w0→0，但w0≠0；即循104由于受熱不均，有的管中工質(zhì)向上流，有的管中工質(zhì)向下流。工質(zhì)向下流的管子就叫“倒流管”。倒流現(xiàn)象：本來應(yīng)該是工質(zhì)向上流的上升管，變成了工質(zhì)向下流的下降管。倒流現(xiàn)象的本質(zhì)：倒流管的壓差大于同一片管屏或同一回路的平均壓差，即Ydl＞Yhl。從而迫使工質(zhì)向下流動。2.倒流由于受熱不均，有的管中工質(zhì)向上流，有的管中工質(zhì)向下流105在倒流管中，水向下運動，而汽泡由于受到浮力向上運動。當(dāng)?shù)沽魉俣容^慢且等于汽泡向上運動的速度時，向下流的水帶不走汽泡，造成汽泡不上不下的狀態(tài)，引起汽塞，發(fā)生傳熱惡化，以至使管子出現(xiàn)局部過熱超溫。當(dāng)管內(nèi)工質(zhì)倒流速度很快時，管子仍能得到良好冷卻，不出現(xiàn)局部超溫。當(dāng)汽水混合物引出管從汽包汽空間引入時，不會出現(xiàn)倒流。當(dāng)水冷壁受熱不均比較嚴(yán)重時，受熱最差的管子有時可能出現(xiàn)停滯，有時可能出現(xiàn)倒流，所以同一根管子出現(xiàn)停滯和倒流以及向上流動的機會并不是固定的，而是隨管外吸熱狀態(tài)和管內(nèi)工質(zhì)密度的變化而變化的。在倒流管中，水向下運動，而汽泡由于受到浮力向上運動。106核態(tài)沸騰：水冷壁管受熱時，在管子內(nèi)壁面上開始蒸發(fā)，形成許多小汽泡。如果此時管外的熱負荷不大，小汽泡可以及時地被管子中心水流帶走，并受到“趨中效應(yīng)”的作用力，向管子中心轉(zhuǎn)移，而管中心的水不斷地向壁面補充。膜態(tài)沸騰：如果管外的熱負荷很高，汽泡生成的速度大于汽泡脫離壁面的速度，汽泡就會在管子內(nèi)壁面上聚集起來，形成蒸汽膜，將管子中心的水與管壁隔開，使管子壁面得不到水膜的直接冷卻，導(dǎo)致管壁超溫。也稱為第一類傳熱惡化。過渡沸騰：由核態(tài)沸騰向膜態(tài)沸騰開始轉(zhuǎn)變的過程3.膜態(tài)沸騰核態(tài)沸騰：水冷壁管受熱時，在管子內(nèi)壁面上開始蒸發(fā)，形成許多小107

膜態(tài)沸騰一般發(fā)生在亞臨界參數(shù)鍋爐水冷壁管內(nèi)。這是因為水的汽化潛熱隨著壓力提高而大幅度減小，使得亞臨界參數(shù)下在水冷壁管內(nèi)壁面附近流體邊界層中的水更容易汽化，即容易形成更多的汽化核心，因而產(chǎn)生膜態(tài)沸騰的機會相應(yīng)增加。

膜態(tài)沸騰的產(chǎn)生取決于水冷壁管外的熱負荷、管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量含汽率、管內(nèi)的質(zhì)量流速、工質(zhì)壓力、管徑等多種因素。但主要取決于水冷壁的熱負荷與質(zhì)量含汽率。運行和試驗證明，盡管亞臨界參數(shù)鍋爐水冷壁管出口汽水混合物的質(zhì)量含汽率一般只達到0.3~0.4，但發(fā)生傳熱惡化的可能性較大。

