【正文】 第六章 結(jié)論與展望垂直管屏水冷壁一般不適合作變壓運(yùn)行，可是采用低質(zhì)量流速的內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁卻能夠作變壓運(yùn)行，它不僅保持了螺旋管圈鍋爐運(yùn)行上的眾多優(yōu)點(diǎn)，而且還克服了螺旋管圈的一些缺點(diǎn)，具有廣泛推廣的價(jià)值。圖514超臨界壓力下工質(zhì)的比容 本章小結(jié)(1)對(duì)該鍋爐水動(dòng)力特性，即壓降——流量數(shù)據(jù)及曲線進(jìn)行分析，得到該鍋爐在亞臨界與超臨界工況下水動(dòng)力穩(wěn)定的結(jié)論。原因主要有：(1)管子內(nèi)壁處流體溫度較高，導(dǎo)熱系數(shù)卻降低，使導(dǎo)熱性差的流體與管子內(nèi)壁接觸，當(dāng)工質(zhì)溫度正好處于比熱最大的擬臨界溫度附近時(shí)，發(fā)生傳熱惡化的機(jī)會(huì)就會(huì)增加。(2)工質(zhì)比容在擬臨界溫度附近的大比熱區(qū)內(nèi)發(fā)生急劇變化。在超臨界壓力工作的水冷壁，管內(nèi)工質(zhì)溫度處于對(duì)應(yīng)壓力下的大比熱區(qū)范圍，隨著工質(zhì)吸熱量增加，工質(zhì)溫度變化不大，而工質(zhì)比容急劇增大，溫導(dǎo)系數(shù)急劇減小，容易引起水動(dòng)力不穩(wěn)定或流量分配不均，同時(shí)可能引起工質(zhì)對(duì)管壁的傳熱變差，導(dǎo)致類膜態(tài)沸騰。如流體的密度顯著減小，比容顯著增大，粘度與導(dǎo)熱系數(shù)也顯著減小。在臨界點(diǎn)處，水的比熱容為無窮大。圖512 100%BMCR工況壓降管子內(nèi)徑曲線，℃。而在工質(zhì)物理性質(zhì)基本不變的情況下，工質(zhì)的質(zhì)量流速降低必然會(huì)使流動(dòng)阻力降低，從而造成總壓降降低。圖510 50%BMCR工況壓降管子內(nèi)徑曲線圖511 30%BMCR工況壓降管子內(nèi)徑曲線(2)圖512代表的是超臨界工況條件下管子內(nèi)徑與壓降的關(guān)系。由管子內(nèi)徑—壓降曲線可以看到，隨著管子內(nèi)徑的增大，重位壓降基本不變或稍有降低，而流動(dòng)阻力和總壓降顯著降低。管子根數(shù)如果選用的比較多，首先爐膛空間是有限的，而且在爐膛內(nèi)熱負(fù)荷及熱流密度不變的條件下，每根管子吸熱會(huì)發(fā)生變化，極有可能導(dǎo)致管組吸熱偏差很大，最終導(dǎo)致水動(dòng)力不穩(wěn)定。當(dāng)管子根數(shù)增加時(shí)，在管組總質(zhì)量流量不變的前提下，單根管子的質(zhì)量流量和質(zhì)量流速都要下降，從而造成流動(dòng)阻力的變小。圖55 30%BMCR工況壓降管子根數(shù)曲線(1)在亞臨界工況條件下，隨著管子根數(shù)的增加，管內(nèi)各壓降都在降低。所以隨著熱負(fù)荷的增加，工質(zhì)質(zhì)量流量也可以大大增加，以滿足出口工質(zhì)流量的需求。質(zhì)量流量處于1200~1500kg/h的范圍，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量流速也遠(yuǎn)高于1200，流動(dòng)阻力在總壓降中所占的比重已經(jīng)很大，而且隨著質(zhì)量流量的提高，其值也在不斷增大，造成總壓降也在不斷增大；此時(shí)的重位壓降卻隨著質(zhì)量流量的提高而增大幅度很小，這是因?yàn)樵诔R界工況下，爐膛下輻射區(qū)管內(nèi)工質(zhì)處于大比熱區(qū)范圍外，工質(zhì)物理性質(zhì)比較穩(wěn)定，比容變化不大，所以質(zhì)量流量增大對(duì)重位壓降影響不大。原因是當(dāng)欠焓水增加時(shí)，熱水段流動(dòng)阻力會(huì)增加，而蒸發(fā)段流動(dòng)阻力會(huì)減小，那么造成熱水段流動(dòng)阻力增大幅度不大；而在低負(fù)荷條件下，質(zhì)量流量增大，造成熱水段長(zhǎng)度增大，蒸發(fā)段長(zhǎng)度減小，管內(nèi)工質(zhì)平均比容增大，所以重位壓降增大幅度很大。 