机械设计基础13

1、第十三章强制流动锅炉第一节 直流锅炉概述第二节 直流锅炉的水动力特性第三节超临界压力下水冷壁管内传热第四节低倍率和复合循环锅炉第五节强制循环锅炉第六节直流锅炉的启动系统自然循环锅炉，最高达自然循环锅炉，最高达18.5MPa，有锅筒，有锅筒强制流动锅炉强制流动锅炉锅炉按工质在锅炉按工质在蒸发部分的流蒸发部分的流动方式分为动方式分为直流锅炉直流锅炉复合循环锅炉复合循环锅炉多次强制循环锅炉多次强制循环锅炉一、直流锅炉的工作原理1）强制流动2）一次通过，K=1，G=D水冷壁水冷壁省煤器省煤器给水泵给水泵过热器过热器第一节 直流锅炉概述二、直流锅炉的优点和缺点第一节 直流锅炉概述1优点1）适合于任何压力

2、，压力越高，稳定性越好；2）无锅筒，重量轻，管径小，支撑简单，钢材耗量少2025%，3）蒸发受热面布置比较自由，不必要一定垂直布置；4）启动快，停炉时间短。 2缺点1）给水泵的耗电大；2）给水品质要求高；3）自动调节性能要求高；4）要用启动旁路系统（在锅炉点火启动的初期，蒸汽不合格，需要旁路掉）。第一节 直流锅炉概述三、直流锅炉水冷壁的结构形式（图示）螺旋式螺旋式一次上升式（一次上升式（UP型）型）多次上升式多次上升式现代直流锅炉的管圈形式现代直流锅炉的管圈形式第一节 直流锅炉概述1. 螺旋式水冷壁第一节 直流锅炉概述2. UP型水冷壁第一节 直流锅炉概述3. 多次上升式第一节 直流锅炉概述第

3、十三章强制流动锅炉第一节 直流锅炉概述第二节 直流锅炉的水动力特性第三节超临界压力下水冷壁管内传热第四节低倍率和复合循环锅炉第五节强制循环锅炉第六节直流锅炉的启动系统第二节直流锅炉的水动力特性 水动力特性研究强制流动时并列布置蒸发管的压力降与流量间的关系，关心蒸发受热面工作可靠性。蒸发受热面工作可靠性。 直流锅炉蒸发受热面内的水动力特性的三个问题：1）水动力不稳定性；2）脉动；3）热偏差。 一、水动力不稳定性问题 并列管子组成的管系，如果对应于一个压降可能有23个流量则表现为水动力不稳定性。 由于出现了水动力特性的多值性，就可能使并列工作的蒸发管中产生流量偏差及热偏差，严重时，使管子烧坏。第二

4、节直流锅炉的水动力特性pG GG GGG1G3G2p第二节直流锅炉的水动力特性1. 水平蒸发受热面中的水动力不稳定性1）定性分析p与G间的一般关系p随G的变化规律，要具体看G与 二者何者为大，p可能随流量而增大，也可能在一定范围内下降。由G与 的不同组合可以得出相同的p，存在多值性是必然的。huhunvKGgfvGdlp2222)(huvhuv第二节直流锅炉的水动力特性2）理论推导（定量分析）略其解可能存在多个极值。)()()(23wCwBwAp)(Gfp 第二节直流锅炉的水动力特性3） 分析：)(Gfp 特例：当0i，进口水无欠焓时，A=0，B 改变符号，即，)()(2wCwBp可知：二次曲

5、线为单值性，总是稳定的第二节直流锅炉的水动力特性推导极值不存在的条件0)(2)(3)(2CwBwAwdpdAACBBw332如果，032 ACB，则不存在实根，即没有极值存在，可得：146. 7qhi第二节直流锅炉的水动力特性2. 垂直蒸发管中流动不稳定性上升上升下降下降又可以分为又可以分为多次上升、下降多次上升、下降第二节直流锅炉的水动力特性1)上升管 重位压头有利于流动特性趋于稳定，改善阻力特性，一般情况下不出现多值性。2)下降管 重位压头的存在恶化阻力特性，因此，一次下降流动时，工质流量不稳定。zwlzpppzwlzppp第二节直流锅炉的水动力特性 3)组合 先下降后上升的布置要好于先上

6、升后下降。 先下降时，含汽率低，不易产生多值，含汽率高时，处于上升段，重位压头起有利作用。多值性，差多值性，差亦多值，但好一些亦多值，但好一些第二节直流锅炉的水动力特性3. 影响锅炉水动力多值性因素分析1) 欠焓的影响进口欠焓越小，水动力越稳定；第二节直流锅炉的水动力特性2) 压力的影响 多值性出现的主要原因是由于汽和水的比容不 同 ， 随 压 力 的 升 高 ， 比 容 的 差 值 减小（），流动趋于稳定。 vv第二节直流锅炉的水动力特性 3) 质量流速的影响 质量流速越低，越容易发生水动力多值性。第二节直流锅炉的水动力特性 4) 热负荷q的影响 热负荷越低，越容易发生水动力多值性。 5)

