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网站地图分析式(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.
图13-8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. 由图可见,对垂直上升流动,当重位 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非常有可能变 为单值性的.即上升流动时,重位压头具有减弱水动 力不稳定的作用.
一 直流锅炉的特点(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 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
一 直流锅炉的特点(6) 6. 直流锅炉的启停和变负荷速度快 为了能够更好的保证受热面的安全工作,且为减少启动过程中 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,锅炉启停时间可快速缩短,锅炉 变负荷速度提高.
二 直流锅炉的水冷壁型式 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 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. 一 垂直管屏光管水冷壁 随着火电机组的大容量化,为了能够更好的保证炉膛下 辐射区水冷壁管内的质量流速,下辐射区水冷壁 的流路一般设计成二次垂直上升.
r ---工质汽化潜热; ρ′---饱和水密度; ρ〃---饱和汽密度; α---修正系数 ; .
给水变为蒸汽的过 程经历了加热,蒸发, 过热三个阶段,由于 直流锅炉没固定的 汽水分界面,热水段, 蒸发段,过热段的长 度是随热负荷及给水 流量等条件变动的. 当给水流量增加时, 热水段长度延长,蒸 发段长度缩短,过热 段长度也相应缩短.
式(13-7)为水平蒸发管水动 力特性关系式.即△P=f(G) 的函数关系的具体形式.随着 系数A,B,C的变化,方程的 解发生明显的变化,反映的曲线形状 也相应变化. 曲线可出现三种情况,如 图13-6所示.
对于垂直下降管的流动,重位压头对水动力特性 的影响为 △P=△Plz-△Pzw , Pa 13-15)
图13-9的曲线表示了垂直下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 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 降流动时,重位压头具有增强水动力不稳定的作用.
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
二 螺旋管圈水冷壁 螺旋管圈水冷壁的优点是: 1,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; 2,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 避免了再分配; 3,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.
水动力多值性 的具体表现是:对 于一根管子,流量 有时大有时小;对 于并联工作的一组 管子,有的管中流 量大,有的管中流 量小.这些现象一 旦出现,水冷壁就 处在不安全的运行 状态.
二 亚临界压力下直流锅炉的水动力特性 1,亚临界压力下水平蒸发管的水动力特性 分析图13-5的水平蒸 发管中流量和压差的关 系,因为重位压降 △PZW=0,而比容变化引 起的加速压降仅占总压 降的3.5%,可忽略不 计.则管子出口的压降 应等于流动阻力,如果 不计管子进出口的局部 阻力,则有:
2 亚临界压力下垂直管的水动力特性 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 要部分,进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 压差应为 △P=△Plz△Pzw , Pa (13-13) △Pzw=Hrsρrs gHzfρzfg ,Pa (13-14) 式中 Hrs, Hzf—热水段,蒸发段高度,m; ρrs,ρzf-热水段,蒸发段的工质密度,kg/m3.
2 质量流速 直流锅炉蒸发管内的质 量流速随负荷而变,锅炉负 荷越低,越容易发生水动力 多值性.因为质量流速越 小,工质流量分配越不均匀. 从式(13-7)来看,质量流速越 小,各项系数的影响作用就 越大,越容易发生水动力多 值性.
B2-3AC 0 (对应三个实根,多值性) B2-3AC=0 (对应一个实根,单值性) B2-3AC0 (对应一个实根,单值性) 由此可见,水动力单值性的条件为 B2-3AC≤0 (13-12) 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13-7说明,
三 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 复杂,重要的因素有 : 1 工质压力
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 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 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. 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. 图13-11的试验曲线表明了压力对水动力特性的影 响.
一,直流锅炉的水动力不稳定性 亚临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 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13-4所示.
一 直流锅炉的特点(4) 在工作压力相同的条件下,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.
直流锅炉的主要特点和水冷壁型式 直流锅炉的水动力特性 亚临界压力下蒸发管的脉动性流动 直流锅炉的热偏差 超临界压力下水冷壁管内传热
一 直流锅炉的主要特点(1) 1特点 直流锅炉的 主要特点是汽水系统中 不设置锅筒,工质一次 性地通过省煤器,水冷 壁,过热器. 其工作原理如 图13-1所示.
螺旋管圈水冷壁的这些优 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 好状态.因此,其水动力稳定 性较高,不会产生停滞和倒 流,可以不装节流圈,最适合 变压运行.螺旋管圈水冷壁起 源于水平管圈水冷壁(拉姆辛 型).水平管圈水冷壁的结构如 图13-3所示.
螺旋管圈水冷壁的主要缺点是: 1,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. 2,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. 三 内螺纹管垂直管屏水冷壁
一 直流锅炉的特点(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.
一 直流锅炉的特点(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.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.
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 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 量相匹配.采用螺旋管圈水冷壁的600 MW超临界直流 锅炉,在额定负荷下的质量流速为2800kg/(m2.s).可 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.
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 时,汽水分离器的作用类似于自然循环锅炉的锅筒,其 最大的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 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 的是热水段的阻力和蒸发段的阻力.