電站鍋爐-第六章

鍋爐原理課件第六章鍋爐水動(dòng)力特性與傳熱鍋爐水動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐及其水動(dòng)力特性與傳熱自然循環(huán)故障及可靠性校驗(yàn)自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)及其計(jì)算直流鍋爐的啟停特點(diǎn)

彈狀結(jié)構(gòu)含汽率x增大，汽泡開始合并成彈狀大汽泡，形成阻力較小的汽彈1/4兩相流體的流動(dòng)結(jié)構(gòu)

泡狀結(jié)構(gòu)當(dāng)汽水混合物中含汽率x較小時(shí)，蒸汽呈細(xì)小的汽泡，主要在管子中心部分向上運(yùn)動(dòng)

汽水混合物在垂直管中作上升運(yùn)動(dòng)

汽、液兩相數(shù)量，即質(zhì)量含汽率x不斷變化；汽、液兩相間存在相對運(yùn)動(dòng)；產(chǎn)生汽泡趨中效應(yīng)

霧狀結(jié)構(gòu)當(dāng)含汽率x再增大時(shí)，管壁上水膜變薄，汽流將水膜撕破成小水滴分布于蒸汽流中被帶走，汽與水形成霧狀混合物，稱為霧狀或液霧結(jié)構(gòu)

柱狀結(jié)構(gòu)含汽率x繼續(xù)增大，彈狀汽泡匯合成汽柱并沿著管子中心流動(dòng)，而水則成環(huán)狀沿著管壁流動(dòng)，形成汽柱狀或稱水膜環(huán)狀流動(dòng)結(jié)構(gòu)2/4兩相流體的流動(dòng)結(jié)構(gòu)

汽水混合物在水平管中流動(dòng)

在浮力作用下，形成管子上部蒸汽偏多的不對稱流動(dòng)結(jié)構(gòu)。隨著流速減小，流動(dòng)結(jié)構(gòu)的不對稱性增加。當(dāng)流速小到一定程度時(shí)，形成分層流動(dòng)。管子上部與蒸汽接觸，管壁溫度升高，可能過熱損壞；在汽水分層的交界面處，由于汽水波動(dòng)，可能產(chǎn)生疲勞損壞

3/4

汽水混合物流速愈??；含汽率愈大；管子的傾角愈小，汽水分層愈易發(fā)生。對自然循環(huán)鍋爐，管子傾角應(yīng)大于30，以防止發(fā)生分層流動(dòng)兩相流體的流動(dòng)結(jié)構(gòu)

水冷壁管內(nèi)飽和沸騰可分為核態(tài)沸騰和沸騰傳熱惡化兩種工況

水冷壁管內(nèi)傳熱

核態(tài)沸騰

汽泡強(qiáng)烈擾動(dòng)，傳熱性能良好，管內(nèi)壁溫度接近于水的飽和溫度，得到良好的冷卻

沸騰傳熱惡化

第一類傳熱惡化（膜態(tài)沸騰）

熱負(fù)荷很高，管內(nèi)壁汽化核心急劇增加，形成連續(xù)的汽膜，對流放熱系數(shù)α2急劇下降，管壁得不到液體冷卻超溫破壞。特性參數(shù)為臨界熱負(fù)荷，對應(yīng)的x為臨界含汽率

第二類傳熱惡化（蒸干）

熱負(fù)荷比前者低、但含汽率很高時(shí)（出現(xiàn)液霧狀），汽流將水膜撕破或因蒸發(fā)使水膜部分或全部消失，管壁直接與蒸汽接觸而得不到液體的足夠冷卻，對流放熱系數(shù)α2急劇下降，金屬壁溫tb急劇增加造成管子過熱而燒壞，特性參數(shù)是工質(zhì)的界限含汽率4/4兩相流體的速度

質(zhì)量流速單位時(shí)間流經(jīng)單位流通截面的工質(zhì)質(zhì)量

循環(huán)流速w0

上升管開始沸騰處的飽和水的質(zhì)量流速式中：G為工質(zhì)的質(zhì)量流量；為容積流量1/4

折算速度假定蒸汽或水容積占據(jù)管子全部截面時(shí)的速度式中：D為蒸汽質(zhì)量流量

混合物速度

真實(shí)速度2/4兩相流體的速度兩相流體的含汽率3/4

容積含汽率

蒸汽容積流量與汽水混合物容積流量之比

質(zhì)量含汽率X

汽水混合物中蒸汽的質(zhì)量流量與汽水混合物總質(zhì)量流量之比

截面含汽率φ

蒸汽所占截面與管子總截面之比上升流動(dòng)C<1,φ<β；下降流動(dòng)C>1,φ>β,臨界壓力下C→1,而Φ→β4/4兩相流體的密度G、Di→Xi→βi→φi→ρi→hρig（重位壓頭）

