4 直流锅炉水动力及其计算.ppt

强迫流动锅炉水动力特性 刘银河2008 5 直流锅炉蒸发管的水动力特性 在一定的热负荷及结构特性条件下 管内工质的流量G 或质量流速 w 与压差 p的关系称为水动力特性 或压差特性 p f G 单值性 p与G一一对应多值性 一个 p可能对应两个以上的G 1 水平蒸发管 总压差 忽略 pzw和 pjs q与Z不变 p G2v G v 则 p随G的变化具有不确定性 主要取决于流量增加和比容减小这两者的相对变化 水平蒸发管水动力特性 假设 受热均匀ql不变 采用均相流模型 两相流体摩擦阻力修正系数 1 加热段的平均比容取饱和水比容v 忽略局部阻力 水平蒸发管水动力特性 根据热量平衡得右二式 带入前式计算压差 A B C是与工质状态 iqh ql G 物性 v v r 结构 Z 有关的参数 水平蒸发管水动力特性 避免多值性 最多只有一个拐点 且单调增 2个不同的实根 出现多值性 2个相同的实根 曲线只有一个拐点 为虚根 曲线单调升 水平蒸发管水动力特性 保证安全裕度 a 1 多值性的物理原因 对于强迫流动的蒸发管内同时存在加热水段和蒸发段 当q一定时 由于水和蒸汽的比容差别极大 使得工质的平均比容随流量的变化而急剧变化 而 p不仅与G有关 还与v有关 从而产生了水动力特性的多值性 如果受热管内全部是单相热水或汽水混合物 则不会出现多值性 水平蒸发管水动力多值性原因 O B G p 因为G 比容v O A段 由于管内充满蒸汽 v随G的变化很小 曲线较陡 A B段 v减小的速度加快 曲线逐渐变缓 B C G 容积含汽率 从而G v 则 p 直至C点 C D 由于管内几乎全部是水 G 对v已无多大影响 p 影响多值性的因素 1 压力 低压明显存在多值性 P 稳定性 亚临界压力17MPa以上一般不会产生多值性 除非入口水的欠焓特别大 2 入口欠焓 iqh 稳定性 iqh 0 A 0 二次曲线 在G 0的区间 p 0 且单调增加 多值性消失 iqh 向三次曲线转变 3 加热水段阻力 pjr 增加了流量对压差的影响 减弱了汽水混合物比容的影响 稳定性 4 热负荷q 系数A C 稳定性 相当于iqh 热负荷的变化还与其他因素有关 q高 多值性范围扩大 q低时 易引起流量的不稳定性波动 水平蒸发管水动力多值性防止措施 减小蒸发管进口水的欠焓增大加热水段的阻力 垂直蒸发管水动力特性 垂直蒸发管的水动力特性 单行程 1 重位压差曲线2 流动阻力曲线3 总水动力特性曲线 垂直蒸发管水动力特性 垂直蒸发管的水动力特性 双行程 1 下降段重位压差曲线2 上升段重位压差曲线3 流动阻力曲线4 总重位压差曲线5 总水动力特性曲线 多值区 多值区 二 并联管组的热偏差 1 热偏差并联管组在理想设计工况下 可靠性可以得到保障 实际条件差异很大 并联管组中各管焓增不均匀 偏差管工质焓增 ip和整个管组工质平均焓增 ipj之比称为热偏差系数 因为 热负荷不均匀系数 受热面积不均匀系数 流量不均匀系数 烟气侧 工质侧 允许热偏差 必须满足 热偏差取决于管子的热力特性 受热面特性和工质的水力特性 1 热负荷不均匀系数 r与受热面的结构尺寸和运行状态有关 2 受热面积不均匀系数 m与受热面布置方式 各管的结构尺寸有关 一般为 m 0 95 1 05 热负荷偏差及受热面积偏差均会造成流量偏差 3 流量不均匀系数 l l主要取决于 结构因素 阻力特性 集箱效应 连接型式 过热器 v变化小的受热面 热效流动偏差 热负荷不均匀 水冷壁 v变化大的受热面 重位压差 垂直管 2 集箱效应 1 集箱的静压分布分配集箱 工质不断分流 动压 静压 动量方程 假定 工质分流连续 阻力系数 为常数 Vx与w线性关系 Vx cfw 略去 dw 2 分流流量均匀 X x L 积分 X 1 分配集箱最大静压差 试验确定cf 1 24 分配集箱静压变化系数 Kf与阻力特性有关 整理得 x处静压 进口静压 汇集集箱 工质不断汇流 静压 动压 用座标X 1 X建方程 积分后转换为X w whX wh 1 X Vx chw 同理可得 X 1 汇集集箱最大静压差 试验确定ch 0 汇集集箱静压变化系数 结构特性相同 Kh 2Kf phL 2 pfL 即汇集集箱的静压曲线变化比分配集箱要大许多 整理得 计算 pfx phx X 0均在集箱引入管或引出管 2 集箱连接方式对并联管组流量分配的影响 Z型连接系统 流动动力 p pfx phx U型连接系统 U型连接系统流量分布比较均匀 Z型系统比U型系统具有较大的流量偏差 多点引入和多点引出连接系统 并联各管工质的进出口压差 p 集箱偏差管的压差 pp与平均工况管的压差 ppj的差值 pjx 显然偏差管的 pjx 0 pjx的绝对值愈大 表明偏差管的流量比平均工况管的流量相差愈多 3 流量偏差 流量不均匀系数 向上取 号 向下取 号 用下标p和pj分别表示偏差管和平均工况管 因为 