超临界参数基本特性要点

0.00317m3/kg 超临界后，在相变点，工质的比容增加也非常快
超临界压力下蒸汽的比热容
1kg工质温度升高1℃所需要的热量 超临界压力时，水的比热容随温度提高而
增大，蒸汽的比热容则随温度提高而减小 超临界压力时，在相变点时存在着最大比
热容区 超临界范围内，压力提高后其最大比热容
区比热容变化较小
超临界压力下蒸汽的比焓
从温度0℃作为计算基准点，使单位工质达 到规定的状态参数，总共吸收的热量
临界和超临界压力，在相变点附近，当温 度稍有变化，焓值变化会很大
超过一定压力后，变化趋缓
超临界压力下的类膜态沸腾
管壁处流体温度与管中心流体温度不同， 故管中心流体黏度大，管壁流体黏度小， 黏度梯度引起层流化
减小受热不均匀（螺旋管圈的优势所在） 减小结构不均匀 加节流圈（垂直管屏UP直流炉） 增大管内工质质量流量 ρw
超临界压力下的传热特性
第一类传热恶化可能出现 第二类传热恶化一定出现 此外，在大比热容区内，也会发生传热恶
化，称为类膜态沸腾。 在大比热区，比容（密度）的变化相当大， 工质的温度几乎不变；在管子内壁面附近 工质密度比中心处小3～4倍，在流动截面 上存在不均匀性，出现最小的传热系数。 当热负荷高时，出现传热恶化。
使用材料的特点
水冷壁：强度高，抗氧化，耐腐蚀 过热器：强度高，抗氧化，耐腐蚀、耐磨 再热器：同过热器，管径大 省煤器：高强度碳素钢 汽水分离器：高强度，薄壁
温度/℃
水分子密度与压力、温度关系
相变点
在压力达到22.1MPa时，汽化潜热为零，汽 和水密度差为零，该压力为临界压力。水 在该压力下加热到374.15℃，即为蒸汽，该 温度为临界温度，即相变点。
水在相变过程（最大比热容区），汽水性 质剧变。
超临界压力，水变成蒸汽的温度即为相变 点温度，随着压力的增加，相变点温度增 加
脉动危害
发生这种管间脉动时 ，热水段、蒸发段、 过热段都在作周期性波动，在交界处附近 壁温周期性变化，最大波动甚至达到 150℃ ，因而使管子产生疲劳破坏 。
消除脉动的措施
增大管内工质质量流量 ρw 增大热水段阻力 －加节流圈，采用逐步扩
大的管径（省煤器采用较小管径）
压力升高可减少脉动，故在低负荷及启动 时要保证足够的启动流量和启动压力并保 持燃烧工况的稳定性及炉内温度尽可能均 匀，以防止发生脉动
锅炉热负荷的影响
锅炉热负荷越高，水 动力不稳定性越弱 因此，防止水动力不 稳定性对锅炉安全的 影响，尤其在低负荷 和启动时要注意
脉动
在管屏两端压差相同，当给水量和流出 量总量基本不变的情况下，管屏里管 子流量随时间作周期性波动，这种现 象称为管间脉动 。
整体脉动 屏间脉动 管间脉动（最为多见）
脉动的特点
水动力不稳定性的影响因素
水冷壁工质入口焓值 压力 热负荷
工质入口焓值的影响
水冷壁进口工 质热焓大于 1256.04kJ/kg后， 水动力不稳定性 减弱 但低负荷及高 加切除后，水冷 壁入口焓值降低， 出现不稳定性
压力的影响
压力越高，蒸汽与水 的比容差减小，则在 流量G增加时，工质平 均比容减少要小些， 趋向单值，水动力不 稳定性较弱 但超临界压力下，在 相变点附近，工质的 比容增加也非常快， 也要防止水动力不稳 定性
提高ρw 使用内螺纹管或扰流子
超临界锅炉汽水工况
特点
无汽包，给水直接加热，蒸发，过热，不能进 行炉水校正处理和排污，要求水质品质很高。
受热面盐份沉积
在蒸发过程接近终结时，盐份不可避免地在炉 水中高度浓缩，从而沉积
给水处理 水质控制
给水标准
可溶性二氧化硅 铜 含铁量 硬度 钠离子含量 溶解氧和联氨 pH值
管屏两端压差相同的情况下，管屏间管子中的有些
流量在增加，另外一些管子的流量减少
同一根管子，给水量随时间作周期性波动，蒸发量
