《9第九章 自然循环原理及计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《9第九章 自然循环原理及计算.docx（15页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、笫九章自然循环原理及计算第一节自然循环的基本原理一、自然气环施述由汽包、下降管.联金.上升管等组成的循环回路中，上升管在炉内受热，管内的水被加热到饱和遥度并产生部分荔汽：而下降管在炉外不受热.管内为饱和水或未饱和水.国此，上升管中汽水混合物的定度小于下降管中水的密度，在下联的中心两例将产生液柱的重位爰，比压差推动汽水温合物沿上升管向上流清，水沿下得菅向下淹满.工质在沿汽包、下得管、下联箱、上升管、上联拓、连接黄道再到汽包这样的回踣中的运动是由其密度差造成的，而没有任何外来指动力.因此将这种工质的结环流淌称为自恁循环二、电然循环日*的总压差画出简洁循环回路示意图。下联箱中心极面A-A两1期将受到
2、不同的压力。ft左例管内工质作用在酸面A-A的静压力：q=S+ZP“（9-1）截而右例管内汽水混合物作用在核面A-A的停压为：HighPK（9-2）从4（9-1和式9-2可以看出,由于石口三,所以t?压丹）八.表示裁密A-A为侧所受压力是不同的，比压力差将推动联箱内工质由左向右移动。循环回路中，工度流淌时要克根磨擦阻力和局部阻力。现依据流体流满的墓本原理分析,流淌状态下联轴中心处的压力：1,下降管系轨作用在收箱中心处的压力在流涌时，下降管系统有流滑取力损失AP”，水向下流淌时在联籍中心处的实际压力R要比静压小AP0,即匕=七+的一%P（9-3）2、上升管系*作用在赋箱中心处的压力由于上升管内工
3、庆流淌是由下向上流淌，联箱中心处的压力P2应能克服上升管系燎的总流淌阻力匕和重位压来，才的爱工质进入汽包，国比鸟=6+4g6+M,p（9-43、总压差（1）下降管系统的总压差为：；产P-B=石即-寸Ptt（9-5）（2）上升管系统的总压差为：M：=八一七=Z%-M,R（9-6）在稳定流涌时，联箱中流体只有一个压差值（与汽包压力的差值），所以这两个压差值必需相等，即M=W（9-7）式（9-7）是用来计算锅炉水循环的主要依据,这种方法称为水循环计算中的压差法。三、运动压头自然循环回路中的循环推动力称为运动压头，以4“表示Pyd=P-PftKfi/：（9-8自然循环回路中的运动压头就是回路中循环的推
4、动力，这一压头将耗用于克服下降管、上升管及汽水分别最黄的流淌阻力，即PM=匕+%+P1（9-9）运动压头扣除上升管系统的阻力、汽水分别装置的取力之后，轲余部分就用:为有效压头.以？我示匕=&TAR+口）Pa（9-10）砧环回揩的右效压头是用来克服下得管咀力的.因比，自然循环回路占，工质在柳定流满状况下,有效压头应与下降管票标的阻力相等,即Pf=P.,9-11）式9-11也可用来对俣炉透行水循环的计算,这种方法称为水循环计算中的压头法。四、斗喧棚环推动力的因素运动压关的大小取决于饱和水与饱和汽的密度差、上升管中的含汽率和循环到路的高度，锅炉的工作压力，炉膛热负苻，锅炉负荷等,其次节两相流的流量和
5、传热一、森发中汽水两相灌的海现在管内两相流中,汽和水不是匀葬分布的,它们的流速也不一样。由于管径、迎合甥中的含汽率和流速不同，酉相组成的流型也不一样。流型不同.两相流体的流淌阻力和传热机理是不同的。流速的大小和传热的强弱又影响到两相流型。用B09-2各区域的汽型和传热杆点.二、拿发管中汽水防相淀的传热假如热负荷电加.则荔干点会提前出现.环状流淌结构会缩短甚至消逝,沸脾传热惠化可能提前在汽泡状流型区域发生。这时由于汉化核心密集，要管壁形成连块汽膜，将水压向管子中部.由于汽膜导热性很差，导致沸腾传热恶化.一段环这种因管里形成汽媵导致的沸盼传热恁化为第一类沸易传牯需化，成膜态沸唇，它是由于管外局部热
