强制循环锅炉水动力特性
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第5节 锅炉水动力特性
要确定含汽段的高度,首先要知道起沸点A的位置,亦要确定 加热段的高度hrs。
hrs
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10 6
qmo h1
p
三. 自然循环锅炉水循化的计算
起沸点A的位置在第二加热段h2,该段的吸热量Q2，则加热水段高度hrs 为：
（二）循环回路中的阻力计算
自然循环锅炉的水循环回路阻力由下降管阻力和上升管阻力构成，有摩擦阻 力和局部阻力。管内工质如单相流体、汽液两相流体，其各种阻力应分别计 算。
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进口水的欠焓：
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三. 自然循环锅炉水循化的计算
K 为循环倍率定义: 循环倍率等于进入上升管水的流量qm0与上升管出 口汽流量之比：
K qm0 D
K值是水循环的计算结果之一。水动力计算时先推荐假定一个K，计 算后再校核。 若假定值得到的欠焓 iqh 和用计算结果K得到的 iqh值，两者的绝对 误差小于12kJ/kg,相对误差不超过30%。
三. 自然循环锅炉水循化的计算
锅炉炉水欠焓分析： 1. 当省煤器出口水已沸腾，则 iqh 0 ；净段水的欠焓为：
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D D jd
2. 当部分给水通过蒸汽清洗装置，则认为蒸汽将清洗水层的水都 加热到饱和水，炉水欠焓为：
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三. 自然循环锅炉水循化的计算
起沸点A的位置在第二加热段h2,该段的吸热量Q2，则加热水段高度hrs 为：
（二）循环回路中的阻力计算
自然循环锅炉的水循环回路阻力由下降管阻力和上升管阻力构成，有摩擦阻 力和局部阻力。管内工质如单相流体、汽液两相流体，其各种阻力应分别计 算。
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进口水的欠焓：
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三. 自然循环锅炉水循化的计算
K 为循环倍率定义: 循环倍率等于进入上升管水的流量qm0与上升管出 口汽流量之比：
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K值是水循环的计算结果之一。水动力计算时先推荐假定一个K，计 算后再校核。 若假定值得到的欠焓 iqh 和用计算结果K得到的 iqh值，两者的绝对 误差小于12kJ/kg,相对误差不超过30%。
三. 自然循环锅炉水循化的计算
锅炉炉水欠焓分析： 1. 当省煤器出口水已沸腾，则 iqh 0 ；净段水的欠焓为：
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2. 当部分给水通过蒸汽清洗装置，则认为蒸汽将清洗水层的水都 加热到饱和水，炉水欠焓为：
第13章 强迫流动锅炉水动力特性(西交大 锅炉原理 考研复试)
第13章强迫流动锅炉水动力特性1.直流锅炉的水平蒸发管中为什么会发生水动力多值性？答：产生多值性的原因是：管内有水有气。
