第五节锅炉水动力特性优秀课件.ppt

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1、第五节锅炉水动力特性第1页，本讲稿共33页第五节 锅炉水动力特性1锅炉水循环的基本方式2自然循环锅炉水循环的基本方程3自然循环锅炉水循环的计算4循环回路的特性曲线第2页，本讲稿共33页第五节 锅炉水动力特性学习要求l了解锅炉水动力特性及基本概念l了解锅炉水动力的安全性l掌握自然循环的基本原理l掌握锅炉水循环的基本方程第3页，本讲稿共33页锅炉水动力学的意义锅炉水动力学的意义l蒸汽锅炉工作过程：1.燃料燃烧；2.传热（烟气或火焰传给工质水或蒸汽）；3.蒸汽产生过程（水吸热）。l锅炉金属受热面为界，受热面外部烟气侧传热统称炉内传热，受热面金属向工质传热称锅内传热。l锅炉水动力学是研究锅炉内部工质（

2、水、蒸汽、汽水混合物）的流动规律的科学与锅内传热密切相关。特别是沸腾时，两相流体力学与传热关系比单相流体更复杂。第4页，本讲稿共33页锅炉水动力学的意义锅炉水动力学的意义l锅内过程锅内过程金属受热面与工质之间传热、工质蒸发与传热、工质流动与工质侧的热化学过程如蒸汽品质、盐分沉淀等。l保证锅炉安全，经济运行，必须设计好炉内和锅内过程。l锅内过程对锅炉效率本身关系不大，但会严重影响锅炉的可靠性。l随着锅炉向大容量，高参数发展，锅内过程已成为关键问题。第5页，本讲稿共33页研究对象研究对象1.研究工质在锅内流动时水动力学问题。（单相流体的阻力，汽水混合物流型、流动阻力、流动稳定性、汽水分离过程及汽水

3、两相混合及分配等）2.单相流体管内流动的热交换过程及管内汽水混合物沸腾换热及传热恶化条件。3.工质侧的热化学问题。第6页，本讲稿共33页研究方法研究方法1.试验室模化设备上研究，设备简便，费用少。2.半工业性锅炉上已经过试验室研究，但需在较大的设备上做进一步验证。3.实际锅炉上。第7页，本讲稿共33页一.锅炉水循环的基本方式l锅炉各种受热面是由许多并联管组所构成,管组中的工质可以是单相流体(水或蒸汽)、双相流体(汽水混合物)。l管内工质流程：给水流经加热受热面（省煤器）进入蒸发受热面（水冷壁或对流管束）产生蒸汽，在过热受热面（过热器）中达到额定蒸汽参数。l流动方式：自然循环、多次强制循环、直流

4、及复合循环。如图2-39所示：第8页，本讲稿共33页一.锅炉水循环的基本方式第9页，本讲稿共33页一.锅炉水循环的基本方式l自然循环：工质流动动力是不受热的下降管和受热的上升管中工质之间的密度差。其之间的密度差形成并联管组之间的重位压差，在重位压差作用下自然流动。l多次强制循环：随着锅炉压力参数的提高，汽水混合物密度的增大，汽水回路之间的重位压差不能保证锅炉的汽水安全循环，因此，在锅炉循环回路中加装循环泵来满足水循环的要求。第10页，本讲稿共33页一.锅炉水循环的基本方式l直流循环：直流锅炉的蒸发受热面中的工质的流动动力是由锅炉给水泵的压头。如图2-39c所示，锅炉给水在给水泵的作用下，依次流

5、经加热受热面、蒸发受热面和过热受热面。直流锅炉没有锅筒，蒸发受热面中的工质为一次性通过的强迫流动，两相流体的流动阻力较大，增加给水泵的电耗，对自动化程度和水处理的要求更高。第11页，本讲稿共33页一.锅炉水循环的基本方式l复合循环：复合循环锅炉主要用于超临界压力参数锅炉，主要原因：在临界状态下，汽水密度没有差别，直流锅炉在低负荷时常出现流动不稳定，一般采用较大的工质流速以满足低负荷时的安全工作，因此，在满负荷时的流动阻力非常大。复合循环锅炉主要特点是：在省煤器出口与蒸发器之间安装一台循环泵，形成一个循环回路，它只在低负荷时工作，使一部分水经过再循环管路在蒸发受热面中进行再循环，以充分冷却蒸发受

6、热面，当高负荷时停止工作，自动切换成直流锅炉运行状态。第12页，本讲稿共33页二.自然循环锅炉水循化的基本方程l自然循环锅炉水动力学的任务：研究自然循环锅炉的水动力特性，保证水循环的可靠性。保证受热的上升管中要有一定的水速使管子得到冷却，不得出现流动停滞、倒流、汽水分层和模态沸腾等现象。第13页，本讲稿共33页二.自然循环锅炉水循化的基本方程l如图2-40所示，依靠下降管及上升管内的工质比重差而形成的流动过程称自然循环。l上升管、下降管及与它们相联的汽包和集箱总称为循环回路。l在稳定流动状态下，回路上任意一个截面上的作用力是平衡的。l左右两侧共同承受可以互相抵消的锅筒液面上压力。第14页，本讲

