1、熱能與動力工程熱能與動力工程第十章強制流動鍋爐及水動力特性第十章強制流動鍋爐及水動力特性熱能與動力工程熱能與動力工程強制循環鍋爐、直流鍋爐出現的原因強制循環鍋爐、直流鍋爐出現的原因1 P升高，汽水密度差下降，自然循環推動力下降，所以需要采用強制流動；2 由于壓力提高，汽包體積大，壁厚，存在厚鋼板供應困難，和制造工藝困難。3 給水處理技術落后，鍋內腐蝕嚴重。熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程一、直流鍋爐工作原理及過程工質依靠給水泵的壓頭一次通過預熱、蒸發、過熱各受熱面而加熱成為過熱蒸汽。 給水流量 G 蒸發量 D給水泵給水泵 省煤器省煤器 水冷壁水冷壁 過熱器過熱器 熱能與

2、動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程二、二、直流鍋爐的特點直流鍋爐的特點 1.本質特點本質特點l無汽包無汽包l工質一次通過各受熱面，強迫流動工質一次通過各受熱面，強迫流動l受熱面無固定界限受熱面無固定界限2.水冷壁中工質流動特點水冷壁中工質流動特點l受熱不均對流動影響受熱不均對流動影響l水動力多值性水動力多值性l有脈動現象有脈動現象l給水泵壓頭大；給水泵壓頭大；熱能與動力工程熱能與動力工程3.傳熱過程特點在水冷壁中工質干度 x 由0 一1，因此第二類傳熱惡化一定出現4.熱化學過程特點要求給水品質高5.控制調節過程特點直流鍋爐對自動控制系統要求高，原因如

3、下負荷變動時，直流鍋爐的蓄熱能力較低，依靠自身爐水和金屬蓄熱或放熱來減緩汽壓波動的能力較低 直流鍋爐必須同時調節給水量和燃料量，以保證物質平衡和能量平衡，才能穩定汽壓和汽溫。所以直流鍋爐對燃料量和給水量的自動控制系統要求高。熱能與動力工程熱能與動力工程6.啟動過程特點設有啟動旁路啟動速度快在啟動過程中，有工質膨脹現象啟動一開始，必須建立啟動流量和啟動壓力熱能與動力工程熱能與動力工程7.設計、制造、安裝特點直流鍋爐適用于任何壓力蒸發受熱面可以任意布置節省金屬制造方便熱能與動力工程熱能與動力工程三、蒸發受熱面主要形式（一）、早期采用的形式 本生型，即多次串聯垂直上升管屏式 蘇爾壽式，即多行程迂回管

4、屏式 拉姆辛型，即水平圍繞上升管圈式式 熱能與動力工程熱能與動力工程垂直上升管屏式垂直上升管屏式 1-垂直管屏；垂直管屏；2-過熱器；過熱器；3-外置式過渡區；外置式過渡區；4-省煤器；省煤器；5-空氣預熱器；空氣預熱器； 6-給水如口；給水如口；7-過熱蒸汽出口；過熱蒸汽出口；8-煙氣出口煙氣出口 熱能與動力工程熱能與動力工程回帶管屏式回帶管屏式 1-水平回帶管屏；水平回帶管屏；2-垂直回帶管屏；垂直回帶管屏；3-過熱蒸汽出口；過熱蒸汽出口；4-過熱器；過熱器；5-外置式過渡區；外置式過渡區；6-省煤器；省煤器；7-給水入口；給水入口；8-空氣預熱器；空氣預熱器；9-煙氣出口煙氣出口 熱能與

5、動力工程熱能與動力工程水平圍繞管圈式水平圍繞管圈式 1-省煤器；省煤器；2-爐膛進水管；爐膛進水管；3-水分配集箱；水分配集箱；4-燃燒器；燃燒器；5-水平圍繞管圈；水平圍繞管圈；6-汽水混合物出口集箱；汽水混合物出口集箱；7-對流過熱器；對流過熱器；8-壁上過熱器；壁上過熱器；9-外置式過渡區；外置式過渡區；10-空氣空氣預熱器預熱器 熱能與動力工程熱能與動力工程（二）、現代直流鍋爐采用的形式 由于鍋爐向大容量、高參數發展；采用了膜式水冷壁；滑參數運行和給水處理技術發展。因此直流鍋爐形式有了很大的變化。 一次垂直上升管屏式（UP型） 爐膛下部多次上升、爐膛上部一次上升管屏式（FW型） 螺旋圍