也随时间作周期性波动，它们的波动相位差为180°
脉动是不衰减的对于垂直上Biblioteka 管屏，也有管间脉动现象发生 。且对
脉动更敏感，更加严重
脉动现象
（a）图为管屏中一部分管子内流量的变化规律； （b）图为另一部分管子中流量的变化规律。
热偏差
锅炉的其他受热面都是由许多并联管 子组成。其中每根管子的结构、热负 荷和工质流量大小不完全一致，工质 焓增也就不同，这种现象称为热偏差。
热偏差系数
i p i pj
i p
q p Ap Gp
i pj
q pj Apj G pj
q p ApG pj qA q pj ApjG p G
q
qp q pj
A
Ap Apj
G
Gp G pj
热偏差的危害
直流锅炉工质在水冷壁中全部蒸发，热偏 差会对传热恶化造成很大的影响。因为水 冷壁出口工质温度已过热，所以水冷壁热 偏差对水冷壁管子及过热器安全有很大的 影响，不可忽视
超临界压力时，工质不存在恒定的饱和温 度，偏差管工质温度差别更高。
消除及减轻热偏差的措施
脉动的原因
第一瞬间：热负荷的突增，使 该处汽量增多，汽泡增大，局 部压力升高，将其前、后工质 分别向管圈进、出口两端推动， 因而进口水流量减少而出口蒸 汽量增加
第二瞬间：由于局部压力升高， 相应的饱和温度也高，每千克 水加热到沸点的吸热量也增加， 蒸汽产量下降，而此时进水量 少而排出工质多；局部压力接 着降低，增加了管子进口压力 与局部压力间的压差，因而进 水量又增加，与此同时，排出 的蒸汽量也减少。
临界点
饱和水线
饱和汽线
S 水的临界点
水和蒸汽没有区别的状态 是怎样的？
压力越高，水蒸汽分子间 的距离和液体水分子间的 距离的差距越小
压力/bar
从而使得水和水蒸汽之间
超临界
的物性差别随着压力升高
越来越小
亚临界
直至达到临界压力时，水 和水蒸汽没有差别，在同 一温度下，要么全部是水， 要么全部为气（其实是很 “稠密”的蒸汽）。
边界层中流体的导热系数也降低 简言之，管壁处流体速度慢，导热系数低，
若热负荷较高，则会发生传热恶化 超临界压力下工质物理性质发生改变而导
致的这种传热恶化现象，类似亚临界的膜 态沸腾，称其为类膜态沸腾
直流锅炉的水动力特性
水动力不稳定性 脉动 热偏差
水动力不稳定性（多值性）
当蒸发受热面进出联箱两 端压差一定的条件下，管 内可能出现多种不同的流 量，即水动力特性出现多 值性，这样的流动特性就 是不稳定的。流量小的管 子，管内对流换热系数小， 冷却差，管壁温度高，有 可能造成受热面超温损坏。
超临界压力下传热恶化实验曲线
p=23MPa，ρw = 400kg/(m2.s) 1— q=698kW/m2；2 — q=658kW/m2；3 — q=465kW/m2；4 —
q=349kW/m2
解决传热恶化措施
➢推迟传热恶化
提高界限含汽率，使得传热恶化出现在低热负荷区， 从而降低壁温
➢抑止传热恶化
超临界参数基本特性
“临界点”
水在加热过程中存在一个状 态点——临界点
低于临界点压力，从低温下 的水加热到过热蒸汽的过程 中要经过汽化过程，即经过 水和水蒸汽共存的状态； T
而如果压力在临界压力或临 界压力以上时，水在加热的 过程中就没有汽水共存状态 而直接从水转变为蒸汽。
临界点的主要影响参数是压 力，水的临界点压力为 22.115MPa。
超临界是什么意思？
当流体的压力和温度超过一定的值（临界 点）时，流体会处于一种介乎于液态和气 态的中间态，称为超临界态。
对锅炉来说,主蒸汽压力超过（大于）临界 点压力（22.12MPa)的工况
T
1B
56 A
4
3
2 2
0
超临界压力下朗肯循环过程的T—S图
超临界压力下蒸汽的比容
1kg水或蒸汽所具有的体积 小于临界压力时，饱和蒸汽比容增加非常快 临界压力时，水和蒸汽比容相等，