具体地说就是：当热负荷一定时，由于蒸发管内同时存在加热水段和蒸发段，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，从而产生了水动力特性的多值性。
2.试述水平蒸发管中发生水动力多值性的影响因素及其影响作用，防止发生水动力多值性的措施有哪些？答：(1). 影响因素及影响作用a．压力——一般来说随着压力的增加，水动力特性趋向稳定。
这是由于随着压力的升高，饱和水和蒸汽的物性接近。
两者的比容差值减小，当流量变化时，工质的平均比容变化减小。
b．入口水的欠焓——进口水的欠焓越小，水动力特性曲线越趋于稳定。
这是由于当热负荷一定时。
欠焓减小，蒸发段增长，蒸汽产量增加，使工质的平均比容随流量的增加不剧烈。
c．加热水段结构特性——增大加热段的阻力可以减小水动力特性的多值性。
这是由于增大加热段阻力相当于增加了流量对压差的影响，总压降中蒸发段阻力的比例相应减小后，减弱了汽水混合物的比容对压差的影响，使得特性曲线趋于单值性。
d．热负荷——提高热负荷相当于减小了工质欠焓的影响，能使管中产生更多的蒸汽，削弱了平均比容变化的影响，因此阻力上升较快。
(2). 防治措施a．减小蒸发管进口水的欠焓；b. 在进口欠焓不变的条件下，增大加热水段的阻力(一般采用加节流圈或在加热段采用较小的管径蒸发段采用较大的管径)。
3. 重位压降对强制垂直流动蒸发管的水动力特性有什么影响？答：（1）当工质垂直向上流动时，重位压差起到了截流圈的作用，改善了水动力特性，可以部分或完全消除多值性；（2）当工质垂直向下流动时，重位压差恶化了水动力特性，使不计重位压差时的单值性流动阻力曲线叠加后出现多值性。
4. 管组发生整体脉动的原因是什么？整体脉动是所有并联蒸发管的流量和蒸发量同时发生周期性波动，一般可分为两种形式：一种形式的整体脉动是由于燃料量、蒸汽量、给水流量以及锅炉压力的急剧波动引起的。
强制流动锅炉及其水动力特性
第九章-1
39-29
螺旋管圈围绕炉膛圈数Z Z决定于螺旋管圈水冷壁的高度ｈ与管 子的倾斜角θ，可由下式计算：
Z=h/(Ltg) 一般情况Z=1.25~1.5圈。 1900t/h锅炉为 Z=1.7圈。
第九章-1
39-30
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。
第九章-1
39-8
• 右图是循环 泵的结构图。
• 热屏4将泵和 电动机的热 量隔离开， 电动机靠体 外冷却器12 冷却，维持 水稳在60℃ 以下。
第九章-1
39-9
循环泵在运行时必须防止泵中水发生汽 化，简称汽蚀。
当有效汽蚀余量py（又称有效净正吸
入水头）大于必须的净正吸入水头 pr（防
止发生汽蚀必须的最低吸入压力比炉水饱和 压力高出的数值）时不发生汽蚀。
限制循环倍率减小的因素：水冷壁中汽水 两相流动不稳定；沸腾传热恶化。
一般， K=3 4，最小为2。
第九章-1
39-7
三、循环泵
循环泵是控制循环锅炉的关键设备。 它的运行可靠性直接影响锅炉的安全工 作。
循环泵都采用无轴封结构，以适应 高温高压工作特点。泵与电动机都浸在 水中，故又称为“湿式定子”型。
热负荷较高的下辐射区，工质在水冷壁管屏 中的流动方式有一次上升方式和上升-上升方式 ，见图12-22。后者是为了提高水冷壁管内的工 质质量流速。上辐射区的热负荷较低，采用一 次上升流动方式。
第九章-1
39-34
第九章-1
39-35
第九章-1
第四节 强制流动锅炉蒸发受热面的汇总
图11-32 管间脉动示意图 （a）管屏中一部分管子内流量的变化；（b）管屏中
另一部分管子内流量的变化
G—进口水量；D—出口蒸汽量；T—变化周期
3．防止脉动的措施
（1）提高工作压力
（2）增大加热段与蒸发 段的阻力比值：
1）管圈进口装节流圈、
2）加热区段采用较小 直径的管子、
