【正文】 30%圖58 玉環(huán)100%BMCR超臨界工況下熱偏差對水冷壁壓降等參數(shù)的影響關(guān)系曲線圖59 玉環(huán)50%BMCR亞臨界工況下熱偏差對水冷壁壓降等參數(shù)的影響關(guān)系曲線分析以上兩表數(shù)據(jù)以及曲線我們可以得到以下結(jié)論：（1）在兩種工況條件下，隨著熱偏差的增大，超臨界壓力工況下的水冷壁總壓降是不斷上升的，而亞臨界壓力工況下的水冷壁總壓降卻是呈不斷下降的趨勢。這是由于在平行布置的垂直管組中，假設(shè)在沒有熱偏差的情況下各跟管子兩端的壓降相等，當偏差管的吸熱量有變化時，例如吸熱量增加，將會導致管內(nèi)工質(zhì)比容增大，流速變快，密度下降，從而使管內(nèi)重位壓降降低，而流動阻力會由于質(zhì)量流速的提高而增大。在超臨界壓力的高質(zhì)量流速條件下，流動阻力在總壓降中所占的比例遠遠大于重位壓降，此時受熱偏高的管子，流動阻力增加的量遠大于重位壓降減小的量，所以總壓降是增加的，管子會流過較小的流量。這說明在這種超臨界壓力條件下，水冷壁內(nèi)工質(zhì)呈現(xiàn)負流量補償特性；而在亞臨界的低質(zhì)量流速的條件下，流動阻力由于質(zhì)量流速的下降而遠小于重位壓降，在總壓降中所占比例也相應(yīng)下降，此時受熱偏高的管子中流動阻力增加的量遠小于重位壓降減小的量，所以總壓降是減小的，管中會由于自然循環(huán)流量補償特性而流過較大的流量，這說明在這種亞臨界壓力條件下，水冷壁內(nèi)工質(zhì)呈現(xiàn)正的流量補償特性，利用該種正流量補償特性，可有效降低水冷壁的管壁溫度，所以我們要盡可能的利用可利用的手段和方法使水冷壁的流動特性處在正流量補償特性的范圍，以保證鍋爐及其水冷壁安全穩(wěn)定的運行。（2）無論在超臨界壓力下還是在亞臨界壓力下，下輻射區(qū)的出口溫度都是隨著熱偏差的上升而上升的，但是從表中數(shù)據(jù)和曲線的斜率可以看出，在超臨界壓力下明顯上升較快，同樣是60%熱偏差的跨度范圍，超臨界壓力下的溫度上升了十幾度，而在亞臨界壓力下僅僅上升了不到5℃而已，這是由于在亞臨界壓力范圍內(nèi)，工質(zhì)溫度是由工作壓力來決定的，而工作壓力并沒有隨著熱偏差的改變而產(chǎn)生較大的變化，所以下輻射區(qū)出口溫度并沒有隨熱偏差的變化而出現(xiàn)太大的波動；而在超臨界壓力下，根據(jù)工質(zhì)的熱物理特性來講，工質(zhì)溫度取決于工質(zhì)的吸熱量，在這種情況下，由于熱偏差的改變必然引起吸熱量的變化，所以導致了工質(zhì)溫度在超臨界壓力下隨著熱偏差變化的較大波動，而且我們知道，在超臨界壓力工況下，下輻射區(qū)水冷壁出口溫度處于對應(yīng)壓力下的大比熱容區(qū)域附近，溫度的稍有波動都會導致水動力的不穩(wěn)定性，所以控制好超臨界壓力下的熱偏差是保證鍋爐安全穩(wěn)定運行的重要因素，亞臨界壓力雖然不存在大比熱容區(qū)域，受熱偏差的影響也不像超臨界壓力工況那么嚴重，但是熱偏差的影響同樣不容忽視，由表中數(shù)據(jù)我們可以看出，亞臨界壓力下依然存在將近5℃的溫度變化，這依然對于水動力特性有著很不利的影響，有可能導致水動力的不穩(wěn)。 