MW超临界锅炉培训.pptx

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1、第一节第一节 直流锅炉的主要特点和水冷壁型式直流锅炉的主要特点和水冷壁型式第二节第二节 直流锅炉的水动力特性直流锅炉的水动力特性第三节第三节 亚临界压力下蒸发管的脉动性流动亚临界压力下蒸发管的脉动性流动第四节第四节 直流锅炉的热偏差直流锅炉的热偏差第五节第五节 超临界压力下水冷壁管内传热超临界压力下水冷壁管内传热第1页/共84页第一节第一节 直流锅炉的主要特点和水冷壁型式直流锅炉的主要特点和水冷壁型式 一一一一 直流锅炉的主要特点（直流锅炉的主要特点（直流锅炉的主要特点（直流锅炉的主要特点（1 1）1 1特点特点 直流锅炉的直流锅炉的主要特点是汽水系统中主要特点是汽水系统中不设置锅筒，工质一次

2、不设置锅筒，工质一次性地通过省煤器、水冷性地通过省煤器、水冷壁、过热器。壁、过热器。其工作原理如其工作原理如图图13-113-1所示。所示。第2页/共84页一 直流锅炉的特点（2 2）2直流锅炉适用于压力等级较高的锅炉 根据直流锅炉的工作原理，任何压力的锅炉在理论上都可采用直流锅炉。但实际上没有中、低压锅炉采用直流型，高压锅炉采用直流型的较少，超高压、亚临界压力等级的锅炉可较广泛地采用直流型，而超临界压力的锅炉只能采用直流型。流动阻力的变化却不确定。综合影响结果是使流量和压差的关系呈现三次方曲线趋势。即出现静态水动力不稳定现象。当压力等于或超过临界压力时，由于蒸汽的密度与当压力等于或超过临界压

3、力时，由于蒸汽的密度与水的密度一样，汽水不能靠密度差进行自然循环，只能水的密度一样，汽水不能靠密度差进行自然循环，只能采用直流锅炉采用直流锅炉 第3页/共84页一 直流锅炉的特点（3 3）3.直流锅炉可采用小直径蒸发受热面管且蒸发受热面布置自由 直流锅炉采用小直径管会增加水冷壁管的流动阻力，但由于水冷壁管内的流动为强制流动，且采用小直径管大大降低了水冷壁管的截面积，提高了管内汽水混合物的流速，因此保证了水冷壁管的安全。由于直流锅炉内工质的流动为强制流动，蒸发管的布置较自由，允许有多种布置方式，但应注意避免在最后的蒸发段发生膜态沸腾或类膜态沸腾。第4页/共84页一 直流锅炉的特点（4 4）在工作

4、压力相同的条件下，水冷壁管的壁厚与管径成正比，直流锅炉采用小管径水冷壁且不用汽包，可以降低锅炉的金属耗量。与自然循环锅炉相比，直流锅炉通常可节省约20%30%的钢材。4直流锅炉的给水品质要求高 没有汽包，不能进行锅内水处理，给水带来的盐分除一部分被蒸汽带走外，其余将沉积在受热面上影响传热，使受热面的壁温有可能超过金属的许用温度，且这些盐分只有停炉清洗才能除去，因此为了确保受热面的安全，直流锅炉的给水品质要求高。通常要求凝结水进行100的除盐处理。第5页/共84页一 直流锅炉的特点（5 5）5.直流锅炉的自动控制系统要求高 直流锅炉无汽包且蒸发受热面管径小，金属耗量小，使得直流锅炉的蓄热能力较低

5、。当负荷变化时，依靠自身炉水和金属蓄热或放热来减缓汽压波动的能力较低。当负荷发生变化时，直流锅炉必须同时调节给水量和燃料量，以保证物质平衡和能量平衡，才能稳定汽压和汽温。所以直流锅炉对燃料量和给水量的自动控制系统要求高。第6页/共84页一 直流锅炉的特点（6 6）6.直流锅炉的启停和变负荷速度快 为了保证受热面的安全工作，且为了减少启动过程中的工质损失和能量损失，直流锅炉须设启动旁路系统。直流锅炉由于没有汽包，在启停过程及变负荷运行过程中的升、降温速度可快些，锅炉启停时间可大大缩短，锅炉变负荷速度提高。第7页/共84页二二 直流锅炉的水冷壁型式直流锅炉的水冷壁型式 直流锅炉出现的初期，水冷壁有

6、三种相互独立的结直流锅炉出现的初期，水冷壁有三种相互独立的结构型式：即本生型、苏尔寿型和拉姆辛型。现代直流锅构型式：即本生型、苏尔寿型和拉姆辛型。现代直流锅炉的水冷壁结构型式演变为两种型式：一种是垂直管屏，炉的水冷壁结构型式演变为两种型式：一种是垂直管屏，另一种是螺旋管圈。另一种是螺旋管圈。一一一一 垂直管屏光管水冷壁垂直管屏光管水冷壁垂直管屏光管水冷壁垂直管屏光管水冷壁 随着火电机组的大容量化，为了保证炉膛下随着火电机组的大容量化，为了保证炉膛下辐射区水冷壁管内的质量流速，下辐射区水冷壁辐射区水冷壁管内的质量流速，下辐射区水冷壁的流路一般设计成二次垂直上升。的流路一般设计成二次垂直上升。第8