3）增加管圈进口工质 欠焓
多值性的根本原因：饱和水、饱和汽密度差
图11-22 均匀受热的水平蒸发管圈
图11-23 水平管圈的水动力特性曲线
3.影响水动力多值性的主要因素
（1）工作压力：P升高，稳定性增强
（2）入口焓值：入口工质温度或焓值越高，水动力 特性趋向越稳定
图11-24 压力对水动力 特性的影响
图11-26 进口工质温度对 水动力特性的影响
图11-33 压力对脉动的影响
（3）提高质量流速 （4）在蒸发区段装中间联箱及呼吸联箱
（5）锅炉启停和运行方面的措施。
三、蒸发受热面中的热偏差
1．热偏差的影响因素
（1）热力不均 （2）水力不均 1）流动阻力的影响（水平、螺旋管）
管圈的阻力系数越大，流量越小，热偏差越严重； 吸热多的个别管圈，工质平均比体积大，阻力大，
加装节流圈孔径djl=10mm时的水动力特性
二、强制流动蒸发受热面中的脉动
1．脉动现象 概念：受热面中流量随时间发生周期性变化的现象。 分类：管间脉动、屏间脉动、全炉脉动。
2．发生脉动的原因 外因：在蒸发开始区段受到外界热负荷变动的扰动。 内因：该区段工质及金属的蓄热量发生周期性变化； 根本原因：饱和水与饱和蒸汽的密度差
管圈中的工质流量低（吸热多，流量少，热偏差 越严重）。
2）重位压头的影响
强制流动锅炉及其水动力特性
过热段温度不断上升． （４）比容不断上升．
四．直流锅炉工作过程特点
１．本质特点： （１）没有汽包．（２）工质一次通过，强迫流 动．（３） 受热面无固定界限．
２．蒸发受热面中工质流动工程特点． （１）强制流动锅炉没有自补偿能力，即受热强的 管子，流动速度小．
（２）在热负荷一定情况，蒸发受热面两端压差 p
1 由于有再循环流量，在额定负荷情况下，由给水量确定的 w 可以小于传热要求的临界质量流速，所以使给水泵压头和功 率大大减少。
2 当锅炉负荷变化时，由于再循环泵的作用，水冷壁管中质量
流速变化不大，因此 w变化小。
3 低循环倍率锅炉由于循环倍率低，循环水量少，可以用直径 较小的汽水分离器取代汽包。
4 低循环倍率锅炉由于循环倍率大于1，水冷壁平均出口干度在 左右，因此传热恶化比一次上升直流锅炉的传热恶化大为减 轻，因而一般可以不用螺纹管。
强制流动锅炉及其水动力特性
第一节 自然循环与强制流动锅炉
一 锅炉的分类
自然循环锅炉：只靠汽水密度差推动工质流动。 强制循环锅炉：利用水泵压头和汽水密度差推动工质流
动。 直流锅炉：工质不循环，一次通过各受热面的锅炉。
自然循环工作原理示意图
汽包
下降管
h
上升管
烟气
下联箱
由Y xj Yss可得： H g p xj H h g p ss 循环推动力（运动压头 ）： S yd H ( h ) g p xj p ss 有效压头： S yx p xj H ( h ) g p ss
比热达到最大值；温度不断升高，密度将逐 低循环倍率锅炉由于循环倍率低，循环水量少，可以用直径较小的汽水分离器取代汽包。
自然循环工作原理示意图
渐减小，导热系数及粘性系数先下降后略有 1 在垂直管圈中，由于重位压差
四．直流锅炉工作过程特点
１．本质特点： （１）没有汽包．（２）工质一次通过，强迫流 动．（３） 受热面无固定界限．
２．蒸发受热面中工质流动工程特点． （１）强制流动锅炉没有自补偿能力，即受热强的 管子，流动速度小．
（２）在热负荷一定情况，蒸发受热面两端压差 p
1 由于有再循环流量，在额定负荷情况下，由给水量确定的 w 可以小于传热要求的临界质量流速，所以使给水泵压头和功 率大大减少。
2 当锅炉负荷变化时，由于再循环泵的作用，水冷壁管中质量
流速变化不大，因此 w变化小。
3 低循环倍率锅炉由于循环倍率低，循环水量少，可以用直径 较小的汽水分离器取代汽包。