采用內(nèi)螺紋管水冷壁可抑制膜態(tài)沸騰膜態(tài)沸騰一般發(fā)生在亞臨界參數(shù)鍋爐水冷壁管內(nèi)。108第三節(jié)蒸發(fā)管內(nèi)的汽液兩相流型及傳熱泡狀流彈狀流環(huán)狀流霧狀流一汽液兩相流的流型第三節(jié)蒸發(fā)管內(nèi)的汽液兩相流型及傳熱泡狀流彈狀流環(huán)狀流109泡狀流：在連續(xù)的液相中,分散散存在著小汽泡。彈狀流：泡狀流中，汽泡濃度增大時，受趨中效應(yīng)的作用，小汽泡聚合成大汽泡，直徑逐漸增大。汽泡直徑接近于管子內(nèi)徑時，形成彈狀流。環(huán)狀流：由于汽彈的內(nèi)壓力增大，當(dāng)汽彈的內(nèi)壓力大于汽泡的表面張力時，汽泡破裂，液相沿管壁流動，形成一層液膜；汽相在管子中心流動，夾帶著小液滴。霧狀流：管子壁面上的水膜完全蒸干時，蒸干點的質(zhì)量含汽率x=0.8，即蒸汽中仍然夾帶著小液滴，形成霧狀流。自然循環(huán)鍋爐的蒸發(fā)管中，因為限制x≤0.4，所以一般不會出現(xiàn)霧狀流。泡狀流：在連續(xù)的液相中,分散散存在著小汽泡。110二蒸發(fā)管內(nèi)的傳熱1蒸發(fā)管內(nèi)的流型與傳熱的關(guān)系單相液體流動階段：在管子入口處，為過冷水對流傳熱，放熱系數(shù)基本不變。過冷沸騰階段：汽泡狀流動的初級階段。壁面溫度大于飽和溫度，在壁面上產(chǎn)生小汽泡，而管子中心流體溫度尚未達到飽和溫度，汽泡被帶到水流中很快凝結(jié)而消失，放熱系數(shù)增大。汽泡狀流動的后期和環(huán)狀流動階段：由于不斷吸熱，管內(nèi)的水流達到飽和溫度在壁面上產(chǎn)生的蒸汽不再凝結(jié)，壁面上不斷產(chǎn)生汽泡，又不斷脫離壁面，水流中分散著許多小汽泡，此時飽和核態(tài)沸騰開始，并一直持續(xù)到環(huán)狀流動階段結(jié)束。管內(nèi)放熱系數(shù)變化不大，管壁溫度接近流體溫度。二蒸發(fā)管內(nèi)的傳熱1蒸發(fā)管內(nèi)的流型與傳熱的關(guān)系單相111

有卷吸的環(huán)狀流動階段：環(huán)狀流的液膜變薄，管子壁面上的熱量很快通過液膜傳遞到液膜表面，此時在管子壁面上不再產(chǎn)生汽泡，蒸發(fā)過程轉(zhuǎn)移的液膜表面進行。放熱系數(shù)略有提高，管壁溫度接近流體溫度。

霧狀流動階段：由于管子壁面的水膜被蒸干，只有管子中心的蒸汽流中夾帶著小液滴，壁面由霧狀蒸汽流冷卻，工質(zhì)對管壁的放熱系數(shù)急劇減小，管壁溫度發(fā)生突變性提高。隨后，由于流動速度增加和小液滴對管壁的潤濕作用，

使工質(zhì)對管壁的放熱系數(shù)又有所增大，管壁溫度略有下降。

當(dāng)霧狀流蒸汽中水滴全部被蒸干以后，形成單相的過熱蒸汽流動，放熱系數(shù)進一步減小，管壁溫度進一步上升。

有卷吸的環(huán)狀流動階段：環(huán)狀流的液膜變薄，管子壁面上的熱112汽液兩相流動的基本概念課件113當(dāng)熱負荷不斷增大到一定程度時，水冷壁管內(nèi)就會產(chǎn)生膜態(tài)沸騰。膜態(tài)沸騰有可能發(fā)生在環(huán)狀流動階段，當(dāng)熱負荷進一步提高時，也可能發(fā)生在泡狀流動階段，特別是可能發(fā)生在過冷沸騰階段。第二類傳熱惡化，“蒸干”：在自然循環(huán)鍋爐的水冷壁中在正常運行狀態(tài)下不出現(xiàn)“蒸干”導(dǎo)致的傳熱惡化。在非正常運行狀態(tài)下一旦出現(xiàn)第二類傳熱惡化，雖然開始時壁溫并不太高，但含鹽量較高的爐水水滴潤濕管壁時，鹽分沉積在管壁上，也會造成傳熱惡化。

