自然循环锅炉水动力课件

1、第十一章 自然循环锅炉水动力特性 第十一章 自然循环锅炉水动力特性 111锅炉水动力学基础一、 锅炉水循环方式循环工质流经蒸发受热面的流动方式划分依据流动动力 自然循环锅炉 强迫循环锅炉 多次强制循环锅炉 直流锅炉 复合循环锅炉 自然循环和多次强制循环方式适用于低于临界压力的锅炉111锅炉水动力学基础一、 锅炉水循环方式循环工质流1. 自然循环锅炉特征 有锅筒，具有较大的畜热和蓄水能力，易于调节。 水动力特性稳定，运行可靠，能耗小。 p， ，循环可靠。 流动动力 不受热的下降管与受热的上升管（水冷壁）之间的密度差 全部由受热管束组成的回路也可形成自然循环 问题 停滞、自由水位、倒流、 下降管带

2、汽上升管锅筒下降管给水泵下集箱1. 自然循环锅炉特征 有锅筒，具有较大的畜热和蓄水能2. 多次强制循环锅炉 （辅助循环，控制循环）流动动力 循环泵（主动力） 为了保证水循环可靠性，在自然循环锅炉基础上发展起来。特征 水冷壁布置自由，减小管子和锅筒的直径，减少金属消耗量。 加快锅炉的启停和升降负荷的速度，扩大负荷调节的范围， 增加管内工的流速，提高水循的稳定性。 增加电耗。问题 循环泵可靠性（高温、高压）循环泵给水泵2. 多次强制循环锅炉 （辅助循环，控制循环）流动动力 3. 直流锅炉 流动动力 给水泵特征 无锅筒，工质一次性通过水冷壁。 水冷壁布置自由，金属耗量少，制造方便。 启停速度比较快，

3、适应电网负荷变化，适用压力范围广，尤其是超临界参数的锅炉。 流动阻力大，增加电耗，自动调节和给水处理要求高。问题 水动力不稳定性（多值性、脉动），传热恶化，热偏差给水泵3. 直流锅炉 流动动力 给水泵给水泵直流锅炉蒸发受热面三种基本型式 德国，本生型 瑞士，苏尔寿型 苏联，拉姆辛型 直流锅炉蒸发受热面三种基本型式 德国，本生型 瑞士，苏尔寿型垂直上升管屏 多次垂直上升,源于德国，又称本生型，一般用于中等容量锅炉。 一次垂直上升, 在本生炉上改进，又称UP（通用压力）型，适用于各种压力参数。回转管屏 源于瑞士，又称苏尔寿型。分为垂直回转和水平回转 两集箱之间的很长的并联管引起较大的热偏差，制造复

4、杂，垂直管屏难疏水，水动力稳定性较差。水平围绕管圈 前苏联，又称拉姆辛型。 节省金属，便于滑压运行和疏水排气。为了解决垂直上升管屏混合集箱流量分配 下部辐射区采用螺旋型上升管圈 炉膛折焰角以上的辐射区采用一次垂直上升管屏 垂直上升管屏4. 复合循环锅炉 主要用于超临界压力锅炉低负荷 一部分水经过再循环管路在蒸发受热面中进行再循环。 保证低负荷时水动力稳定，并大幅度减小蒸发受热面中的流动阻力。高负荷 循环泵停止工作，切换成直流运行。给水再循环4. 复合循环锅炉 主要用于超临界压力锅炉给水再循二、汽液两相流体的流动型态（流型）垂直向上流动 (a)泡状流型 (b)弹状流型 (c)环状流型 (d)液滴

5、环状流型 (e) 雾状流型 x0 x1二、汽液两相流体的流动型态（流型）垂直向上流动x0 x12. 水平流动 不对称结构 分层流动消除分层流动 提高流速，保证汽水混合物的质量流速大于发生汽水分层时的界限质量流速。 避免水平布置，采用倾斜布置。一般向上倾斜1015度的管内分层流动就很少发生，当水平倾角超过3060度，其流型即与垂直管相同。 2. 水平流动 不对称结构 分层流动消除分层流动3. 两相流体的流动模型 均相流模型 假定两相流体流动时和非常均匀，看作是具有平均流体特性的均质单相流体，汽液两相之间没有相对速度且处于热力学平衡状态。该模型可以应用单相流体的各种方程式，必要时借助于试验系数对方

