直流锅炉水动力及其计算资料重点
UP型直流锅炉水动力调整
１．２．２ 计算方法 国产 Ｕ Ｐ 型直流锅炉的水冷壁系统是包括
节流阀及各管件在内的并联管组 双炉膛的锅炉 水冷壁流程如附图所示 调整计算是根据管路 串 并联关系进行计算
原始工况下各节流阀阻力系数的计算 各管屏压差的计算 国产 Ｕ Ｐ 型直流炉的下辐射管屏有 ２ ９ ３ １ 根管子 中上辐射管屏有 ５９ ６１ 根管子 如图 １ 所示 设某管屏有 ｎ 根管子
关键词 ＵＰ型直流锅炉 水动力调整
摘 要 分析了国产ＵＰ 型直流炉水动力调整方面的几个问题 讨论了水动力冷 热态工况下调整计算的
不同方法
中图分类号 ＴＫ２２．１
文章标识码 Ａ
０ 前言
我国自 ７ ０ 年代以来自行设计并投产了一批 ３ ０ ０ Ｍ Ｗ 机组 Ｕ Ｐ 型直流锅炉 Ｕ Ｐ 型直流锅炉具 有结构简单 投资小 制造安装方便 适应快速负 荷变化等优点 但对这种 １０００ｔ／ ｈ 级别的 Ｕ Ｐ 炉 而言 由于不可避免地采用小口径 厚壁水冷壁 管 因而具有较强的热敏感性 也就是说 ＵＰ 型 直流炉在炉内工况偏离设计工况时 易产生较大 的热偏差 以致引起水冷壁爆管 无论是早期型 还是改进型 Ｕ Ｐ 炉 水冷壁爆漏一直都是突出的 问题 该型锅炉水冷壁爆漏的主要原因是水冷壁 的热偏差过大 从根本上讲 水冷壁的热偏差都 是由于锅炉水动力工况与炉内热负荷不相适应 而引起的 当热负荷与管内水流量之比偏离平均 值时便会引起热偏差 因此 保持锅炉水动力工 况与热负荷相适应是 Ｕ Ｐ 型直流炉安全运行的 重要条件 保证水动力工况适应热负荷工况的关 键是锅炉水动力的冷 热态调整
示侧墙 ｊ ３ 表示后墙
Ｇｊ
ｊ 墙上各回路总流量
Ｇ 总流量
各回路目标流量计算步骤
第一步 按调整顺序 令排在第 ｍ 只调整节
锅炉水动力特性课件
锅炉水动力系统是发电厂的重要组成部分，其运行状况直接影响到整个发电厂的效率和安全性。锅炉 水动力系统的稳定运行能够保证蒸汽的供应，从而确保汽轮机的正常运转。同时，锅炉水动力系统的 优化运行还能够降低能耗，提高发电效率，为电厂的经济效益和社会效益做出贡献。
锅炉水动力特性分析
流动特性
01
02
温度对水动力特性的影响主要体现在汽化现象和蒸汽流动方 面。随着温度的升高，水的汽化压力增大，可能导致汽塞和 流动阻塞等问题。同时，蒸汽流动的摩擦阻力也随温度升高 而增大。
流动状态与结构
流动状态对锅炉水动力特性的影响主要体现在水循环和热 传导方面。不同的流动状态对水循环的稳定性和传热效果 有显著影响。合理的流动结构和状态是保证锅炉水动力特 性的关键。
压力波动
锅炉运行过程中，压力可 能会出现波动，这会影响 到锅炉的安全和效率。
汽液相变压力
在锅炉的蒸发和冷凝过程 中，汽液相变对压力特性 有重要影响。
传热特性
传热方式
锅炉内的传热主要通过热传导、 热对流和热辐射三种方式进行。
传热效率
锅炉的传热效率与受热面的材料、 温度、水质等因素有关。
传热不均与热偏差
03
层流与湍流
锅炉内的水流状态可能是 层流或湍流，层流流动平 稳，湍流则具有随机性和 不规则性。
流动阻力
水流在锅炉内流动会遇到 阻力，如摩擦阻力和局部 阻力。
流动稳定性
锅炉内的流动稳定性对水 动力特性的影响较大，不 稳定流动可能导致水击等 问题。
压力特性
压力分布
锅炉内的压力分布与水的 温度、密度、位置等因素 有关。
自适应控制
根据锅炉水动力特性的变化， 自动调整控制参数，以适应系 统变化。
第10和11章锅炉水动力特性与传热汇总
锅炉水动力学基础
汽水混合物的流型与传热
两相流体的基本参数
自然循环锅炉的水循环及计算
自然循环的基本概念
循环回路水循环计算
自然循环故障及其可靠性校验
强制流动锅炉
控制循环锅炉 直流循环锅炉 复合循环锅炉 直流锅炉的水动力特性 直流锅炉的启动旁路系统 1
两相流体的流动结构
汽水混合物在垂直管中作上升运动
w0
w0
w0
w0A 0A w0A
whu＝w0
１＋x(
－１)
ms
(9-27)
二 汽液两相流体流动的分流模型
蒸发管内的流型主要表现为泡 状流、环状流。这种流型的特 征是在管子壁面处形成环状水 膜，蒸发产生的蒸汽集中在管 子中心处 汽液两相流动的分流模型是： ①管内的汽水混合物是分开流 动的，汽在管子中央流动，水 贴近壁面流动；②汽和水之间 有相对速度。
11
• 核态沸腾：水冷壁管受热时，在管子内壁面上开始蒸发，
形成许多小汽泡。如果此时管外的热负荷不大，小汽泡可以 及时地被管子中心水流带走，并受到“趋中效应”的作用力， 向管子中心转移，而管中心的水不断地向壁面补充。
• 过渡沸腾：由核态沸腾向膜态沸腾开始转变的过程
• 膜态沸腾：如果管外的热负荷很高，汽泡生成的速度大
膜态沸腾的产生取决于水冷壁管外的热负荷、管内
工质的质量含汽率、管内的质量流速、工质压力、管径等多种 因素。但主要取决于水冷壁的热负荷与质量含汽率。