6、负有太高造成的.因管量水膜被蒸干导致的沸修传热愚化杯为其次类沸传牯曷化，它是因汽水混合物中含汽率大高所致.腾传热恚化是一种传热现象.表现为管壁对吸热工质的放热系数出急剧下降,管壁温度随之快速上升，且可能超过金属材料的极限允许温度，致使寿命缩短，材质恐化,甚至即刻筵混烧坏。第三节两相流的种性介数及流淌阻力一、需相流的林性救描述汽水两相流流淌特性的物理量林为汽水两相流的特性叁数。(一)两相流的流速1、质量混速的单住时间内流经单位流通截面的工质质量称为质量流速，用户表示，并用下式计算:7%M),卜2、备环流速,%徜环回路中水在饱和温度下按上升管入口就而计算的水流速度称为循环流速.用“0表示，即5=5
7、=詈/(9-13)式中0饱和水的密度.%一3.折算注速汽水退合物是由汽和水两相组成的,两者的流速不同。为廿算便利常采纳所谓折算流遑。假定流过的汽水混合物中某相工质占有管子全的疲面时计算所得的流速琳为该相的折算流速.明显有恭汽折算流速。；和水的折算流速说之分，它们可分利用下式计算：DV.W1*=m/s(9-14)pAA915）在受热蒸发管内,当工质质量流量G肯定时,不同就面处的蒸汽流量是改变的.管段的平均裁汽折算流速可依据管段入口和出口敌而的蒜汽质量流喂/),和。用下式计算:（9-16）7“，+。纽一2A24燕发管段中水的平均折簿流速为.产丁-%(9.17)2pA2A/$在循环回珞中，依据循环流
8、速的定义,循环水流量竽于流过工质的息流量.而工质总流量又等于流过的水流量与蒸汽流量之和，印G=(G-D)+D或A0p=AU“+A*p,(9-18)即4=%+忧5%水和汽的折算流速事实上是不存在的，折算流速只是反映水或汽的流量，故属于流量参数.4、混合it速叫“流经管子截面的汽水混合物容积等于流过的水容积V与差式容积V之和.合甥的平均流速为如=U+犹%（9-19）(9-20)将（9-18）式中的M代入上式.律：%=稣+!-5,其实流速设管子曲面枳为A的截面上.水和汽所占管子截面的面枳分别为A和AJ用A=4+A,则该放而上水的真实流速ft；为而汽的真实流速，为(9-22)通相真实流注之爰称为相对流
9、速电3：li=-,.（二）含汽率1、质量含汽率X在汽水混合物中，流过菜汽的质量流量D与流过工质总的质量流JtG之比称为质量含汽率，用I表示：D_Apl_paGAp,ilpa已知某截面上工质的好.可用下式计算该截面上的质量台汽率:9-24)X=.式中i极面上工质的格：i,一馆和水的恰：r水的汽化潜热.若巳知某管段入口水的管i,则可用下式计算任一截再上的质量含次率：X=%-a,-if）-9-25）GJr式中0一管段吸热率，%；i,一管段入口水的欠整，%。对于沿管式匀称受热的管段,可依抠入口和出口质量含汽率臬和X,用下式计算其平均台汽率：X=士宝（9-26）2如将（9-23）式代入（9-20）式,则
10、可得：%T+吟-Ol/（9-27）当要求计算某一管段中混合物的平均流速时,以公代存公式（9-20中的0r或以反代替公式（27）中的X即可。2,容积含汽率?流经管子某一戒面的落汽容积流量与汽水混合物总容积流量之比称为该栈台上的容世含汽率，用少表示。困：格公式（9-23）代入，则得:力与K的关系取决于压力和X（见附录1-1）.低压时由于饱和汽的密度小,即使X较小时口值也较大。在任何压力下.德X的增大广值的改变渐渐陵慢。3、求百含汽率*截天台汽军又称其卖含汽亭,用伊表示。它是管道断面上荔汽所占截面A与管干总裁面A之比，即:A展彳A(9-30)此外“二EA；=(P瓯A%由此可再：夕=管力(9-31)令