6、程式进行修正。 适用于泡状流型3. 两相流体的流动模型 分相流模型 假定两相流体流动时完全分开，它们各自以一种平均流速流动，即两相之间流速不等但已经达到热力动态平衡。这种模型可以对每一相流体写出一组基本方程式，或者将两相的方程式合并在一起，并应用经验关系式建立某一物理量与流动的独立变量之间的关系式。 适用于环状流型 分相流模型三、 汽液两相流体的基本参数 1. 流量参数（1）质量流量 （2）容积流量 （3）循环流速 （4）质量流速 （5）折算流速 三、 汽液两相流体的基本参数 1. 流量参数（2）容积流量2. 速度参数（1）混合流速 由质量流速定义 （2）实际流速（3）相对速度与滑移比2. 速

7、度参数（1）混合流速 由质量流速定义 （2）实际3. 含汽率（1）质量含汽率 蒸汽质量流量所占混合物质量流量的份额 热力学含汽率（沸腾度） 定义循环倍率 分析受热工质的状态，x1，过热蒸汽区。 3. 含汽率（1）质量含汽率热力学含汽率（沸腾度） 定义循环（2）容积含汽率 蒸汽容积流量所占混合物容积流量的份额 （2）容积含汽率 （3）截面含汽率（真实容积含汽率） 用平均流量概念表示的x或采用的是均相流模型，没有考虑汽水之间实际存在的相对速度，因此都没有反映管内混合物真正的蒸汽含量，它们都只反映了水速与汽速相等条件下的含汽率。 截面含汽率某一管道截面上蒸汽流通截面积与整个管道截面的比值 采用分相流

8、模型，反映的是实际含汽率，又称真实容积含汽率。 （3）截面含汽率（真实容积含汽率）截面含汽率表达式定义改写截面含汽率表达式定义改写系数C反映汽水之间的相对速度 压力和循环流速度增加 （a：w小；d：w大） C=1,=向上流动 C1,1,1粗糙度小；2粗糙度大系数C反映汽水之间的相对速度 压力和循环流速度增加 4. 密度汽水混合物密度 汽水混合物实际密度 4. 密度汽水混合物密度 汽水混合物实际密度 112自然水循环原理 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）几何结构尺寸及吸熱相同的上升

9、管，以及其他部件所组成。 是独立的循环系统 112自然水循环原理 一、自然循环回路的水动力基复杂回路 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。 复杂回路 由一系列回路所组成，各回路之间相互有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上升管压差 下降管压差 压差法 ApgtA2. 简单回路的水动力基本方程 稳定流动上升管压差 下降管压运动压头法 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

10、流动时克服回路中下降管的流动阻力 运动压头法 运动压头是循环回路中产生的水循环动力有效压循环倍率： KG0/D1/xk小，D大而G0小，则w0小。kKjx，w00，发生停滞、自由水位。循环倍率： KG0/D1/xk小，D大二、 循环回路的压差特性 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 Oo二、 循环回路的压差特性 压差特性 q和结构一定 上升q对上升管压差的影响 G一定 q，和x都增大，但两者的增大趋势却有很大的差别 。q，重位压差，阻力，Sss的变化不确定。自补偿区Sss呈现先降后升趋势q对上升管压差的

11、影响 G一定 q，和x都增大，但两者q对循环回路工作点的影响 运动压头法q自然循环回路的自补偿能力 q较低，x较小，K较大处， 当q ， x ，则Syd p，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。自补偿区q对循环回路工作点的影响 运动压头法q自然循环回路的自补偿三、循环回路的工作点1. 确定循环回路工作点的图解法 假定几个Go (或wo) 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。 三、循环回路的工作点1. 确定循环回路工作点