7、页/共84页 三种型式直流锅炉的结构图 (a)垂直上升管屏式；(b)回带管屏式；(c)水平围绕管圈式 第9页/共84页二二 螺旋管圈水冷壁螺旋管圈水冷壁 螺旋管圈水冷壁的优点是：螺旋管圈水冷壁的优点是：螺旋管圈水冷壁的优点是：螺旋管圈水冷壁的优点是：1 1、工作在炉膛下辐射区的水冷壁同步经过炉膛内、工作在炉膛下辐射区的水冷壁同步经过炉膛内、工作在炉膛下辐射区的水冷壁同步经过炉膛内、工作在炉膛下辐射区的水冷壁同步经过炉膛内受热最强的区域和受热最弱的区域；受热最强的区域和受热最弱的区域；受热最强的区域和受热最弱的区域；受热最强的区域和受热最弱的区域；2 2、水冷壁中的工质在下辐射区一次性沿着螺旋管

8、、水冷壁中的工质在下辐射区一次性沿着螺旋管、水冷壁中的工质在下辐射区一次性沿着螺旋管、水冷壁中的工质在下辐射区一次性沿着螺旋管圈上升，没有中间联箱，工质在比容变化最大的阶段圈上升，没有中间联箱，工质在比容变化最大的阶段圈上升，没有中间联箱，工质在比容变化最大的阶段圈上升，没有中间联箱，工质在比容变化最大的阶段避免了再分配；避免了再分配；避免了再分配；避免了再分配；3 3、可灵活选择并联工作的水冷壁管子根数和管径，、可灵活选择并联工作的水冷壁管子根数和管径，、可灵活选择并联工作的水冷壁管子根数和管径，、可灵活选择并联工作的水冷壁管子根数和管径，保证较大的质量流速。保证较大的质量流速。保证较大的质

9、量流速。保证较大的质量流速。第10页/共84页 螺旋管圈水冷壁的这些优螺旋管圈水冷壁的这些优点，使得水冷壁能够工作在热点，使得水冷壁能够工作在热偏差最小和流量偏差最小的良偏差最小和流量偏差最小的良好状态。因此，其水动力稳定好状态。因此，其水动力稳定性较高，不会产生停滞和倒流，性较高，不会产生停滞和倒流，可以不装节流圈，最适合变压可以不装节流圈，最适合变压运行。螺旋管圈水冷壁起源于运行。螺旋管圈水冷壁起源于水平管圈水冷壁水平管圈水冷壁(拉姆辛型拉姆辛型)。水平管圈水冷壁的结构如图水平管圈水冷壁的结构如图13-13-3 3所示。所示。第11页/共84页 螺旋管圈水冷壁的主要缺点是：螺旋管圈水冷壁的

10、主要缺点是：螺旋管圈水冷壁的主要缺点是：螺旋管圈水冷壁的主要缺点是：1 1、水冷壁及其悬吊结构复杂、制造、安装及检、水冷壁及其悬吊结构复杂、制造、安装及检、水冷壁及其悬吊结构复杂、制造、安装及检、水冷壁及其悬吊结构复杂、制造、安装及检修工作量大，流动阻力比较大。修工作量大，流动阻力比较大。修工作量大，流动阻力比较大。修工作量大，流动阻力比较大。2 2、管带宽度随锅炉容量提高而增大，管带盘旋、管带宽度随锅炉容量提高而增大，管带盘旋、管带宽度随锅炉容量提高而增大，管带盘旋、管带宽度随锅炉容量提高而增大，管带盘旋圈数减少，热偏差增大。圈数减少，热偏差增大。圈数减少，热偏差增大。圈数减少，热偏差增大。

11、三三三三 内螺纹管垂直管屏水冷壁内螺纹管垂直管屏水冷壁内螺纹管垂直管屏水冷壁内螺纹管垂直管屏水冷壁第12页/共84页 炉上的应用证明这项技术在抵抗膜态沸腾方面已经炉上的应用证明这项技术在抵抗膜态沸腾方面已经成熟。其主要特点是：用内螺纹管防止由超临界压力过成熟。其主要特点是：用内螺纹管防止由超临界压力过渡到亚临界压力区域时可能发生的膜态沸腾；同时水冷渡到亚临界压力区域时可能发生的膜态沸腾；同时水冷壁入口装有节流圈，使各水冷壁管内的质量流量与吸热壁入口装有节流圈，使各水冷壁管内的质量流量与吸热量相匹配。采用螺旋管圈水冷壁的量相匹配。采用螺旋管圈水冷壁的600 MW600 MW超临界直流超临界直流锅

12、炉，在额定负荷下的质量流速为锅炉，在额定负荷下的质量流速为2800kg/(m2800kg/(m2 2.s).s)。可。可见采用内螺纹管垂直管屏水冷壁，减小了水冷壁的阻力见采用内螺纹管垂直管屏水冷壁，减小了水冷壁的阻力损失，降低了给水泵的功率消耗。损失，降低了给水泵的功率消耗。第13页/共84页垂直管圈水冷壁与螺旋管圈水冷壁比较垂直管圈水冷壁与螺旋管圈水冷壁比较垂直水冷壁垂直水冷壁（内螺纹管）（内螺纹管）螺旋管水冷壁螺旋管水冷壁（光管）（光管）第14页/共84页与光管相比内螺纹管传热特性与光管相比内螺纹管传热特性 质量流速质量流速1500 kg/m1500 kg/m2 2s s内螺纹管内螺纹管核

