3 自然循环原理及其计算.ppt

,自然水循环原理,刘银河2008.5,一、自然循环回路的水动力基本方程,1.循环回路和管屏区段下降管、上升管、锅筒、集箱及其他部件所组成。简单回路：并联的一组（根）下降管，一组（根）几何结构尺寸及吸热相同的上升管，以及其他部件所组成，是独立的循环系统。,自然循环的工作原理下降管中水与上升管中汽水混合物间的重位压头差使水在回路中产生环形流动，又称为水循环,复杂回路,由一系列回路所组成，各回路之间相互有联系，公用其中的某一环节，如有共同或部分共同的上升管，或有共同下降管，但锅筒是各循环回路所共有。,2.简单回路的水动力基本方程,稳定流动以下集箱A-A为分析面压差平衡方程(取向下为正),上升管压差,下降管压差,循环倍率K循环回路中水流量G与回路中产生的蒸汽量D之比，即1kg水全部变成蒸汽需在回路中循环多少次,b.运动压头法,运动压头是循环回路中产生的水循环动力，稳定流动时克服回路中工质流动的总阻力。,c.有效压头法,有效压头是循环回路中的部分水循环动力，稳定流动时克服回路中下降管的流动阻力。,a.压差法,二、循环回路的压差特性,q和结构一定,上升管压差,下降管压差,不受热无汽，G，单调减,受热有汽，G，单调增两条曲线必有一交点，为回路工作点O。,O,o,自补偿区,q对上升管压差的影响,q，和x都增大，但两者的增大趋势却有很大的差别。Sss先降后升趋势,q，ssgh，pss，Sss的变化不确定。,G一定，改变热负荷,q对循环回路工作点的影响运动压头法,q较低，x较小（K较大）处，当q，x,p;，Syd，动力阻力，则G0。即当KKjx时，并联回路具有因上升管q增加而使G0随之增加的能力称为自然循环回路的自补偿能力。可避免管壁超温,x,循环倍率,界限循环倍率和推荐循环倍率锅炉压力(MPa)3.925.8810.211.7613.7315.6916.6718.63锅炉蒸发量(t/h)35240160420400670800界限循环倍率Kjx10532.5推荐循环倍循环倍率K衡量锅炉水循环可靠性的指标之一K过大（x过小)，运动压头太小，可能出现循环停滞等水循环故障；K过小（x过大），将失去自补偿能力，造成管壁超温,界限循环倍率Kjx对应自然循环失去自补偿能力（最高循环流速）时的循环倍率回路循环倍率K应大于界限循环倍率Kjx，对应的质量含汽率X应小于临界质量含汽率Xlj,三、循环回路的工作点,1.简单循环回路工作点确定的图解法,假定几个G(或w)值；分别计算出相应的Sss和Sxj，将这几个压差值连接起来得到Sss和Sxj的特性曲线。两曲线的交点A即为简单回路工作点，对应的G0和S0即为工作点的循环流量和压差。,复杂回路：各管组的吸热量、结构特性、联结方式不同。每个管组有各自的特性曲线和工作点，整个复杂回路有一总工作点。步骤:分别计算,作出各管组的压差特性曲线Si；寻找共同部分，合成各曲线得总Sxj和Sss曲线，交点为回路总工作点；反推求各管组的工作点。合成方法：串联回路：在相同流量下，压差迭加。并联回路：在相同压差下，流量迭加。,2.复杂回路的工作点,（a）并联回路,并联回路：在相同压差下，流量迭加。,（b）串联回路,串联回路：在相同流量下，压差迭加。,（C）有集中下降管的复杂回路,算绘制各管组Si；串联迭加得S1+3-5和S2+4-6；S1+3-5和S2+4-6并联迭加得Sss；Sss与Sxj交点为回路总工作点A；从A点反推得各管组的工作点。