超超临界锅炉垂直管屏水冷壁流动特性研究-毕业论文

分类号：学校代码：密级：X X X X 大学硕士学位论文题目：超超临界锅炉垂直管屏水冷壁流动特性研究英文题目：The Study for The Flow Characteristics of Vertical Tube Platen Water Cooled Wall in The Ultra-supercriticalBoiler研究生姓名：专业：研究方向：电站热力设备状态监测与控制导师姓名：职称：20XX年XX月XX日声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《超超临界锅炉垂直管屏水冷壁流动特性研究》，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。

据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

学位论文作者签名：日期：关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文；⑤同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。

（涉密的学位论文在解密后遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：日期：摘要本文对超临界锅炉内螺纹管垂直管屏水冷壁以及螺旋管圈水冷壁编制了水动力特性的各种计算程序，对两种类型的锅炉水冷壁在不同热负荷、热偏差、入口欠焓以及不同质量流速等条件下的水动力特性进行了对比分析，结果验证了垂直管屏水冷壁在高质量流速下的强制流动特性，在低质量流速下的自然循环补偿特性，还有以上各种参量对于他们的具体影响,而螺旋管圈水冷壁则由于它的特殊结构型式，导致它在全负荷范围内都保持相对较大的摩阻压降，水动力特性不是很理想。

此外，本文还对热负荷、质量流速以及入口欠焓等三个因素对水动力多值性的具体影响做出了一定的分析。

关键词：超超临界锅炉，流动特性，垂直管屏，螺旋管圈，下辐射区水冷壁ABSTRACTIn this paper, a series of calculative program is compiled about the hydrodynamic characteristics of the vertical rifled tube platen water cooled wall and spiral circle tube water cooled wall in the ultra-supercritical boiler. The flow characteristics of this two boiler’s water cooled wall in the condition of different heat loads, heat deviation, insufficient enthalpy of the entrance and mass flow rates are analyzed and studied contradistinctive. The result validates that the vertical tube platen water cooled wall has force flow characteristic in the condition of high mass flow rates and has natural circle characteristic in the condition of low mass flow rates and the specific impact of all of the above parameters to them, whereas the spiral tube circle Tube water cooled wall , because of its special structure , it will keep a higher friction pressure drop in all the load area, and the hydrodynamic characteristics of it is not so good. Besides, This article has also done some meticulous analysis about the influence that the heat load, mass flow rate and insufficient enthalpy of the entrance had done to the hydrodynamic different value characteristic.Cui Peng（Fluid Machinery and Engineering）Directed by Prof. Fan Quan-guiKEYWORDS:ultra-supercritical boiler，flow characteristic，vertical tube platen，spiral circle tube ,water cooled wall’s lower radiation zone目录中文摘要英文摘要第一章引言 (1)1.1 课题研究的背景及意义 (1)1.2 超临界锅炉的发展动态及研究成果 (1)1.3本论文的主要研究内容 (2)1.3.1 水冷壁水动力特性的计算研究方案 (2)1.3.2 内螺纹管水冷壁的水动力特性的影响因素 (3)1.3.3 水动力多值性方面的理论研究 (3)1.4 小结 (3)第二章超临界锅炉内螺纹管垂直管屏水冷壁简介 (4)2.1 超超临界锅炉内螺纹管垂直管屏水冷壁及其特点 (4)2.2 内螺纹管的工作原理与传热特性 (7)2.3 小结 (8)第三章超临界直流锅炉水冷壁运行方式及其特性分析 (9)3.1 超临界机组水冷壁水动力特性的定性分析 (9)3.1.1 内螺纹管垂直管屏水冷壁水动力特性分析 (10)3.1.2 内螺纹管螺旋管圈水冷壁水动力特性分析 (12)3.2小结 (14)第四章超临界锅炉水动力计算所应用的数学模型 (15)4.1汽液两相流简介 (15)4.1.1 汽液两相流的定义与应用 (15)4.1.2 汽液两相流的研究模型 (15)4.2 单相流体各种压降的计算方法 (16)4.2.1 单相流体的加速压降计算方法 (16)4.2.2 单相流体的摩阻压降计算方法 (17)4.2.3 单相流体的重位压降计算方法 (19)4.3 两相流体压降的计算方法 (19)4.3.1 两相流体的加速压 (20)4.3.2 两相流体的摩阻压降计算方法 (20)4.3.3 两相流体的重位压降计算方法 (21)4.4 亚临界压力下工质状态转变点位置确定的重要性 (22)4.5 小结 (22)第五章超超临界锅炉水冷壁水动力特性的定量计算与对比分析 (24)5.1 水动力特性计算模型的建立 (24)5.2 各种类型水冷壁计算结果与分析 (28)5.2.1 玉环电厂超临界锅炉垂直管屏水冷壁的水动力特性分析 (28)5.2.2 邹县电厂超临界锅炉螺旋管圈水冷壁的水动力特性分析 (36)5.3 超临界锅炉水冷壁水动力多值性的几个影响因素分析 (43)5.3.1 热负荷对多值性的影响 (43)5.3.2 入口欠焓对多值性的影响 (44)5.3.3 质量流速对多值性的影响 (45)5.4 小结 (46)第六章结论与展望 (47)6.1 结论 (47)6.1.1 玉环电厂在不同工况下的水冷壁水动力特性 (47)6.1.2 与邹县电厂水冷壁在水动力特性方面的对比 (48)6.1.3 锅炉水冷壁水动力多值性的计算 (49)6.1.4 工质大比热特性对水动力的影响 (49)6.2 展望 (50)参考文献 (51)致谢 (54)在学期间发表的学术论文和参加科研情况 (55)第一章引言能源是人类进行生产和赖以生存的重要物质基础，随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，对能源的需求也随之越来越大。