混合物密度ρh

真實(shí)密度ρzs自然循環(huán)的基本概念

自然循環(huán)的工作原理下降管中水與上升管中汽水混合物間的重位壓頭差使水在回路中產(chǎn)生環(huán)形流動(dòng)，又稱為水循環(huán)1/2

簡單循環(huán)回路壓差平衡式(取向下為正)式中H、Hi―下降管的高度（即循環(huán)回路的高度）及上升管各區(qū)段的高度，m；

―下降管中工質(zhì)及上升管各區(qū)段工質(zhì)的平均密度，kg/m3；

Pxj、Ps―下降管及上升管流動(dòng)阻力損失，Pa自然循環(huán)的基本概念

運(yùn)動(dòng)壓頭Syd下降管與上升管中工質(zhì)柱重差，維持回路自然循環(huán)的動(dòng)力，用以克服下降管與上升管中工質(zhì)的流動(dòng)阻力2/2

循環(huán)倍率K循環(huán)回路中水流量G與回路中產(chǎn)生的蒸汽量D之比，即1kg水全部變成蒸汽需在回路中循環(huán)多少次

有效壓頭Syx在數(shù)值上等于下降管的阻力簡單回路水循環(huán)計(jì)算1/10

自然循環(huán)鍋爐水循環(huán)計(jì)算的目的確定各回路平均循環(huán)流速w0、工質(zhì)流量G；循環(huán)倍率Kh

確定鍋爐總的循環(huán)倍率Kg

檢驗(yàn)水循環(huán)的可靠性

壓差法水循環(huán)計(jì)算

上升管受熱,含汽率X不斷增加，各截面兩相流動(dòng)參數(shù)不同，應(yīng)分區(qū)段進(jìn)行計(jì)算，把結(jié)構(gòu)、受熱相同的劃為一段。A是上升管開始沸騰點(diǎn)上升管區(qū)段的劃分

熱水段Hrs從下聯(lián)箱到A點(diǎn)是熱水段，其中Hrq為熱前段。采用單相流動(dòng)計(jì)算公式上升管進(jìn)入爐膛（B點(diǎn)），水具有一定欠焓，開始沸騰點(diǎn)A的位置需計(jì)算確定

含汽段Hq

熱水段以外的上升管管段均為含汽段，采用兩相流體公式進(jìn)行計(jì)算2/10上升管區(qū)段的劃分

導(dǎo)汽管不受熱，含汽率不變對引入汽包汽空間的導(dǎo)汽管，導(dǎo)汽管最高點(diǎn)到超過水位那一段高度為提升段高度Hcq，應(yīng)與導(dǎo)汽管分開計(jì)算

熱后段Hrh

上升管離開爐膛到上聯(lián)箱間管段，該管段不受熱，若>10％上升管總長，則分開單獨(dú)計(jì)算

當(dāng)熱負(fù)荷、管徑或管傾斜角度變化較大、水冷壁敷設(shè)衛(wèi)燃帶時(shí)含汽段應(yīng)再分段3/10上升管進(jìn)入爐膛處（B點(diǎn)）工質(zhì)欠焓式中為飽和水的焓值隨壓力增大而增大的梯度kJ/（kg·Pa）

B點(diǎn)工質(zhì)欠焓不考慮下降管受熱和帶汽4/10

開始加熱點(diǎn)B工質(zhì)欠焓△hB

鍋水欠焓式中、分別為飽和水焓和鍋水焓；

為省煤器出口水焓

B點(diǎn)工質(zhì)欠焓△hB

靜壓變化p

式中：Δpxj、Δprq—

分別為下降系統(tǒng)及熱前段流動(dòng)阻力，Pa；

p1、p2—

分別為汽包壓力及爐膛入口B處壓力，Pa5/10上升管進(jìn)入爐膛處（B點(diǎn)）工質(zhì)欠焓熱水段高度Hrs的計(jì)算

ΔH段工質(zhì)因壓力減少而引起飽和水焓的減少量

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ΔH段高度開始沸騰點(diǎn)A工質(zhì)欠焓△hA為零在不考慮下降管受熱和帶汽的情況下H1為受熱一段高度；Q1、G分別為受熱一段吸熱量和工質(zhì)流量

ΔH段工質(zhì)吸熱引起的焓增

熱水段高度HrsΔH段高度7/10熱水段高度Hrs的計(jì)算簡單回路水循環(huán)計(jì)算程序（圖解法）

結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)按鍋爐有關(guān)圖紙查取

熱力數(shù)據(jù)按鍋爐熱力計(jì)算書查取

畫出蒸發(fā)受熱面汽水系統(tǒng)圖確定上升系統(tǒng)與下降系統(tǒng)的分界點(diǎn)