7、稿共33页二.自然循环锅炉水循化的基本方程l左右两侧管内所存在的力只有重位压差gh和流动阻力p，其压差平衡方程式为：l （2-71）l式中：和 分别为上升管和下降管中工质的密度（kg/m3);和 分别为上升管和下降管的阻力（pa).上升管压差：下降管压差：简单回路的水动力基本方程：（2-72）第15页，本讲稿共33页二.自然循环锅炉水循化的基本方程l回路的运动压头：（2-73）l回路的总阻力：（2-74）l运动压头是循环回路中产生水循环的动力，稳定流动时用于克服回路中工质流动的总阻力：l （2-75）第16页，本讲稿共33页二.自然循环锅炉水循化的基本方程l有效压头：l （2-77）l有效压头

8、是循环回路中运动压头克服上升管的流动阻力后剩余的部分水循环动力，稳定流动时用于克服回路中下降管的流动阻力。l有效压头愈大，用以克服的下降管阻力就愈大，也就是循环的水量愈大，水循环愈强烈。第17页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算（一）运动压头：循环回路的运动压头计算：l下降管中的密度 等于锅筒压力下饱和水的密度 ；l上升管中的汽水混合物的密度则应根据上升管结构及受热情况分段计算，如图2-41所示：第18页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算l上升管的起沸点A 的高度：汽包中的水没有达到饱和温度，存在欠焓；上升管下方的压力高于锅筒压力，使水的饱和温度提高；上升管的开始起沸点必定

9、高于开始受热的位置。l要确定含汽段的高度,首先要知道起沸点A的位置,亦要确定加热段的高度hrs。第19页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算l起沸点A的位置在第二加热段h2,该段的吸热量Q2，则加热水段高度hrs为：进口水的欠焓：第20页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算lK 为循环倍率定义:循环倍率等于进入上升管水的流量qm0与上升管出口汽流量之比：K值是水循环的计算结果之一。水动力计算时先推荐假定一个K，计算后再校核。若假定值得到的欠焓 和用计算结果K得到的 值，两者的绝对误差小于12kJ/kg,相对误差不超过30%。第21页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算l

10、锅炉炉水欠焓分析：1.当省煤器出口水已沸腾，则 ，净段水的欠焓为：2.当部分给水通过蒸汽清洗装置，则认为蒸汽将清洗水层的水都加热到饱和水，炉水欠焓为：为清洗水量与给水量之比；r为锅筒压力下的汽化热（kJ/kg)第22页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算3.给水全部进入清洗装置时，4.下降管因带汽使工质产生的焓增 可根据压力和下降管从锅筒水容积的含汽率 ，查图2-42和2-43。第23页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算5.锅筒内的水速s(m/s):D为锅炉出力（kg/s);f 为进入下降管的循环水流通截面（）：当水纵向流动时：当水横向流动时：h为平均水位到锅筒底部或隔板的平

11、均高度（m);l为布置下降管区域的锅筒长度（m).第24页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算6.含汽段高度hhq:如图2-41所示含汽段高度为h和水段总高度hs之差。加热水段高度hrs计算得出后，加上受热段之前不受热段高度即为水段总高度hs。第25页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算7.汽水混合物密度 上升管中含汽段汽水混合物的平均密度计算：垂直上升管的截面含汽率：C为系数，由图2-44查得；为体积含汽率，等于蒸汽体积流量和汽水混合物体积流量之比：第26页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算（二）循环回路中的阻力计算 自然循环锅炉的水循环回路阻力由下降管阻力和上升管

12、阻力构成，有摩擦阻力和局部阻力。管内工质如单相流体、汽液两相流体，其各种阻力应分别计算。1.摩擦阻力pmc 单相流体摩擦阻力pmc（Pa）：第27页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算汽液两相流的摩擦阻力计算：汽液两相流的摩擦阻力按均相流体加修正的办法确定：式中：为单相流体摩擦阻力系数，为摩擦阻力修正系数，其与质量含汽率、压力p及质量流速w0 有关，由试验数据得出。或查图2-45。第28页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算2.局部阻力pjb 单相流体的局部阻力是由于流体流动时因流动方向或流通截面的改变而引起的能量损耗。局部阻力pjb（Pa)为：式中：为单相流体局部阻力系数，由

13、试验确定。汽水混合物的局部阻力也采用均相流模型，计算式为：式中：为汽水混合物的局部阻力系数，由试验确定；为产生局部阻力处的质量含汽率。第29页，本讲稿共33页四.循环回路的特性曲线 循环回路的特性曲线是分析回路中的水流量和有效压头之间的关系曲线。如图2-46所示：随循环流量的增加，下降管的密度不变，上升管的密度增大，两者的密度差减小，而上升管阻力增加，有效压头Syx 是递减的；而下降管的阻力pxj是随流量的增加而增加，这两条曲线的交点为循环回路的工作点，从而确定循环回路的循环流量和有效压头。第30页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算 对于锅炉中的不同特性的管组或管子所组成的复杂回路，由串联、并联办法将各特性曲线合成。特性曲线的合成基于工质的物质平衡和作用于工质上的力平衡两个基本原理。其合成规律为：稳定工况下，串联回路时的流量相等，在相同流量下压差叠加；如图2-48所示：第31页，本讲稿共33页三.自然循环锅炉水循化的计算并联回路的两端压差相等，在相同压差下流量叠加。如图2-47所示：第32页，本讲稿共33页第33页，本讲稿共33页