7、锅炉负荷的影响 锅炉负荷越低，越容易发生水动力多值性。 6) 重位压头的影响 重位压头越低，越容易发生水动力多值性。第二节直流锅炉的水动力特性1) 提高质量流速 它是提高水动力稳定性的最有效方法。2) 提高启动压力3) 采用进口加装节流圈-将单相流体的阻力特性曲线（二次曲线），叠加在多值的、可能不稳定的曲线上，当节流圈的阻力足够大时，就可得到单调升曲线。4. 稳定水动力特性的方法第二节直流锅炉的水动力特性4) 减小进口工质欠焓减小了热水段长度。5) 减小受热偏差热偏差造成流量分配不均6) 从而引起水动力不稳定。6) 控制下辐射区水冷壁出口温度。7) 控制水冷壁热负荷。 第二节直流锅炉的水动力特

8、性二、蒸发管中的脉动脉动管中的工质流量呈周期性变化，危害十分严重。但是，脉动的机理还不十分清楚。管间脉动管间脉动管屏间脉动管屏间脉动脉动的类型脉动的类型全炉脉动全炉脉动第二节直流锅炉的水动力特性1影响管间脉动的因素 试验研究表明，管间脉动的主要影响因素之一是：热水段与蒸发水段阻力之比。 越大，脉动的幅度越小。 外因：蒸发开始处的局部热负荷突然升高； 内因：由于局部压力的升高，造成工质及金属的蓄热变化。第二节直流锅炉的水动力特性第二节直流锅炉的水动力特性2.脉动的危害 使管壁温度发生周期性变化，引起疲劳破坏。 汽温不易控制，易导致管壁超温。 造成管屏的机械振动，引起机械应力破坏。第二节直流锅炉的

9、水动力特性3.脉动的形成机理 一般性解释 压力降型脉动 密度波型脉动 热力波型脉动 4 防止脉动 的具体的技术措施1）提高进口压力：工作压力高，汽水的差别减小，不易发生脉动；2）提高进口工质的流量（满足推荐的最小界限质量流速）；第二节直流锅炉的水动力特性3）加大加热水段的阻力（加装节流圈），则水回流的阻力增大，不易发生脉动。4）降低蒸发点的热负荷和热偏差：蒸发点的热负荷减小，可避免局部压力的大幅度变化；热偏差的减小，可减小流量偏差。5）防止脉动性燃烧：燃烧放热呈脉动时，热水段和蒸发段也会呈现脉动性。6）选用较陡水泵特性的给水泵：压力有所变化时，流量变化不大。第二节直流锅炉的水动力特性三、直流锅

10、炉的热偏差 1热偏差定义热偏差主要是由于吸热不均匀和流量不均的共同作用所造成。GHqpppppppGGHHqqGHqGHqii00000001第二节直流锅炉的水动力特性2水力阻力对热偏差的影响（水平管圈） 并联多管圈的总压降相同，huhunslvKGvGfdlpp22221)(pppvGKvGK20200第二节直流锅炉的水动力特性3. 热偏差对流量偏差的影响 即受热强的管子内，流量反而减少这种由于吸热不同而引起的流量偏差会造成恶性循环，使管子金属过热，甚至烧坏。popoopGRRGG第二节直流锅炉的水动力特性4.重位压头对流量偏差的影响对上升流： 重位压头可减小流量偏差。对下降流： 重位压头可

11、增大流量偏差。ooopopopoopGGRgHRRGG2)(1ooopopopoopGGRgHRRGG2)(1第二节直流锅炉的水动力特性5.加装节流圈对流量偏差的影响 即选择好各管中节流圈，可使流量偏差系数接近于1。jlpjlpppjlojloooopGRRRRGG.第二节直流锅炉的水动力特性6减轻热偏差的措施 1）进口加装节流圈减少流量偏差，选择适当的节流圈阻力，可以取得一举三得的作用，设计时取水动力稳定，热偏差、脉动计算所得的最小直径。 2）减少受热偏差（受热不均） 将受热面分成若干个并联管组； 3）减少管组的工质焓增使工质进行中间混合； 4）提高质量流速，降低壁温可允许有较大的热偏差；

12、5）组织好炉内的燃烧使炉内的热负荷较为均匀。第二节直流锅炉的水动力特性第十三章强制流动锅炉第一节 直流锅炉概述第二节 直流锅炉的水动力特性第三节超临界压力下水冷壁管内传热第四节低倍率和复合循环锅炉第五节强制循环锅炉第六节直流锅炉的启动系统第三节超临界压力下水冷壁管内传热工质在水冷壁的温升大。传热与工质的热物理特性密切相关。容易引起类膜态沸腾。一、超临界压力下水冷壁的传热特点：二、超临界压力锅炉管内传热恶化判别方法 用参数 作为判据。 0.42kJ/kg时,A1，处于传热强化； 0.84kJ/kg时，A1，处于传热恶化； 0.420.84时，有可能A1，即有时传热强化，有时传热恶化。 02aaA