,自然循环水动力计算,目的：确定合理的最佳回路结构，校核锅炉受热面的工作可靠性，提出提高可靠性的措施。内容和原则：确定循环流量或流速，循环倍率，压差，可靠性指标；计算时按平均参数计算，并对条件最差管子进行校验；只对锅炉额定参数进行计算；对结构特性和受热状况基本相同的回路，可选其中一个回路进行计算。,压降（阻力）计算,总阻力,摩擦阻力校正系数双相摩擦阻力与按均相模型计算的摩擦阻力之比,1.摩擦阻力,摩擦阻力系数,2.局部阻力,3.重位压降,4.加速压降管段的出口和进口的单位截面工质秒流量的动量差值,三、水循环计算方法和步骤,1.下降系统压差,压差法,下降系统密度xj：通常按锅筒压力下的饱和水的密度计算，即xj,下降管流速wxj:,2.上升系统压差的计算,B始热点,A始沸点,分段计算,if(i)pss,if(xi)，上升管各段流阻提升压差pts分离器的阻力pfl必须确定热水段高度hrs,热水段高度hrs的确定,影响因素,下降管入口水欠焓：iqhhrs下降管受热焓增：吸热hrs散热hrs下降管带汽焓增：idqhrs下降管阻力：pxjhrs下降管重位压差：ghhqhrs从始热点B到始沸点A列热量平衡方程：每kg工质到达始沸点A在炉内的吸热量始热点B的欠焓值iBqh,四、自然循环的可靠性,1.停滞和倒流并联上升蒸发管组,受热弱管，平均密度增大，重位压降增大；工作点So不变，则流动阻力减小，即流速（量）减小。重位压降等于So时，工质的流速为零。重位压降大于So时，成为受热的下降流动管。,停滞：GD，即K=1时，有停滞压差Stz和自由水位压差（Szy）本质：回路中流动动力减弱。倒流：全压差特性曲线倒流曲线为二次曲线同一压差So下，该管有三个工作点A、B和C，即可能有三种工作状态。,2.循环可靠性校验,水循环可靠性：保证所有的水冷壁管子都得到正常和充分的冷却。要求不发生：循环停滞或自由水面；循环倒流；下降管带汽；沸腾传热恶化；水质不合格；,不发生停滞,不发生自由水面,不发生倒流,3.水循环可靠性分析,影响循环可靠性的因素,P大。q小,（1）压力P大易倒流P小易停滞（2）热负荷q强G大q弱G小q高易停滞q低易倒流,（3）回路阻力(下降管、水冷壁、汽水引出管),下降管阻力下降管阻力增大(即下降管压差减小)，回路及受热弱管流量减小。,水冷壁阻力,受热弱管阻力增加，若回路的工作点S0不变，受热弱管流量减小。回路阻力增加，若受热弱管子阻力不变，回路流量减小，而受热弱管流量增加。,汽水引出管阻力,汽水引出管阻力大，回路和受热弱水冷壁管中的流量均减少。下降管阻力增加，G0G1；增大引出管阻力，Syc和Sss，G0G2；同时增加下降管阻力和引出管阻力，G0G3。,（4）下降管带汽,下降管带汽，重位压头下降，阻力增大，下降管特性曲线及回路的工作点大为降低，因而对水循环不利。带汽原因：压力下降，自汽化（蒸发）。锅筒水空间的蒸汽被直接带入下降管。旋涡斗带入蒸汽。下降管受热产生蒸汽。,提高水循环可靠性的措施,保证受热弱管的工作点压差大于停滞、自由水面及最大倒流压差。根据热负荷的强弱划分循环回路。减小回路的流动阻力。增大下降管和汽水引出管的流通截面，减小各种局部阻力。防止下降管带汽。保证一定的水位高度如下式，加装隔板、栅格板或十字架。受热上升管不采用无绝热的水平管及水平倾角不大于15度的倾斜管，避免出现汽水分层。,复习题,锅炉的水循环方式有哪些，是如何区分的，各种循环方式的特点