分配熱負(fù)荷根據(jù)爐內(nèi)熱負(fù)荷分布曲線，確定每個(gè)回路各區(qū)段的熱負(fù)荷及蒸發(fā)量Di

選擇整臺(tái)鍋爐循環(huán)倍率假設(shè)值Kg，算出鍋水欠焓假設(shè)值△hqh

劃分循環(huán)回路管屏分組（劃分計(jì)算回路），上升管分段8/109/10

假定三個(gè)循環(huán)流速w0

計(jì)算熱水段高度Hrsi

計(jì)算密度w0i→Gi、Di→Xi→βi→φi→ρi

計(jì)算重位壓頭hiρig

計(jì)算上升管流動(dòng)阻力確定上升管系統(tǒng)壓差計(jì)算下降管流動(dòng)阻力確定下降管系統(tǒng)壓差簡單回路水循環(huán)計(jì)算程序（圖解法）

分別作出與曲線，兩曲線的交點(diǎn)即為系統(tǒng)工作點(diǎn)，從而確定該回路總壓差Σ△p0、循環(huán)流速w0、循環(huán)流量G及循環(huán)倍率Kh10/10

校核：鍋水欠焓的計(jì)算值與假設(shè)值之差不超過12.6kJ/kg，且相對誤差不超過30%，認(rèn)為合格，否則需要重算

確定整臺(tái)鍋爐循環(huán)倍率的計(jì)算值，鍋水欠焓的計(jì)算值W0W0W0（G）W0簡單回路水循環(huán)計(jì)算程序（圖解法）自然循環(huán)特性

自然循環(huán)特性

熱負(fù)荷與循環(huán)流速之間的關(guān)系鍋爐熱負(fù)荷Q上升，D上升，X上升：上升→S下降→H（’-S）g上升→Syd上升→w0上升

Δps上升→w0下降Q

增加，Syd增加起主要作用，w0上升；而Q增加過大，阻力增加起主要作用，反使w0下降

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自補(bǔ)償能力隨鍋爐熱負(fù)荷Q(質(zhì)量含汽率x)的增加，循環(huán)回路水流量G(循環(huán)水流速w0)相應(yīng)增大的能力可避免管壁超溫

界限循環(huán)倍率和推薦循環(huán)倍率鍋爐壓力(Mpa)3.92～5.8810.2～11.7613.73～15.6916.67～18.63鍋爐蒸發(fā)量(t/h)35～240160～420400～670≥800界限循環(huán)倍率Kjx1053>2.5推薦循環(huán)倍率15～257～154～84～6

循環(huán)倍率K衡量鍋爐水循環(huán)可靠性的指標(biāo)之一

K過大（x過小)，運(yùn)動(dòng)壓頭太小，可能出現(xiàn)循環(huán)停滯等水循環(huán)故障；

K過?。▁過大），將失去自補(bǔ)償能力，造成管壁超溫

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界限循環(huán)倍率Kjx

對應(yīng)自然循環(huán)失去自補(bǔ)償能力（最高循環(huán)流速）時(shí)的循環(huán)倍率回路循環(huán)倍率K應(yīng)大于界限循環(huán)倍率Kjx

，對應(yīng)的質(zhì)量含汽率X應(yīng)小于臨界質(zhì)量合汽車Xlj

自然循環(huán)特性自然循環(huán)故障及安全性檢查

自然循環(huán)鍋爐蒸發(fā)受熱面金屬安全工作的條件是保證管子內(nèi)壁有連續(xù)水膜覆蓋受熱最弱上升管不出現(xiàn)流動(dòng)的停滯、倒流、汽水分層等水循環(huán)故障；

受熱最強(qiáng)上升管不發(fā)生沸騰傳熱惡化下降管不出現(xiàn)帶汽或汽化

自然循環(huán)鍋爐在壓力低于11MPa或受熱管局部熱負(fù)荷低于400kw／m2時(shí)一般不會(huì)出現(xiàn)傳熱惡化，正常水力工況破壞是蒸發(fā)管過熱的主要原因，即管壁經(jīng)?；蛑芷谛缘嘏c停滯或緩慢流動(dòng)的蒸汽接觸，造成管壁超溫。

自然循環(huán)鍋爐在超高壓以上，尤其在亞臨界壓力以上，因含汽率較高，（鍋爐容量增大，爐膛周界相對減小，水冷壁根數(shù)減少而長度增加），循環(huán)倍率較低，可能出現(xiàn)第二類傳熱惡化，必須采取相應(yīng)措施3/10

并聯(lián)的上升管組在共同的壓差∑Δps下運(yùn)行。當(dāng)管組中各管受熱不均勻時(shí)，受熱弱的管中含汽率少，運(yùn)動(dòng)壓頭小，循環(huán)流速降低，可能發(fā)生循環(huán)異常

循環(huán)停滯、自由水面和倒流現(xiàn)象

上升管引入汽包水空間當(dāng)受熱弱的管中水流量等于蒸發(fā)量，即G=D時(shí)，將出現(xiàn)循環(huán)停滯現(xiàn)象

上升管引入汽包汽空間發(fā)生循環(huán)停滯時(shí)管中工質(zhì)無法到達(dá)上升管的最高點(diǎn)，出現(xiàn)自由水面。自由水面以下區(qū)域，產(chǎn)生少量蒸汽，以上的區(qū)域?yàn)榫徛鲃?dòng)的蒸汽

