直流锅炉水动力及其计算资料重点
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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
详细描述
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。
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
锅炉水动力特性与传热
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。
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
AB单相水对流传热；BC过冷核 态沸腾；CD饱和核态沸腾；DE 强制水膜对流传热段；EF传热
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。
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
2 4
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
2
9
2
10
2
11
2
12
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
23
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。
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）。
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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。
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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。
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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。
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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。
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热面） ●热效流动偏差：热负荷不均匀。（水冷壁、 v
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
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