运行和试验证明，尽管亚临界参数锅炉水冷壁管出口汽水 混合物的质量含汽率一般只达到0.3~0.4，但发生传热恶化的可 能性较大。
采用内螺纹管水冷壁可抑制膜态沸腾
• 含汽段：含汽段是上升管的主要区段，在含汽段，管内汽水 混合物的密度大小或密度分布变化较大，一般应根据吸热强度 或管子直径、管子倾斜度将含汽段分成若干段分别计算。
热能与动力锅炉复习重点解读
热能与动力锅炉复习重点解读第一篇：热能与动力锅炉复习重点解读一、名次解释1、锅炉容量：一般指锅炉在额定蒸汽参数、额定给水温度和使用设计燃料时每小时的最大连续蒸发量2、煤的可磨性指数：在风干状态下，将等量的标准煤和被测试煤由相同的出事粒度磨成同一规格的细煤粉时所消耗的能量之比。
3、过量空气系数：实际供给空气量与理论空气量之比。
4、煤粉细度：表示煤粉的粗细程度，是煤粉的重要特性。
5、直吹式系统: 煤粉经磨煤机磨成煤粉后直接吹入炉膛燃烧;因此每台锅炉所有运行磨煤机制粉量总和，在任何时候均等于锅炉煤耗量，即制粉量随锅炉负荷的变化而变化6、中间储仓式制粉系统: 是将磨好的煤粉先储存在煤粉仓中，然后再根据锅炉运行负荷的需要，从煤粉仓经给粉机送人炉膛燃烧。
7、汽温特性：过热器和再热器出口气温随锅炉负荷变化的关系特性8、热偏差：受热面中每根管子的结构、热负荷和工质流量的大小不完全一致，工质焓增也就不同，这种现象叫热偏差9、酸露点：烟气中的硫酸蒸汽开始凝结的温度10、水露点：开始从气相中分离出第一批水液滴的温度。
11、运动压头：自然循环回路中的循环推动力12、有效压头：运动压头扣除上升管系统的阻力，汽水分离装置的阻力之后的剩余部分13、质量流速：单位时间流经单位流通截面的工质质量14、循环流速：循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截面计算的水流速度15、容积含汽率：流经管子某一截面的蒸汽容积流量与汽水混合物总容积流量之比16、循环倍率K：循环回路中进入上升管的循环水量G与上升管出口的蒸汽量D之比17、质量含汽率：中在汽水混合物中流过蒸汽的质量流量D与流过工质总的质量流量G之比18、自补偿能力：在上升管含汽率小于界限含汽率范围内，自然循环回路上升管受热增强时，循环水量与循环流速也随之增大，这种特性19、循环停滞：当循环流速低到进入管中循环水量G等于该管的产气量D时。
20、循环倒流：引入汽包水空间的上升管或具有上下联箱的水冷壁管组由于受热较弱以至其重位压差大于回路工作压差，此时上升管内工质是自上向下流动，成为受热的下降管。
精选《锅炉原理》课件第8章锅炉水动力特性资料
恶化；FG含水不足段
传热恶化时，工质与管壁间的放热系数急剧 下降，导致管壁温度剧增，可能烧坏管子。同时 还会导致管壁温度发生波动，造成金属疲劳损坏。
第一类传热恶化，防止受热面热负荷过高， 即可避免第一类传热恶化。第二类传热恶化，对 自然循环锅炉，只要保证蒸发管出口含汽率不至 过高，即可避免；但对直流锅炉，蒸发管内出现 含水不足的状况不可避免，因此无法防止第二类 传热恶化，只能设法减少传热恶化时壁温的上升 幅度。
在锅炉的受热面中，省煤器中流动的工质为单相流 体水，过热器中工质为单相流体蒸汽，惟有蒸发受热面 水冷壁上升管中流动的工质为汽水混合物。在上升管受 热过程中，汽液两相比例不断变化，并且两相之间存在 相对运动，使管内汽液两相流体的流动规律比单相流体 流动复杂的多，且汽相与液相在传热过程中的性质也不 同，因此必须首先研究汽液两相流体的流动与传热特性。
（d） 成雾状混合物。
2. 汽水混合物在水平管中的运动： 在浮力作用下，形成管子上部蒸汽偏多的不对称流动结构。 随着流速减小，流动结构的不对称性增加。当流速小到一 定程度时，形成分层流动。管子上部与蒸汽接触，管壁温 度升高，可能过热损坏；在汽水分层的交界面处，由于汽 水波动，可能产生疲劳损坏 。 汽水混合物流速↓，含汽率↑，管子的倾角↓，汽水分层越 易发生。对自然循环锅炉，管子倾角应大于30，且尽量避 免使用水平管，以防止发生分层流动。直流锅炉，一般采 用提高流速的方法防止汽水分层。
第八章 锅炉水动力特性与传热
锅炉水动力学基础 自然循环锅炉的水循环与计算 强制流动锅炉
锅炉水动力学的研究任务是研究锅炉蒸发受热面的 水动力特性，保证锅炉水循环的可靠性。为了使锅炉安 全可靠运行，所有受热面都应受到工质足够的冷却，以 保证金属壁温不超过所用钢材的允许工作温度。通过锅 炉水动力研究，可以得到锅炉内部工质（水、蒸汽及汽 水混合物）的水动力特性及流动阻力。
直流锅炉的水动力特性
直流锅炉的水动力特性一. 直流锅炉的优缺点1.直流锅炉的主要优点是：1)原则上它可适用于任何压力，但从水动力稳定性考虑，一般在高压以上（更多是超高压以上）才采用。
2)节省钢材。
它没有汽包、并可采用小直径蒸发管，使钢材消耗量明显下降。
