自然水循环原理课件

自然水循环原理刘银河2008.5自然水循环原理刘银河 一、自然循环回路的水动力基本方程 1.循环回路和管屏区段循环回路和管屏区段 下降管、上升管、锅筒、集箱下降管、上升管、锅筒、集箱及其他部件所组成。及其他部件所组成。简单回路：简单回路：并联的一组（根）并联的一组（根）下降管，下降管，一组（根）几何结一组（根）几何结构尺寸及吸热相同的上升管，构尺寸及吸热相同的上升管，以及其他部件所组成，是独以及其他部件所组成，是独立的循环系统。立的循环系统。自自然然循循环环的的工工作作原原理理 下下降降管管中中水水与与上上升升管管中中汽汽水水混混合合物物间间的的重重位位压压头头差差 使使水在回路中产生环形流动，又称为水循环水在回路中产生环形流动，又称为水循环 一、自然循环回路的水动力基本方程 1.循环回路和管屏区复杂回路 由一系列回路所组成，由一系列回路所组成，各回路之间相互有联系，各回路之间相互有联系，公用其中的某一环节，公用其中的某一环节，如如有共同或部分共同的上升有共同或部分共同的上升管，或有共同下降管，但管，或有共同下降管，但锅筒是各循环回路所共有。锅筒是各循环回路所共有。复杂回路 由一系列回路所组成，各回路之间相互有联系，公2.简单回路的水动力基本方程 稳定流动稳定流动以下集箱以下集箱A-A为分析面为分析面压差平衡方程压差平衡方程(取向下为正取向下为正)上升管压差上升管压差 下降管压差下降管压差 ApgtA 循循环环倍倍率率K 循循环环回回路路中中水水流流量量G G与与回回路路中中产产生生的的蒸蒸汽汽量量D之比，即之比，即1kg1kg水全部变成蒸汽需在回路中循环多少次水全部变成蒸汽需在回路中循环多少次2.简单回路的水动力基本方程 稳定流动上升管压差 下降管b.运动压头法运动压头法 运动压头是循环回路中产生的水循环动力，稳定流动时运动压头是循环回路中产生的水循环动力，稳定流动时克服回路中工质流动的总阻力克服回路中工质流动的总阻力。c.有效压头法有效压头法有效压头是循环回路中的部分水循环动力，稳定流动时有效压头是循环回路中的部分水循环动力，稳定流动时克服回路中下降管的流动阻力。克服回路中下降管的流动阻力。a.压差法压差法 b.运动压头法 运动压头是循环回路中产生的水循环动力，稳定流二、循环回路的压差特性 q和结构一定和结构一定上升管压差上升管压差下降管压差下降管压差不受热无汽，不受热无汽，G，单调减单调减受受热有汽，有汽，G，单调增增两条曲线必有一交点，为两条曲线必有一交点，为回路工作点回路工作点O O。Oo二、循环回路的压差特性 q和结构一定上升管压差下降管压差不自补偿区自补偿区q对上升管压差的影响qq，和和x x都增大，但两者的都增大，但两者的增大趋势却有很大的差别增大趋势却有很大的差别 。Sss先降后升趋势qq，ssgh，ppssss，S Sssss的变化不确定。的变化不确定。G一定，改变热负荷自补偿区q对上升管压差的影响q，和x都增大，但两者的增大q对循环回路工作点的影响运动压头法q较低，较低，x较小（较小（K较大）处，当较大）处，当q，x ,p;，Syd，动力阻力，则动力阻力，则G0。即当即当KKjx时，并联回路具有因上升时，并联回路具有因上升管管q增加而使增加而使G0随之增加的能力称为自随之增加的能力称为自然循环回路的然循环回路的自补偿能力。自补偿能力。