6、繞上升管屏式 熱能與動力工程熱能與動力工程一次垂直上升管屏式（一次垂直上升管屏式（UP型）型）熱能與動力工程熱能與動力工程兩次垂直上升管屏式兩次垂直上升管屏式FW型型熱能與動力工程熱能與動力工程螺旋圍繞上升管屏式螺旋圍繞上升管屏式熱能與動力工程熱能與動力工程（三）螺旋管圈型水冷壁（三）螺旋管圈型水冷壁使用螺旋管圈水冷壁的原因使用螺旋管圈水冷壁的原因 在在定的爐膛周界情況下，如采用垂直布置的水冷壁管，定的爐膛周界情況下，如采用垂直布置的水冷壁管，其管子根數基本固定，管子直徑不能過細，為了保證水冷其管子根數基本固定，管子直徑不能過細，為了保證水冷壁管子的安全，必須保證一定的工質流量，所以壁管子的安

7、全，必須保證一定的工質流量，所以垂直管圈垂直管圈的質量流速大小是受到嚴格限制的的質量流速大小是受到嚴格限制的。 容量較小的直流鍋爐水冷壁往往存在著單位容量爐膛周界容量較小的直流鍋爐水冷壁往往存在著單位容量爐膛周界尺寸過大，尺寸過大，水冷壁管子內難以保證足夠的質量流速水冷壁管子內難以保證足夠的質量流速 熱能與動力工程熱能與動力工程解決爐膛周界和質量流速之間矛盾的方法一般有下述四種：解決爐膛周界和質量流速之間矛盾的方法一般有下述四種：（1）采用小管徑和多次混合的水冷壁）采用小管徑和多次混合的水冷壁（2）水冷壁采用工質再循環（低倍率和復合循環鍋爐）水冷壁采用工質再循環（低倍率和復合循環鍋爐）（3）采

8、用多次上升垂直管圈型水冷壁）采用多次上升垂直管圈型水冷壁（4）采用）采用螺旋管圈型水冷壁螺旋管圈型水冷壁。熱能與動力工程熱能與動力工程tsinLN 螺旋管圈型水冷壁關鍵參數：螺旋管圈型水冷壁關鍵參數： 管子根數管子根數式中：式中：N 并列管子根數；并列管子根數；L 爐膛周界爐膛周界 螺旋管上升角；螺旋管上升角；T 水冷壁管子節距水冷壁管子節距 熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程螺旋管圈型水冷壁關鍵參數：螺旋管圈型水冷壁關鍵參數： 上升角度上升角度盤旋圈數盤旋圈數（圈數太少會部份喪失螺旋管圈在減少熱偏差方面的（圈數太少會部份喪失螺旋管圈在減少熱偏差方面的效益；圈數太多會增加

9、阻力而增加給水泵功耗。效益；圈數太多會增加阻力而增加給水泵功耗。推薦值：推薦值：1.52.5圈圈熱能與動力工程熱能與動力工程采用螺旋管圈水冷壁的優點采用螺旋管圈水冷壁的優點 能根據需要獲得足夠的質量流速，保證水冷壁的安全運行；能根據需要獲得足夠的質量流速，保證水冷壁的安全運行； 管間吸熱偏差小；管間吸熱偏差小； 抗燃燒干擾能力強；抗燃燒干擾能力強； 可以不設水冷壁進口的分配節流環；可以不設水冷壁進口的分配節流環； 適應于鍋爐變壓運行的要求。適應于鍋爐變壓運行的要求。熱能與動力工程熱能與動力工程第二節控制循環鍋爐工質在蒸發管中做多次強制循環流動，仍然用于亞臨界壓力范圍內，故又稱為多次強制循環鍋爐