上升管引入汽包水空間當(dāng)管組壓差Δp小于受熱弱管子液柱重Hsg時(shí)，受熱管中的水就自上往下流，稱為倒流4/10

循環(huán)停滯汽泡通過基本靜止的水面上浮，管子彎頭處蒸汽積累，出現(xiàn)自由水面時(shí)，水面以上管壁與蒸汽接觸，均使冷卻能力下降，管子易超溫爆管；自由水面上下波動(dòng)，還會(huì)引起疲勞破壞循環(huán)停滯、自由水面和倒流危害

倒流當(dāng)水的倒流速度與汽泡上浮速度相等，即汽泡處于上、下波動(dòng)狀態(tài)而形成蒸汽塞時(shí)，會(huì)把管子燒壞5/10

汽包中的水進(jìn)入下降管時(shí)，因流阻和加速產(chǎn)生壓降使進(jìn)口處發(fā)生自汽化下降管帶汽與汽化

下降管進(jìn)口截面上部形成渦漩漏斗狀，蒸汽被吸入下降管中

汽包水容積內(nèi)所含蒸汽被帶入下降管中

下降管受熱產(chǎn)生蒸汽

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下降管帶汽或汽化，會(huì)使管中工質(zhì)密度減小，運(yùn)動(dòng)壓頭下降，影響回路水循環(huán)提高自然循環(huán)安全性措施

減小并聯(lián)管子吸熱不均保持爐內(nèi)溫度場均勻設(shè)計(jì)時(shí)將整面水冷壁劃分為若干個(gè)獨(dú)立的循環(huán)回路；采用四角布置燃燒器；將爐膛四角上

1～2根管子取消或?qū)t膛設(shè)計(jì)成八角形運(yùn)行中避免火焰偏斜；防止水冷壁管積灰和結(jié)渣；限制最小負(fù)荷，避免因部分燃燒器停用造成更大的吸熱不均沿高度方向采用多個(gè)小功率燃燒器；減小爐內(nèi)熱偏差，避免局部熱負(fù)荷過高

降低汽水導(dǎo)管和下降管中的流動(dòng)阻力，提高循環(huán)流速和循環(huán)倍率可采用增加管子的流通截面、采用大直徑的管子、減少管子的長度和彎頭等措施7/10提高自然循環(huán)安全性措施

水冷壁管采用適當(dāng)?shù)墓軓捷^小的管徑可以節(jié)省金屬耗量；但從水循環(huán)安全方面考慮，應(yīng)維持足夠大的循環(huán)流速W。和不太高的含汽率X，故大容量鍋爐不應(yīng)采用過小的管徑

在一定負(fù)荷和工作壓力下，隨著的增大，W

0X值升高

大容量鍋爐爐膛周界的相對長度減小，水冷壁管數(shù)量減少，但高度增加，即每根管產(chǎn)生的蒸汽量增加，水冷壁管出口含汽率X和循環(huán)流速W。都比較高8/10提高自然循環(huán)安全性措施

防止下降管帶汽對高壓以上鍋爐，在下降管入口處加裝柵格板；采用大直徑集中下降管時(shí)，應(yīng)在入口處加裝十字板或柵格板

防止下降管進(jìn)口自汽化

式中

h—

為下降管進(jìn)口以上到正常水位的高度；wxj、i—

分別下降管中的水速和進(jìn)口阻力系數(shù)

下降管進(jìn)口之上應(yīng)保證一定的水柱高度，且水速不能過大9/10

避免下降管帶汽或自汽化提高自然循環(huán)安全性措施

使流體在管內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)或破壞汽膜邊界層，避免傳熱惡化

采用內(nèi)螺紋管

在管子內(nèi)壁上開出單頭或多頭螺旋形槽道，當(dāng)工質(zhì)在內(nèi)螺紋管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，發(fā)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，將水壓向壁面并迫使汽泡脫離壁面被水帶走，破壞汽膜層的形成，使管內(nèi)壁溫度降低

加裝擾流子

擾流子是塞在管中的螺旋狀金屬薄片。在推遲傳熱惡化和降低壁溫方面，擾流子可起到與內(nèi)螺紋管類似的作用，在強(qiáng)化傳熱方面不及內(nèi)螺紋管10/10控制循環(huán)鍋爐及特點(diǎn)

控制循環(huán)鍋爐具有汽包，循環(huán)回路下降管系統(tǒng)增設(shè)循環(huán)泵，工質(zhì)流動(dòng)的動(dòng)力為循環(huán)泵的壓頭和工質(zhì)重位差