3)锅炉启、停时间短。
它没有厚壁的汽包，在启、停时，需要加热、冷却的时间短，从而缩短了启、停时间。
4)制造、运输、安装方便。
5)受热面布置灵活。
工质在管内强制流动，受热面可从有利于传热及适合炉膛形状而灵活布置。
2.直流锅炉的主要缺点是：1)给水品质要求高。
锅水在蒸发受热面要全部蒸发，没有排污，水中若有杂质要沉积于蒸发管内，或随蒸汽带入过热器与汽轮机。
2)要求有较高的自动调节水平。
直流锅炉运行时，一旦有扰动因素，参数变化比较快，需配备自动化高的控制系统，才能维持稳定的运行参数。
3)自用能量大。
工质在受热面中的流动，全靠给水泵压头，故给水泵的能耗高。
4)启动操作较复杂，且伴有工质与热量的损失。
5)水冷壁工作条件较差。
水冷壁出口工质全部汽化或微过热，沸腾换热恶化不可避免，且没有自补偿特性。
必须采取一定措施予以防止。
二. 超临界参数锅炉的水动力特性超临界参数锅炉的水动力特性不仅影响着水冷壁的传热特性和安全性，而且在很大程度上影响着汽温特性、调峰性能，甚至影响到燃烧调节性能。
超临界参数锅炉的水动力特性主要决定于水冷壁形式、工质的热物理特性、运行方式、水冷壁热流密度的大小及其分布等因素。
其中工质的热物理特性是指：超临界参数下，在拟临界温度左右的一定范围内，工质受到大比热特性的影响，比容、黏度、导热系数发生急剧变化的特性。
超临界压力下工质的热物理特性显著地影响着直流锅炉水动力的稳定性和下辐射区水冷壁出口工质的温度，进一步影响到自动调节性能。
超临界参数变压运行锅炉，当机组从额定负荷到低负荷时，炉膛水冷壁管圈的运行压力范围将从超临界压力降至亚临界压力，水冷壁管圈内工质将有两种工作状态，即单相流动和两相流动。
2第二节直流锅炉
二、直流锅炉类型
直流锅炉的类型主要是水冷壁的结构 形式和其系统的不同.直流锅炉的水冷 壁管由于布置自由,故其形式很多。 传统的水冷壁基本形式：水平围绕管圈 型（拉姆辛型），垂直多管屏型（本 生型）和带管圈型（苏尔寿型）。
2
5
水平围绕管圈型是由多根平行管子组成管带， 沿炉膛四周围绕上升，三面水平一面倾斜。 垂直多管屏型是在炉膛四周布置多个垂直管屏， 管屏之间由炉外管子连接。水冷壁管可串联成一 组或几组，工质顺序流过一组内的各管屏。
2
8
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水冷壁的布置与支吊 螺旋管圈型直流锅炉的水冷壁一般都由螺 旋管圈和垂直管屏两部分组成。炉膛下部热 负荷高，布置螺旋管圈。炉膛上部分热负荷 较低，布置垂直管屏。 螺旋管与垂直管之间的连接方式有两种类 型：一种是通过联箱连接，螺旋管出口接至 联箱、垂直管由联箱接出；另一种是分叉管 连接。见下图。
2 3
直流锅炉不用汽包，带来了以下特点:
锅炉给水品质要求高。 锅炉蓄热量小，运行参数稳定性较 差,但无汽包热应力限制,可提高启动和 停运速度； 锅炉钢耗低，制造、输送、安装方 便； 直流锅炉在运行工况下，水、汽水 混合物、过热汽的分界点在受热面上的 位置随不同工况而变化，从而使其运行 特性和汽包锅炉不同。
2
22
2
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2
24
汽水分离器
螺旋管圈型直流锅炉在直流负荷以 下运行或启动的过程中，水冷壁的最低 质量流速是由汽水分离器及其疏水系统 来实现的。疏水系统是机组启动系统的 组成部分，它主要考虑在启动与停运过 程中对排放工质和热量的回收。 螺旋管圈型直流锅炉采用内置式圆 筒形立式旋风分离器，它在系统中位于 水冷壁与过热器之间，锅炉运行时承受 锅炉运行压力。
锅炉的水动力特性分析与介绍_(直流)
NCEPU
热负荷大小、运行工况及水冷壁入口水的欠焓对 流动稳定性都有影响。
超临界压力直流锅炉在启动和低负荷时，其压力 低，因此仍有流动稳定性的问题。 即使是超临界压力下，当水平布置的蒸发受热面 沿管圈长度方向热焓变化时，工质的比容也随之 发生变化，尤其在最大比热区，其变化更大，因 此仍有流动多值性的问题。
NCEPU 四、蒸发管内的汽液两相流型与传热
（一）、汽液两相流的流型
1、泡状流 在连续的液相中，分散存在着小汽泡。 2、弹状流
泡状流中，汽泡浓度增大时，受趋中效 应的作用，小汽泡聚合成大汽泡，直径 逐渐增大。汽泡直径接近于管子内径时， 形成弹状流。
3、环状流 由于汽泡的内压力增大，当汽泡的内压力大 于汽泡的表面张力时，汽泡破裂，液相 沿管壁流动，形成一层液膜；汽相在管 子中心流动，夹带着小液滴。
i 8q
1 i 1 1 2 r
L i 1 1 2d r
L2 q C 2 1 d r
NCEPU 三、直流锅炉蒸发受热面的脉动性流动
定义：在管屏两端压差相同，当给水量和流出量 基本不变的情况下，管屏里管子流量随时间作周 期性波动的现象，叫脉动现象。 脉动种类