10、。熱能與動力工程熱能與動力工程 可以采用更細的管子可以采用更細的管子；蒸發受熱面的垂直布置，比較自由蒸發受熱面的垂直布置，比較自由；鍋筒鍋筒、汽水分離器尺寸小，金屬耗量少，但循環水泵汽水分離器尺寸小，金屬耗量少，但循環水泵的投資和運行費用均較大的投資和運行費用均較大。 增加了數臺循環水泵，關鍵增加了數臺循環水泵，關鍵設備設備一、特點熱能與動力工程熱能與動力工程二、強制循環鍋爐的水動力特點 由于同直流鍋爐一樣，同為強制流動，因而，在由于同直流鍋爐一樣，同為強制流動，因而，在蒸發受熱面的可靠性方面，與對直流鍋爐水動力特性蒸發受熱面的可靠性方面，與對直流鍋爐水動力特性的分析一樣，存在著：的分析一樣，

11、存在著：1水動力特性不穩定性問題（多值性）；水動力特性不穩定性問題（多值性）；2流體脈動；流體脈動；3熱偏差。熱偏差。熱能與動力工程熱能與動力工程三、工作特點D，%G，%給水流量給水流量水冷壁管中流量（循環水泵流量）水冷壁管中流量（循環水泵流量）循環倍率K1，但較低（35或更小），因而循環水量小，循環推動力大。由于循環水泵的特性，水冷壁中工質的流量變化不大。 與自然循環鍋爐相比，控制循環鍋爐啟動、停爐和變負荷速度更快。 運行耗電量較大，費用高（強制循環泵）。熱能與動力工程熱能與動力工程復合循環鍋爐：復合循環鍋爐：低負荷時能保證必需的質量流速，低負荷時能保證必需的質量流速，高負荷時質量流速又不過

12、大，是適合于亞臨界和超高負荷時質量流速又不過大，是適合于亞臨界和超臨界壓力的一種比較理想的鍋爐型式。臨界壓力的一種比較理想的鍋爐型式。第三節第三節復合循環鍋爐復合循環鍋爐熱能與動力工程熱能與動力工程工作原理工作原理熱能與動力工程熱能與動力工程復合循環3845611循環泵； 2鍋筒； 3省煤器； 4爐膛水冷壁 5節流閥； 6 分配集箱； 7給水泵； 8混合器熱能與動力工程熱能與動力工程再循環量給水量水冷壁流量10050050100流量100%7A 全負荷復合循環鍋爐負荷/ 100%123456亞臨界壓力復合循環熱能與動力工程熱能與動力工程1234576再循環量給水量10050050100水冷壁流

13、量B 部分負荷復合循環鍋爐負荷/ %1水冷壁； 2-汽水分離器； 3-省煤器；4-混合器； 5-循環泵； 6-控制閥； 7-節流閥熱能與動力工程熱能與動力工程 熱能與動力工程熱能與動力工程推導可得推導可得 CBAP23 1r2i11q8iA 1ri1d2LB 1rdqLC22 熱能與動力工程熱能與動力工程水動力特性曲線水動力特性曲線132abc1w2w3wwp在此圖中，1，3 線為單值特性曲線 2 線為多值特性曲線。 但在實際中會出現那種圖形，取決于特性方程式中，A,B,C這三個參數的取值。 如果出現曲線2所示圖形，就表在一個壓差下，對應有23個流量，即水動力成多值性。 熱能與動力工程熱能與動

14、力工程熱能與動力工程熱能與動力工程2)w(dLp2rsrs )1 (x12)w(dLLp2rszf w 增加，增加，Lrs增加，增加， Lzf減小，使得減小，使得D減小，相應的減小，相應的 x 也減小；而且也減小；而且x減小影響程減小影響程度比度比w 增加影響程度大。因此，增加影響程度大。因此，w 增加，增加， 熱能與動力工程熱能與動力工程 1ar46.7i 熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程 4）熱負荷）熱負荷q熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與