13、态沸腾核态沸腾偏离核偏离核态沸腾态沸腾膜态沸腾核态沸腾核态沸腾 质量流速质量流速1500 kg/m1500 kg/m2 2s s光管光管第15页/共84页安装中的垂直水冷壁（安装中的垂直水冷壁（SVSV）和螺旋管圈水冷壁）和螺旋管圈水冷壁可靠性比较可靠性比较焊口对接焊口对接只需单向调整只需单向调整焊口对接焊口对接需双向调整需双向调整较复杂较复杂高可靠性高可靠性（有时可靠性较低）（有时可靠性较低）第16页/共84页水冷壁结渣比较水冷壁结渣比较容易掉落容易掉落粘附在膜式粘附在膜式鳍片上鳍片上第17页/共84页第二节第二节 直流锅炉的水动力特性直流锅炉的水动力特性 一、直流锅炉的水动力不稳定性 亚临

14、界压力直流锅炉和超临界压力直流锅炉低负荷变压运行时，水冷壁管内工质都处于汽、液两相流动状态。随着气相份额增大，加速压降增大，重位压降减小，流动阻力的变化却不确定。综合影响结果是使流量和压差的关系呈现三次方曲线趋势。即出现静态水动力不稳定现象。直流锅炉静态水动力不稳定的主要表现是：流量和压直流锅炉静态水动力不稳定的主要表现是：流量和压差的关系不是单值性的，而是多值性的。即对应一个压差的关系不是单值性的，而是多值性的。即对应一个压差，出现两个或两个以上的流量。如图差，出现两个或两个以上的流量。如图13-413-4所示。所示。第18页/共84页 水动力多值性水动力多值性的具体表现是：对的具体表现是：

15、对于一根管子，流量于一根管子，流量有时大有时小；对有时大有时小；对于并联工作的一组于并联工作的一组管子，有的管中流管子，有的管中流量大，有的管中流量大，有的管中流量小。这些现象一量小。这些现象一旦出现，水冷壁就旦出现，水冷壁就处在不安全的运行处在不安全的运行状态。状态。第19页/共84页 二二二二 亚临界压力下直流锅炉的水动力特性亚临界压力下直流锅炉的水动力特性亚临界压力下直流锅炉的水动力特性亚临界压力下直流锅炉的水动力特性1 1、亚临界压力下水平蒸发管的水动力特性、亚临界压力下水平蒸发管的水动力特性、亚临界压力下水平蒸发管的水动力特性、亚临界压力下水平蒸发管的水动力特性 分析图分析图13-5

16、13-5的水平蒸的水平蒸发管中流量和压差的关发管中流量和压差的关系，因为重位压降系，因为重位压降P PZWZW=0=0，而比容变化引，而比容变化引起的加速压降仅占总压起的加速压降仅占总压降的降的3.53.5，可以忽略不，可以忽略不计。则管子出口的压降计。则管子出口的压降应等于流动阻力，如果应等于流动阻力，如果不计管子进出口的局部不计管子进出口的局部阻力，则有：阻力，则有：第20页/共84页P=P=P Plz lz=P Prsrs+P Pzfzf ,Pa ,Pa （13-113-1）热水段流动阻力热水段流动阻力P Prsrs为：为：蒸发段流动阻力蒸发段流动阻力P Pzfzf为：为：（13-213

17、-2）（13-313-3）第21页/共84页蒸发段的平均质量含汽率蒸发段的平均质量含汽率 为：为：热水段长度热水段长度L Lrsrs为：为：（13-4）（13-5）第22页/共84页把式把式(13-5)(13-5)代入式代入式(13-5)(13-5)，可得，可得（13-6）把式把式(13-5)(13-5)和式和式(13-6)(13-6)代入式代入式(13-1)(13-1)、式、式(13-2)(13-2)和式和式(13-(13-3)3)，可得，可得 P=A()3+B()2+C()(13-7)第23页/共84页式中（13-8）（13-9）（13-10）第24页/共84页 式式(13-7)(13-7

18、)为水平蒸发管水动为水平蒸发管水动力特性关系式。即力特性关系式。即P=fP=f（GG）的函数关系的具体形式。随着的函数关系的具体形式。随着系数系数A A、B B、C C的变化，方程的的变化，方程的解发生变化，反映的曲线形状解发生变化，反映的曲线形状也相应变化。也相应变化。曲线可出现三种情况，如曲线可出现三种情况，如图图13-613-6所示。所示。第25页/共84页即对方程求导数并且令即对方程求导数并且令 ，可得，可得（13-1113-11）B2B23AC 0 3AC 0(对应三个实根，多值性）对应三个实根，多值性）B2B23AC=0 (3AC=0 (对应一个实根，单值性对应一个实根，单值性)B