11、空=C,则得在定义夕和用“时，那把它们看作流量参数，也就是并没有考虑两相之间的速度差别.实际两相流体中，两相间存在速度差别.例如,在上升流淌时，),因而,)llu,所以C。却仍万；下降流满时.ft/a“及(a的.所以C)1.如取汽和水的流速相等,即=.则C=I,这时=夕。比例票数C是混合物流速例“与蒸汽真实流速电之比,因而也就不虑刎募汽和水的相财流速功,随压力的上升,汽和水的相对流速成小,在接近临界压力时C-1.而9-乃。C值是由尊合试验蚊据求得的。附录I-2给出了垂直上升管中C的蚊值,附录I-2（八）是当SlUl35%.().9时的C值：当，叫3.5%时，则应用附浆I-2(c)：当60.9时
12、，对于直流锅炉0值按附录I-2(b)查科.(三)两相流的密度1、注量密度。M,在汽水两相流中，4合物的质量流量与体积流量之比赛为流量密度，用以,表示.夕颌=。：.：,丁=Bpro-BM=P-P(Pt-Pf)%(9-33)流量密度是由流量叁数G、Y得到的，没有考虑汽水的相对滑动，故事实上流量密度是不存在的.它用于流淌阻力、动,、质量流速等以流量特性为基础的各项目的计算。2、真实密度某段管段=汽水迎合物实际存在的密度称为其实密度.用金，表示,如汽水：合物充溢高度为A.息就面积为A的管段中，水和汽所占枝面分别为A和/T,则有：AMip+AJp,=A%则其宾密度为：p.f=p+p,=(-)p+p*=p
13、-(p-P)(9-34)AA真实省度用以计算管子中的相流的质量、定位压头及必否考虑非均相流的各项So在上逑各特姓与数中,p、:、/、X.0及。AU是以工质流量或每一相的流量为基础来表示的参数，故又葬之为流量康匏.流量参数可用于流体的质量流量.容积流量等的计算.而真实流淌件嗫叁数。、伊及Pn是以汽水两相流实际流淌状况力基础的流淌参数，即考虑了汽、水流速不同的差异。真实流满片性叁数用于管内两相流的质量.空便压头等的计算，二、两粕流的流清凰力设有一随意放置的殳热管段，两相流体流经12两个假面时(如图户6所示),其压力芹尸可用下式表示：AP=A-E=A区+AhAPA(9-35)1、流体加速压降某一管段
14、中工质的加速压降等于管段出口截百的动量与管段进口截面动量之差：Pft=X,2-1o若分别对管子进口截而(其干,更为阳和出口截而(其干度为血)应用公式9-37).代入(9-36)式整理后，可得：P,4=S；1-i)U,-x1)收/J(9-393、岸梅瓜力对于匀称混合物的汽水:合物.可按漏合物流速和迎合物密度来计算管段中的摩手阻力：叫,=25色吟七在柳定流淌时,由循环流速的定义可如：kPhlt=M。符(9-27)式代入上式可得：n三1-d9-41)+(j-1)如将大9-20)代入式(970)而不用式(9-27)则可得摩擦阻力的另一表达丸M1.弓竽卜兼%p-(9-42)学力到两相流结构对义的影响，在
15、计算中加入一修正系数W，当管段中汽水混合物含汽率沿管长不变时，摩獐用力损失按下式计算:外=弓竽p+x吟TP”(9-43)式中的修正系数W自附录I-3(b)支取。当管段中汽水笈合物的含汽率沿管长改变时,按下式计算摩擦阻力为关:管段的平均修正系数)按下式计算:(9-45)-Jrf-rf口、心一分别为管段出口,人口版面的平均修正系数，由附录|一3（八）受取.4、局部良力由局部阻力所引起的压力损失，按下式计算：MII=6竽J+X(fPIi9-16)=舄+42+却+第四节自然水循环的率率性指标及计算方法一、自然水循环工作的率*性指标1、质量流速0”和循环流速为质量流速和循环流速的定义式卷见（9-12）.