管间脉动
屏间(屏带或管屏间)脉动
整体脉动(全炉脉动)
NCEPU
管间脉动
并联工作的管子之间，某些管 子的进口水流量时大时小。 对于一根管子，进口的水量最 大时，出口蒸汽量最小； 一部分管子的水流量增大时， 另一部分水流量却在减小；与 此同时，出口蒸汽量也在进行 周期性变化。 整个管组的进水量和蒸汽量变 化不大。
Δp= f (G) 直流锅炉水动力不稳定的表 现为：流量与压差的关系不 是单值性的，而是多值性的， 即对应一个压差，出现一个 或两个以上的流量。
电站锅炉原理重点总结
电站锅炉原理重点总结电站锅炉原理重点总结1、锅炉分类：按燃烧方式分类：火床燃烧方式；火室燃烧方式；旋风燃烧方式；流化床燃烧方式。
按蒸发受热面内介质流动方式分类：自然循环；控制循环；直流循环；复合循环2、锅炉运行指标：经济性指标：锅炉效率，锅炉静效率；安全经济性指标：连续运行小时数，锅炉可用率，锅炉事故率。
3、锅炉受热面：水冷壁，过热器，再热器，省煤器，空气预热器。
4、随着锅炉容量增大，蒸汽参数提高，汽化过程所需的蒸发热比例逐渐减小，而给水预热热和蒸汽过热热的比例增加。
5、折焰角的作用：增加水平烟道长度可在不增加锅炉深度的前提下布置更多的过热器受热面；增加炉膛充满度延长烟气流程加强烟气混合匀称烟温。
6、自然循环锅炉的特点：蒸发受热面内的工质依靠下降管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差进行循环的锅炉。
而强制循环锅炉不仅依靠密度差还依靠锅水循环泵 7、锅炉运行的安全性指标：锅炉连续运行的小时数；锅炉的可用率；锅炉事故率；8、随着锅炉容量增大，蒸汽参数提高汽化过程所需的蒸发热比例逐渐减小，而给水预热热和蒸汽过热热的比例增大。
9、膜式水冷壁的优点：炉膛气密性好，减少了漏风，降低排烟热损失，提高锅炉效率；降低金属耗材；炉墙不用耐好材料，大大减少炉墙分量，降低本钱；便于采用悬吊结构；炉膛升温快，冷却快，有利于锅炉负荷条件，缩短启动停炉时间；10、对流式过热器和再热器的布置方式：逆流，顺流，混合流 11、省煤器的目的：减少蒸发受热面，以价格低廉的省煤器受热面代替价格昂贵的蒸发受热面；给水省煤器加热后，温度接近或者达到汽包内水的温度，减少给水与汽包包壁的温差，使汽包的热应力降低，延长汽包使用寿命；降低了排烟热损失，降低了锅炉排烟温度，提高锅炉效率于是减少经济本钱。
12、空气预热器的作用：进一步降低排烟温度，改善燃烧，强化传热，枯燥煤粉。
13、燃料：在空气中易于燃烧并能放出大量的热量且在经济上值得利用其热量的物质。
直流锅炉热态水动力调整方法研究
收稿日期:20010918作者简介:张志正(1971),男,内蒙古人,长春工程大学能源动力系讲师,东北电力学院硕士,从事锅炉技术方面的教学与科研工作,发表论文6篇。
文章编号: CN311508(2003)01002004直流锅炉热态水动力调整方法研究张志正1, 周云龙2(1.长春工程学院,吉林长春130000; 2.东北电力学院,吉林吉林132012)关键词: 直流锅炉;水动力;调整摘 要: 针对现场实际情况,在研究大量文献基础上,提出了一种水动力调整的新方法———压降系数法。
压降系数法能把阻力系数对流量和压降的影响进行综合考虑,通过压降系数法的数学模型来求解各个回路节流压降系数或阻力系数,进而确定各节流阀开度或节流阀板的孔径,实现水动力调整的一次到位。
在Mi 2crosoft Visual Basic 6.0环境下开发标准的Windows 直流锅炉水动力调整优化程序,并在实际电站直流锅炉上进行应用。
中图分类号: T K 229.5 文献标识码: A0 前言随着电力工业的发展,越来越多的大容量锅炉参与调峰。
直流锅炉具有负荷快速变化的特点,非常适用于调峰。
直流锅炉在负荷变动过程中,经常出现炉内热负荷分布与水冷壁流量分配不匹配现象,从而引起水冷壁超温爆管现象发生,直接威胁水冷壁的安全运行[1]。
通常现场请有经验的工程技术人员负责水动力调整,但存在许多问题。
水动力系统是由各回路水冷壁管、引出管、联箱和混合器等组成的复杂管系,某一回路的调整,不仅调节该回路本身的阻力,同时也调节流量,而且影响其余回路的流量和阻力,引起流量重新分配。
这就使调整工作变得极其复杂,要迅速而准确地将回路流量、阻力调整到要求的数值仅靠人工是非常困难的,而且需要反复多次,浪费大量的人力和物力[2]。
因此非常有必要开发一套直流锅炉水动力调整优化方法软件,使水动力调整一次到位。
1 压降系数法因为节流调节阀既能改变流量又能改变压降,而压降又影响流量分配,为综合考虑流量和压降的相互影响,本文特引入压降系数的概念。
600MW机组塔式直流锅炉水冷壁水动力特性计算
炉结构的准确分析以及回路节点的准确划分可确保
水动力计算结果的 准 确 性,为 锅 炉 的 安 全 可 靠 运 行
提供依据.