19、2 B23AC0 (3AC0 (对应一个实根，单值性对应一个实根，单值性)由此可见，水动力单值性的条件为由此可见，水动力单值性的条件为 B2B23AC0 3AC0 （13-1213-12）亚临界压力以下，水平蒸发管水动力多值性的直观亚临界压力以下，水平蒸发管水动力多值性的直观表现可用示意图表现可用示意图13-713-7说明，说明，第26页/共84页 水动力特性获得单值性的条件是：r-工质汽化潜热；-饱和水密度；-饱和汽密度；-修正系数；。第27页/共84页 给水变为蒸汽的过给水变为蒸汽的过程经历了加热、蒸发、程经历了加热、蒸发、过热三个阶段，由于过热三个阶段，由于直流锅炉没有固定的直流锅炉没有

20、固定的汽水分界面，热水段、汽水分界面，热水段、蒸发段、过热段的长蒸发段、过热段的长度是随热负荷及给水度是随热负荷及给水流量等条件变动的。流量等条件变动的。当给水流量增加时，当给水流量增加时，热水段长度延长，蒸热水段长度延长，蒸发段长度缩短，过热发段长度缩短，过热段长度也相应缩短。段长度也相应缩短。第28页/共84页 直流锅炉的水冷壁出口布置有汽水分离器，亚临界直流锅炉的水冷壁出口布置有汽水分离器，亚临界压力直流锅炉或超临界压力直流锅炉在低负荷变压运行压力直流锅炉或超临界压力直流锅炉在低负荷变压运行时，汽水分离器的作用类似于自然循环锅炉的锅筒，其时，汽水分离器的作用类似于自然循环锅炉的锅筒，其主

21、要作用是使水冷壁和过热器分开，将水冷壁出口的汽主要作用是使水冷壁和过热器分开，将水冷壁出口的汽水混合物分离成汽和水，以控制进入过热器的蒸汽的干水混合物分离成汽和水，以控制进入过热器的蒸汽的干度。所以，分析直流锅炉水动力多值性时，通常只考察度。所以，分析直流锅炉水动力多值性时，通常只考察热水段和蒸发段。即认为对于水动力多值性起决定作用热水段和蒸发段。即认为对于水动力多值性起决定作用的是热水段的阻力和蒸发段的阻力。的是热水段的阻力和蒸发段的阻力。第29页/共84页2 2 亚临界压力下垂直管的水动力特性亚临界压力下垂直管的水动力特性亚临界压力下垂直管的水动力特性亚临界压力下垂直管的水动力特性 亚临界

22、压力下，在垂直蒸发管中，重位压头对水动亚临界压力下，在垂直蒸发管中，重位压头对水动力特性的影响很大。有时，重位压头会成为总压降的主力特性的影响很大。有时，重位压头会成为总压降的主要部分，从而影响着压差与流量的关系。要部分，从而影响着压差与流量的关系。在垂直蒸发管中，如果不计加速压降，则管子进出口的在垂直蒸发管中，如果不计加速压降，则管子进出口的压差应为压差应为 P=P=P Plz lzP Pzwzw ，Pa Pa（13-1313-13）P Pzwzw=H=Hrsrs rsrs g gzfzf zfzf ，Pa Pa（13-1413-14）式中式中 HHrsrs、HHzfzf热水段、蒸发段高度，

23、热水段、蒸发段高度，mm；rsrs，zfzf热水段、蒸发段的工质密度，热水段、蒸发段的工质密度，kg/mkg/m3 3。第30页/共84页 分析式（13-14）可知，当流量增加时，热水段高度增大，蒸发段高度减小；与此同时，蒸发量减少，质量含汽率下降，使得蒸发段的汽水混合物密度增大；虽然管段总高度并未改变，但工质平均密度增大，使重位压头增加。流量越大，重位压头就越大，对水动力特性的影响就越大。第31页/共84页 图图13-813-8中的曲线表示垂直上升管的重位压头对水动中的曲线表示垂直上升管的重位压头对水动力特性的影响。力特性的影响。由图可见，对垂直上升流动，当重位由图可见，对垂直上升流动，当重

24、位压头较大时，如果不计重位压头时的水动力特性是多压头较大时，如果不计重位压头时的水动力特性是多值性的，则考虑重位压头后的水动力特性就有可能变值性的，则考虑重位压头后的水动力特性就有可能变为单值性的。即上升流动时，重位压头具有减弱水动为单值性的。即上升流动时，重位压头具有减弱水动力不稳定的作用。力不稳定的作用。第32页/共84页第33页/共84页 对于垂直下降管的流动，重位压头对水动力特性对于垂直下降管的流动，重位压头对水动力特性的影响为的影响为 P=P=P Plz lzP Pzwzw ，Pa 13-15Pa 13-15）图图13-913-9的曲线表示了垂直下降管中重位压头对水的曲线表示了垂直下

25、降管中重位压头对水动力特性的影响。由图可见，当重位压头较大时，如动力特性的影响。由图可见，当重位压头较大时，如果不计重位压头时，水动力特性是单值性的，则考虑果不计重位压头时，水动力特性是单值性的，则考虑重位压头后的水动力特性就可能变为多值性的。即下重位压头后的水动力特性就可能变为多值性的。即下降流动时，重位压头具有增强水动力不稳定的作用。降流动时，重位压头具有增强水动力不稳定的作用。第34页/共84页第35页/共84页三三三三 影响直流锅炉水动力多值性的因素影响直流锅炉水动力多值性的因素影响直流锅炉水动力多值性的因素影响直流锅炉水动力多值性的因素 锅炉运行时，影响水动力多值性的具体因素比较锅炉