可避免管壁超温可避免管壁超温自补偿区自补偿区xq对循环回路工作点的影响运动压头法q较低，x较小（K较大）循环倍率 界限循环倍率和推荐循环倍率界限循环倍率和推荐循环倍率锅炉压力锅炉压力(MPa)(MPa)3.92 3.925.88 10.25.88 10.211.76 13.7311.76 13.7315.69 16.6715.69 16.6718.6318.63锅炉蒸发量锅炉蒸发量(t/h)(t/h)35 35240 160240 160420 400420 400670 800670 800界限循环倍率界限循环倍率Kjx 10 5 3 2.5 10 5 3 2.5推荐循环倍率推荐循环倍率 151525 725 715 415 48 48 46 6循环倍率循环倍率K 衡量锅炉水循环可靠性的指标之一衡量锅炉水循环可靠性的指标之一 K过大（过大（x 过小过小)，运动压头太小，运动压头太小，可能出现循环停滞等水循环故障；可能出现循环停滞等水循环故障；K过小（过小（x 过大），将失去自补偿能力，造成管壁超温过大），将失去自补偿能力，造成管壁超温 界限循环倍率界限循环倍率Kjx 对应对应自然循环失去自然循环失去自补偿能力（最高循环流速）自补偿能力（最高循环流速）时时的循环倍率的循环倍率回路循环倍率回路循环倍率K 应大于界限循环倍率应大于界限循环倍率Kjx，对应的质量含汽率，对应的质量含汽率X应小于临应小于临界质量含汽率界质量含汽率Xlj 循环倍率 界限循三、循环回路的工作点三、循环回路的工作点1.简单循环回路工作点确定的图解法简单循环回路工作点确定的图解法 假定几个假定几个G G (或或w)w)值；值；分别计算出相应的分别计算出相应的S Sssss 和和S Sxjxj，将这几个压差值，将这几个压差值连接起来得到连接起来得到S Sssss和和S Sxjxj的的特性曲线。特性曲线。两曲线的交点两曲线的交点A A即为简即为简单回路工作点，对应的单回路工作点，对应的G G0 0和和S S0 0即为工作点的循环流即为工作点的循环流量和压差。量和压差。三、循环回路的工作点1.简单循环回路工作点确定的图解法 复杂回路：复杂回路：各管组的吸热量、结构特性、联结方式不同。每个各管组的吸热量、结构特性、联结方式不同。每个管组有各自的特性曲线和工作点，整个复杂回路有一总工作管组有各自的特性曲线和工作点，整个复杂回路有一总工作点。点。步骤步骤:分别计算分别计算,作出各管组的压差特性曲线作出各管组的压差特性曲线S Si i；寻找共同部分，合成各曲线得寻找共同部分，合成各曲线得总总S Sxjxj和和S Sssss曲线，交点为回路曲线，交点为回路总工作点总工作点；反推求反推求各管组的工作点各管组的工作点。合成方法：合成方法：串联回路：在相同流量下，压差迭加。串联回路：在相同流量下，压差迭加。并联回路：在相同压差下，流量迭加。并联回路：在相同压差下，流量迭加。2.2.复杂回路的工作点复杂回路的工作点复杂回路：各管组的吸热量、结构特性、联结方式不同。每个管组有（a）并联回路 并联回路：在相同压差下，流量迭加。（a）并联回路 并联回路：在相同压差下，流量迭加。（b）串联回路 串联回路：在相同流量下，压差迭加。（b）串联回路 串联回路：在相同流量下，压差迭加。（C）有集中下降管的复杂回路 算绘制各管组算绘制各管组S Si i；串联迭加得串联迭加得S S1+3-51+3-5和和S S2+4-62+4-6；SS1+3-51+3-5和和S S2+4-62+4-6并联并联迭加得迭加得S Sssss；SSssss与与S Sxjxj交点为回交点为回路总工作点路总工作点A A；从从A A点反推得各管点反推得各管组的工作点。组的工作点。（C）有集中下降管的复杂回路 算绘制各管组Si；自然循环水动力计算 目的：目的：确定合理的最佳回路结构，校核锅炉受热确定合理的最佳回路结构，校核锅炉受热面的工作可靠性，提出提高可靠性的措施。