16、式。循环流速是一个流量参数,虽然它能反映水流装度的快慢,能推断水循环的平安性,但它是按上升管入口水量计算得到的。对于受热不同的上升管.即使循环流速加间,但由于产汽量不同,在上升管出口处的汽水混合物中急水量就不同。对受热瓶的上升管,由于产汽量较多,出口水量较少，管于内壁四周可能难希不住遂续流满的水膜,同时，汽水混合牧比容增大、流速提高，可能撕破很薄的水膜，造成其次类济胁传热恶化，便管壁超温。因此，循环流速不是反映水循环平安的唯一指标。2,偏环倍率K循环倍率的定义反，循环回路中，进入上升管的循环水量G与上升管出口蒸汽量D之比，称为循环倍率，用符号K表示，其数学表达式为K=*9-17）环倍率K的e又
17、是上升管中每产生Ikg第汽须要进入上升管的循环水量,或Ikg水全部变成蒐汽在循环回珞中须要循环的次数。循环倍率K与质量含汽率X互为倒数关系.一环倍率K6大，含汽率X叁小，则上升管出口汽水混合物中水的份题较大，管望水膜稳定，对管壁冷却作用较好。所以，常常循环倍率来评定锅炉水循环是否平安.但K值过大，上升管产汽量大少，上升管内工质的平均密度加地大，循环回2&的运动压头减小，将便循环流速降低，对水循环不安不利.3 .自扑鲁实力和界限含汽率X历着受热而热负有增大,上升管的产汽电加.质量台汽量X增大,一方面运动压头增大：另一方面上升管的流消阻力也屋者港大,循环流速是增大还是双小取决于这两个因素中改变较大
18、的一个.当X不大大时，运动压头的增加大于流淌阻力的增加。因此，R1.WX的增大，循环流遑增大.当X增大到肯定数位后，接着增大X,由于流淌阻力与工质流速的平方成正比，将出现流淌阻力的增加大于运动压头增加的状况，这时随ItX的箝大，徜环流速反而下步,循环流速。（I与上升府版量台汽率X的关系如用9-7所示.图中最大循环流速0所对应的上升管随量含汽率X.称为界羯合汽率K,界限含汽率X”的倒数则称为界限循环倍率K11。在上升管含汽率小于界限台汽串范围内,自然循环回路上升管受热增加时,循环水量和循环流速也随之增大,这种循环转性林朴倭性京朴H实力。若热负荷尢大，上升管含汽车超过界限含汽率，这时度着受热面吸热
19、增加，循环水量和循环流速反而减小，则失去自补信实力.为了保证自然循环回路的工作平安,锅炉应始终在自补整范围内.三,上升管的台汽率必需始终小于界限台汽率，而循环倍率则应始终大于界;艮循环倍率.二、自然水循环的计算方法（一）借坏ISjfr的分段M-）U燃蕾环的计算方法囱然水循环的计算方法有压法和压头法苒种。我国电站佛炉水动力计算方法举着用压差法进行计算,即下择管累统的总压差等于上升管系统的总压差。1、压差法按图9-8可写出自汽包水位而至下联轴中心之间的下降管系统总压是AP；和上升管系统总压爰A：分别为：/=Ejg-际Pil（9-49）阳=九万+Me+M.+%/：（9-50）由本章第一节分析可知，自
20、然循环在f定流淌时，上升管系统和下降管系统的总压差必需相等，EPPi=P;,这就是区差法的基本方程。2、压头法运动压头Pm扣除上升管系统的陋力和汽水分别装置的阻力之后，剩余部即为右效压头：=%TM+P/Po囱然循环在稳定流淌时=P,y。这就是用压头法计算囱然搐环的基本方程式。（三）环目膝的林性焦及工作点自然水砥环的计算过程可归结为赛文基本方程式和解基本方程式。基本方程式的解法有特性曲线图解法两种。在用压头法计算自然婚环的过程中,上升管系统和下降管系统的总压芟的计算与循环流遑有关。而在水势环计算未完成之前又无法需定实际的循环流速.所以须采纳试算法，印先假定一个循环流速恤。分别计算出下降管系统和上
21、升管系统的总压差.假如两者不相等，再在原循环流速A的叁珀上增加（或削戒）一个附加量，依次算下去，直到两者相等（或达到所要求的精度）为止.下面就采纳压头法计算囱然循环的特性台段图解法进行说明。1、何洁目Jr自然循环物检口线图解法2,困魔圄/1然/环”性由线图解法（1）串潴各部分管内工质质量流量相同；（2）系统总压差是各部分各自的特性曲线在流量相同时压差的叠加值。并联系统的林点是：1）弁联的各上升系统压隹相等：（2）总流量是在等压差下各系统流量的总和.第五节自然循环常见故岸及提诲平安性措施一、自然谓环的富兄故障一般常见的故障有：循环停滞、循环倒流.出现囱百水百.汽水分层等。1、备坏停滞2、循环仪洗