26、运行时，影响水动力多值性的具体因素比较复杂，主要因素有复杂，主要因素有 :1 1 工质压力工质压力工质压力工质压力第36页/共84页 蒸发管进口的工质压力对水动力多值性的影响起主蒸发管进口的工质压力对水动力多值性的影响起主要作用。当压力降低时，汽水密度差增大，水动力趋要作用。当压力降低时，汽水密度差增大，水动力趋于不稳定。但是，压力对水动力多值性的影响具有多于不稳定。但是，压力对水动力多值性的影响具有多重性。即压力降低时，汽水比容差增大，水动力多值重性。即压力降低时，汽水比容差增大，水动力多值性加剧；但压力降低，工质汽化潜热也随之增大，在性加剧；但压力降低，工质汽化潜热也随之增大，在吸热量一定

27、时，蒸发量减少；压力降低，还会使受热吸热量一定时，蒸发量减少；压力降低，还会使受热面进口水欠焓相应减小，这又会减弱水动力多值性。面进口水欠焓相应减小，这又会减弱水动力多值性。但是，压力降低使汽水比容差变化得较多，因而其综但是，压力降低使汽水比容差变化得较多，因而其综合影响是加剧了水动力多值性。合影响是加剧了水动力多值性。图图13-1113-11的试验曲线表明了压力对水动力特性的影的试验曲线表明了压力对水动力特性的影响。响。第37页/共84页2 2 质量流速质量流速质量流速质量流速 直流锅炉蒸发管内的质直流锅炉蒸发管内的质量流速随负荷而变，锅炉负量流速随负荷而变，锅炉负荷越低，越容易发生水动力荷

28、越低，越容易发生水动力多值性。因为质量流速越小，多值性。因为质量流速越小，工质流量分配越不均匀。从工质流量分配越不均匀。从式式(13-7)(13-7)来看，质量流速越小，来看，质量流速越小，各项系数的影响作用就越大，各项系数的影响作用就越大，越容易发生水动力多值性。越容易发生水动力多值性。第38页/共84页3 3 蒸发管进口水欠焓蒸发管进口水欠焓蒸发管进口水欠焓蒸发管进口水欠焓 热水段的存在说明蒸发管进口工质欠焓。在热负热水段的存在说明蒸发管进口工质欠焓。在热负荷一定的条件下，工质欠焓越大，荷一定的条件下，工质欠焓越大，L Lrsrs就越大，就越大，L Lzfzf就就越小，虽然热水段阻力越小，

29、虽然热水段阻力P Prsrs有所增大，但由于受有所增大，但由于受L Lzfzf减小，尤其是受汽水混合物平均速度降低的影响，减小，尤其是受汽水混合物平均速度降低的影响，蒸发段阻力蒸发段阻力P Pzfzf降低的更多，使压降降低的更多，使压降P P随流量随流量GG的的增加出现多值性。工质欠焓增大主要发生在高加解增加出现多值性。工质欠焓增大主要发生在高加解列的场合，如果此时质量流速过小，则水动力多值列的场合，如果此时质量流速过小，则水动力多值性就难以避免。工质进口水焓值对水动力特性的影性就难以避免。工质进口水焓值对水动力特性的影响见图响见图13-1213-12。第39页/共84页第40页/共84页 3

30、 热负荷热负荷q图图13-1313-13的曲线表示了热负荷对蒸发管水动力特性的曲线表示了热负荷对蒸发管水动力特性的影响。的影响。在亚临界压力下，当锅炉负荷和给水温度一在亚临界压力下，当锅炉负荷和给水温度一定时，水冷壁热负荷变化直接影响蒸发点的位置定时，水冷壁热负荷变化直接影响蒸发点的位置变化，从而影响水动力特性。例如，当变化，从而影响水动力特性。例如，当q q降低降低(水水冷壁吸热量冷壁吸热量QQ降低降低)时，时，增加了热水段增加了热水段L Lrsrs的长度，的长度，减小了蒸发段减小了蒸发段L Lzfzf的长度，相当于增大了工质欠焓，的长度，相当于增大了工质欠焓，使水动力趋于不稳定。使水动力趋

31、于不稳定。第41页/共84页第42页/共84页5 锅炉负荷锅炉负荷 图13-14表示了负荷变化对水动力特性的影响。直流锅炉在低负荷运行时，比高负荷时的水动力稳定性要差得多。因为低负荷时，压力低，质量流速小，进口工质欠焓大，热负荷降低，热偏差增大。可见，此时在多种不利因素的同时作用下，水动力不稳定性的程度必然增大。第43页/共84页第44页/共84页6 重位压头重位压头 影响垂直上升管屏的水动力特性的因素更为复杂。影响垂直上升管屏的水动力特性的因素更为复杂。即影响水平管水动力特性的因素同样影响着垂直管屏，即影响水平管水动力特性的因素同样影响着垂直管屏，而且受重位压头和热偏差的影响，垂直管屏不但可