可采用小直徑水冷壁，水冷壁可自由布置采用體積較小的高效分離器，可減小汽包直徑工質(zhì)質(zhì)量流速較高，循環(huán)倍率較自然循環(huán)小，一般為35；循環(huán)穩(wěn)定，不易出現(xiàn)循環(huán)異常，但可能出現(xiàn)流動(dòng)不穩(wěn)定、脈動(dòng)等工質(zhì)強(qiáng)制流動(dòng)，可使各承壓部件均勻受熱或冷卻，縮短了鍋爐啟、仃時(shí)間1/1

壓力提高，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性提高；但壓力增至一定值，汽水密度差’-”下降，運(yùn)動(dòng)壓頭下降；汽水分離困難，必然取消汽包，強(qiáng)制流動(dòng)鍋爐是鍋爐發(fā)展的必然結(jié)果。主要有直流鍋爐、控制循環(huán)鍋爐和復(fù)合循環(huán)鍋爐三種直流鍋爐工作原理

直流鍋爐沒有汽包，給水在給水泵壓頭的作用下，順序流過熱水段、蒸發(fā)段和過熱段等受熱面一次將給水全部變成過熱蒸汽，蒸發(fā)區(qū)循環(huán)倍率K=1

熱水段:

水的焓和溫度逐漸增高，比容略有加大，壓力則由于流動(dòng)阻力而有所降低

蒸發(fā)段:

汽水混合物的焓繼續(xù)提高，比容急劇增加，壓力降低較快，相應(yīng)的飽和溫度隨著壓力的降低亦降低一些沿管子長度方向工質(zhì)參數(shù)變化情況

過熱段:蒸汽焓、溫度和比容均增大，壓力則由于流動(dòng)阻力較大而下降更快1/4直流鍋爐工作特點(diǎn)

加熱、蒸發(fā)和過熱受熱面沒有固定的界限，汽溫變化大如減小給水量，開始沸騰點(diǎn)前移，加熱水段長度L1縮小，蒸發(fā)段長度L2也縮小，鍋爐受熱管總長度不變，故過熱段長度L3相對增大，過熱汽溫上升

無汽包，無下降管，水冷壁可采用小管徑，耗鋼少；但電耗相對較大；水冷壁可自由布置，適用于任何壓力2/4

設(shè)有專門的啟動(dòng)系統(tǒng)以便在啟動(dòng)時(shí)有足夠的水量通過蒸發(fā)受熱面，保護(hù)管壁不致被燒壞

對燃料、給水和空氣的自動(dòng)控制及調(diào)節(jié)要求較高直流鍋爐的水容積及相應(yīng)蓄熱能力小，對負(fù)荷變動(dòng)較敏感；工質(zhì)預(yù)熱、蒸發(fā)和過熱段間無固定界限，若燃料、給水比例失調(diào)，不能保證供給合格蒸汽

起動(dòng)和停爐速度比較快直流鍋爐沒有厚壁的汽包，起動(dòng)和停爐過程中鍋爐各部分加熱和冷卻均勻3/4直流鍋爐工作特點(diǎn)

無自補(bǔ)償能力蒸發(fā)受熱面可能出現(xiàn)流動(dòng)不穩(wěn)定、脈動(dòng)、熱偏差，危及鍋爐安全運(yùn)行，可采用在蒸發(fā)管進(jìn)口加裝節(jié)流圈等措施

管內(nèi)換熱處于膜態(tài)沸騰狀態(tài)下，管壁可能超溫破壞直流鍋爐蒸發(fā)受熱面中，水要從開始沸騰一直到完全蒸發(fā)汽包鍋爐中由于循環(huán)倍率高，蒸發(fā)受熱面出口的蒸汽含量X較低，管內(nèi)換熱屬于泡狀沸騰，壁溫可得到充分冷卻

對給水品質(zhì)的要求很高無汽包，不能進(jìn)行連續(xù)排污4/4直流鍋爐工作特點(diǎn)復(fù)合循環(huán)鍋爐工作原理1/3

復(fù)合循環(huán)與控制循環(huán)的區(qū)別沒有汽包，代之以簡單的汽水分離器

復(fù)合循環(huán)與直流鍋爐的區(qū)別在省煤器和水冷壁之間裝設(shè)循環(huán)泵、混合器和分配器等，依靠鍋水循環(huán)泵壓頭將蒸發(fā)受熱面出口的部分或全部工質(zhì)進(jìn)行再循環(huán)，蒸發(fā)系統(tǒng)中除直流流量外，還有循環(huán)泵提供的循環(huán)流量

復(fù)合循環(huán)包括低循環(huán)倍率復(fù)合循環(huán)和部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)兩種低倍率復(fù)合循環(huán)鍋爐

低倍率復(fù)合循環(huán)鍋爐又稱全負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐

控制閥只起節(jié)流作用，在整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)，投入循環(huán)泵運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)再循環(huán)。水冷壁工質(zhì)出口平均干度小于1，循環(huán)倍率約為1.21.4