图 ３ 上炉膛垂直管圈回路划分示意
Fig．
３ Circuits distribution of the upper furnace vertical tube coils
炉下部结构示意如图 １ 所示.
图 ２ 下炉膛螺旋管圈回路划分示意
Fi g ．２ Circuits distribution of the lower furnace sp iral tube coils
图 １ 锅炉下部示意
Fi g ．１ Schematic diagram of the lower p art of the furnace
６ ００ MW机组塔式直流锅炉 水 冷 壁 流 量 分 配 计 算 程
２０１ ５ 年
２ 数学模型
２．１ 回路划分
将元宝山电厂 ２ 号机组复杂的水冷壁流动系统
结构抽象为由不同 节 点、不 同 回 路 连 接 的 串 并 联 网
络系统,其流动规律 可 以 通 过 对 各 节 点 质 量 守 恒 方
Fi g ．４ Schematic diagram of the flow network system
线)处最 低;传 热 系 数 的 变 化 规 律 与 壁 温 的 变 化 相
反,在顶点处最小,底点处最大.故采用螺旋管顶部
量守恒方程组的方法求解流量和压力.
传热系数计算管 壁 整 体 壁 温 较 安 全 可 行. 另 外,在
的锅炉水冷壁结构特点及炉内热负 荷 分 布 特 点,将 水 冷 壁 划 分 为 由 流 量 回 路、压 力 节 点 和 连
锅炉原理 第10章锅炉水动力学
法
两曲线交点为工作点（循环流速和有效压头）
24
第四节
自然循环水动力特性
（4）工作点确定
复杂回路
特 征
共同的引入管不同的引出管 不同的引入管共同的引出管
不同的引入管不同的引出管
串联系统： 流量相同，压差相加
并联系统：
流量相加，压差相同
25
第四节
自然循环水动力特性
（5）安全性指标
循环流速
反映水流速度
减小下降管带汽 加装格栅→ 消除旋转 减小下降管阻力：采用大直径下降管→增加与上升管总截面之比 减小汽水引出管阻力：增加与上升管总截面之比 减小分离装置阻力
提高汽包水位
减小压力变化速度
32
第五节 强制流动水动力特性 １. 水平管的水动力特性
水平管中的压降及流经水平管的流动阻力 Δp=Δpfr l>>h
检验：倒流压头大于有效压头的1.1倍
30
第四节
自然循环水动力特性
（6）水循环故障
下降管带汽
压力降低→下降管入口或锅水自汽化 原因 汽水分离困难→下降管入口漩涡带汽
危害：运动压头降低
31
第四节自然循环水动力特性源自（7）提高自然循环安全性措施
划分循环回路
减小吸热不均
避免火焰偏斜、积灰、结渣 避免长时间低负荷运行
p↑→Sdr↓
X↑→Sdr↑ h↑→Sdr↑
（3）有效压头
Sef Sdr (pri pse ) pdc
19
第四节
自然循环水动力特性
3. 水循环计算
（1）计算目的 循环流速（W0） 质量含气率（X） （2）计算方法 压差法 hdc g pdc 水循环的安全性
锅炉水动力学及锅内传热基础
P Pm c Pj b Pz w Pj s
ΔP 为总压降，定义为管道始端和终端压力之差。 ΔPmc、ΔPjb-摩擦阻力、局部阻力，之和称流动阻 力 ΔPld； ΔPzw、ΔPjs-重位压降和加速压降。
11.2.1 摩擦阻力
单相流体摩擦阻力为
Pmc
l
dn
w2
2
汽液两相流体的摩擦阻力有许多计算式，大体可以分为均 相流和分相流两种模型。我国电站锅炉水动力计算方法中 采用的修正均相流模型法是西安交通大学的研究成果，即 借用单相摩擦阻力计算公式的形式，再进行试验修正。可 以得到两相流体摩擦阻力
11.3.2 沸腾传热恶化及其防止措施
1. 两类沸腾传热恶化 （1） 两类沸腾传热恶化的现象及机理 第一类传热恶化
现象：在含汽率比较小，在热负荷大于某一临界值时，由 于管子的内壁汽化核心密集，汽泡的脱离速度小于生长速 度，在管壁上形成连续的汽模，出现膜态沸腾，此时管壁 得不到冷却，换热系数积聚下降，管壁温度飞升，导致管 壁可能烧坏。
我国的计算方法中汽水混合物的局部阻力也采用均相流模型，其 计算式为
Pjb
jb
w02
2
1
xjb
1
xjb 为产生局部阻力处的质量含汽率； jb 为汽水混合物的局部阻
力系数，由试验确定。在锅炉水力计算方法等有关文献中可以查
得各类汽水混合物的局部阻力系数。
11.3 锅炉管内传热
11.3.1 管内传热过程 1. 管内沸腾换热的工况区间
由于水在加热的蒸发管中不断汽化，使出口汽水混合 物的容积增大很多，因此加速压降较大，特别是在低 压时，在热负荷较高的管子中加速压降比较明显。
11.2.4 局部阻力
单相流体的局部阻力是由于流体流动时因流动方向或
第11章直流锅炉——锅炉原理课件
热化学过程特点
•
控制调节过程特点
• ①