32、能出而且受重位压头和热偏差的影响，垂直管屏不但可能出现水动力不稳定现象，还可能出现停滞和倒流问题。因现水动力不稳定现象，还可能出现停滞和倒流问题。因此，垂直管屏水动力稳定性条件要求更高。此，垂直管屏水动力稳定性条件要求更高。第45页/共84页7 工质的热物理特性 超临界压力锅炉的水冷壁管内工质虽然是单相流体，超临界压力锅炉的水冷壁管内工质虽然是单相流体，但由于工质的温度随吸热量增加而变化，当工质温度处但由于工质的温度随吸热量增加而变化，当工质温度处于大比热区且吸热量同时增大时，工质温度变化不大，于大比热区且吸热量同时增大时，工质温度变化不大，但比容发生剧烈变化，引起工质的膨胀量急剧增大，有但比

33、容发生剧烈变化，引起工质的膨胀量急剧增大，有可能产生水动力不稳定现象。可能产生水动力不稳定现象。第46页/共84页四四 提高水动力稳定性的方法提高水动力稳定性的方法1 1 提高质量流速提高质量流速提高质量流速提高质量流速 ww 现代直流锅炉为防止水动力不稳定性，选用较高的现代直流锅炉为防止水动力不稳定性，选用较高的质量流速。提高质量流速，即可避免水动力多值性，又质量流速。提高质量流速，即可避免水动力多值性，又可防止停滞和倒流，因此提高质量流速是提高水动力稳可防止停滞和倒流，因此提高质量流速是提高水动力稳定性的最有效的方法。定性的最有效的方法。第47页/共84页2 2 提高启动压力提高启动压力p

34、 p 采用变压运行的螺旋管圈水冷壁的直流锅炉，应避采用变压运行的螺旋管圈水冷壁的直流锅炉，应避免低负荷时的工作压力过低。对于垂直管屏，如果不采免低负荷时的工作压力过低。对于垂直管屏，如果不采用实现变压运行的新技术，则最好采用全压启动方式。用实现变压运行的新技术，则最好采用全压启动方式。第48页/共84页3 3 采用节流圈采用节流圈采用节流圈采用节流圈 在水冷壁入口安装节流圈可增大热水段的阻力。加在水冷壁入口安装节流圈可增大热水段的阻力。加装节流圈后，管子的总压降为装节流圈后，管子的总压降为 P=P=P Plz lzP Pjl jl ，Pa Pa （13-1613-16）当流量增大时，节流圈的阻

35、力随着增大，使热水段当流量增大时，节流圈的阻力随着增大，使热水段的流动阻力总是占优势。的流动阻力总是占优势。节流圈对水动力稳定性的作用如图节流圈对水动力稳定性的作用如图13-1513-15所示所示 第49页/共84页第50页/共84页4 4 减小进口工质欠焓减小进口工质欠焓减小进口工质欠焓减小进口工质欠焓i i 对于直流锅炉，水冷壁进口工质欠焓是必然存在的。对于直流锅炉，水冷壁进口工质欠焓是必然存在的。i=0i=0时，因局部的汽泡不会被凝结或因工质比容变化，时，因局部的汽泡不会被凝结或因工质比容变化，水冷壁进口联箱中分配给每根水冷壁管的流量不均匀性水冷壁进口联箱中分配给每根水冷壁管的流量不均匀

36、性就可能增大。但欠焓减小，减小了热水段长度，增加了就可能增大。但欠焓减小，减小了热水段长度，增加了蒸发段长度，有利于提高水动力的稳定性。蒸发段长度，有利于提高水动力的稳定性。第51页/共84页5 5 减小受热偏差减小受热偏差 运行实践表明，水动力不稳定性主要是由汽水比容运行实践表明，水动力不稳定性主要是由汽水比容变化增大和热偏差造成流量分配不均引起的。因此，减变化增大和热偏差造成流量分配不均引起的。因此，减小水冷壁的受热偏差是维持水动力稳定性的重要条件。小水冷壁的受热偏差是维持水动力稳定性的重要条件。锅炉运行中，应及时吹灰，防止水冷壁结渣、积灰；防锅炉运行中，应及时吹灰，防止水冷壁结渣、积灰；

37、防止火焰偏斜，保持良好的火焰充满度；在燃烧器区域投止火焰偏斜，保持良好的火焰充满度；在燃烧器区域投入再循环烟气并使燃烧器多层布置且增大喷口间距。这入再循环烟气并使燃烧器多层布置且增大喷口间距。这些措施均可以减小水冷壁管外的受热偏差。尤其要注意些措施均可以减小水冷壁管外的受热偏差。尤其要注意在低负荷运行时，热偏差有增大的趋势。在低负荷运行时，热偏差有增大的趋势。第52页/共84页6 6 控制下辐射区水冷壁出口温度控制下辐射区水冷壁出口温度 对于超临界压力锅炉，下辐射区水冷壁处于热负对于超临界压力锅炉，下辐射区水冷壁处于热负荷最高的区域，吸热最强，为了避免工质的比容剧烈荷最高的区域，吸热最强，为了

38、避免工质的比容剧烈变化，应将工质的大比热区避开热负荷较高的燃烧器变化，应将工质的大比热区避开热负荷较高的燃烧器区。这就要求控制下辐射区水冷壁出口工质的温度，区。这就要求控制下辐射区水冷壁出口工质的温度，使其低于拟临界温度。使其低于拟临界温度。第53页/共84页7 7 控制水冷壁热负荷控制水冷壁热负荷控制水冷壁热负荷控制水冷壁热负荷 在亚临界压力下，当负荷一定时，控制水冷壁热在亚临界压力下，当负荷一定时，控制水冷壁热负荷实际上控制了蒸发点位置，使热水段和蒸发段的负荷实际上控制了蒸发点位置，使热水段和蒸发段的阻力保持稳定；在超临界压力下，则控制了汽水比容阻力保持稳定；在超临界压力下，则控制了汽水比