4 低循环倍率锅炉由于循环倍率大于1，水冷壁平均出口干度在 左右，因此传热恶化比一次上升直流锅炉的传热恶化大为减 轻，因而一般可以不用螺纹管。
强制流动锅炉及其水动力特性
第一节 自然循环与强制流动锅炉
一 锅炉的分类
自然循环锅炉：只靠汽水密度差推动工质流动。 强制循环锅炉：利用水泵压头和汽水密度差推动工质流
动。 直流锅炉：工质不循环，一次通过各受热面的锅炉。
自然循环工作原理示意图
汽包
下降管
h
上升管
烟气
下联箱
由Y xj Yss可得： H g p xj H h g p ss 循环推动力（运动压头 ）： S yd H ( h ) g p xj p ss 有效压头： S yx p xj H ( h ) g p ss
比热达到最大值；温度不断升高，密度将逐 低循环倍率锅炉由于循环倍率低，循环水量少，可以用直径较小的汽水分离器取代汽包。
自然循环工作原理示意图
渐减小，导热系数及粘性系数先下降后略有 1 在垂直管圈中，由于重位压差
强制循环锅炉水动力特性
进如一果步发展，为衰减型脉动。
图13-11 脉动中参数的变化示意图管内总流动阻力ΔPlz增加，而
如果：
dPjr dPzf dG dD
ΔP0不变，故ΔPlz>ΔP0， G进一 步减小，管内流阻变化加强了扰
动，引发持续型脉动。
• 当加热水段缩短时，两个时刻始沸点之间的管段(Ljr- L′jr )， 由于局部压力增高和工质沸腾使该段的工质温度和管壁温度 升高，而加热水段的流量(流速)降低，对流放热系数减小也 使该段的壁温升高。因此，当加热水段的压力增高，始沸点 界面提前时，由炉内传给受热面的热量，将有部分储蓄在金 属和水之中。
• 随着进水量的下降，以及由于pjb的不断升高，相应的饱和 温度也高，蒸汽产量下降，蒸发段阻力Δpzf由增加逐渐转 为减小，使得流动阻力Δplz<Δp0，则G开始增加而D减小。 此时脉动开始反向变化，始沸点界面向出口移动，Δpjr增加 而Δpzf减小。随着始沸点界面向后移动，加热水段的压力 降低，沸腾温度下降，储蓄在金属和水中的热量又重新放出， 故蒸发量又开始增加而使局部压力升高，相当于回到初始扰 动状态。可见，扰动一旦发生后，即使该扰动已经消失，储 蓄热的变化能使工质的脉动自动持续下去。储蓄热愈大，则 脉动愈剧烈 。
尤其是始沸点附近的热负荷突然增大， 使管子该处蒸汽量增多，局部压力pjb升 高，相应使加热段的压力增高, 而p1并 未改变，故该部分管的G减小δG，则其 加的热界如段面果缩移短向，进口Δp端jr减,而小其了余δ管Δp子jr，中始的沸水点
流量增加；同时蒸发段的长度增加和压 差增大，使出口蒸汽量D增加δD，则 Δpzf增加了δΔpzf，此时管子中各参数 的如图(b)所示
第13章 强迫流动锅炉水动力特性
• 可以认为直流锅炉的循环倍率为1。 • 直流锅炉水冷壁中工质一次性通过，进口是具
第十一章：强制流动锅炉及其水动力特性
G——通过管圈的工质流量，（kg/s）
——工质的平均比容，（m3/kg）
——管路结构பைடு நூலகம்定时可看作常数
从式中可以看出，ΔP与G之间的关系是三次曲线，对应于一个压差只存在一个流量，这就是直流锅炉水动力特性的单值性。这种特性只存在与管圈中是单相流体的时候。当管中存在水和蒸汽双相流体时，则水动力特性为三次曲线，对应于一个压差值就有可能有三个不同流量存在，这就是水动力特性的多值行，也就是常说的直流锅炉水动力特性的不稳定性。水动力特性的不稳定性发生在同时只有蒸发段和热水段的管屏上，水动力多值性不会发生在只有蒸发段的管屏上，影响蒸发管水动力特性的主要因素是蒸汽和水的比容不同，直流锅炉原则上可以在任何压力下工作，但压力越高，水动力特性越稳定，压力越低，水动力特性越不稳定。即使在超临界参数下的直流锅炉，在启动时，也有升压过程，由于压力由低到高，在这过程中水动力特性也是不稳定的。