低倍率復(fù)合循環(huán)鍋爐多用于亞臨界參數(shù)1-省煤器；2-混合器；3-循環(huán)泵；4-控制閥；5-節(jié)流圈；6-水冷壁；7-汽水分離器2/31-省煤器；2-混合器；3-循環(huán)泵；4-控制閥；5-節(jié)流圈；6-水冷壁；7-汽水分離器部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐

部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐用控制閥進(jìn)行循環(huán)方式的切換在一定負(fù)范圍內(nèi)開啟控制閥，按再循環(huán)方式運(yùn)行當(dāng)鍋爐負(fù)荷達(dá)一定值（3070%額定負(fù)荷）后，關(guān)閉控制閥，循環(huán)泵作為給水泵起增壓作用，按直流鍋爐方式運(yùn)行即保證了低負(fù)荷下必須的工質(zhì)質(zhì)量流速；又降低了高負(fù)荷下的流動(dòng)阻力部分負(fù)荷復(fù)合循環(huán)鍋爐適用于亞臨界及超臨界參數(shù)3/3超（超）臨界壓力下汽水理化特性

隨著壓力的提高，水的飽和溫度也相應(yīng)提高，水的汽化潛熱卻相應(yīng)減少，飽和水和飽和蒸汽的密度差也隨之減少。在壓力達(dá)到22.11MPa時(shí)，汽化潛熱為零，汽和水的密度差也等于零，該壓力稱為臨界壓力。水在該壓力下加熱到374.15℃時(shí)，即為蒸汽，該溫度稱之為臨界溫度（即相變點(diǎn)）。當(dāng)水蒸汽參數(shù)值大于上述臨界狀態(tài)點(diǎn)的壓力和溫度值時(shí)，稱其為超臨界參數(shù)。超超臨界參數(shù)的概念實(shí)際是一種商業(yè)性的稱謂，以表示發(fā)電機(jī)組具有更高的壓力和溫度。各國、甚至各公司對超超臨界參數(shù)的開始點(diǎn)定義也有所不同。我國電力百科全書則將超超臨界定義為：蒸汽參數(shù)高于27MPa。

超臨界壓力水蒸氣比體積、比熱容和焓比體積：1kg水或蒸汽所具有的容積稱比體積（m3/kg）。當(dāng)壓力<臨界壓力，1kg水被加熱→飽和蒸汽，其容積增加多倍，增大倍數(shù)與壓力有關(guān)；當(dāng)壓力達(dá)到臨界壓力，水和蒸汽的比體積相等，臨界比容=0.00317m3/kg。比熱容：在特定的熱工過程中，使1kg（或1m3）工質(zhì)溫度升高1℃所需要的熱量。在定容或定壓過程中加熱時(shí)，分別稱為比定容熱容（cv)、比定壓熱容（cp)。超臨界壓力水的比熱容隨溫度的提高而增加，而蒸汽的比熱容隨溫度的提高而減小。超（超）臨界壓力下汽水理化特性焓:以溫度0℃為計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)，使工質(zhì)達(dá)到規(guī)定的熱力狀態(tài)參數(shù)（p、t）時(shí)，總的吸熱量稱為熱焓或簡稱焓。超臨界壓力下，h∝p、t函數(shù)。臨界壓力或超臨界壓力下，焓值在相變點(diǎn)附近隨溫度變化而變化，當(dāng)p超過一定值，焓值變化減緩水蒸汽其它特性：超臨界壓力下水蒸汽在相變點(diǎn)附近工質(zhì)的動(dòng)力黏度μ、導(dǎo)熱系數(shù)λ均會(huì)降低，普朗特?cái)?shù)Pr增大。當(dāng)t↑，μ和λ先下降后略上升，而Pr達(dá)到峰值后下降。超（超）臨界壓力下汽水理化特性亞臨界、超臨界壓力下水動(dòng)力特性無論是亞臨界壓力還是超臨界壓力，直流鍋爐的蒸發(fā)受熱面，尤其是變壓運(yùn)行時(shí)，帶內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)的直流鍋爐的蒸汽受熱面（即水冷壁），都存在著流動(dòng)穩(wěn)定性、熱偏差和脈動(dòng)等水動(dòng)力問題。亞臨界和超臨界壓力下的流動(dòng)穩(wěn)定性直流鍋爐蒸發(fā)受熱面出現(xiàn)不穩(wěn)定流動(dòng)的原因：汽和水的比體積差以及水冷壁進(jìn)口有熱水段存在，在一定條件下實(shí)際運(yùn)行的直流鍋爐蒸發(fā)受熱面就會(huì)發(fā)生這種流動(dòng)不穩(wěn)定的工況。超（超）臨界壓力下汽水理化特性直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的流動(dòng)脈動(dòng)

