自然循環(huán)鍋爐水動(dòng)力課件

1、第十一章 自然循環(huán)鍋爐水動(dòng)力特性 第十一章 自然循環(huán)鍋爐水動(dòng)力特性 111鍋爐水動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一、 鍋爐水循環(huán)方式循環(huán)工質(zhì)流經(jīng)蒸發(fā)受熱面的流動(dòng)方式劃分依據(jù)流動(dòng)動(dòng)力 自然循環(huán)鍋爐 強(qiáng)迫循環(huán)鍋爐 多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐 直流鍋爐 復(fù)合循環(huán)鍋爐 自然循環(huán)和多次強(qiáng)制循環(huán)方式適用于低于臨界壓力的鍋爐111鍋爐水動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一、 鍋爐水循環(huán)方式循環(huán)工質(zhì)流1. 自然循環(huán)鍋爐特征 有鍋筒，具有較大的畜熱和蓄水能力，易于調(diào)節(jié)。 水動(dòng)力特性穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，能耗小。 p， ，循環(huán)可靠。 流動(dòng)動(dòng)力 不受熱的下降管與受熱的上升管（水冷壁）之間的密度差 全部由受熱管束組成的回路也可形成自然循環(huán) 問題 停滯、自由水位、倒流、 下降管帶

2、汽上升管鍋筒下降管給水泵下集箱1. 自然循環(huán)鍋爐特征 有鍋筒，具有較大的畜熱和蓄水能2. 多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐 （輔助循環(huán)，控制循環(huán)）流動(dòng)動(dòng)力 循環(huán)泵（主動(dòng)力） 為了保證水循環(huán)可靠性，在自然循環(huán)鍋爐基礎(chǔ)上發(fā)展起來。特征 水冷壁布置自由，減小管子和鍋筒的直徑，減少金屬消耗量。 加快鍋爐的啟停和升降負(fù)荷的速度，擴(kuò)大負(fù)荷調(diào)節(jié)的范圍， 增加管內(nèi)工的流速，提高水循的穩(wěn)定性。 增加電耗。問題 循環(huán)泵可靠性（高溫、高壓）循環(huán)泵給水泵2. 多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐 （輔助循環(huán)，控制循環(huán)）流動(dòng)動(dòng)力 3. 直流鍋爐 流動(dòng)動(dòng)力 給水泵特征 無鍋筒，工質(zhì)一次性通過水冷壁。 水冷壁布置自由，金屬耗量少，制造方便。 啟停速度比較快，

3、適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化，適用壓力范圍廣，尤其是超臨界參數(shù)的鍋爐。 流動(dòng)阻力大，增加電耗，自動(dòng)調(diào)節(jié)和給水處理要求高。問題 水動(dòng)力不穩(wěn)定性（多值性、脈動(dòng)），傳熱惡化，熱偏差給水泵3. 直流鍋爐 流動(dòng)動(dòng)力 給水泵給水泵直流鍋爐蒸發(fā)受熱面三種基本型式 德國，本生型 瑞士，蘇爾壽型 蘇聯(lián)，拉姆辛型 直流鍋爐蒸發(fā)受熱面三種基本型式 德國，本生型 瑞士，蘇爾壽型垂直上升管屏 多次垂直上升,源于德國，又稱本生型，一般用于中等容量鍋爐。 一次垂直上升, 在本生爐上改進(jìn)，又稱UP（通用壓力）型，適用于各種壓力參數(shù)?；剞D(zhuǎn)管屏 源于瑞士，又稱蘇爾壽型。分為垂直回轉(zhuǎn)和水平回轉(zhuǎn) 兩集箱之間的很長的并聯(lián)管引起較大的熱偏差，制造復(fù)

4、雜，垂直管屏難疏水，水動(dòng)力穩(wěn)定性較差。水平圍繞管圈 前蘇聯(lián)，又稱拉姆辛型。 節(jié)省金屬，便于滑壓運(yùn)行和疏水排氣。為了解決垂直上升管屏混合集箱流量分配 下部輻射區(qū)采用螺旋型上升管圈 爐膛折焰角以上的輻射區(qū)采用一次垂直上升管屏 垂直上升管屏4. 復(fù)合循環(huán)鍋爐 主要用于超臨界壓力鍋爐低負(fù)荷 一部分水經(jīng)過再循環(huán)管路在蒸發(fā)受熱面中進(jìn)行再循環(huán)。 保證低負(fù)荷時(shí)水動(dòng)力穩(wěn)定，并大幅度減小蒸發(fā)受熱面中的流動(dòng)阻力。高負(fù)荷 循環(huán)泵停止工作，切換成直流運(yùn)行。給水再循環(huán)4. 復(fù)合循環(huán)鍋爐 主要用于超臨界壓力鍋爐給水再循二、汽液兩相流體的流動(dòng)型態(tài)（流型）垂直向上流動(dòng) (a)泡狀流型 (b)彈狀流型 (c)環(huán)狀流型 (d)液滴

