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1、超临界压力下的工质特性,国电聊城发电有限公司 2007年10月,超临界参数的基本特性,随着压力的提高，水的饱和温度相应随之提高，汽化潜热减小，水和汽的密度差也随之减小。当压力提高到22.12 MPa时，汽化潜热为零，汽和水的密度差也等于零，该压力称之为超临界压力，水在该压力下加热到374.15 时，即全部汽化成蒸汽，该温度称之为临界温度(即相变点)。超临界压力与临界压力时情况相同，当水被加热到相应压力下的相变点温度时，即全部汽化。因此，超临界压力下水变成蒸汽不再存在汽水两相区。由此可知，超临界压力直流锅炉中，由水变成过热蒸汽经历了两个阶段，即加热和过热，而工质状态由未饱和的水变为干饱和蒸汽，后
2、变为过热蒸汽。,工质物性变化特性,1大比热容特性超临界压力下工质的大比热容特性如图所示。由图可见：超临界压力下，对应一定的压力，存在一个大比热容区。进入该区后，比热容随温度的增加而飞速升高，在拟临界温度处达到极值，然后迅速降低。将比热容超过8.4kJ/(kg)的温度区间称大比热容区。压力越高，拟临界温度向高温区推移，大比热容特性逐渐减弱。,2其他特性 如图所示，在超临界压力的大比热容区内，工质比容、粘度、导热系数等也都剧烈变化，离开大比热容区后则变化趋缓。除了比热容以外，上述参数的变化都是单方向的，随着温度的升高，比容增大，粘度、导热系数降低。1p=25MPa 2一p=30MPaCP 比热，导
3、热系数，工质动力黏度，比容。,超临界压力下的水力特性,1水动力多值性 直流锅炉的水动力多值性是指平行工作的水冷壁管内，同一工作压差对应三个不同流量的情况。一旦发生水动力不稳定，运行中一些管子流量大，另一些管子则流量很小，且交互倒替。流量小的管子出口工质已是过热蒸汽，由于质量流量减小，“蒸干”点也提前至炉内高温区，这两种情况都会导致管壁超温。直流锅炉产生水动力多值性的主要原因是水预热段与蒸发段具有不同的水阻力关系式。当汽和水的密度差大以及水冷壁入口水的欠焓超过一定值时即会出现。因此，工作压力越低，水冷壁入口水温越低，水动力多值性越严重。质量流速的提高则可改善水动力的稳定性。对于超临界压力的水冷壁
4、，虽然没有汽水共存区，但由于在拟临界温度附近工质比容变化极大，因此水平管圈水冷壁(重位压差在总流阻中的比例小)也有流动多值性的问题。下页图表示了超临界压力下水平管圈质量流速和进口比焓对流动多值性的影响。,由图可知，要保持特性曲线有足够陡度，必须使水冷壁进口工质比焓h1大于1256kJ/kg。但在低负荷或高压加热器切除时，水冷壁的进口工质比焓仍会下降，由图中曲线可知，当水冷壁的进口工质比焓小于837kJ/kg时，仍会有流动多值性的问题。根据图，锅炉只要保持最低质量流速大于700800kg/(m2s)即可避免出现水动力多值性。曲线1-h1=837kJ/kg；曲线2-h1=1045kJ/kg；曲线3
5、-h1=1256kJ/kg p=29.4MPa，L=200m，d=384，Q=837kW,2吸热偏差引起流量不均 直流锅炉的水冷壁管在蒸发时(低于临界压力)或大比热容区中(超临界压力)介质比体积将随加热偏差而急剧增大，偏差管中的介质流量可能明显低于平均值而导致偏差管出口温度可能非常之高。超临界压力下，当管件平均的出口工质比焓落在大比热容区的范围内时(见图)，或者低于临界压力，管件进口的含汽率小于0.85时，这种比体积急剧增大、个别管子出口介质温度很高的现象最为明显。大比热容区的范围 cp8.4kJ/(kg),管屏的吸热不均系数、管屏平均焓增以及工质的进口比焓对水力不均及管子出口汽温的影响，如图
6、所示。由图可知，当介质出口比焓落在大比热容区之外时，流量偏差和壁温偏差都很小(图中曲线1、2)。但对于在大比热容区工作的水冷壁，吸热不均的影响极大(曲线3、4、5)。,而且管屏平均焓增h越大、吸热不均系数越大，流动不均越厉害(即G越小)，出口汽温变化也越大。工质的进口比焓h1对流动不均的作用有一极值，在实用的范围内，水力不均随工质进口比焓的升高而恶化。超临界压力下，随着工作压力的升高，大比热容区的比体积变化趋缓，热力不均对流量偏差的作用减弱，管件出口的温度不均也小得多。,p24MPa时的流量偏差特性(a)h11256kJkg；(b)h840kJkg 1-h210kJkg；2-h420kJkg；
7、3-h630kJkg；4-h820 kJkg；5-h1050kJkg；6-h1420kJkg；7-h1840kJkg；8-h11260kJkg；9-h11680kJkg；10-h12100kJkg。,超临界压力机组在75MCR以下负荷运行时为亚临界压力运行，随着压力的降低，汽水密度差增大，重位压头的作用削减，吸热不均的影响会更大些。因此当超临界机组在低负荷下运行时，同样的吸热偏差就要引起更大的流量降低，此时更应注意炉内火焰的均匀性。例如600MW超临界锅炉水冷壁为螺旋管圈，曾经因为燃烧调整不好，火焰向后墙偏斜，在50%MCR以下的负荷范围内运行时，出现较多数量的管壁超温，其原因既有管屏间吸热不均引起的流量不均问题，也可能有较低压力下出现的流动不稳定现象，二者都会造成水冷壁管内的工质流量减小，质量流速降低，使各水冷壁的完全汽化点不同程度地提前。机组负荷高于60%MCR后，火焰偏斜程度改善，水冷壁整体质量流量增大，超温现象逐渐减缓。,