鄒縣電廠超臨界鍋爐螺旋管圈水冷壁的水動力特性分析 鄒縣鍋爐已知參數(shù)鄒縣電廠超臨界鍋爐內(nèi)螺紋管螺旋管圈水冷壁已知數(shù)據(jù)及其部分計算參數(shù)詳見表510[50]：表510 鄒縣電廠鍋爐水冷壁初始參數(shù)質(zhì)量流速（t/h）初始溫度（℃）初始壓力（MPa）熱負荷（kW/ m2）下輻射區(qū)水冷壁高度（m）管子根數(shù)9002687781500778210077824007783001128778 質(zhì)量流量對螺旋管圈水冷壁水動力特性的影響數(shù)據(jù)及曲線分析表511 鄒縣電廠鍋爐水冷壁質(zhì)量流量對各種壓降的影響水冷壁質(zhì)量流量（t/h）流動阻力（MPa）重位壓降（MPa）總壓降（MPa）3001240021001500900表510 鄒縣水冷壁的質(zhì)量流量對壓降的影響關(guān)系曲線分析上表數(shù)據(jù)以及曲線并與玉環(huán)電廠做出比較我們可以得到以下結(jié)論：（1）從圖中曲線的總趨勢來看無論是摩阻壓降還是重位壓降，都隨著鍋爐負荷的上升而有所提高，其中重位壓降上升幅度較小較緩，而摩阻壓降受流量的影響明顯的比重位壓降要大的多，從而導致鍋爐水冷壁總壓降隨流量的增加而上升。以上所述是鄒縣水冷壁與玉環(huán)水冷壁的相似點，但是雖然在總的趨勢上講，他們之間并沒有體現(xiàn)出太大差別，然而從摩阻壓降的絕對值上來說鄒縣水冷壁卻要遠遠超出玉環(huán)水冷壁，這是因為鄒縣水冷壁采用的是螺旋管圈水冷壁，而這種水冷壁與玉環(huán)電廠所采用的垂直管屏水冷壁相比較，無論是從水冷壁的沿程長度來講還是從水冷壁管的摩阻系數(shù)來說，螺旋管圈水冷壁都要超出垂直管屏水冷壁，從而導致摩阻壓降要比玉環(huán)大得多。雖然由于螺旋管圈水冷壁在結(jié)構(gòu)方面的特性，使得負流量補償特性的概念在其中失去意義，但是這種摩阻壓降的大幅加大，依然會使水冷壁管中的流量減少，從而導致水動力的不穩(wěn)，所以它的影響依然不能忽視。（2）從圖中曲線可以看出在全負荷范圍內(nèi)，摩阻壓降都占據(jù)主導地位，雖然在螺旋管圈中不存在正的流量補償特性以及直流特性等概念，但是我們還是可以把這種壓降組成看成是“比較強烈的直流特性”以幫助我們理解，與之不同的是玉環(huán)電廠在60%負荷左右，壓降的組成才由重位壓降占優(yōu)變成摩阻壓降更強勢，中間就出現(xiàn)了一個水冷壁流動特性轉(zhuǎn)變的問題，即隨著負荷的上升玉環(huán)水冷壁的水動力特性由正流量補償特性變成了強制流動特性，與一直保持“比較強烈的直流特性”的鄒縣水冷壁相比，這是二者之間的不同點之一。 入口欠焓對螺旋管圈水冷壁水動力特性的影響數(shù)據(jù)及曲線分析表512 鄒縣100%BMCR工況入口欠焓對水冷壁壓降以及下輻射區(qū)出口溫度的影響水冷壁入口欠焓水冷壁入口溫度（℃）流動阻力（MPa）重位壓降（MPa）水冷壁壓降（MPa）下輻射區(qū)出口溫度（℃）20%39815%10%010%15%28220%表513 鄒縣50%BMCR工況下入口欠焓對水冷壁壓降以及下輻射區(qū)出口溫度的影響水冷壁入口欠焓水冷壁入口溫度（℃）入口欠焓（kJ/kg）流動阻力（MPa）重位壓降（MPa）水冷壁壓降（MPa）下輻射區(qū)出口溫度（℃）20%15%10%042210%15%28620%290圖511 鄒縣100%BMCR超臨界工況入口欠焓對水冷壁壓降等參數(shù)的影響關(guān)系曲線圖512 鄒縣50%BMCR亞臨界工況下入口欠焓對水冷壁壓降等參數(shù)的影響關(guān)系曲線分析上表數(shù)據(jù)以及曲線并與玉環(huán)電廠做出比較我們可以得到以下結(jié)論：（1）由表中數(shù)據(jù)和圖中曲線我們可以看出鄒縣電廠鍋爐水冷壁無論是在超臨界壓力還是在亞臨界壓力工況下，水冷壁的總壓降都是隨著入口欠焓的減少（即入口溫度的上升）而提高，與玉環(huán)電廠在超臨界壓力工況下上升，在亞臨界壓力工況時下降的情況有著比較大的差別。