22、3.汽水分屋防止汽水分层的措施是尽可能避开布置水平或倾角小于15的沸舔管。如在结为上不行避开时，要尽可能提高管内汽水退合甥的流速.二、下降管含汽者下降管含有落汽时，管内工质平均帝度减小,运动压头减小，而工质的体积流*珞增大，致使下降管的流滑阻力增加。这样能克服的上升管阻力减小,旃环流速和循环倍率降低,使得受热顿的上升管更月洁发生缗环停滞竽故障。步下降管合汽的嫉由主要有：下降管受热产生蒸汽：水在下降管入口自汽化:水进入下砂管时带汽；由于锅炉压力突然下降引起锅水自汽化等等.三、大型自然蕾环餐炉的水环平安问题对于高叁数大容量自传循环俣炉,由于各上升管内工质的含汽率增大，三ftff度提高及大直径集中下
23、际营的采纳等，循环推动力（即运动压头）增大.因此，如果纳合理的设计布置，在亚临界压力下仍可采蝌自然循环恪炉，如IS产DG-1000/16.81自然循环精炉.对于这类锅炉其产生循环停滞和倒流的可能性很小。财正格界压力的自想循环供炉，理论计算和阅历证明,水冷壁平安运行的主要任务之一是防止流格传热恶化。高多数大容量囱想f环锅炉水循环的主要危害在于殳热最强管子的传机恶化。Bk提育水指环平安性的护法格嘀水环平安性的畲儿因素*：并列上升管我热不匀称，下降管带汽,下降管.汽水引出管和汽包内分别装置阻力过大.以及压力改变速度等。1、落发售Ift热不埼假如吸热有显著差别的管子并联在一组上升管系统内，则受热弱的管
24、内就可能发生水循环故源.为戒小并列蒸发管吸热不均，现代辆炉在玷构和布置上常用的措施右：（1）按殳热状况划分循环回略，将每百墙的水冷壁接受热强弱状况划分为若干个独立的循环回路,每一回塔中并列管子的受热状况与转构尺寸差异不大.（2）改存炉粒四角管子的受热状况.由于炉枝四角布置的管子吸热最购.因此因先最好不布置管子,或将炉腰鼓面切询形成八角炉粒,另外.布篁在炉腹四询的一些吸热差的管子最好划分成单独的独立循环回珞.（3）条纳平炉顶结构用平炉顶取代前斜堡顶密,可使两侧墙水冷壁吸热区段的高度基本相同，削减吸拈不勾。为我小并列管吸热不均.在运行方面应四意以下几点：（1）保接炉膛火焰中心位置，道开火焰偏斜.（
25、2）保持水冷壁清洁,防止周部结渔物灰。3）避开锅炉长时间低负荷运行。2,下降管阻力成小下降管阻力实行的措法有：在设计时.应力求减小总阻力系数.可呆纳大直径下降管.布置的管路应力求葡洁：选择较大的下降管板面积与上升管极百枳之比（%a以减小下降管内工质流速。另外,在设计和运行时.应实行一些防止下降管将汽的详组措施。3、汽水引出管和汽包内分别裳Jt的良力鼻小汽水引出管晟力MM,可采纳较大直径引出管，增大流通假面积，即汽水引出管与上升管的核变根之比/）.戒小汽水:合物在引出管内的流速，降低引出管的流淌阻力.另外，管路布置也应尽量简洁.4、压力改变速度在产峻的不稳定工兄下，压力改变速度很大，而压力的快速
26、波动，将引起水循环的改变.在升压过程中,在受热弱的上升管中.由于其本身含汽率小，蓄水量多.压力上升时，产汽量更少，故运动压头降低更多,有可能产生循环的停滞或倒流。循环停冷或时流是否会产生,由升压速度的大小和受热弱管子的受热状况来碇定。热舲管子的吸热量大于该管克服循环件滞（或例流）所须要的最小吸热量时.则该升压速,变是允许的,这时循环停滞或倒流也就不会发生。在降压过收中.工质倍加温度随之降低,工质加金属择放出枳蓄的热量,上升管中产汽量电加.当降压速度不是火大,下降管中不产生荔汽时,回珞的运动压头增加。此外，受热较弱的管子中，由于存水量多，费热量大,降压时产汽量也较多，相当于增加了更多的吸热量，因比，降压对水循环是有利的，假如降压速度过大，下降管中产生蒸汽，这一方面使下降管中流消阻力布加，另一力面使循环回路的运动压头下步.此时对受热弱的管子可能发生循环停滞或倒流，影响水循环的牢靠性-因此，炳炉工况改变时，要限制压力的改变速度在允许范围内.因为压力改变速度过大，一方面依承压部件产生较大的机械应力；另一方面可能使正常的水循环遭到破坏,产生循环故障。