因此，合理开发能源，提高能源利用的综合效益就显得越发重要。

因此，为节约能源消耗和减轻环境污染，我们应当大力发展洁净煤技术，而这项技术中的一项主要内容就是超临界与超超临界技术，超临界机组的主要设备是以处于超临界状态的水蒸汽为工质的锅炉和汽轮机，它是一种节能、高效、大型的火力发电机组[1][2]。

它的最主要的特点即发电煤耗低，效率高，可实现变压运行等，可见他十分满足我国在能源高效利用方面的要求，我们应当予以重视。

1.1 课题研究的背景及意义超临界是一个热力学概念，而超临界机组是指蒸汽压力达到超临界状态的发电机组。

超临界及超超临界机组的最大优势是能够大幅度提高循环热效率，降低发电煤耗。

但相应的也需要提高金属材料的档次和金属部件的焊接工艺水平。

全世界主要的工业国家十分重视发展超临界和超超临界技术，前苏联境内超临界机组数量及总容量居世界首位。

在美国、德国、日本等国家也具有相当数量的超临界机组。

目前，日本是世界上超临界机组技术最先进的国家，技术先进的主要体现是变压运行技术成熟，发电煤耗低等方面。

日本目前正在开发更加适合于超临界机组的高强度耐热金属材料，并实现了采用内螺纹管垂直管屏水冷壁完成变压运行的新一代技术。

超临界机组的蒸汽参数大于临界压力，蒸汽和水的密度基本相同，没有明显分界，首先受影响的是锅炉的水冷壁。

超临界锅炉水冷壁不能采用传统汽包锅炉的自然循环方式，而必须采用强制流动方式，即以直流运行方式为主，也可采用部分复合循环方式。

超临界锅炉的水冷壁结构设计主要出现了两种型式：一种是采用螺旋管圈的水冷壁，另一种是采用垂直管屏的水冷壁[3][4]。

两种水冷壁各有利弊，需要结合实际情况选用。

一般认为，采用垂直管屏水冷壁的直流锅炉不适合变压运行，但是采用了一些新兴技术的垂直管屏水冷壁实现变压运行也是可能的。

例如内螺纹管垂直管屏变压运行技术已经有部分实践应用的例子。

我在这个背景下开展论文课题，希望能够对超临界及超超临界锅炉在实际设计与安全运行中提供一定的参考。

1.2 超临界锅炉的发展动态及研究成果美国是发展超临界技术最早的国家。

早在50年代初，美国就开始了探索性的试验研究。

美国第一台超临界机组的蒸汽参数就高达3lMPa，在技术研发的过程中不顾工业实力，技术水平，片面追求高效率，并为此付出了不小的代价。