◆防止脉动的措施：
1、增加管圈进口工质的质量流速ρω。
2、增大热水段阻力。
3、减少蒸发段阻力。
◆用水泵压头推动工质流动的锅炉为强制流动锅炉，利用水泵压头和汽水密度差推动工质流动，循环的有汽包锅炉为强制循环锅炉。强制流动循环的特点：1、由于增加了水泵的推动力，工质流量可以人为控制，水流量可以小一些，即循环倍率可以小一些；2、可采用小直径水冷壁；3、可采用小直径的旋风分离器，因而可以减小汽包直径。
◆强制流动锅炉的水动力不稳定性：
◆热偏差——热偏差产生的原因是工质侧的流向不均和烟气侧的热力不均
◆造成受热面热偏差的原因是吸热不均、结构不均、流量不均。受热面结构不一致，对吸热量、流量均有影响，所以，通常把产生热偏差的主要原因归结为吸热不均和流量不均两个方面
强制循环锅炉水动力特性
结论
06
总结研究成果
强制循环锅炉水动力 特性研究已经取得了 一定的成果，主要表 现在以下几个方面
建立了较为完善的理 论体系，对强制循环 锅炉水动力特性的机 理进行了深入探讨， 为实际应用提供了理 论支持。
通过实验研究，对不 同工况下的强制循环 锅炉水动力特性进行 了详细观测和分析， 揭示了其内在规律和 变化趋势。
温度对水动力特性的影响
总结词
温度对水动力特性具有复杂影响
详细描述
随着温度的升高，水动力特性增强， 流动稳定性提高。但温度过高可能导 致水蒸气化，影响流动稳定性。
受热面布置对水动力特性的影响
总结词
受热面布置对水动力特性具有显著影响
VS
详细描述
合理的受热面布置可以增强水动力特性， 提高流动稳定性。不合理的受热面布置可 能导致流动死区或流动不均匀，影响水动 力特性。
强制循环锅炉水动力特 性
汇报人：可编辑 2024-01-11
目录
• 引言 • 强制循环锅炉的工作原理 • 强制循环锅炉的水动力特性 • 强制循环锅炉水动力特性的影响因素 • 强制循环锅炉水动力特性优化措施 • 结论
引言
01
目的和背景
研究目的
探讨强制循环锅炉水动力特性的影响因素和优化方法，以提高锅炉运行效率。
强制循环锅炉水动
05
力特性优化措施
优化受热面布置
总结词
优化受热面布置是提高强制循环锅炉水动力 特性的重要措施之一。
详细描述
通过合理布置受热面，可以改善锅炉内的热 量传递和流动特性，提高换热效率和减少流 动阻力。具体措施包括优化受热面的结构形 式、增加受热面的面积、调整受热面的角度 和方向等。
控制流量和压力
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图 13—5 进口欠焓对水动力多值性的影响
管长 l =300 m；管子外直径×壁厚 44.5 mm×5 mm； P =17.7 MPa；管子总吸热量 Q =1256 kW
（3）加热水段结构特性的影响
• 结构影响阻力。增大加热段的阻力可以减小水动力特性的多值性。 • 加热段阻力随流量增加是一单调升的曲线，总压降中蒸发段阻力的比例减小后，
• （2）增大加热水段的阻力
Pjl
jl
G2v 2f2
图13—7 加装节流圈消除水动力特性的多值性 (a)水动力特性曲线；(b)节流圈
3.水动力特性的稳定区 BC段是 不稳定 工作区
AB段虽然稳定，但流量 太小，无法保证冷却
ΔP0＞ΔPB ，流量大， 有稳定、单值
ΔPC＜ΔP0＜ΔPB，三 种流量。但CE段为相
• 直流锅炉中有垂直蒸发管和水平蒸发管
13.1 直流锅炉蒸发管的水动力特性 13.1.1水平蒸发管的水动力特性
• 1. 水平蒸发管的水动力特性多值性
任一蒸发管，总压差 P 由流动阻力 Plz 、重 位压差 Pzw 和加速压降 Pjs 等三项组成