2蒸發(fā)管內(nèi)的傳熱惡化當(dāng)熱負荷不斷增大到一定程度時，水冷壁管內(nèi)就會產(chǎn)生膜態(tài)沸騰。膜114三內(nèi)螺紋管抑制傳熱惡化的作用鰭片光管：x=0.3，壁溫開始飛升x=0.6，壁溫達到第一個高峰點，此后壁溫略有下降，x=0.8，出現(xiàn)蒸干,管壁溫度再次出現(xiàn)飛升。內(nèi)螺紋管：x=0.8，壁溫才開始飛升。說明內(nèi)螺紋管具有顯著的抵抗膜態(tài)沸騰、推遲傳熱惡化的作用。三內(nèi)螺紋管抑制傳熱惡化的作用鰭片光管：115內(nèi)螺紋管抑制膜態(tài)沸騰、推遲傳熱惡化的機理：工質(zhì)受到螺紋的作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，增強了管子內(nèi)壁面附近流體的擾動，使水冷壁管內(nèi)壁面上產(chǎn)生的汽泡可以被旋轉(zhuǎn)向上運動的液體及時帶走，而水流受到旋轉(zhuǎn)力的作用緊貼內(nèi)螺紋槽壁面流動。從而避免了汽泡在管子內(nèi)壁面上的積聚所形成的“汽膜”，保證了管子內(nèi)壁面上有連續(xù)的水流冷卻。亞臨界參數(shù)自然循環(huán)鍋爐采用內(nèi)螺紋管水冷壁是具有相當(dāng)大的安全裕度內(nèi)螺紋管抑制膜態(tài)沸騰、推遲傳熱惡化的機理：工質(zhì)受到螺紋的作用116內(nèi)螺紋管與光管中質(zhì)量含汽率的允許變動范圍

內(nèi)螺紋管光管汽包壓力MPa16.6/18.1/19.3/20.716.6/18.1/19.3/20.7最大允許的x0.940/0.915/0.875/0.7800.485/0.385/0.185/0.185燃燒器區(qū)域x0.155/0.165/0.185/0.2330.155/0.165/0.185/-x允許范圍0.785/0.750/0.690/0.5400.330/0.220/0.0/-內(nèi)螺紋管與光管中質(zhì)量含汽率的允許變動范圍

內(nèi)螺紋管光管汽包壓117第四節(jié)

汽液兩相流體的流動參數(shù)

假定在通道內(nèi)汽和水是均勻混合的；水和汽之間無相對速度；只考慮汽的比容比水的比容大。均相模型雖然與實際的汽液兩相流體流動現(xiàn)象有差別，但它是研究汽液兩相流動的基礎(chǔ)。一汽液兩相流體流動的均相模型1

均相模型第四節(jié)汽液兩相流體的流動參數(shù)假定在通道內(nèi)汽和水是均勻混118(1)汽的折算流速(2)水的折算流速

2汽的折算流速和水的折算流速按容積流量計算的水的折算速度和汽的折算速度。(1)汽的折算流速(2)水的折算流速2汽的折算流速119汽水混合物的容積流量為V＝V＇＋V〃3.汽水混合物的流速whu汽水混合物的容積流量為V＝V＇＋V〃3.汽水混合物的流120汽液兩相流動的基本概念課件1214容積含汽率4容積含汽率122二汽液兩相流體流動的分流模型蒸發(fā)管內(nèi)的流型主要表現(xiàn)為泡狀流、環(huán)狀流。這種流型的特征是在管子壁面處形成環(huán)狀水膜，蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽集中在管子中心處汽液兩相流動的分流模型是：①管內(nèi)的汽水混合物是分開流動的，汽在管子中央流動，水貼近壁面流動；②汽和水之間有相對速度。由此導(dǎo)出的汽液兩相流動參數(shù)可視為接近真實的參數(shù)。二汽液兩相流體流動的分流模型蒸發(fā)管內(nèi)的流型主要表現(xiàn)為泡1231.截面含汽率表示蒸汽流通截面占管子總截面的份額2.汽的真實速度和水的真實速度汽的真實速度

水的真實速度3接近真實的汽水混合物的密度ρzs

1.截面含汽率表示蒸汽流通截面占管子總截面的份額2.汽124三兩相流動參數(shù)與均相流動參數(shù)的關(guān)系可視為汽和水的速度比，或稱為汽水滑動比。設(shè)三兩相流動參數(shù)與均相流動參數(shù)的關(guān)系可視為汽和水的速度比125滑動比S可由試驗確定；國內(nèi)對垂直上升管，采用以下的方法確定SS的物理意義：當(dāng)w〃＞w，S＞１，為汽水混合物向上流動工況；當(dāng)w〃＜w，S＜１，為混合物向下流動工況；當(dāng)w〃＜w，S＝１，為均相流動工況，即=