13、 wqwqwq第三节超临界压力下水冷壁管内传热第十三章强制流动锅炉第一节 直流锅炉概述第二节 直流锅炉的水动力特性第三节超临界压力下水冷壁管内传热第四节低倍率和复合循环锅炉第五节强制循环锅炉第六节直流锅炉的启动系统第四节低倍率和复合循环锅炉一、产生的背景 直流锅炉有很大的优越性，但也有以下的缺点： 启动流量低，要采用启动旁路系统； 水冷壁流速与锅炉负荷成正比，为保证低负荷流速大于受热管冷却的最小流速，高负荷时的流速过高，造成阻力损失过大，泵消耗的功率也大。D，%ww水冷壁流量水冷壁流量最小流速最小流速 为了克服直流锅炉的两点不足，解决上述矛盾，从而产生了低倍率和复合循环锅炉低倍率和复合循环锅炉

14、。低倍率和复合循环锅炉：低倍率和复合循环锅炉：低负荷时能保证必需的质量流速，高负荷时质量流速又不过大，是适合于亚临界和超临界压力的一种比较理想的锅炉型式。第四节低倍率和复合循环锅炉二、低倍率循环锅炉第四节低倍率和复合循环锅炉实例：瑞士苏尔寿947t/h低倍率循环锅炉三、复合循环锅炉第四节低倍率和复合循环锅炉第四节低倍率和复合循环锅炉第十三章强制流动锅炉第一节 直流锅炉概述第二节 直流锅炉的水动力特性第三节超临界压力下水冷壁管内传热第四节低倍率和复合循环锅炉第五节强制循环锅炉第六节直流锅炉的启动系统第五节强制循环锅炉工质在蒸发管中做多次强制循环流动，仍然用于亚临界压力范围内，故又称为多次强制循环

15、锅炉。 可以采用更细的管子，蒸发受热面的垂直布置，比较自由；锅筒、汽水分离器尺寸小，金属耗量少，但循环水泵的投资和运行费用均较大。 增加了数台循环水泵，关键设备第五节强制循环锅炉一、结构特点第五节强制循环锅炉二、强制循环锅炉的水动力特点 由于同直流锅炉一样，同为强制流动，因而，在蒸发受热面的可靠性方面，与对直流锅炉水动力特性的分析一样，存在着：1水动力特性不稳定性问题（多值性）；2流体脉动；3热偏差。三、工作特点D，%G，%给水流量给水流量水冷壁管中流量（循环水泵流量）水冷壁管中流量（循环水泵流量）第五节强制循环锅炉循环倍率K1，但较低（35或更小），因而循环水量小，循环推动力大。由于循环水泵

16、的特性，水冷壁中工质的流量变化不大。 与自然循环锅炉相比，控制循环锅炉启动、停炉和变负荷速度更快。 运行耗电量较大，费用高（强制循环泵）。第十三章强制流动锅炉第一节 直流锅炉概述第二节 直流锅炉的水动力特性第三节超临界压力下水冷壁管内传热第四节低倍率和复合循环锅炉第五节强制循环锅炉第六节直流锅炉的启动系统第六节直流锅炉的启动系统一、特点 无厚壁金属锅筒，起动时间2小时左右。 滑参数起动时，锅炉和汽轮机在同一时间内对蒸汽参数的要求是不同的：锅炉在点火前需在水冷壁中建立起一定的起动流量（约30%额定蒸发量）保证点火过程中水冷壁得到足够的冷却，汽轮机在起动时主要是暖机和冲转，要求的蒸汽压力和流量不高

17、；点火过程中从水冷壁甚至过热器流出的是热水或汽水混合物，不能进入汽轮机；进入汽轮机的蒸汽需具有相应压力下50以上的过热度；需要回收利用启动过程中的工质和热量，减少损失。二、起动旁路系统直流锅炉必须配置带有汽水分离器的起动旁路系统，需要进行从起动过程到正常运行工况的切换操作。 第六节直流锅炉的启动系统 不需切除分离器的起动系统 需切除分离器的起动系统包括高温过热器高温过热器水冷壁水冷壁起动分离器起动分离器 图图 不需切除分离器的起动系统不需切除分离器的起动系统至疏水扩容器至疏水扩容器或除氧器或除氧器给水给水省煤器省煤器第六节直流锅炉的启动系统12345节流管束节流管束水冷壁水冷壁起动分离器起动分离器 图图 需切除分离器的起动系统需切除分离器的起动系统至除氧器水箱至除氧器水箱高温过热器高温过热器低温过热器低温过热器至凝汽器至凝