水動(dòng)力特性計(jì)算結(jié)果與分析 30%BMCR工況水動(dòng)力特性已知參數(shù)同流量補(bǔ)償計(jì)算中的一樣，只不過在計(jì)算中固定熱流密度、管子內(nèi)徑、管子根數(shù)等值，輸入一系列流量值，分別計(jì)算管子壓降。根據(jù)該1000MW超超臨界鍋爐下輻射區(qū)水冷壁和冷灰斗水冷壁特點(diǎn)，假定每根水冷壁管子經(jīng)過的爐膛熱負(fù)荷區(qū)幾乎相同，選取其中一根管子進(jìn)行計(jì)算。 水動(dòng)力特性計(jì)算方法由水動(dòng)力特性的定義我們知道，水動(dòng)力特性計(jì)算關(guān)鍵是找到關(guān)系ΔP=f（G），其基礎(chǔ)也是對(duì)管子壓降的計(jì)算。但是僅僅具有單值性還是不夠的，如果壓降流量曲線的斜率過小，一個(gè)不大的壓降變動(dòng)可能引起很大的流量波動(dòng)。這樣，當(dāng)增加欠焓水的流量時(shí)，熱水段中的流動(dòng)阻力將增大，而蒸發(fā)段中的流動(dòng)阻力將減小。但在蒸發(fā)受熱面中，工質(zhì)為汽水兩相混合物，在某些條件下，在同一壓降和差不多同樣受熱的條件下，各并列管子中工質(zhì)的流量會(huì)出現(xiàn)很大的差別，同一壓降對(duì)應(yīng)兩個(gè)或幾個(gè)不同的流量，這種流動(dòng)就是多值性的。在這章，將會(huì)對(duì)該鍋爐的水動(dòng)力特性進(jìn)行計(jì)算，校核水動(dòng)力單值性。 本章小結(jié)(1)對(duì)1000MW超超臨界鍋爐垂直管屏水冷壁作了具體介紹，針對(duì)本課題要計(jì)算部分下輻射區(qū)和冷灰斗的具體參數(shù)作了詳細(xì)探討。說明隨著熱負(fù)荷的增大，單位吸熱量的增加導(dǎo)致的總壓降增大幅度變大，也就是吸熱量偏差使總壓降變大的能力增大。超臨界直流工況具體參數(shù)詳見表46表46 超臨界直流工況計(jì)算參數(shù)80%2515003201300352160090%28150036014003521720100%30150040015003521850利用上節(jié)中的流程圖，通過程序計(jì)算，得到超臨界直流工況三種不同熱負(fù)荷的壓降—熱偏差對(duì)應(yīng)值，見表47~表49表47 80%BMCR工況壓降熱偏差對(duì)應(yīng)值流動(dòng)阻力(MPa)重位壓降(MPa)總壓降(MPa)30%20%10%010%20%30%表48 90%BMCR工況壓降熱偏差對(duì)應(yīng)值流動(dòng)阻力(MPa)重位壓降(MPa)總壓降(MPa)30%20%10%010%20%30%表49 100%BMCR工況壓降熱偏差對(duì)應(yīng)值流動(dòng)阻力(MPa)重位壓降(MPa)總壓降(MPa)30%20%10%010%20%30%—熱偏差曲線根據(jù)以上各表數(shù)據(jù)，繪制出超臨界直流工況三種不同熱負(fù)荷的壓降—熱偏差曲線，如圖49~圖411圖49 80%BMCR工況壓降熱偏差曲線圖410 90%BMCR工況壓降熱偏差曲線圖411 100%BMCR工況壓降熱偏差曲線分析圖49~圖411，我們可以得到以下結(jié)論：(1) 在三種熱負(fù)荷條件下，隨著吸熱量的增加，總壓降都是上升的。(2)比較三圖中總壓降的斜率，發(fā)現(xiàn)圖48總壓降的斜率最小，說明單位吸熱量的增加導(dǎo)致的總壓降減小幅度變小，也就是吸熱量已經(jīng)不容易使總壓降變小。 亞臨界直流工況流量補(bǔ)償特性亞臨界直流工況具體參數(shù)詳見表42表42亞臨界直流工況計(jì)算參數(shù)30%111300120135267150%17130020035284970%21130028033521048利用上節(jié)中的流程圖，通過程序計(jì)算，得到亞臨界直流工況三種不同熱負(fù)荷的壓降—熱偏差對(duì)應(yīng)值，見表43~表45表43 30%BMCR工況壓降熱偏差對(duì)應(yīng)值流動(dòng)阻力(MPa)重位壓降(MPa)總壓降(MPa)30%20%10%010%20%30%表44 50%BMCR工況壓降熱偏差對(duì)應(yīng)值流動(dòng)阻力(MPa)重位壓降(MPa)總壓降(MPa)30%20%10%010%20%30%表45 70%BMCR工況壓降熱偏差對(duì)應(yīng)值流動(dòng)阻力(MPa)重位壓降(MPa)總壓降(MPa)30%20%10%010%20%30%—熱偏差曲線根據(jù)以上各表數(shù)據(jù)，繪制出亞臨界直流工況三種不同熱負(fù)荷的壓降—熱偏差曲線，如圖46~圖48圖46 30%BMCR工況壓降熱偏差曲線圖47 50%BMCR工況壓降熱偏差曲線圖48 70%BMCR工況壓降熱偏差曲線分析圖46~圖48，我們可以得到以下結(jié)論：(1)在三種熱負(fù)荷條件下，隨著吸熱量的增加，總壓降都是下降的。