直流锅炉必须同时调节给水量和燃料量， 直流锅炉必须同时调节给水量和燃料量，以保证物质平衡 和能量平衡，才能稳定汽压和汽温。 和能量平衡，才能稳定汽压和汽温。所以直流锅炉对燃料 量和给水量的自动控制系统要求高。 量和给水量的自动控制系统要求高 SCHOOL OF ENERGY AND POWER ENGINEERING, SHANDONG UNIVERSITY 。
3 2 ∆P = A(ρω ) + B (ρω ) + C (ρω )
SCHOOL OF ENERGY AND POWER ENGINEERING, SHANDONG UNIVERSITY
特性曲线
SCHOOL OF ENERGY AND POWER ENGINEERING, SHANDONG UNIVERSITY
G = ρw
产生原因 产生原因
∆ p rs
L rs ( ρ w ) 2 = λ d 2 ρ'
∆ p zf
L − ห้องสมุดไป่ตู้ rs ( ρ w ) 2 ρ'' [1 + x ( =Ψλ − 1 )] d 2 ρ' ρ'
在某区段（如曲线 的 段 随着ρw 增加， 增加， 在某区段（如曲线2的cd段），随着 增加，Lrs增加， Lzf减小，使得 减小，相应的 x 也减小；而且 减小影响程 减小，使得D减小 减小， 也减小；而且x减小影响程 度比ρw 增加影响程度大。因此，随着ρw 增加， 度比 增加影响程度大。因此，随着 增加， ∆P rs 增 减小的值少。 加的值比 ∆Pzf 减小的值少。
SCHOOL OF ENERGY AND POWER ENGINEERING, SHANDONG UNIVERSITY
直流锅炉
Page 2
Principles of Boiler
2015-7-16
七台河职业学院
§3 直流锅炉的水动力特性
一、水动力特性
（一）水动力特性的基本概念
强制流动蒸发受热面管屏中，一定热负荷条件下，管内工质流量G （或 ）与管屏进出口压差 p 之间的关系，称为水动力特
性曲线。如图8-9所示。
一个 p 对应一个 q ——水动力特性稳定， 如曲线1；
p plz ZG2
G ——管内工质质量流量，kg/s；
——管内工质平均比体积， m3/s 。
（8—2）
Z ——结构特性系数，与管子内径、长度、管子内壁粗糙度等有关；
由式8-2可知，流动阻力
p
不仅与工质的流量有关，还与流体的比体积有关。
当热负荷一定时，随着流量增加，蒸汽量减少，汽水混合物比容下降，故
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七台河职业学院
§4 直流锅炉启动系统
二、直流锅炉启动系统的分类
⒈内置式分离器启动系统 内置式分离器启动系统的特点：
①从根本上消除了分离器解列或投运操作所带来的汽温波动问题，因 为该系统的启动分离器与蒸发段、过热器之间没有任何阀门。 ②在锅炉启停及低负荷运行期间，启动分离器处于湿态运行，分离器 如同汽包一样，起汽水分离作用，避免了过热器带水运行。 ③系统简单，操作方便，对自动控制要求较低，同时有利于设备维修。 ④由于分离器强度要求很高，同时对启动分离器的热应力控制较严， 将影响升负荷率，但其疏水系统相对比较复杂。
§3 直流锅炉的水动力特性
二、强制流动蒸发受热面中的脉动
㈠脉动现象
脉动现象是指在强制流动的蒸发管中，蒸发管的工质流量随时间发生周期性 变化的现象，它是一种动态水动力特性不稳定。 由于流量脉动，引起管子出口处蒸汽温度或热力状态的周期性波动，使同 受热面交界处的管壁交变地与不同状态的工质接触，致使该处的金属温度周 期性变化，导致金属的疲劳损伤，其变化规律，如图8-15所示。
直流锅炉及其水动力特性 (1)
二、 部分负荷复合循环锅炉
（一）部分负荷复合循环锅炉的构成原理
• • 在启动和低负荷运行时，采用再循环流量 而不是只用给水量来冷却水冷壁。 在高负荷运行时，只采用直流的给水量而 又不使用再循环流量来冷却水冷壁。
（二）部分负荷复合循环锅炉的工作特点
• 水冷壁的工质流速：由于在低负荷时有再循环流 量，当高负荷按直流方式运行时，可以选用较低 的 w ，而在低负荷是则利用再循环来得到足够 的 w 。 循环倍率 水冷壁结构 旁路系统。 适用于超临界大容量锅炉（600MW）
对于超临界压力的水冷壁，虽然没有 汽水共存区，但由于在拟临界温度附近工质 比体积变化极大，因此水平管圈水冷壁（重 位压差在总流阻中的比例小）也有流动多值 性的问题。要保持特性曲线有足够陡度，必 须使水冷壁进口工质焓小于1256kJ/kg。但 在低负荷或高压加热器切除时，水冷壁的进 口工质焓仍会下降，当水冷壁的进口工质焓 小于837kJ/kg时，仍会有流动多值性的问题。
以上两式表明:循环推动力即运动压头用于克服 上升系统和下降系统的阻力; 有效压头, 在数值上 等于循环推动力与上升系统阻力之差,用来克服下 降管阻力.