P Plz Pzw Pjs
有时，重位压差和加速压降可以忽略不计。
减弱了混合物的比容的影响。 • 相当于叠加一个二次曲线。 • 特性曲线公式中系数变化，推导可看出。
（4）热负荷的影响
下图是 200t/h，14MPa 的直流锅 炉在启动压力 P＝3MPa、进口工
• 热负荷增加，三次项系数A减小，质焓一值次i ＝6项28k系J/k数g 时C增大，曲 线变陡，趋向稳定。
第13章 强迫流动锅炉水动力特性
• 可以认为直流锅炉的循环倍率为1。
• 直流锅炉水冷壁中工质一次性通过，进口是具有 欠焓的过冷水，出口为含气率很高的汽水混合物， 因此直流锅炉水冷壁中工质的状态变化比较大， 容易发生水动力不稳定。
• 从水动力工作的角度来看，直流锅炉与自然循环 锅筒锅炉的本质区别，正在于炉膛蒸发受热面内 的流动特性不同。
C v vl2ql
4 f 2dnr
B
2
l f 2dn
iqh
r
v v v
图13-2水平蒸发管水动力多值性曲线
• 在一个压差下对应有三个可能的流量，这就出现了流量多值性，管子中的 流量非周期性的发生波动，导致并联关组中的流量偏差和热偏差，这就是 水动力的不稳定性或者水动力的多值性。
13.1.2 多值性的影响因素及其防止措施
• 原因：提高热负荷，相当于减小了工质欠焓的影响，能 使管中产生更多的蒸汽，削弱了比容变化的影响，压差 上升较快。
A
v
4f
v iq2h
2 d n ql r
C
v vl
4 f 2dnr
2ql
该曲线与入口焓值等因素有关
2. 水平蒸发管水动力多值性的防止措施
• （1）减小蒸发管进口水欠焓
要使三次曲线只有一个拐点且单调升，应满足条件:
P Plz ZG2v
Z (l / dn jb ) / 2 f 2 。
对同时存在加热水段和蒸发段的蒸发管，随流
量增加，汽水混合物的平均比容减小，P 随
流量的变化具有不确定性。
水平蒸发管为例
假设：①该管沿管长每米热负荷 ql 均匀且保持不变；②
对两相流体采用均相流模型，不考虑相对速度，即两相
对稳定区。
1、如果工作定的△po> △PB,单值区域，稳定； 2、 △pc <△po< △PB,,多值区域，不稳定； 3、 △po <△pc,单值区域稳定
13.1.3 垂直蒸发管的水动力特性
• 重位压差是管内总压差的重要组成部分。 • 作用取决于管圈布置型式。 • 可能产生，也可能消除水动力特性多值性。
• 1. 影响水平蒸发管水动力多值性的因素 • 影响水动力特性有四个因素： • 压力、进口工质欠焓、加热水段的结构特性以及热负荷
（1）压力对水动力特性多值性的影响
P↑，稳定性增 强。原因：密 度差↓，比容
变化减小。
对超临界，存在大 比热区，比容变化 剧烈。须要求最低
质量流速。
图 13—4 压力对水动力多值性的影响
饱和水和蒸汽密度的比值也增 加，但后者增大得更快，因而
G B B 2 3AC
要求更小的入口欠焓。
3A
单值性条件为
B2 3AC 0
将A,B,C带入得到：
iqh
安全裕
7.46r
a
v v
1
kJ/kg
欠焓过小，易使进口工
度系数
质变成汽水混合物，各
并联管流量分配易不均
2. 水平蒸发管水动力多值性的防止措施
2. 多行程垂直蒸发管的水动力特性 总水动力特性曲
线可能变为多值
• 双行程蒸发管包括先下降
后上升的U型管圈和先上 升后下降的倒U型管圈两 种型式。
热负荷一定，进口焓不变时，下
降段的密度ρxj大于上升段ρss。 流量较小时，上升段中焓值剧增，
流体摩擦阻力修正系数 1；③加热段的平均比容取 饱和水比容 v 。
P
ljr dn
G2 2f 2
v
l ljr dn
G2 2f 2
v 1