p1 p2为常数 令 影响并联管组中流量偏差的因素 1 结构特性Zp Zpj不变 l 流量偏差增大 2 集箱效应 pjx 0 pjx l 流量偏差增大 3 平均流动阻力Zpj不变 G ppj ld 则分子的影响减小 G不变 Zpj 除有同样的效果 还能使Gp 增加 因此 ppj ld 可削弱流量分布的不均匀性 4 热负荷分布 热效流量偏差 并联管组由于热负荷不均匀引起的流量偏差 对于水平管管组 水平并联管的水动力特性 热负荷不均匀系数 r l qp vp l Gp 即受热强管中流量小 受热弱管中流量大 平均焓增 ipj l ip ipj 1 ipj 5 重位压差 高度系数 w A pzw的影响减小 水平 上升 下降的 l接近 w A pzw使向上的 l增大 向下流动的 l减小 向上 l 水平 l 向下 l 注意启动和低负荷运行 A不变 l只与v或 有关 为垂直并联管组的热效流量偏差 w ipj的影响 受热强管 vp l 热效流量偏差增加 向上流动 p 又使 l 即重位压差减小了热效流量偏差 向下流动 p 促使 l 即重位压差加剧了热效流量偏差 低负荷及启动 热负荷不均匀性较大 由于 w较小 A值增大 向上流动可减小热效流量偏差 假定某一根受热管中的工质已经停止流动 即 l Gp Gpj 0 A vpj 0 向上流动 pj p vpj A 0 p pj 偏差管中密度大 表明该管热负荷小 易出现停滞 受热弱管中流量小 向下流动 p pj 偏差管中密度小 表明该管热负荷大 易出现停滞 受热强管中流量小 4 减小热偏差的措施 1 减小热负荷偏差 管屏分组 每组 i接近 wo 各组之间采用交叉管和中间混合集箱 避免烟气走廊 烟气再循环 降低和均匀 l igr 2 减小流量不均匀性 尽量采取垂直向上流动 降低管组的 ipj 过热器分级 每级 250 400kJ kg 末级120 200kJ kg 交叉管和中间集箱 合理选择集箱的尺寸和连接方式 加大集箱直径 多点均匀引入和引出 进口单相水处加装节流圈 pjx ld 合理选择进口ij 3 减小热偏差的原则 流量与热负荷相适应 符合热负荷强的管中流量大 热负荷弱的管中流量小 入口加装节流圈 强制流量分配 a 改进前 b 改进后管屏结构图 思考题 1 2时 用泰勒定理证明ln 2 1 1 三 蒸发管内工质的脉动现象 1 概述定义 并联蒸发段 管子的进口水流量G和出口的蒸汽流量D随时间发生发生周期性的波动 分类 管间脉动屏间脉动整体脉动衰减型 干扰消失 脉动停止 持续型 水泵特性引起 管间脉动 条件 并联管圈的总流量不变 进出口集箱压差基本不变 使某些管子发生剧烈的周期性流量波动 现象 一些管G 另一些管G 周期性变化 同管G和D的波动方向相反 即G D 成180o相位差 壁温tb的脉动与D的脉动同相 且 G D 特点 自激振荡无周期干扰作用下 由于热力水利过程的内力作用 使脉动可以自动维持下去 起因 p q tgs G D的变化 外因维持 阻力变化 压降 蓄热变化 水与金属 内因 危害水流量和蒸汽量脉动 壁温波动 加热 蒸发 过热区段的分界面波动 引起金属的疲劳损坏 蒸发区内工质冷却水膜的周期性破坏 提前蒸干 脉动 振动 共振 结构损伤 蒸发受热面中必须避免发生脉动现象 2 管间脉动的原因 p0 p1 p2 C 稳流若有一扰动 使G 则分界面前移 Ljr Lzf G G G D D D各段压降改变加热段阻力减小 pjr pjr pjr 蒸发段阻力增加 pzf pzf pzf 若 即 pjr pzf 或 pjr pzf 则 plz p0使得进口水流量G又增加 当G增加 总压降增加又使G趋于减小 压降变化阻止扰动的进一步发展 此扰动引起的脉动是衰减型的 流动最终趋向于稳定 若 即 pjr pzf 或 pjr pzf 则 plz p0使得G进一步减小 而D增加 扰动发生后 压降变化加强了扰动的继续发展 该扰动引发的脉动是持续型的 持续型脉动起因 蓄热 pjb tbh 工质蓄热增加 Ljr L jr 变成蒸发段 tb 金属蓄热增加G 2 w 2 tb 金属蓄热增加当加热水段的压力增高 始沸点界面提前时 由炉内传给受热面的热量 将有部分储蓄在金属和水之中 持续 随着 流量G tbh 蒸发量D 流动阻力由增加逐渐转为减小 当 plz p0 G D 脉动反向变化由于 pjr pzf G 和D 继续放热分界面后移 加热水段的压力降低 储蓄在金属和水中的热量又重新放出 局部压力pjb升高 相当于回到初始扰动状态 储蓄热愈大 则脉动愈剧烈 3 稳定性条件 单位时间内蓄质量B变化与进口流量变化之比管间脉动与Bj 以及阻力比K pjr pzf有关 动态蓄质量系数 一般 K 0 15 1 0阻力比K愈大 动态蓄质量系数Bd愈小 流动的稳定性愈强 脉动稳定性条件 界限质量流速 4 影响脉动的因素 阻力 pjr pzf K 脉动减轻压力 p pzf K Bd 流动稳定性增加欠