。

滑動比S可由試驗確定；國內(nèi)對垂直上升管，采用以126第五節(jié)汽液兩相流體的流動阻力、重位壓降一兩相流體的流動阻力汽水混合物流動時，在泡狀流、彈狀流、環(huán)狀流階段，汽泡受到浮力的作用，向上運動的速度比水流速度快。兩相流體流動阻力=液相水與管壁的摩擦阻力+汽相和液相之間的相對速度引起的摩擦阻力。汽液兩相流的流型不同，兩相流之間的分布特征和接觸面積就不相同，產(chǎn)生的阻力當(dāng)然也不相同。汽液兩相流動的阻力要比單相水的流動阻力大。兩相流體流動阻力采用單相流體流動阻力計算公式的形式，帶入均勻混合的汽水混合物的流速和密度，然后用修正系數(shù)考慮汽液相對速度和流型對流動阻力的影響。第五節(jié)汽液兩相流體的流動阻力、重位壓降一兩相流體的流動127兩相流動的摩擦阻力計算公式為——兩相流體摩擦阻力修正系數(shù)

值由試驗確定(1)w＝1000kg/(m2·h)國內(nèi)采用的方法是：＝１

(2)w＜1000kg/(m2·h)(3)w＞1000kg/(m2·h)兩相流動的摩擦阻力計算公式為——兩相流體摩擦阻力修正系數(shù)128可以看出，＝f(w

,x,p)。兩相流體的摩擦阻力與質(zhì)量流速或汽水混合物的流速、質(zhì)量含汽率、壓力(汽水密度取決于壓力)有關(guān)。因為whuhu＝w0＇，有

沿上升管，隨著吸熱量的不斷增加，x的值不斷變化，whu也不斷變化，應(yīng)根據(jù)whu或x的變化沿上升管作積分或分段計算，然后再疊加求和。可以看出，＝f(w,x,p)。兩相流體的摩擦129二兩相流體的重位壓降蒸發(fā)管中沿管子高度方向上，汽水混合物的密度是不斷變化的，兩相流體的重位壓降的計算，應(yīng)該根據(jù)密度的變化分段計算或采用積分計算方法進行。工程上常采用分段計算二兩相流體的重位壓降蒸發(fā)管中沿管子高度方向上，汽130簡單回路第六節(jié)簡單回路的水循環(huán)計算和水循環(huán)特性曲線一簡單回路和回路區(qū)段的劃分水循環(huán)計算時，首先將一根下降管和與它相連的水冷壁組成一個獨立的循環(huán)回路，獨立的循環(huán)回路可以是簡單回路，也可以是復(fù)雜回路。

簡單回路是指一根下降管和一根水冷壁管或一組水冷壁管屏組成的回路。

簡單回路第六節(jié)簡單回路的水循環(huán)計算和水循環(huán)特性曲線一簡131汽液兩相流動的基本概念課件132水循環(huán)計算時，需要從水冷壁下聯(lián)箱為起點，對上升管進行區(qū)段劃分。通常將上升管劃分為：熱水段：進入的水由于靜壓升高和省煤器出口水不飽和而不能立刻開始沸騰，因而需要確定沸騰點。在沸騰點之前，上升管內(nèi)為單相水。含汽段：含汽段是上升管的主要區(qū)段，在含汽段，管內(nèi)汽水混合物的密度大小或密度分布變化較大，一般應(yīng)根據(jù)吸熱強度或管子直徑、管子傾斜度將含汽段分成若干段分別計算。熱后段：此區(qū)段的上升管不吸熱，管內(nèi)汽水混合物的密度不變。當(dāng)管內(nèi)汽水混合物引入鍋筒頂部時，汽水導(dǎo)管將超過鍋筒水位面高度，此段稱為超高段。2.上升管區(qū)段的劃分水循環(huán)計算時，需要從水冷壁下聯(lián)箱為起點，對上升管進行區(qū)段劃分133二描寫循環(huán)特性的方程組水冷壁吸熱方程用以求出循環(huán)特性參數(shù)的質(zhì)量含汽率、單相流體和和兩相流體的分界點即沸騰點。求解循環(huán)特性方程組，可以繪制水循環(huán)特性曲線和全特性曲線，便于圖解分析和判斷水循環(huán)的安全性。數(shù)學(xué)方程壓差方程流量方程水冷壁吸熱方程r和△hqh分別為汽化潛熱、上升管入口水欠焓