15、動力工程5）鍋爐負荷）鍋爐負荷 圖圖13-14表示了負荷變化對水動力特性的影響。表示了負荷變化對水動力特性的影響。 直流鍋爐在低負荷運行時，比高負荷時的水動力穩直流鍋爐在低負荷運行時，比高負荷時的水動力穩定性要差得多。因為低負荷時，壓力低，質量流速小，定性要差得多。因為低負荷時，壓力低，質量流速小，進口工質欠焓大，熱負荷降低，熱偏差增大。可見，進口工質欠焓大，熱負荷降低，熱偏差增大。可見，此時在多種不利因素的同時作用下，水動力不穩定性此時在多種不利因素的同時作用下，水動力不穩定性的程度必然增大。的程度必然增大。熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程6）重位壓頭）重位壓頭熱能與

16、動力工程熱能與動力工程7）工質的熱物理特性）工質的熱物理特性熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程重位壓差的影響對水動力特性的影響有利于水動力特性位壓差的影響對水動力特性的影響有利于水動力特性趨向穩定趨向穩定 g + g 當質量流速增加時，垂直管中重位壓差的影響減少，這時當質量流速增加時，垂直管中重位壓差的影響減少，這時的水動力特性趨向于水平管圈的水動力特性的水動力特性趨向于水平管圈

17、的水動力特性 ;當質量流速當質量流速小時，垂直管中重位壓差的影響大，這時的水動力特性趨小時，垂直管中重位壓差的影響大，這時的水動力特性趨向于自然循環管子的水動力特性向于自然循環管子的水動力特性 。熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程 。動態動態 ：靜態靜態 ： 熱能與動力工程熱能與動力工程 l同一根管子，給水量隨時間作周期性波動，蒸發量也隨同一根管子，給水量隨時間作周期性波動，蒸發量也隨時間作周期性波動，它們的波動相位差為時間作周期性波動，它們的波動相位差為180l脈動是不衰減的脈動是不衰減的 l對于垂直上升管屏，也有管間脈動現象發生對于垂直上升管屏，也有管間脈動現象發生

18、。且對脈動且對脈動更敏感，更加嚴重更敏感，更加嚴重 熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程 熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程 ，熱水段、蒸發段、過熱段都在作周熱水段、蒸發段、過熱段都在作周期性波動，在交界處附近壁溫周期性變化，最大波動甚期性波動，在交界處附近壁溫周期性變化，最大波動甚至達到至達到150 ，因而使管子產生疲勞破壞因而使管子產生疲勞破壞 。 。熱能與動力工程熱能與動力工程w 加節流圈；采用逐步擴大的管徑（省煤加節流圈；采用逐步擴大的管徑（省煤 器采用較小管徑）器采用較小管徑） 增加呼吸聯箱，呼吸聯箱處使壓力均衡增加呼吸聯箱，呼吸聯箱處使壓力

19、均衡合適的壓力和熱負荷合適的壓力和熱負荷 熱能與動力工程熱能與動力工程 定義定義pjpii pjpjpjpjGAqi ppppGAqi 熱能與動力工程熱能與動力工程GAqppjpjpjppGAqGAq pjpqqq pjpAAA pjpGGG 熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱負荷分布不均勻。鍋爐爐膛中沿寬度方向煙氣的速度熱負荷分布不均勻。鍋爐爐膛中沿寬度方向煙氣的速度場、溫度場和熱流的分布不均勻是造成水冷壁并聯管組吸場、溫度場和熱流的分布不均勻是造成水冷壁并聯管組吸熱不均勻的主要原因熱不均勻的主要原因 。和機組容量，爐內燃燒、流動工和機組容量，爐內燃燒、流動工況，燃燒

20、器布置和運行方式，負荷變化，煤種變化等有況，燃燒器布置和運行方式，負荷變化，煤種變化等有關。關。熱能與動力工程熱能與動力工程l水平管圈水平管圈pppjpjGvzvz 熱負荷的影響熱負荷的影響結構的影響結構的影響工質在受熱面進口處的焓值的影響工質在受熱面進口處的焓值的影響壓力的影響壓力的影響熱能與動力工程熱能與動力工程l垂直管圈垂直管圈2pjpjpjPpjpppjpjG)w(zHgv1vzvz 熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程熱能與動力工程 加節流圈加節流圈w熱能與動力工程熱能與動力工程 管內工質沿著長度方向吸熱并且含汽率的增加，工質的流管內工質沿著長度方向吸熱并且含汽率的增加，工質的流動結構也相應發生變化。由于流動結構不同，傳熱特