39、容的剧烈变化。的剧烈变化。第54页/共84页第三节第三节 亚临界压力下蒸发管的脉动性流动亚临界压力下蒸发管的脉动性流动一一 脉动的现象及危害脉动的现象及危害1 1 脉动现象脉动现象脉动现象脉动现象 直流锅炉水冷壁工作时，还可能发生水动力的动态直流锅炉水冷壁工作时，还可能发生水动力的动态不稳定现象，即脉动性流动现象。其主要表现是：进不稳定现象，即脉动性流动现象。其主要表现是：进入蒸发管的水流量和流出蒸发管的蒸汽流量发生周期入蒸发管的水流量和流出蒸发管的蒸汽流量发生周期性的波动。如图性的波动。如图13-1613-16所示。所示。第55页/共84页 直流锅炉的脉动有直流锅炉的脉动有三种类型，即管间脉

40、动、三种类型，即管间脉动、管屏脉动、整体脉动。管屏脉动、整体脉动。比较多见的是管间脉动，比较多见的是管间脉动，其具体表现是：其具体表现是：第56页/共84页 (1)(1)在并联工作的管子之间，某些管子的进口水流在并联工作的管子之间，某些管子的进口水流在并联工作的管子之间，某些管子的进口水流在并联工作的管子之间，某些管子的进口水流量时大时小，当一部分管子的水流量增大时，另一量时大时小，当一部分管子的水流量增大时，另一量时大时小，当一部分管子的水流量增大时，另一量时大时小，当一部分管子的水流量增大时，另一部分管子的水流量却在减小。与此同时，管子出口部分管子的水流量却在减小。与此同时，管子出口部分管

41、子的水流量却在减小。与此同时，管子出口部分管子的水流量却在减小。与此同时，管子出口的蒸汽量也在进行周期性的变化。的蒸汽量也在进行周期性的变化。的蒸汽量也在进行周期性的变化。的蒸汽量也在进行周期性的变化。(2)(2)当管子进口的水流量最大时，出口的蒸汽流当管子进口的水流量最大时，出口的蒸汽流当管子进口的水流量最大时，出口的蒸汽流当管子进口的水流量最大时，出口的蒸汽流量最小。量最小。量最小。量最小。(3)(3)整个管组的进水量和蒸汽量变化不大。整个管组的进水量和蒸汽量变化不大。整个管组的进水量和蒸汽量变化不大。整个管组的进水量和蒸汽量变化不大。根据脉动的具体表现，可以看出：蒸发管内的脉根据脉动的具

42、体表现，可以看出：蒸发管内的脉根据脉动的具体表现，可以看出：蒸发管内的脉根据脉动的具体表现，可以看出：蒸发管内的脉动性流动现象是流量随时间周期性变化的一种动态动性流动现象是流量随时间周期性变化的一种动态动性流动现象是流量随时间周期性变化的一种动态动性流动现象是流量随时间周期性变化的一种动态水动力不稳定现象。水动力不稳定现象。水动力不稳定现象。水动力不稳定现象。第57页/共84页2 2 脉动的危害脉动的危害脉动的危害脉动的危害 由于流量的脉动，引起了管内工质压力和温度周由于流量的脉动，引起了管内工质压力和温度周期性地变化，同时引起热水段、蒸发段、过热段的周期性地变化，同时引起热水段、蒸发段、过热

43、段的周期性变化，这种变化的危害是：期性变化，这种变化的危害是：第58页/共84页 (1)(1)在管子热水段、蒸发段、过热段的交界面在管子热水段、蒸发段、过热段的交界面在管子热水段、蒸发段、过热段的交界面在管子热水段、蒸发段、过热段的交界面处，交替接触不同状态的工质，时而是不饱和的处，交替接触不同状态的工质，时而是不饱和的处，交替接触不同状态的工质，时而是不饱和的处，交替接触不同状态的工质，时而是不饱和的水，时而是汽水混合物，时而是过热蒸汽；且这水，时而是汽水混合物，时而是过热蒸汽；且这水，时而是汽水混合物，时而是过热蒸汽；且这水，时而是汽水混合物，时而是过热蒸汽；且这些工质的流量周期性变化。使

44、管壁温度发生周期些工质的流量周期性变化。使管壁温度发生周期些工质的流量周期性变化。使管壁温度发生周期些工质的流量周期性变化。使管壁温度发生周期性变化，以至引起金属管子的疲劳破坏。性变化，以至引起金属管子的疲劳破坏。性变化，以至引起金属管子的疲劳破坏。性变化，以至引起金属管子的疲劳破坏。(2)(2)由于过热段长度周期性地变化，出口汽温由于过热段长度周期性地变化，出口汽温由于过热段长度周期性地变化，出口汽温由于过热段长度周期性地变化，出口汽温也发生周期性变化，汽温不易控制，甚至引起管也发生周期性变化，汽温不易控制，甚至引起管也发生周期性变化，汽温不易控制，甚至引起管也发生周期性变化，汽温不易控制，