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1
ljr
(i ij)G ql
iqhG ql
xc ql
l ljr rG
P AG3 BG2 CG
Pa
A v v iq2h
4 f 2dnqlr
① dP / dG 0 的 两 个 相 同 实 根 G0 满 足 导 数
P' (G0 ) P'' (G0 ) 0 ，且 P''' (G0 ) 0 时，出现一个拐点；
② dP / dG 0 为虚根时，则无极值点且单调升。
压力降低，工质汽化潜热增大，
dP / dG 3AG2 2BG C 0
管长 l =300 m；管子外直径×壁厚 44.5 mm×5 mm；进 口水焓 i1 =628 kJ／kg；管子总吸热量 Q =1256 kW
（2）入口水的欠焓的影响
当热负荷一定时，欠焓减小，蒸发段 增长，蒸汽产量增加，使得随着 G 的
增加工质的 v 减小不剧烈，则压差△P
趋向单值性增加。
欠焓为零，A=0，单调 二次曲线，绝对稳定
1. 单行程垂直蒸发管的水动力特性
P Pld Pzw
相当节流圈。稳定变 更稳定，不稳定变稳
定，消除多值性
P Pld Pzw
出现多值性。恶化水动 力 。因流量增加，重位
压差增加先快后慢。
图13-8 单行程垂直蒸发管的水动力特性曲线 1一重位压差曲线；2一流动阻力曲线； 3一总水动力特性曲线 (a)一次上升管；(b)一次下降管
管长 l =300 m；管子外直径×壁厚 44.5 mm×5 mm； P =17.7 MPa；管子总吸热量 Q =1256 kW
（3）加热水段结构特性的影响
• 结构影响阻力。增大加热段的阻力可以减小水动力特性的多值性。 • 加热段阻力随流量增加是一单调升的曲线，总压降中蒸发段阻力的比例减小后，
• （2）增大加热水段的阻力
Pjl
jl
G2v 2f2
图13—7 加装节流圈消除水动力特性的多值性 (a)水动力特性曲线；(b)节流圈
3.水动力特性的稳定区 BC段是 不稳定 工作区
AB段虽然稳定，但流量 太小，无法保证冷却
ΔP0＞ΔPB ，流量大， 有稳定、单值
ΔPC＜ΔP0＜ΔPB，三 种流量。但CE段为相
• 直流锅炉中有垂直蒸发管和水平蒸发管
13.1 直流锅炉蒸发管的水动力特性 13.1.1水平蒸发管的水动力特性
• 1. 水平蒸发管的水动力特性多值性
任一蒸发管，总压差 P 由流动阻力 Plz 、重 位压差 Pzw 和加速压降 Pjs 等三项组成
P Plz Pzw Pjs
有时，重位压差和加速压降可以忽略不计。
减弱了混合物的比容的影响。 • 相当于叠加一个二次曲线。 • 特性曲线公式中系数变化，推导可看出。
（4）热负荷的影响
下图是 200t/h，14MPa 的直流锅 炉在启动压力 P＝3MPa、进口工
• 热负荷增加，三次项系数A减小，质焓一值次i ＝6项28k系J/k数g 时C增大，曲 线变陡，趋向稳定。
第13章 强迫流动锅炉水动力特性
• 可以认为直流锅炉的循环倍率为1。
• 直流锅炉水冷壁中工质一次性通过，进口是具有 欠焓的过冷水，出口为含气率很高的汽水混合物， 因此直流锅炉水冷壁中工质的状态变化比较大， 容易发生水动力不稳定。
• 从水动力工作的角度来看，直流锅炉与自然循环 锅筒锅炉的本质区别，正在于炉膛蒸发受热面内 的流动特性不同。
C v vl2ql
4 f 2dnr
B
2
l f 2dn
iqh
r
v v v
图13-2水平蒸发管水动力多值性曲线
• 在一个压差下对应有三个可能的流量，这就出现了流量多值性，管子中的 流量非周期性的发生波动，导致并联关组中的流量偏差和热偏差，这就是 水动力的不稳定性或者水动力的多值性。
13.1.2 多值性的影响因素及其防止措施