圖中曲線的斜率明顯是隨著負荷的上升而不斷提高的，即亞臨界壓力下水冷壁水動力特性隨入口欠焓的變化并不敏感，而超臨界壓力下所受的影響卻大大加強、不容忽視，這依然是由于在亞臨界工況下的工質(zhì)溫度是由工作壓力所決定，而工作壓力并不隨入口欠焓有太大的改變，但是在超臨界壓力下，水冷壁中工質(zhì)的溫度是由吸熱量以及入口溫度所決定，因而入口溫度的上升必然導致下輻射區(qū)出口溫度的相應(yīng)提高，為了維持水冷壁良好的水動力特性，尤其是在超臨界工況下，我們就必須對入口欠焓的控制予以足夠的重視。（2）由表中數(shù)據(jù)和圖中曲線我們還可以看到無論是在100%負荷的超臨界工況下還是在50%負荷的亞臨界工況下，流動阻力壓降都明顯大于重位壓降，在這種情況下，水冷壁管中的工質(zhì)質(zhì)量流量必然會由于摩阻壓降的作用而有一定的下降趨勢，而這種水動力特性與垂直管屏中的負流量補償特性比較相似，所以我們姑且把內(nèi)螺紋管中的這種水動力特性叫做“類似負流量補償特性”，一旦有熱偏差的出現(xiàn)，這種水動力特性會加大水冷壁下輻射區(qū)出口的溫度偏差，使水冷壁處于更加不穩(wěn)定的運行工況下，影響水冷壁的安全，而且隨著負荷的上升這種水動力特性會越發(fā)明顯。從這個角度來說，鄒縣電廠螺旋管圈水冷壁在全負荷范圍內(nèi)保持“類似負流量補償特性”的水動力特性與玉環(huán)電廠垂直管屏水冷壁先正流量補償特性而后轉(zhuǎn)變?yōu)樨摿髁垦a償特性的變化趨勢是有所不同的。（3）由表中數(shù)據(jù)及其圖中曲線我們還可以看出，50%負荷工況下的下輻射區(qū)出口溫度受水冷壁入口欠焓的影響程度非常之小，幾乎可以忽略不計，但是隨著負荷的不斷上升，尤其是到了超臨界工況下，下輻射區(qū)出口溫度隨入口欠焓的變化呈直線上升趨勢。這種變化的原因與玉環(huán)電廠垂直管屏水冷壁中比較相似，即亞臨界壓力時水冷壁中的工質(zhì)溫度是由工作壓力所決定，而工作壓力并不隨入口欠焓產(chǎn)生太大變化，而在超臨界壓力下，工質(zhì)溫度由入口溫度以及吸熱量來決定，因此入口溫度的上升必然導致下輻射區(qū)出口溫度的相應(yīng)提高。以100%負荷為例，20%的入口欠焓（由入口溫度表示）變化范圍,下輻射區(qū)出口溫度上升了12℃左右，我們知道，在超臨界壓力范圍的大比熱容區(qū)域，幾攝氏度的溫升都會導致工質(zhì)熱物性的急劇變化，導致其比體積，比熱容，溫導系數(shù)等參數(shù)的大范圍浮動，從而導致水動力不穩(wěn)定情況的發(fā)生，可見，水冷壁入口欠焓的精確控制無論是對于玉環(huán)電廠垂直管屏水冷壁還是對于鄒縣電廠螺旋管圈水冷壁都有著重要的意義。 熱偏差對螺旋管圈水冷壁水動力特性的影響數(shù)據(jù)及曲線分析表514 鄒縣100%BMCR工況下熱偏差對水冷壁壓降以及下輻射區(qū)出口溫度的影響熱偏差熱負荷（kW/m2）流動阻力（MPa）重位壓降（MPa）總壓降（MPa）下輻射區(qū)出口溫度（℃）30%20%10%012810%20%30%表515 鄒縣50%BMCR工況下熱偏差對水冷壁壓降以及下輻射區(qū)出口溫度的影響熱偏差熱負荷（kW/m2）流動阻力（MPa）重位壓降（MPa）總壓降（MPa）下輻射區(qū)出口溫度（℃）30%35420%10%010%20%30%圖513 鄒縣100%BMCR超臨界工況下熱偏差對水冷壁壓降等參數(shù)的影響關(guān)系曲線圖514 鄒縣50%BMCR亞臨界工況下熱偏差對水冷壁壓降等參數(shù)的影響關(guān)系曲線分析以上兩表數(shù)據(jù)以及曲線并與玉環(huán)電廠鍋爐相比較我們可以得到以下結(jié)論：（1）由圖可見，在兩種負荷條件下，無論是在超臨界壓力下還是在亞臨界壓力下，總壓降都是隨著熱偏差的增加而不斷上升的。