5、環(huán)狀流型 (e) 霧狀流型 x0 x1二、汽液兩相流體的流動(dòng)型態(tài)（流型）垂直向上流動(dòng)x0 x12. 水平流動(dòng) 不對稱結(jié)構(gòu) 分層流動(dòng)消除分層流動(dòng) 提高流速，保證汽水混合物的質(zhì)量流速大于發(fā)生汽水分層時(shí)的界限質(zhì)量流速。 避免水平布置，采用傾斜布置。一般向上傾斜1015度的管內(nèi)分層流動(dòng)就很少發(fā)生，當(dāng)水平傾角超過3060度，其流型即與垂直管相同。 2. 水平流動(dòng) 不對稱結(jié)構(gòu) 分層流動(dòng)消除分層流動(dòng)3. 兩相流體的流動(dòng)模型 均相流模型 假定兩相流體流動(dòng)時(shí)和非常均勻，看作是具有平均流體特性的均質(zhì)單相流體，汽液兩相之間沒有相對速度且處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)。該模型可以應(yīng)用單相流體的各種方程式，必要時(shí)借助于試驗(yàn)系數(shù)對方

6、程式進(jìn)行修正。 適用于泡狀流型3. 兩相流體的流動(dòng)模型 分相流模型 假定兩相流體流動(dòng)時(shí)完全分開，它們各自以一種平均流速流動(dòng)，即兩相之間流速不等但已經(jīng)達(dá)到熱力動(dòng)態(tài)平衡。這種模型可以對每一相流體寫出一組基本方程式，或者將兩相的方程式合并在一起，并應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式建立某一物理量與流動(dòng)的獨(dú)立變量之間的關(guān)系式。 適用于環(huán)狀流型 分相流模型三、 汽液兩相流體的基本參數(shù) 1. 流量參數(shù)（1）質(zhì)量流量 （2）容積流量 （3）循環(huán)流速 （4）質(zhì)量流速 （5）折算流速 三、 汽液兩相流體的基本參數(shù) 1. 流量參數(shù)（2）容積流量2. 速度參數(shù)（1）混合流速 由質(zhì)量流速定義 （2）實(shí)際流速（3）相對速度與滑移比2. 速

7、度參數(shù)（1）混合流速 由質(zhì)量流速定義 （2）實(shí)際3. 含汽率（1）質(zhì)量含汽率 蒸汽質(zhì)量流量所占混合物質(zhì)量流量的份額 熱力學(xué)含汽率（沸騰度） 定義循環(huán)倍率 分析受熱工質(zhì)的狀態(tài)，x1，過熱蒸汽區(qū)。 3. 含汽率（1）質(zhì)量含汽率熱力學(xué)含汽率（沸騰度） 定義循環(huán)（2）容積含汽率 蒸汽容積流量所占混合物容積流量的份額 （2）容積含汽率 （3）截面含汽率（真實(shí)容積含汽率） 用平均流量概念表示的x或采用的是均相流模型，沒有考慮汽水之間實(shí)際存在的相對速度，因此都沒有反映管內(nèi)混合物真正的蒸汽含量，它們都只反映了水速與汽速相等條件下的含汽率。 截面含汽率某一管道截面上蒸汽流通截面積與整個(gè)管道截面的比值 采用分相流

8、模型，反映的是實(shí)際含汽率，又稱真實(shí)容積含汽率。 （3）截面含汽率（真實(shí)容積含汽率）截面含汽率表達(dá)式定義改寫截面含汽率表達(dá)式定義改寫系數(shù)C反映汽水之間的相對速度 壓力和循環(huán)流速度增加 （a：w小；d：w大） C=1,=向上流動(dòng) C1,1,1粗糙度小；2粗糙度大系數(shù)C反映汽水之間的相對速度 壓力和循環(huán)流速度增加 4. 密度汽水混合物密度 汽水混合物實(shí)際密度 4. 密度汽水混合物密度 汽水混合物實(shí)際密度 112自然水循環(huán)原理 一、自然循環(huán)回路的水動(dòng)力基本方程 1. 循環(huán)回路和管屏區(qū)段 下降管、上升管、鍋筒、集箱及其他部件所組成。簡單回路 并聯(lián)的一組（根）下降管，一組（根）幾何結(jié)構(gòu)尺寸及吸熱相同的上升