45、甚至引起管壁超温。壁超温。壁超温。壁超温。(3)(3)脉动严重时，由于受工质脉动性流动的冲脉动严重时，由于受工质脉动性流动的冲脉动严重时，由于受工质脉动性流动的冲脉动严重时，由于受工质脉动性流动的冲击作用力和工质汽水比容变化引起管内局部压力击作用力和工质汽水比容变化引起管内局部压力击作用力和工质汽水比容变化引起管内局部压力击作用力和工质汽水比容变化引起管内局部压力波周期性变化的作用，还会造成管屏的机械振动。波周期性变化的作用，还会造成管屏的机械振动。波周期性变化的作用，还会造成管屏的机械振动。波周期性变化的作用，还会造成管屏的机械振动。引起管屏的机械应力破坏。引起管屏的机械应力破坏。引起管屏的

46、机械应力破坏。引起管屏的机械应力破坏。第59页/共84页三三 防止脉动的措施防止脉动的措施1 1 提高质量流速提高质量流速提高质量流速提高质量流速 质量流速大，汽泡不容易变大，管内就不会形成较质量流速大，汽泡不容易变大，管内就不会形成较高的局部压力，可保持稳定的进口水流量。高的局部压力，可保持稳定的进口水流量。2 2 采用节流圈采用节流圈 第60页/共84页3 3 提高进口压力提高进口压力提高进口压力提高进口压力 压力高，汽与水的比容接近，局部压力升高的现象压力高，汽与水的比容接近，局部压力升高的现象不容易发生。运行实践证明，不容易发生。运行实践证明，P14MPaP14MPa时，基本不发时，基

47、本不发生脉动现象。但变压运行的直流锅炉启动或低负荷运行生脉动现象。但变压运行的直流锅炉启动或低负荷运行时，应注意脉动的产生。时，应注意脉动的产生。第61页/共84页4 4 降低蒸发点的热负荷和热偏差降低蒸发点的热负荷和热偏差降低蒸发点的热负荷和热偏差降低蒸发点的热负荷和热偏差 蒸发点即工质发生相变的位置，将蒸发点移到热负蒸发点即工质发生相变的位置，将蒸发点移到热负荷较低的区域，可避免局部压力的大幅度变化。减小热荷较低的区域，可避免局部压力的大幅度变化。减小热偏差，减小流量偏差，防止个别管中流量降低导致的比偏差，减小流量偏差，防止个别管中流量降低导致的比容发生剧烈变化。容发生剧烈变化。第62页/

48、共84页5 5 防止脉动性燃烧防止脉动性燃烧防止脉动性燃烧防止脉动性燃烧 由于直流锅炉水冷壁的热惯性很小，燃烧放热不稳定由于直流锅炉水冷壁的热惯性很小，燃烧放热不稳定时，热水段和蒸发段长度不断变化，不仅流动阻力不断变时，热水段和蒸发段长度不断变化，不仅流动阻力不断变化，而且重位压头也不断变化，很容易导致脉动性流动。化，而且重位压头也不断变化，很容易导致脉动性流动。防止燃烧脉动对防止脉动极为重要。防止燃烧脉动对防止脉动极为重要。第63页/共84页6 6 给水泵的特性给水泵的特性给水泵的特性给水泵的特性 给水泵的特性对直流锅炉蒸发管脉动的影响是不容给水泵的特性对直流锅炉蒸发管脉动的影响是不容忽视的

49、。忽视的。图图13-2013-20是离心式给水泵特性曲线。图中曲线是离心式给水泵特性曲线。图中曲线1 1是锅是锅炉出口压力，曲线炉出口压力，曲线2 2是锅炉进口压力，曲线是锅炉进口压力，曲线3 3是比较平缓是比较平缓的水泵特性，曲线的水泵特性，曲线4 4是较陡的水泵特性，曲线是较陡的水泵特性，曲线2 2、3 3、4 4的的交点为工作点。由图可见，比较平缓的水泵特性和较陡交点为工作点。由图可见，比较平缓的水泵特性和较陡的水泵特性相比，假定压差变化相同，平缓的水泵特性的水泵特性相比，假定压差变化相同，平缓的水泵特性流量变化较大，而较陡的水泵特性流量变化较小。流量变化较大，而较陡的水泵特性流量变化较

50、小。第64页/共84页第65页/共84页第四节第四节第四节第四节 直流锅炉的热偏差直流锅炉的热偏差直流锅炉的热偏差直流锅炉的热偏差一一 热偏差对直流锅炉工作安全性的影响热偏差对直流锅炉工作安全性的影响 受热不均主要是由炉内燃烧时火焰的充满程度和炉受热不均主要是由炉内燃烧时火焰的充满程度和炉内的温度场分布决定的。在炉内燃烧的组织和调整方面，内的温度场分布决定的。在炉内燃烧的组织和调整方面，直流锅炉与自然循环锅炉并无差异。但是，由于燃烧组直流锅炉与自然循环锅炉并无差异。但是，由于燃烧组织不良导致的热偏差对蒸发管的安全工作危害极大，其织不良导致的热偏差对蒸发管的安全工作危害极大，其不仅使蒸发管内的流