這是由于在平行布置的垂直管組中，假設(shè)在沒有熱偏差的情況下各跟管子兩端的壓降相等，此時如果偏差管中吸熱量有所增加，將會導致管內(nèi)工質(zhì)比容增大，密度下降，流速變快，從而管內(nèi)重位壓降會降低，而流動阻力會增大。在超臨界壓力的高質(zhì)量流速的條件下，流動阻力在總壓降中所占的比例要比重位壓降大的多，此時在受熱偏高的管子中，流動阻力增加的量遠大于重位壓降減小的量，所以總壓降是增加的，管子會流過較小的流量，這說明在這種超臨界壓力條件下，水冷壁內(nèi)工質(zhì)呈現(xiàn)“類似負流量補償特性”；而在亞臨界的低質(zhì)量流速的條件下，雖然單位長度管子對應(yīng)的流動阻力較小，但是鄒縣電廠采用的是螺旋管圈水冷壁，有著比較大的絕對長度，所以他所產(chǎn)生的絕對流動阻力依然很大，并且超過了重位壓降，對水動力特性起著決定性作用，水冷壁流動特性依然表現(xiàn)為“類似負流量補償特性”。這與玉環(huán)電廠水冷壁在超臨界壓力下表現(xiàn)為負流量補償特性，而在亞臨界壓力條件下表現(xiàn)為正流量補償特性的變化有所不同。（2）無論在超臨界壓力下還是在亞臨界壓力下，下輻射區(qū)的出口溫度都是隨著熱偏差的上升而上升的，但是相對于玉環(huán)電廠垂直管屏水冷壁來說，它上升的幅度并不是很大，這是由螺旋管圈水冷壁的結(jié)構(gòu)特性來決定的，因為它盤旋經(jīng)過了爐膛的各個部分，所以它抵抗熱負荷分配不均的能力相對于垂直管屏來講大大加強。雖然螺旋管圈水冷壁的工質(zhì)溫度受熱偏差的影響作用不是很大，由表中數(shù)據(jù)來看20%的熱偏差變化只有幾攝氏度的溫升，但是我們依然不能忽視它的影響，這是因為對于大比熱容特性來講，幾攝氏度的溫升依然足以導致不利的水動力特性。 超臨界鍋爐水冷壁水動力多值性的幾個影響因素分析 熱負荷對多值性的影響表516 熱負荷對水動力多值性的影響水冷壁負荷（t/h）30%設(shè)計熱負荷下總壓降（MPa）60%設(shè)計熱負荷下總壓降（MPa）設(shè)計熱負荷下總壓降（MPa）2980223519531475885圖515 熱負荷對水動力特性的影響曲線分析上表數(shù)據(jù)以及曲線我們可以得到以下結(jié)論：水冷壁水動力穩(wěn)定性與水冷壁的熱負荷密切相關(guān)。由圖中曲線可以明顯看出水冷壁的水動力特性在設(shè)計熱負荷下可以保持良好的單值性，這種情況下不會發(fā)生水動力不穩(wěn)。但是隨著熱負荷的不斷下降，水動力卻呈現(xiàn)出不斷惡劣的趨勢，而且這種情況不斷加劇，尤其到了設(shè)計熱負荷的30%時，出現(xiàn)了比較明顯的多值性，這是由于隨著熱負荷的不斷下降，使熱水段長度有所延長，熱水段阻力上升，但是蒸發(fā)段長度相應(yīng)縮短，蒸發(fā)段中的汽水混合物比容減小，且汽水兩項之間的相對速度減慢，從而導致蒸發(fā)段阻力減小的更多，最終導致總壓降隨著負荷的上升不升反降，出現(xiàn)水動力多值性，從而危及水冷壁的安全穩(wěn)定運行，這種情況一般發(fā)生在汽水共存的低質(zhì)量流速亞臨界工況，會隨著質(zhì)量流量的上升逐漸減弱直至消除，但是我們還是從此看出鍋爐運行中熱負荷調(diào)節(jié)的重要性。 入口欠焓對多值性的影響