12、的图解法 假2. 复杂回路的工作点复杂回路 各管组的吸熱量、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 （a）并联回路 （b）串联回路 （b）串联回路 （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+4-6S1+3-5和S2+4-6并联迭加得SssSss与Sxj交点为回

13、路总工作点A从A点反推得各管组的工作点 （C）有集中下降管的复杂回路 算绘制各管组Si113自然循环水动力计算 一、概述 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 113自然循环水动力计算 一、概述 目的 确定合二、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。试验值，与质量含汽率x、压力p及质量流速w有关。1. 摩擦阻力摩擦阻力

14、系数二、压降（阻力）计算总阻力摩擦阻力校正系数，双相摩擦阻力与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 2. 局部阻力3. 重位压降4. 加速压降 管段的出口和进三、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 按锅筒压力下的饱和水的密度计算，即xj 下降管流速wxj三、水循环计算方法和步骤1. 下降系统压差压差法 下降系2. 上升系统压差的计算B：始热点 A：始沸点分段计算if()pss,if(x)提升压差pts 分离器的阻力pfl 必须确定热水段高度hrsQ1Q2Q32. 上升系统压差的计算B：始热点 A：始沸点i热水段高

15、度hrs的确定 下降管的入口水欠焓 iqhB点iBqhhrs受热焓增 吸热 ixjB点iBqhhrs 散热 hrs带汽焓增 idqB点iBqhhrs阻力 pxjB点的工质压力饱和温度 iBqhhrs重位压差 ghhqB点的工质压力饱和温度 iBqhhrs热量平衡方程 每kg工质到达始沸点A在炉内的吸熱量 始热点B的欠焓值iBqh热水段高度hrs的确定 下降管的入口水欠焓 iqh水循环计算步骤（1）收集计算需要的原始数据。（2）按选取的循环倍率，计算锅筒水的欠焓值。（3）按热负荷分组，假设三个循环流量G。（4）计算下降管的重位压降xjgh值和流动阻力pxj值，相减得到Sxj值, 绘制下降管压差特

16、性曲线。（5）按三个循环流量计算：Hrs、质量（容积、截面）含汽率、平均密度、ssgh和pss，相加求出Sss；绘制出上升管压差特性曲线。（6）若是简单回路，上升管和下降管的二条曲线的交点即为回路工作点，得到工作点。（7）若是复杂回路，按前述方法求出复杂回路的总工作点及各回路的工作点。（8）求出锅炉的循环倍率及锅筒水的欠焓，校验误差是否在容许范围内。如不符合重复计算。（9）进行水循环可靠性校验并提出提高可靠性的措施。 水循环计算步骤四、自然水循环的可靠性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

17、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。 四、自然水循环的可靠性1. 停滞和倒流 受热停滞 GD，即K=1时，有停滞压差Stz（ 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。 停滞 GD，即K=1时，有停滞压差Stz（ Szy）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 指标 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 2. 循环可靠性校验 水循环可靠性不发生停滞

18、 不发生自由水面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. 水循环可靠性分析 影响循环可靠性的因素P大。q小（1）（3）回路阻力下降管阻力 下降管阻力增大，回路及受热弱管流量减小。 （3）回路阻力下降管阻力水冷壁阻力 受热弱管阻力增加，回路的工作点S0不变，受热弱管流量减小。回路阻力增加，受热弱管子阻力不变，回路流量减小，而受热弱管流量增加。水冷壁阻力 受热弱管阻力增加，回路的工作点S0不变，受热弱汽水引出管阻力 汽水引出管阻力大，回路和受热弱管的流量均减少。FxjG，效果不大；FycSyc和Sss G，效果好；Fxj和Fyc G，最理想。汽水引出管阻力 汽水引出管阻力大，回路和受热弱管的流（4）下降管带汽 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。原因 自汽化（蒸发） 锅筒水空间的蒸汽被直接带入下降管 旋涡斗 下降管受热产生蒸汽 （4）下降管带汽 带汽，重位压头下降，阻力增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 ，加装隔板 、栅格板