二 强制循环锅炉的工作原理和特点
（一）工作原理
省煤器 过热器
上联箱
水 冷 壁
循 环 泵
（二） 强制循环锅炉的特点
1. 由于增加了水泵的推动力,工质流量可以人为地控制,水流量 可以小些,即循环倍率K可以小一些。
5
6
7 8 9
由于水冷壁中工质比较稳定地处于饱和温度，各 管屏及管子的管壁温度比较平均，因此膜式水冷 壁的鳍片热应力小，工作可靠性增加。 启动流量小，启动系统简化，启动损失小，速度 快。 苏尔寿罐固定了受热面界限，在调节上可以分成 若干区域。 适用于亚临界参数，容量300~600MW的机组。 需要解决长期在高温高压下再循环泵的运行问题。
华北电力大学锅炉原理13强制流动锅炉及水动力特性
第三节超临界压力下水冷壁管内传热
二、超临界压力锅炉管内传热恶化判别方法
用参数 A
a2 作为判据。 a0
q 0.42kJ/kg时,A>1，处于传热强化； w
q w
0.84kJ/kg时，A<1，处于传热恶化；
有时传热恶化。
q 0.42～0.84时，有可能A<1或 w
A>1，即有时传热强化，
1. 螺旋式水冷壁
第一节 直流锅炉概述
2. UP型水冷壁
第一节 直流锅炉概述
3. 多次上升式
第十三章强制流动锅炉
第一节 直流锅炉概述 第二节 直流锅炉的水动力特性 第三节超临界压力下水冷壁管内传热 第四节低倍率和复合循环锅炉 第五节强制循环锅炉 第六节直流锅炉的启动系统
第二节直流锅炉的水动力特性
p B( w ) 2 C ( w )
可知：二次曲线为单值性，总是稳定的
第二节直流锅炉的水动力特性
推导极值不存在的条件
dp 3 A( w ) 2 2 B( w ) C 0 d ( w )
B B 2 3 AC w 3A
2 如果， B 3 AC 0 ，则不存在实根，即没有极值存在，
第二节直流锅炉的水动力特性
3）加大加热水段的阻力（加装节流圈），则水回流的阻力增 大，不易发生脉动。 4）降低蒸发点的热负荷和热偏差：蒸发点的热负荷减小，可 避免局部压力的大幅度变化；热偏差的减小，可减小流量 偏差。 5）防止脉动性燃烧：燃烧放热呈脉动时，热水段和蒸发段也 会呈现脉动性。 6）选用较陡水泵特性的给水泵：压力有所变化时，流量变化 不大。
第二节直流锅炉的水动力特性
4) 热负荷q的影响
热负荷越低，越容易发生水动力多值性。
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变化大的受热面） ●重位压差：垂直管。
2. 集箱效应
（1）集箱的静压分布 分配集箱。工质不断分流，动压→静压。
动量方程
[ pdp (p2ddpn)]w2dxpmfc2w(dwwdwV)xdww 2(dwV)x2dw
假定： ①工质分流连续； ②阻力系数λ为常数； ③Vx与w线性关系，Vx＝cfw； ④略去ρ(dw)2； ⑤分流流量均匀，X＝x/L 。
忽略△pzw和△pjs p plz ZG2v
q与Z不变，△p∝G2v，G↑，v↓，则△p随G 的变化具有不确定性，主要取决于流量增加 和比容减小这两者的相对变化。
q1
G
xc
v j,ij
l jr
l zf
vc , ic
水平蒸发管水动力特性
假设：①受热均匀ql不变；②采用均相流模型，两相流体摩擦
阻力修正系数Ψ=1；③加热段的平均比容取饱和水比容v′；④
根据热量平衡得右二式 ，带入前式计算压差
p
l jr dn
G2 2f 2
l
v
l jr dn
G2 2f 2
v[1
xc 2
(v 1)] v
p AG3 BG 2 CG
A (v v)iq2h
4 f 2dn q1r
B l [ iqh (v v) v]
2 f 2dn r
C
(v v)l 2q1
G p / G pj
l
热负荷不均匀系数
r q p / q pj 烟气侧
受热面积不均匀系数 流量不均匀系数
m H p / H pj
l G p / G pj 工质侧
允许热偏差
yx
iyx ipj
必须满足 yx
热偏差取决于管子的热力特性，受热面特性和工质的水力 特性。 （1）热负荷不均匀系数ηr与受热面的结构尺寸
强迫流动锅炉水动力特性
刘银河 2008.5
直流锅炉蒸发管的水动力特性
在一定的热负荷及结构特性条件下，管内工质 的流量G（或质量流速ρw）与压差Δp的关系 称为水动力特性（或压差特性）。
Δp＝f（G） 单值性：Δp与G一一对应 多值性：一个Δp可能对应两个以上的G