9、管，以及其他部件所組成。 是獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng) 112自然水循環(huán)原理 一、自然循環(huán)回路的水動(dòng)力基復(fù)雜回路 由一系列回路所組成，各回路之間相互有聯(lián)系，公用其中的某一環(huán)節(jié)。 如有共同或部分共同的上升管，或有共同下降管，但鍋筒是各循環(huán)回路所共有。 復(fù)雜回路 由一系列回路所組成，各回路之間相互有2. 簡單回路的水動(dòng)力基本方程 穩(wěn)定流動(dòng)以下集箱A-A為分析面壓差平衡方程上升管壓差 下降管壓差 壓差法 ApgtA2. 簡單回路的水動(dòng)力基本方程 穩(wěn)定流動(dòng)上升管壓差 下降管壓運(yùn)動(dòng)壓頭法 運(yùn)動(dòng)壓頭是循環(huán)回路中產(chǎn)生的水循環(huán)動(dòng)力 穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)克服回路中工質(zhì)流動(dòng)的總阻力有效壓頭法 有效壓頭是循環(huán)回路中的部分水循環(huán)動(dòng)力 穩(wěn)定

10、流動(dòng)時(shí)克服回路中下降管的流動(dòng)阻力 運(yùn)動(dòng)壓頭法 運(yùn)動(dòng)壓頭是循環(huán)回路中產(chǎn)生的水循環(huán)動(dòng)力有效壓循環(huán)倍率： KG0/D1/xk小，D大而G0小，則w0小。kKjx，w00，發(fā)生停滯、自由水位。循環(huán)倍率： KG0/D1/xk小，D大二、 循環(huán)回路的壓差特性 壓差特性 q和結(jié)構(gòu)一定 上升管壓差 下降管壓差不受熱無汽，G，單調(diào)減受熱有汽， G，單調(diào)增 兩條曲線必有一交點(diǎn) 為回路工作點(diǎn)O Oo二、 循環(huán)回路的壓差特性 壓差特性 q和結(jié)構(gòu)一定 上升q對上升管壓差的影響 G一定 q，和x都增大，但兩者的增大趨勢卻有很大的差別 。q，重位壓差，阻力，Sss的變化不確定。自補(bǔ)償區(qū)Sss呈現(xiàn)先降后升趨勢q對上升管壓差的

11、影響 G一定 q，和x都增大，但兩者q對循環(huán)回路工作點(diǎn)的影響 運(yùn)動(dòng)壓頭法q自然循環(huán)回路的自補(bǔ)償能力 q較低，x較小，K較大處， 當(dāng)q ， x ，則Syd p，動(dòng)力阻力，則G0。即當(dāng)KKjx時(shí)，并聯(lián)回路具有因上升管q增加而使G0隨之增加的能力。自補(bǔ)償區(qū)q對循環(huán)回路工作點(diǎn)的影響 運(yùn)動(dòng)壓頭法q自然循環(huán)回路的自補(bǔ)償三、循環(huán)回路的工作點(diǎn)1. 確定循環(huán)回路工作點(diǎn)的圖解法 假定幾個(gè)Go (或wo) 值分別計(jì)算出相應(yīng)的Sss 和Sxj，將這幾個(gè)壓差值連接起來得到Sss和Sxj的特性曲線。兩曲線的交點(diǎn)A即為簡單回路工作點(diǎn)，對應(yīng)的G0和S0即為工作點(diǎn)的循環(huán)流量和壓差。 三、循環(huán)回路的工作點(diǎn)1. 確定循環(huán)回路工作點(diǎn)

