热强度及循环倍率.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除附录B 热强度及循环倍率B.1 概述无论系统是强制循环还是自然循环，无论是水管还是火管的设计，循环、热强度及沸腾流型作为基本概念对所有热回收蒸汽发生器(HRSG)都适用。B.2 热强度B.2.1 膜态沸腾热强度是指单位管表面积的传热量，按沸腾发生表面计算。如果热强度过高，蒸汽发生太快，会在管内壁形成蒸汽膜。蒸汽膜取代了水，使其不能再润湿管子，这种现象称为膜态沸腾或偏离核态沸腾，会引起管壁金属温度的突然上升。高的金属温度可引起管子失效。引起偏离核态沸腾的热强度由以下几个变量决定：a. 传热表面的方位及几何形状b. 水中蒸汽量c. 蒸汽/水混合流速d. 压力热回收蒸汽发生器(HRSG)设计允许的最高热强度应根据这些变量的最苛刻组合决定。B.2.2 核态沸腾因为沸腾传热系数比热气体侧传热系数大很多，管壁金属温度趋近饱和水温度。这个结论是基于核态沸腾假设，这时管内壁生成的蒸汽气泡被水交替取代，使管子得到润湿。如果生成的蒸汽气泡不能连续排除，低热强度核态沸腾时也可发生蒸汽汽垫。然而，热强度超过400,000 Btu/(h.ft2)（1085000 kcal/(m2.h)）时，核态沸腾就会转变成膜态沸腾，此时即使最强的循环也不能阻止传热表面上隔热蒸汽膜的生成。B.2.3 局部热强度表B-1指出了典型的最大允许局部热强度范围。最高热强度应按最高温差区域、根据该处温度下流体特性以不结垢条件计算。决定热回收蒸汽发生器(HRSG)的操作限时，管壁温度及热强度都应考虑。表B-1火管及水管热回收蒸汽发生器(HRSG)的局部热强度热回收蒸汽发生器(HRSG)类型最大允许局部热强度(Btu/Hr-Ft2)（kcal/(m2.h)）备注火管锅壳式25,000-30,000（67813-81375） 锅内沸腾，循环方式不好确定 大装置的管间距必须仔细选择热虹吸式70,000-100,000（189875-271250） 独立汽包，循环方式好确定 不适用于乙烯装置的炉出口换热器 某些专利设计中可采用高热强度水管自然循环100,000（271250） 采用立管防止流动分层 需核算出口最热的管子处的循环倍率强制循环40,000-50,000（108500-135625） 设计时要避免水平管分层 需要控制高的蒸汽/水混合流速强制循环直流锅炉(最大管径4.5in)用于提高油品收率的汽提40,000（108500） 需要控制所用水的硬度热管自然循环50,000（135625） 锅内沸腾 循环方式不好确定许多工业热回收蒸汽发生器(HRSG)设计时局部热强度比表B-1规定的最大值低很多。这可能是由于温差小或总传热系数小。B.3 循环B.3.1 循环倍率循环倍率（CR）是进入回路总的汽/水流量与上升管出口蒸汽流量的比。CR=（总的上升管内蒸汽/水质量流量）/上升管出口蒸汽质量流量设计者取的循环倍率应在所有操作条件下都维持核态沸腾，也就是说，避免偏离核态沸腾。然而，应根据循环倍率来修正两相流流型，而不是只规定最小循环倍率。泡状流是热回收蒸汽发生器(HRSG)管内希望的两相流流型。Bar-Cohen，Ruder，及Griffith发现循环量过低或热强度过高时，可能发生非理想的分层流或液节流流型。Taitel及Dukler提出了一个预测流型的模型，它是管径、流动方向、流体特性及蒸汽/水质量流速的函数。B.3.2 自然循环热回收蒸汽发生器(HRSG)的上升管及下降管通过顶部的汽包及底部的泥鼓或集箱连接形成一个流动回路。操作期间，上升管中汽/水混合物的密度小于下降管中水的密度，上升管及下降管中静压头差克服流动阻力使回路中发生流动。典型的自然循环回路（水和汽重量比通常为10:1到15:1）如图B-1所示。循环倍率由静压头差、回路中流动阻力、系统压力及发生的蒸汽量决定。设计者可以靠提高汽包高度及（或）减少流动阻力的方法来增大循环倍率，例如，采用大下降管或增加流动面积。某个特定系统的典型特性曲线如图B-2所示，此曲线表明随着传热及蒸汽生成量的上升循环倍率下降。循环倍率在要求的操作范围内均应计算。低循环倍率可导致偏离核态沸腾并使管子过热。自然循环热回收蒸汽发生器(HRSG)通常采用垂直管或倾斜管，这样可允许蒸汽自由上升。B.3.3 强制循环强制循环热回收蒸汽发生器(HRSG)利用泵维持循环，使之通过蒸发段的蒸汽发生管、汽包及集箱。典型的强制循环回路（水和汽重量比通常为5:1）如图B-3所示。水从入口集箱分配至平行的管子回路，生成的汽/水混合物进入一个出口集箱，汽/水混合物返回汽包，在那里进行蒸汽分离，分出的水再循环回蒸发段。蒸汽发生管可以是任何方向，用于火焰加热炉时经常为水平。管子依次蛇形排列连接形成一个单独管程。水顺着这种排管向上流动，并达到多程平行回路间的流动稳定。两相流的浮力有助于强制循环并可使被蒸汽包围的可能性减小。强制循环的热回收蒸汽发生器(HRSG)通常使用大而长的管子回路，并且流动阻力比自然循环热回收蒸汽发生器(HRSG)高。B.3.4 优点及缺点B.3.4.1 自然循环的优点是：a. 不要求泵送系统b. 维修少c. 更可靠B.3.4.2 自然循环的缺点是：a. 经常受采用垂直管或倾斜管的约束b. 经常安装在地面，这就要求更大的作业空间c. 汽包要求位于较高的标高B.3.4.3 强制循环的优点是：a. 可