流動(dòng)脈動(dòng)類型：整體脈動(dòng)（全爐脈動(dòng)）、屏間（屏帶或管屏間）脈動(dòng)和管間脈動(dòng)管間脈動(dòng)的特點(diǎn)：在蒸發(fā)管組進(jìn)出口集箱內(nèi)，P不變，并聯(lián)管中某些管子的流量減少，而另一些管子中的流量增加；之后，流量小的管子又增大流量，而其余的管子卻減小流量，如此反復(fù)波動(dòng)而形成管子間的流量脈動(dòng)。在這種周期性的脈動(dòng)過程中，整個(gè)管組的總給水量和總蒸發(fā)量不變，但對某一根管子，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(dòng)是反向的，這波動(dòng)經(jīng)一次擾動(dòng)后，便能自動(dòng)持續(xù)地以不變的頻率振動(dòng)。超（超）臨界壓力下汽水理化特性

管間脈動(dòng)時(shí)，管壁水膜周期性地被撕破，相變點(diǎn)附近的金屬壁溫波動(dòng)很大，嚴(yán)重時(shí)甚至達(dá)到150℃，因而使管子產(chǎn)生疲勞破壞。另外在脈動(dòng)時(shí)，并聯(lián)各管會(huì)出現(xiàn)很大的熱偏差，當(dāng)超過允許的熱偏差時(shí)，使管子超溫過熱而損壞。

消除脈動(dòng)的措施：在蒸發(fā)管圈加熱段加裝節(jié)流圈和節(jié)流閥；保證管圈有足夠大的質(zhì)量流速；脈動(dòng)現(xiàn)象是汽水兩相流動(dòng)所致，提高壓力有利于防止脈動(dòng)。運(yùn)行時(shí)，保持燃燒工況的穩(wěn)定性及爐內(nèi)溫度盡可能均勻，在啟動(dòng)時(shí)保持足夠的啟動(dòng)流量和壓力等。超（超）臨界壓力下汽水理化特性直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱偏差

熱效流動(dòng)偏差：并聯(lián)管中各根管子因吸熱不均而引起的流量偏差，稱為熱效流動(dòng)偏差

。

熱偏差特點(diǎn)：當(dāng)P<臨界壓力時(shí)，蒸發(fā)管組偏差管超溫引起流量降低，致使工質(zhì)過熱或傳熱惡化。超臨界壓力管組，流量隨吸熱量的增加而下降，偏差管由于流量過低，發(fā)生類膜態(tài)沸騰而使工質(zhì)溫度突升，因而tb有突升特性減小熱偏差措施：利用節(jié)流圈（閥）減小熱偏差；對于一次上升垂直管屏的UP型直流鍋爐，水冷壁進(jìn)口裝置節(jié)流圈（閥），把管屏寬度減小，增加中間混合聯(lián)箱等方法。對于螺旋管圈，由于各管組工質(zhì)在爐膛內(nèi)的吸熱量均勻，熱偏差小，不需裝置節(jié)流圈（閥）和中間混合聯(lián)箱，使鍋爐更適宜于變壓運(yùn)行。超（超）臨界壓力下汽水理化特性超臨界壓力下的傳熱特性超臨界壓力與臨界壓力時(shí)相同，當(dāng)水的溫度加熱到相變點(diǎn)時(shí)，即全部變?yōu)檎羝?，因此超臨界工質(zhì)不再存在兩相流區(qū)。但是超臨界工質(zhì)在相變點(diǎn)附近，其工質(zhì)特性仍有明顯的變化，使其傳熱特性有許多特點(diǎn)。傳熱特點(diǎn)比熱容：超臨界壓力水的比熱容隨著溫度升高而升高，而蒸汽的比熱容卻隨著溫度的增加而下降。在相變區(qū)工質(zhì)的比熱容最大，以最大比熱容點(diǎn)定義為相變點(diǎn)。在相變點(diǎn)附近存在一最大比熱容區(qū)，一般以比熱容大于8.37kJ/(kg?℃)的區(qū)域稱為最大比熱容區(qū)。超（超）臨界壓力下汽水理化特性

比體積和焓

：亞臨界壓力下，水達(dá)到飽和溫度時(shí)開始蒸發(fā)，工質(zhì)的比體積和焓值迅速增加;在超臨界壓力時(shí)，達(dá)到相變點(diǎn)，工質(zhì)比體積和焓值仍迅速增加，但隨P↑，其增加幅度逐漸減小;到達(dá)相變點(diǎn)時(shí)，工質(zhì)的動(dòng)力黏度μ，導(dǎo)熱系數(shù)λ和密度ρ均有顯著下降。傳熱惡化：超臨界壓力下工質(zhì)的特性在相變區(qū)會(huì)發(fā)生顯著的變化，在一定條件下，會(huì)發(fā)生傳熱惡化。類似于亞臨界壓力時(shí)的膜態(tài)沸騰，稱之為類膜態(tài)沸騰。其壁溫飛升值取決于熱負(fù)荷和管內(nèi)質(zhì)量流速的大小。壁溫差：超臨界壓力下的水平管會(huì)出現(xiàn)類似亞臨界壓力下的汽水分層流動(dòng)，引起上下壁溫差，其值決定于熱負(fù)荷和工質(zhì)的質(zhì)量流速。超（超）臨界壓力下汽水理化特性防止傳熱惡化、降低管壁溫度的措施采用內(nèi)螺紋管或交叉來復(fù)線管；