所以。整個(gè)程序的設(shè)計(jì)計(jì)算主要參考文獻(xiàn)[12]。由前面的原始數(shù)據(jù)與假定的初始數(shù)據(jù)以及對(duì)于模型的合理化假設(shè)，可以將計(jì)算程序分為兩個(gè)模塊，亞臨界直流工況模塊和超臨界直流工況模塊。(3) 為了簡(jiǎn)化吸熱量計(jì)算和相變點(diǎn)的計(jì)算，假設(shè)在一定負(fù)荷下，管段沿管長(zhǎng)吸熱量均勻一致。分別對(duì)兩種工況所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，就可以分析在亞臨界工況和超臨界工況下管內(nèi)工質(zhì)的流量補(bǔ)償特性。鍋爐的最低直流負(fù)荷選定為25% BMCR，則由圖42可看出，鍋爐水冷壁在0~25% BMCR為強(qiáng)制循環(huán)，在25~71% BMCR負(fù)荷范圍內(nèi)為亞臨界直流運(yùn)行，而在71%~100% BMCR負(fù)荷間為超臨界直流運(yùn)行。管子內(nèi)徑：光管段長(zhǎng)度：內(nèi)螺紋管段長(zhǎng)度：管子根數(shù)：352入口質(zhì)量含汽率：0光管每米摩擦系數(shù)：管子壁厚：管距：節(jié)流圈阻力系數(shù)：100分叉管阻力系數(shù)：下聯(lián)箱阻力系數(shù)：中間聯(lián)箱阻力系數(shù)：水冷壁熱有效系數(shù)：滿負(fù)荷時(shí)平均面積熱流量：400內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu)：四頭 流量補(bǔ)償模型的建立該模型的建立就是要找到壓降與熱偏差的關(guān)系，對(duì)于每一種工況，可以輸入一系列熱流密度，例如熱偏差為10%、20%、30%、10%、20%、30%等，分別計(jì)算在該熱流密度的條件下管內(nèi)工質(zhì)的壓降，得到壓降數(shù)據(jù)與熱偏差關(guān)系的曲線。冷灰斗水冷壁入口處為下聯(lián)箱，聯(lián)箱出口的水冷壁管內(nèi)裝有節(jié)流圈，因?yàn)槁?lián)箱出口的管子直徑較粗，采用兩個(gè)分叉管過渡到小直徑的水冷壁管。給水泵的最小流量為5%BMCR，啟動(dòng)過程中水冷壁系統(tǒng)始終保持25%BMCR的流量。由分離器貯水箱底部引出的三根疏水總管通往凝汽器，通過調(diào)節(jié)閥和節(jié)流孔板控制流量調(diào)節(jié)貯水箱水位。水冷壁下集箱采用的小直徑集箱，并將節(jié)流孔圈移到水冷壁集箱外面的水冷壁管入口段，入口短管采用的較粗管子，在其嵌焊入節(jié)流孔圈，再通過二次三叉管過渡的方法，與的水冷壁管相接，這樣節(jié)流孔圈的孔徑允許采用較大的節(jié)流范圍，保證孔圈有足夠的節(jié)流能力，按照水平方向各墻的熱負(fù)荷分配和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，調(diào)節(jié)各回路水冷壁管中的流量，保證水冷壁出口工質(zhì)溫度的均勻性，防止個(gè)別受熱強(qiáng)烈和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的回路與管段產(chǎn)生DNB和出現(xiàn)壁溫不可控制的干涸(DRO)現(xiàn)象。該鍋爐采用內(nèi)螺紋管一次垂直上升管屏，水冷壁管共有2144根，其中前后墻各有700根，側(cè)墻各有352根，四頭內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，管材為SA213T12，采用焊接膜式壁結(jié)構(gòu)。