• 原因：提高热负荷，相当于减小了工质欠焓的影响，能 使管中产生更多的蒸汽，削弱了比容变化的影响，压差 上升较快。
A
v
4f
v iq2h
2 d n ql r
C
v vl
4 f 2dnr
2ql
该曲线与入口焓值等因素有关
2. 水平蒸发管水动力多值性的防止措施
• （1）减小蒸发管进口水欠焓
要使三次曲线只有一个拐点且单调升，应满足条件:
P Plz ZG2v
Z (l / dn jb ) / 2 f 2 。
对同时存在加热水段和蒸发段的蒸发管，随流
量增加，汽水混合物的平均比容减小，P 随
流量的变化具有不确定性。
水平蒸发管为例
假设：①该管沿管长每米热负荷 ql 均匀且保持不变；②
对两相流体采用均相流模型，不考虑相对速度，即两相
对稳定区。
1、如果工作定的△po> △PB,单值区域，稳定； 2、 △pc <△po< △PB,,多值区域，不稳定； 3、 △po <△pc,单值区域稳定
13.1.3 垂直蒸发管的水动力特性
• 重位压差是管内总压差的重要组成部分。 • 作用取决于管圈布置型式。 • 可能产生，也可能消除水动力特性多值性。
• 1. 影响水平蒸发管水动力多值性的因素 • 影响水动力特性有四个因素： • 压力、进口工质欠焓、加热水段的结构特性以及热负荷
（1）压力对水动力特性多值性的影响
P↑，稳定性增 强。原因：密 度差↓，比容
变化减小。
对超临界，存在大 比热区，比容变化 剧烈。须要求最低
质量流速。
图 13—4 压力对水动力多值性的影响
饱和水和蒸汽密度的比值也增 加，但后者增大得更快，因而
G B B 2 3AC
要求更小的入口欠焓。
3A
单值性条件为
B2 3AC 0
将A,B,C带入得到：
iqh
安全裕
7.46r
a
v v
1
kJ/kg
欠焓过小，易使进口工
度系数
质变成汽水混合物，各
并联管流量分配易不均
2. 水平蒸发管水动力多值性的防止措施
2. 多行程垂直蒸发管的水动力特性 总水动力特性曲
线可能变为多值
• 双行程蒸发管包括先下降
后上升的U型管圈和先上 升后下降的倒U型管圈两 种型式。
热负荷一定，进口焓不变时，下
降段的密度ρxj大于上升段ρss。 流量较小时，上升段中焓值剧增，
流体摩擦阻力修正系数 1；③加热段的平均比容取 饱和水比容 v 。
P
ljr dn
G2 2f 2
v
l ljr dn
G2 2f 2
v 1
xc 2
v v
1
ljr
(i ij)G ql
iqhG ql
xc ql
l ljr rG
P AG3 BG2 CG
Pa
A v v iq2h
4 f 2dnqlr
① dP / dG 0 的 两 个 相 同 实 根 G0 满 足 导 数
P' (G0 ) P'' (G0 ) 0 ，且 P''' (G0 ) 0 时，出现一个拐点；
② dP / dG 0 为虚根时，则无极值点且单调升。
压力降低，工质汽化潜热增大，
dP / dG 3AG2 2BG C 0
管长 l =300 m；管子外直径×壁厚 44.5 mm×5 mm；进 口水焓 i1 =628 kJ／kg；管子总吸热量 Q =1256 kW
（2）入口水的欠焓的影响
当热负荷一定时，欠焓减小，蒸发段 增长，蒸汽产量增加，使得随着 G 的
增加工质的 v 减小不剧烈，则压差△P
趋向单值性增加。
欠焓为零，A=0，单调 二次曲线，绝对稳定
1. 单行程垂直蒸发管的水动力特性
P Pld Pzw
相当节流圈。稳定变 更稳定，不稳定变稳
定，消除多值性
P Pld Pzw
出现多值性。恶化水动 力 。因流量增加，重位
压差增加先快后慢。
图13-8 单行程垂直蒸发管的水动力特性曲线 1一重位压差曲线；2一流动阻力曲线； 3一总水动力特性曲线 (a)一次上升管；(b)一次下降管