提高工質(zhì)質(zhì)量流速：在汽泡狀、柱狀、霧狀流動(dòng)時(shí)，提高質(zhì)量流速可以提高臨界熱負(fù)荷，防止膜態(tài)沸騰的發(fā)生。在發(fā)生膜態(tài)沸騰后，提高質(zhì)量流速可顯著提高膜態(tài)沸騰放熱系數(shù)，把金屬壁溫限制在允許范圍內(nèi)。超（超）臨界壓力下汽水理化特性直流鍋爐的啟停特點(diǎn)汽水流程特點(diǎn)直流鍋爐與汽包鍋爐最主要的不同特點(diǎn)之一是加熱過程中的起始蒸發(fā)點(diǎn)及蒸發(fā)終點(diǎn)的位置不確定，其蒸發(fā)段的長度也是可變的。因此在工況變動(dòng)時(shí)，直流鍋爐管系中介質(zhì)的存儲(chǔ)量會(huì)發(fā)生相當(dāng)幅度的變化，由此也會(huì)引起出口介質(zhì)流量及相應(yīng)參數(shù)的變化。

直流鍋爐沒有汽包，其總的工質(zhì)儲(chǔ)量及熱量儲(chǔ)存要比同容量的汽包鍋爐少很多；又因?yàn)槿坎捎脧?qiáng)制流動(dòng)，因而其汽―水流程的總流動(dòng)阻力也大于同容量的汽包鍋爐。這些都使得在同樣幅度的擾動(dòng)下直流鍋爐的壓力變動(dòng)速度及變化幅度要比同容量的汽包鍋爐要快得多或大得多，相應(yīng)地使蒸汽流量及溫度都會(huì)有所變化。直流鍋爐的啟停特點(diǎn)直流鍋爐給水流量的單獨(dú)變化時(shí)，會(huì)直接影響系統(tǒng)中的壓力、蒸汽流量和出口的蒸汽溫度。只有給水流量與燃料量較好的協(xié)調(diào)，才能適應(yīng)外界對于蒸汽產(chǎn)量的要求并保持蒸汽壓力與溫度的穩(wěn)定。啟動(dòng)速度快厚壁部件的熱應(yīng)力是限制機(jī)組啟停速度的主要因素，而直流鍋爐沒有汽包，只有集箱、閥門等少量厚壁部件，因此它的啟停速度可以比汽包鍋爐快。另外，現(xiàn)代大型機(jī)組均采取滑參數(shù)啟動(dòng)方式，其啟動(dòng)速度還要受到汽輪機(jī)要求的限制。

建立一定的工質(zhì)流量和壓力直流鍋爐啟動(dòng)一開始就必須建立一定的工質(zhì)流量和壓力，以保證受熱面安全工作。同時(shí)，為減少熱量損失和工質(zhì)損失，設(shè)置了啟動(dòng)旁路系統(tǒng)。升溫速度直流鍋爐中水冷壁各并聯(lián)管的工質(zhì)流速較快，故其允許升溫速度比自然循環(huán)鍋爐高，但是高參數(shù)大容量直流鍋爐的聯(lián)箱、混合器、汽水分離器等部件的壁厚尺寸也不是很小，升溫速度也要受到一定的限制。

直流鍋爐的啟停特點(diǎn)啟動(dòng)水工況及循環(huán)清洗

直流鍋爐中給水通過受熱面是一次蒸發(fā)完畢，沒有設(shè)置排污裝置，為了避免有雜質(zhì)沉積在管壁上或被蒸汽帶入汽輪機(jī)中，直流鍋爐每次啟動(dòng)要對管道系統(tǒng)和鍋爐本體進(jìn)行冷、﹑熱態(tài)循環(huán)清洗。工質(zhì)與熱量的回收

直流鍋爐點(diǎn)火前要進(jìn)行冷態(tài)循環(huán)清洗，點(diǎn)火后要進(jìn)行熱態(tài)循環(huán)清洗，啟動(dòng)過程中的給水流量不能低于啟動(dòng)流量，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后還要將汽輪機(jī)用不完的多余蒸汽排放掉。為使工質(zhì)和熱量損失降至最低，直流鍋爐都設(shè)置了專門的啟動(dòng)旁路系統(tǒng)，用以回收工質(zhì)和熱量。

直流鍋爐的啟停特點(diǎn)工質(zhì)膨脹問題工質(zhì)膨脹是直流鍋爐啟動(dòng)過程中的重要現(xiàn)象。直流鍋爐各受熱面是在啟動(dòng)過程中逐步形成的，受熱面中總是存在由水變成蒸汽的過程，由于蒸汽密度比水小得多，因此變化時(shí)工質(zhì)將產(chǎn)生體積膨脹現(xiàn)象，膨脹處的工質(zhì)將