二描寫循環(huán)特性的方程組水冷壁吸熱方程用以求出循環(huán)特性參134三熱水段高度的計算Hrq－受熱前區(qū)段高度(m)；Hxj－下降管高度(m)；H1－上升管第一區(qū)段高度(m)Hyr－引入管高度(m)，若水冷壁下聯(lián)箱低于下降管計算下標(biāo)高，則其前?。?，否則?。?；iqh－下降管入口鍋水欠焓(kJ/kg)；ixj－下降管受熱導(dǎo)致的工質(zhì)焓增(kJ/kg)；ixj－下降管帶汽導(dǎo)致的工質(zhì)焓增(kJ/kg)；pxj－下降管阻力(Pa)；pyr－引入管阻力(Pa)；G－上升管入口的循環(huán)流量(kg/s)；Q－上升管第一區(qū)段的吸熱量(kＷ)；

－鍋筒壓力下，每米高度差的重位壓頭或流動阻力引起靜壓變化使飽和水焓變化[kJ/(m.kg)]；三熱水段高度的計算Hrq－受熱前區(qū)段高度(m)；Hxj135若由計算得到：Hrs>Hrq+H1，則表明沸騰點在第二區(qū)段。由下式計算Hrs

Q2—上升管第二區(qū)段的吸熱量(kW)；H2－上升管第二區(qū)段高度(m)。

若由計算得到：Hrs>Hrq+H1，則表明沸騰點在第二區(qū)136四水冷壁各區(qū)段蒸發(fā)量的計算第一區(qū)段的蒸發(fā)量

第二區(qū)段的蒸發(fā)量第i區(qū)段的蒸發(fā)量四水冷壁各區(qū)段蒸發(fā)量的計算第一區(qū)段的蒸發(fā)量第二區(qū)段的137五鍋水欠焓的計算由省煤器送入鍋筒中的給水一般都未達到飽和溫度，因此鍋水處于不飽和狀態(tài)，這是造成下降管入口水欠焓的主要原因。高壓和超高壓鍋爐鍋筒內(nèi)一般都布置蒸汽清洗裝置，由省煤器送來的50%的給水量均勻分布在清洗裝置上，形成一層約50mm厚的水層，蒸汽通過清洗水層時，可將蒸汽中的鹽分轉(zhuǎn)移到清洗水中。同時，通過清洗水層的部分飽和蒸汽被凝結(jié)。由省煤器送來的另外50%的給水量直接送進鍋筒水室中與鍋水混合，這部分給水也會使鍋筒水室中的部分蒸汽凝結(jié)。亞臨界壓力鍋爐鍋筒內(nèi)一般不設(shè)置蒸汽清洗裝置，但鍋筒水室中同樣有蒸汽的凝結(jié)過程。鍋筒內(nèi)的蒸汽凝結(jié)使進入下降管的水欠焓減小。五鍋水欠焓的計算由省煤器送入鍋筒中的給水一138汽液兩相流動的基本概念課件139清洗裝置上部的熱平衡關(guān)系式清洗裝置下部的熱平衡關(guān)系式