1. 水平蒸发管
总压差 p plz pzw p js
C－D：由于管内几乎全 部是水， G ↑对v已无多 大影响，△p↑。
xc≈0.5 xc≈0.1
影响多值性的因素
（1）压力 ●低压明显存在多
值性。 ●P↑，稳定性↑。 ●亚临界压力17MPa
以上一般不会产 生多值性，除非 入口水的欠焓特 别大。
（2）入口欠焓
A v v iq2h
4 f 2dnqlr
● Δiqh↓，稳定性↑ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Δiqh＝0,A＝0，二次
曲线。在G>0的区间， Δp>0，且单调增加， 多值性消失。 Δiqh↑， 向三次曲线转变。
（3）加热水段阻力 Δpjr↑，增加了流量对压差 的影响，减弱了汽水混合物 比容的影响，稳定性↑。
（4）热负荷 q↑，系数A↓，C↑。稳定性↑。
相当于iqh↓。 热负荷的变化还与其他因素有
3－流动阻力曲线 4－总重位压差曲线
5－总水动力特性曲线
二、并联管组的热偏差
1. 热偏差
并联管组在理想设计工况下，可靠性可以得到保障。
实际条件差异很大，并联管组中各管焓增不均匀。
偏差管工质焓增△ip和整个管组工质平均焓增△ipj之比 称为
热偏差系数ρ
ip
ipj
因为
i qH
G
(q p / q pj )(H p / H pj ) rm
忽略局部阻力。
q1
G
xc
v j,ij
l jr
l zf
vc , ic
p plz pzw p js
p
l jr dn
G2 2f 2
v l l jr
dn
G2 2f 2
v[1
xc 2
(v 1)] v
水平蒸发管水动力特性
l jr
(i ij )G q1
iqhG q1
xc
q1(l l jr ) rG
2个不同的实根，出现多值性 2个相同的实根，曲线只有一个拐点 为虚根，曲线单调升
水平蒸发管水动力特性
B2 3AC 0
7.46r
iqh v 1
保
v
证
安
全 裕 度
iqh
7.46r a( v 1)
v
a>1
多值性的物理原因
对于强迫流动的蒸发管内同时存在加 热水段和蒸发段，当q一定时，由于水和 蒸汽的比容差别极大，使得工质的平均 比容随流量的变化而急剧变化。而△p不 仅与G有关，还与v有关，从而产生了水 动力特性的多值性。
p
2
1
0
0
2
3 G
G
p
一次上升管
p 一次下降管
1
1－重位压差曲线 2－流动阻力曲线 3－总水动力特性曲线
垂直蒸发管水动力特性
垂直蒸发管的水动力特性（双行程）
p plz pzw plz ss gh xj gh
多值区
p
3 2
5
多值区
p
5 32
0
0
4G
4 G
p U型蒸发管
1
1
p 倒U型蒸发管
1－下降段重位压差曲线 2－上升段重位压差曲线
和运行状态有关。
水冷壁r q / ql rgrkrqc
（2）受热面积不均匀系数ηm与受热面布置方式， 各管的结构尺寸有关，一般为 ηm=0.95～1.05。 热负荷偏差及受热面积偏差均会造成流量偏差。
（3）流量不均匀系数 ηl
ηl主要取决于 ●结构因素：阻力特性。 ●集箱效应：连接型式。（过热器、v变化小的受
关: q高，多值性范围扩大； q低时，易引起流量的不稳定性
波动。
水平蒸发管水动力多值性防止措施
减小蒸发管进口水的欠焓 iqh
增大加热水段的阻力
1 (1 jl )
Z
iqh
1
jl
Z
7.46r
a(
v
1)
v
垂直蒸发管水动力特性
垂直蒸发管的水动力特性（单行程）
p plz pzw
p
3
如果受热管内全部是单相热水或汽水 混合物，则不会出现多值性。
水平蒸发管水动力多值性原因
O－B：G↑，Δp↑，因为 G↑↑＞比容v↓。O－A段， 由于管内充满蒸汽，v随 G的变化很小，曲线较陡； A－B段，v减小的速度加 快，曲线逐渐变缓。
B－C：G ↑，容积含汽率 φ ↓↓，从而G↑＜v↓↓，则 △p↓，直至C点。
4 f 2dnr
A、B、C是与工质状态 （Δiqh，ql，G）、 物性（v′，v″，r）、 结构（Z）有关的参数。
p
p0
B
A O
0
水平蒸发管水动力特性
E D
C
避免多值性
最多只有一个拐点，且单 调增
d p 3AG2 2BG C 0 dG
G B B2 3AC
G
3A
B2 3AC 0
B2 3AC 0 B2 3AC 0