12、的圖解法 假2. 復(fù)雜回路的工作點(diǎn)復(fù)雜回路 各管組的吸熱量、結(jié)構(gòu)特性、聯(lián)結(jié)方式不同。每個(gè)管組有各自的特性曲線和工作點(diǎn)，整個(gè)復(fù)雜回路有一總工作點(diǎn)。 步驟 分別計(jì)算作出各管組的壓差特性曲線Si； 尋找共同部分，合成各曲線得總Sxj和Sss曲線，交點(diǎn)為回路總工作點(diǎn)； 反推求各管組的工作點(diǎn)。 合成方法 串聯(lián)回路 在相同流量下，壓差迭加。 并聯(lián)回路 在相同壓差下，流量迭加。 2. 復(fù)雜回路的工作點(diǎn)（a）并聯(lián)回路 （a）并聯(lián)回路 （b）串聯(lián)回路 （b）串聯(lián)回路 （C）有集中下降管的復(fù)雜回路 算繪制各管組Si串聯(lián)迭加得S1+3-5和S2+4-6S1+3-5和S2+4-6并聯(lián)迭加得SssSss與Sxj交點(diǎn)為回

13、路總工作點(diǎn)A從A點(diǎn)反推得各管組的工作點(diǎn) （C）有集中下降管的復(fù)雜回路 算繪制各管組Si113自然循環(huán)水動(dòng)力計(jì)算 一、概述 目的 確定合理的最佳回路結(jié)構(gòu)，校核鍋爐受熱面的工作可靠性，提出提高可靠性的措施。 內(nèi)容和原則確定循環(huán)流量或流速，循環(huán)倍率，壓差，可靠性指標(biāo)計(jì)算時(shí)按平均參數(shù)計(jì)算，并對條件最差管子進(jìn)行校驗(yàn)只對鍋爐額定參數(shù)進(jìn)行計(jì)算 對結(jié)構(gòu)特性和受熱狀況基本相同的回路，可選其中一個(gè)回路進(jìn)行計(jì)算 113自然循環(huán)水動(dòng)力計(jì)算 一、概述 目的 確定合二、壓降（阻力）計(jì)算總阻力摩擦阻力校正系數(shù)，雙相摩擦阻力與按均相模型計(jì)算的摩擦阻力之比。試驗(yàn)值，與質(zhì)量含汽率x、壓力p及質(zhì)量流速w有關(guān)。1. 摩擦阻力摩擦阻力

14、系數(shù)二、壓降（阻力）計(jì)算總阻力摩擦阻力校正系數(shù)，雙相摩擦阻力與2. 局部阻力3. 重位壓降4. 加速壓降 管段的出口和進(jìn)口的單位截面工質(zhì)秒流量的動(dòng)量差值 2. 局部阻力3. 重位壓降4. 加速壓降 管段的出口和進(jìn)三、水循環(huán)計(jì)算方法和步驟1. 下降系統(tǒng)壓差壓差法 下降系統(tǒng)密度xj 按鍋筒壓力下的飽和水的密度計(jì)算，即xj 下降管流速wxj三、水循環(huán)計(jì)算方法和步驟1. 下降系統(tǒng)壓差壓差法 下降系2. 上升系統(tǒng)壓差的計(jì)算B：始熱點(diǎn) A：始沸點(diǎn)分段計(jì)算if()pss,if(x)提升壓差pts 分離器的阻力pfl 必須確定熱水段高度hrsQ1Q2Q32. 上升系統(tǒng)壓差的計(jì)算B：始熱點(diǎn) A：始沸點(diǎn)i熱水段高

15、度hrs的確定 下降管的入口水欠焓 iqhB點(diǎn)iBqhhrs受熱焓增 吸熱 ixjB點(diǎn)iBqhhrs 散熱 hrs帶汽焓增 idqB點(diǎn)iBqhhrs阻力 pxjB點(diǎn)的工質(zhì)壓力飽和溫度 iBqhhrs重位壓差 ghhqB點(diǎn)的工質(zhì)壓力飽和溫度 iBqhhrs熱量平衡方程 每kg工質(zhì)到達(dá)始沸點(diǎn)A在爐內(nèi)的吸熱量 始熱點(diǎn)B的欠焓值iBqh熱水段高度hrs的確定 下降管的入口水欠焓 iqh水循環(huán)計(jì)算步驟（1）收集計(jì)算需要的原始數(shù)據(jù)。（2）按選取的循環(huán)倍率，計(jì)算鍋筒水的欠焓值。（3）按熱負(fù)荷分組，假設(shè)三個(gè)循環(huán)流量G。（4）計(jì)算下降管的重位壓降xjgh值和流動(dòng)阻力pxj值，相減得到Sxj值, 繪制下降管壓差特