該鍋爐采用∏型布置，單爐膛反向雙切圓燃燒方式，PM型燃燒器+MACT配風(fēng)技術(shù)，爐膛斷面尺寸為。第四章 流量補(bǔ)償特性的計(jì)算與分析在前面的章節(jié)中，已經(jīng)在理論上分析了內(nèi)螺紋管垂直管屏實(shí)現(xiàn)變壓運(yùn)行的可行性，并且介紹了管子壓降的計(jì)算方法。所以要對(duì)鍋爐水動(dòng)力計(jì)算方法作詳細(xì)的研究探討。 相變點(diǎn)的確定直流鍋爐的蒸發(fā)受熱面中，兩相蒸發(fā)區(qū)與前后的單相區(qū)之間并無固定的界限，在工況變化時(shí)，蒸發(fā)段長(zhǎng)度會(huì)隨之變化。 (314) (315)式中——兩相流體的總壓降，；——兩相流體的流動(dòng)阻力，；——兩相流體的重位壓降，；——兩相流體的加速壓降，；——兩相流體的摩擦阻力，；——兩相流體的局部阻力。總之，單相流體的加速壓降可不計(jì)算。當(dāng)計(jì)算單相蒸汽時(shí)，因?yàn)楣べ|(zhì)比容非常大，而且隨著受熱增加也會(huì)有一定的比容變化，但是在該計(jì)算中，因?yàn)檎羝螘?huì)非常短，所以單相蒸汽的摩擦壓降和局部阻力公式簡(jiǎn)化為 (38) (39)式中——飽和蒸汽密度 單相流體的重位壓降 (310)式中——管段計(jì)算高度，；——工質(zhì)平均密度。 單相流體壓降的計(jì)算方法單相流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，總壓降可由下式計(jì)算 (31)式中——總壓降。由于相變的存在，使其流動(dòng)過程變得非常復(fù)雜，因此不可能直接應(yīng)用理論流體力學(xué)的數(shù)學(xué)方法解決這些實(shí)際問題。(3)流動(dòng)式樣模型這種模型較復(fù)雜，其研究仍處于初級(jí)階段。在這里采取了兩個(gè)假定：液相和汽相的流速相等；兩相介質(zhì)已達(dá)到熱力學(xué)平衡。工程上主要應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)處理方法得到關(guān)系式或曲線，然后再應(yīng)用到與試驗(yàn)條件相類似的實(shí)踐中去，具有很大的局限性。這些成果不僅解決了有關(guān)的工程技術(shù)問題，而且為建立和發(fā)展兩相流體動(dòng)力學(xué)和傳熱這門學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。汽液兩相流體的流動(dòng)工況在動(dòng)力、化工、核能、制冷、石油、冶金等工業(yè)中經(jīng)常遇到。兩相流的分界面是隨流動(dòng)不斷變化的。另外，為了方便進(jìn)行編程計(jì)算，我們將對(duì)部分公式進(jìn)行理想化處理。(3)在理論上分析了內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁能夠?qū)崿F(xiàn)變壓運(yùn)行。 本章小結(jié)(1)介紹了超臨界鍋爐水冷壁的型式與爐膛布置方式。試驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)質(zhì)量流速低于500時(shí)，內(nèi)螺紋管的旋流作用減弱。熱負(fù)荷愈低，自然循環(huán)特性愈明顯．出口工質(zhì)溫度的上升幅度就愈小。采用垂直管屏水冷壁變壓運(yùn)行的本生爐新方案的基本思想正是利用這種流量分配的自然循環(huán)特性。結(jié)合超臨界壓力下工質(zhì)熱物理特性變化可知，大比熱區(qū)內(nèi)，工質(zhì)比容和溫導(dǎo)系數(shù)發(fā)生突變且變化幅度很大，當(dāng)管子吸熱偏差增大時(shí)，對(duì)于水冷壁流量分配和傳熱影響十分明顯。由兩式得到 (29)式(29)不僅十分直觀的說明了吸熱偏差對(duì)平行管流量偏差的影響，特別有意義的是直接表達(dá)超臨界壓力下，工質(zhì)定壓比熱和工質(zhì)溫升或工質(zhì)焓增對(duì)流量偏差的影響關(guān)系。此時(shí)管內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量流速很低，吸熱量較強(qiáng)的管子重位壓降的減小值要大于摩擦阻力的增大值，所以