清洗裝置上部的熱平衡關(guān)系式清洗裝置下部的熱平衡關(guān)系式140實際循環(huán)倍率

清洗水份額鍋筒水室凝汽率實際循環(huán)倍率清洗水份額鍋筒水室凝汽率141六idq的計算由于帶汽，下降管中的蒸汽凝結(jié)量為

六idq的計算由于帶汽，下降管中的蒸汽凝結(jié)量為142七水循環(huán)特性曲線和循環(huán)回路的工作點

根據(jù)水冷壁吸熱方程分別求解上升系統(tǒng)和下降系統(tǒng)的壓差方程和流量方程，上升系統(tǒng)和下降系統(tǒng)的總壓差曲線交點就是水循環(huán)回路的工作點。七水循環(huán)特性曲線和循環(huán)回路的工作點根據(jù)水冷壁吸143大容量自然循環(huán)鍋爐通常由4~6根大直徑下降管與20~24個以上的水冷壁管組相聯(lián)接，即一根下降管與4~6個水冷壁管組相聯(lián)接，形成復(fù)雜回路。水循環(huán)計算時，一般將一根下降管與2個或2個以上的水冷壁管組相聯(lián)接的循環(huán)回路稱為復(fù)雜回路。第七節(jié)復(fù)雜回路的水循環(huán)計算一復(fù)雜水循環(huán)回路大容量自然循環(huán)鍋爐通常由4~6根大直徑下降管與20~2144二復(fù)雜回路的水循環(huán)特性曲線曲線1‘、1〃、1表示上升系統(tǒng)1’-1-1〃的特性曲線，上升系統(tǒng)包括分配水管、上升管、汽水引出管以及汽水分離器；曲線2‘、2〃、2表示上升系統(tǒng)2’-2-2〃的特性曲線。將分配水管、上升管、汽水引出管以及汽水分離器的壓差相加，可分別得到兩個上升系統(tǒng)的壓差－流量曲線Ｙs1＝f(Ｇ)和＝f(Ｇ)。然后再將兩個系統(tǒng)的流量相同的壓差下相加，得到曲線Ｙs1+Ｙs2，此曲線與下降管的壓差曲線Ｙxj

的交點，形成了這一復(fù)雜回路的工作點。二復(fù)雜回路的水循環(huán)特性曲線曲線1‘、1〃145汽液兩相流動的基本概念課件146一水循環(huán)全特性曲線

第八節(jié)水循環(huán)全特性曲線和循環(huán)安全性檢查水循環(huán)的特性曲線只反映了工質(zhì)向上流動的情況。上升管有時還會出現(xiàn)倒流現(xiàn)象。用全特性曲線可以更為全面地反映和判別水循環(huán)回路的流動情況。全特性曲線包括上升流動、停滯、倒流的特性曲線。Y＝f(+G)即為向上流動或停滯特性曲線Y＝f(-G)即為倒流特性曲線。全特性曲線一水循環(huán)全特性曲線第八節(jié)水循環(huán)全特性曲線和循環(huán)安全147二循環(huán)安全性檢查1停滯的判別和不停滯的條件判別受熱最差的管屏?xí)粫霈F(xiàn)停滯現(xiàn)象的方法是：在回路工作點壓差下，當(dāng)受熱最差管屏的流量Ｇ＝Ｄ，出現(xiàn)停滯；Ｇ＞Ｄ，不出現(xiàn)停滯；Ｇ＜Ｄ，流動進入不穩(wěn)定區(qū)，可能停滯，也可能不停滯。不出現(xiàn)停滯的條件是：回路工作點的壓差大于受熱最差管在停滯點的壓差。國內(nèi)用下式作為不停滯的判別式

phl/

ptz≥1.05二循環(huán)安全性檢查1停滯的判別和不停滯的條件判別受熱148出現(xiàn)一個流動的不穩(wěn)定區(qū)，即可能倒流，也可能不倒流。曲線的頂點是倒流點的壓差。因為倒流時，受熱最差管倒流點的壓差大于回路工作點的壓差。出現(xiàn)一個流動的不穩(wěn)定區(qū)，即可能倒流，也可能不倒流。曲線的頂點1492倒流的判別和不倒流的條件不倒流的條件：回路工作點的壓差大于受熱最差管在倒流點的壓差。國內(nèi)用下式作為不倒流的判別式

phl/pdl≥1.052倒流的判別和不倒流的條件不倒流的150第九節(jié)蒸發(fā)管傳熱惡化工況的計算蒸發(fā)管（通常指水冷壁）產(chǎn)生傳熱惡化的條件與壓力p、質(zhì)量流速w、熱負荷q、質(zhì)量含汽率、管徑等因素有關(guān)。一般根據(jù)臨界含汽率xlj來估計水冷壁管內(nèi)是否出現(xiàn)傳熱惡化。所謂臨界含汽率是指：在傳熱惡化開始發(fā)生，壁溫開始升高處，蒸發(fā)管內(nèi)的質(zhì)量含汽率。亞臨界壓力以下(p

19.6MPa)、大管徑(dn15mm)蒸發(fā)管內(nèi)傳熱惡化的計算按下述的方法進行。

第九節(jié)蒸發(fā)管傳熱惡化工況的計算蒸發(fā)管（通151一沿周向均勻受熱的垂直管的計算對于蒸發(fā)管的傳熱惡化，可根據(jù)壓力p、熱負荷q劃分為第一類傳熱惡化區(qū)域和第二類傳熱惡化區(qū)域。對于沿周向均勻受熱的垂直管內(nèi)出現(xiàn)傳