16、性曲線。（5）按三個(gè)循環(huán)流量計(jì)算：Hrs、質(zhì)量（容積、截面）含汽率、平均密度、ssgh和pss，相加求出Sss；繪制出上升管壓差特性曲線。（6）若是簡單回路，上升管和下降管的二條曲線的交點(diǎn)即為回路工作點(diǎn)，得到工作點(diǎn)。（7）若是復(fù)雜回路，按前述方法求出復(fù)雜回路的總工作點(diǎn)及各回路的工作點(diǎn)。（8）求出鍋爐的循環(huán)倍率及鍋筒水的欠焓，校驗(yàn)誤差是否在容許范圍內(nèi)。如不符合重復(fù)計(jì)算。（9）進(jìn)行水循環(huán)可靠性校驗(yàn)并提出提高可靠性的措施。 水循環(huán)計(jì)算步驟四、自然水循環(huán)的可靠性1. 停滯和倒流 并聯(lián)上升蒸發(fā)管組 受熱弱管，平均密度增大，重位壓降增大；工作點(diǎn)So不變，則流動(dòng)阻力減小，即流速（量）減小。 重位壓降等于So

17、時(shí)，工質(zhì)的流速為零。 重位壓降大于So時(shí)，成為受熱的下降流動(dòng)管。 四、自然水循環(huán)的可靠性1. 停滯和倒流 受熱停滯 GD，即K=1時(shí)，有停滯壓差Stz（ Szy）。 本質(zhì) 回路中流動(dòng)動(dòng)力減弱。 倒流 全壓差特性曲線 倒流曲線為二次曲線，同一壓差So下，該管有三個(gè)工作點(diǎn)A、B和C，即可能有三種工作狀態(tài)。 停滯 GD，即K=1時(shí)，有停滯壓差Stz（ Szy）2. 循環(huán)可靠性校驗(yàn) 水循環(huán)可靠性 保證所有的水冷壁管子都得到正常和充分的冷卻 指標(biāo) 不發(fā)生 循環(huán)停滯或自由水面；循環(huán)倒流；下降管帶汽；沸騰傳熱惡化；水質(zhì)不合格不發(fā)生停滯 不發(fā)生自由水面 不發(fā)生倒流 2. 循環(huán)可靠性校驗(yàn) 水循環(huán)可靠性不發(fā)生停滯

18、 不發(fā)生自由水面3. 水循環(huán)可靠性分析 影響循環(huán)可靠性的因素P大。q?。?）壓力 P大易倒流 P小易停滯（2）熱負(fù)荷 q強(qiáng)G大 q弱G小 q高易停滯 q低易倒流 3. 水循環(huán)可靠性分析 影響循環(huán)可靠性的因素P大。q?。?）（3）回路阻力下降管阻力 下降管阻力增大，回路及受熱弱管流量減小。 （3）回路阻力下降管阻力水冷壁阻力 受熱弱管阻力增加，回路的工作點(diǎn)S0不變，受熱弱管流量減小?；芈纷枇υ黾?，受熱弱管子阻力不變，回路流量減小，而受熱弱管流量增加。水冷壁阻力 受熱弱管阻力增加，回路的工作點(diǎn)S0不變，受熱弱汽水引出管阻力 汽水引出管阻力大，回路和受熱弱管的流量均減少。FxjG，效果不大；FycSyc和Sss G，效果好；Fxj和Fyc G，最理想。汽水引出管阻力 汽水引出管阻力大，回路和受熱弱管的流（4）下降管帶汽 帶汽，重位壓頭下降，阻力增大，下降管特性曲線及回路的工作點(diǎn)大為降低，因而對水循環(huán)不利。原因 自汽化（蒸發(fā)） 鍋筒水空間的蒸汽被直接帶入下降管 旋渦斗 下降管受熱產(chǎn)生蒸汽 （4）下降管帶汽 帶汽，重位壓頭下降，阻力增提高水循環(huán)可靠性的措施 保證受熱弱管的工作點(diǎn)壓差大于停滯、自由水面及最大倒流壓差。根據(jù)熱負(fù)荷的強(qiáng)弱劃分循環(huán)回路。 減小回路的流動(dòng)阻力。增大下降管和汽水引出管的流通截面，減小各種局部阻力。防止下降管帶汽 。保證一定的水位高度 ，加裝隔板 、柵格板