面的工作可靠性，提出提高可靠性的措施。内容和原则：内容和原则：确定循环流量或流速，循环倍率，压差，可靠性确定循环流量或流速，循环倍率，压差，可靠性指标；指标；计算时按平均参数计算，并对条件最差管子进行计算时按平均参数计算，并对条件最差管子进行校验；校验；只对锅炉额定参数进行计算；只对锅炉额定参数进行计算；对结构特性和受热状况基本相同的回路，可选其对结构特性和受热状况基本相同的回路，可选其中一个回路进行计算。中一个回路进行计算。自然循环水动力计算 目的：确定合理的最佳回路结构，校核锅炉受压降（阻力）计算总阻力总阻力摩擦阻力校正系数摩擦阻力校正系数双相摩擦阻力与按均相模型计算的摩擦阻力之比双相摩擦阻力与按均相模型计算的摩擦阻力之比1.摩擦阻力摩擦阻力摩擦阻力系数摩擦阻力系数压降（阻力）计算总阻力摩擦阻力校正系数1.摩擦阻力摩擦阻力2.2.局部阻力局部阻力3.3.重位压降重位压降4.4.加速压降加速压降 管段的出口和进口的单位截面工管段的出口和进口的单位截面工质秒流量的动量差值质秒流量的动量差值 2.局部阻力3.重位压降4.加速压降 管段的出口和进三、水循环计算方法和步骤三、水循环计算方法和步骤1.下降系统压差压差法压差法下降系统密度下降系统密度xj：通常按锅筒压力下的饱和水的通常按锅筒压力下的饱和水的密度计算，即密度计算，即xj 下降管流速下降管流速wxj:三、水循环计算方法和步骤1.下降系统压差压差法下降系统密度2.上升系统压差的计算B始热点始热点,A始沸点始沸点,分段计分段计算算if(i)pss,if(xi)，上升管各段流阻，上升管各段流阻提升压差提升压差pts 分离器的阻力分离器的阻力pfl 必须确定热水段高度必须确定热水段高度hrsQ Q1 1Q Q2 2Q Q3 32.上升系统压差的计算B始热点,A始沸点,分段计算i热水段高度hrs的确定,影响因素下降管入口水欠焓：下降管入口水欠焓：iiqhqh h hrsrs下降管受热焓增：下降管受热焓增：吸热吸热 h hrsrs 散热散热 h hrsrs下降管带汽焓增：下降管带汽焓增：iidqdq h hrsrs下降管阻力：下降管阻力：ppxjxj h hrsrs下降管重位压差：下降管重位压差：ghghhqhq h hrsrs从始热点B到始沸点A列热量平衡方程：每kg工质到达始沸点A在炉内的吸热量 始热点B的欠焓值iBqh热水段高度hrs的确定,影响因素下降管入口水欠焓：iqh四、自然循环的可靠性1.停滞和倒流停滞和倒流 并联上升蒸发管组并联上升蒸发管组 受热弱管，受热弱管，平均密度增大，重位压降增大；工作点平均密度增大，重位压降增大；工作点So不变，则流动阻力减小，即流速（量）减小。不变，则流动阻力减小，即流速（量）减小。重位压降等于重位压降等于So时，工质的流速为零。时，工质的流速为零。重位压降大于重位压降大于So时，成为受热的下降流动管。时，成为受热的下降流动管。四、自然循环的可靠性1.停滞和倒流受热弱管，平均密度增大停滞：停滞：GD，即，即K=1时，时，有停滞压差有停滞压差Stz和自由和自由水位压差（水位压差（Szy）本质：本质：回路中流动动力回路中流动动力减弱。减弱。倒流：倒流：全压差特性曲线全压差特性曲线倒流曲线为二次曲线倒流曲线为二次曲线同一压差同一压差So下，该管有下，该管有三个工作点三个工作点A、B和和C，即可能有三种工作，即可能有三种工作状态。状态。停滞：GD，即K=1时，有停滞压差Stz和自由水位压差（2.循环可靠性校验 水循环可靠性：水循环可靠性：保证所有的水冷壁管子都得到保证所有的水冷壁管子都得到正常和充分的冷却。正常和充分的冷却。要求不发生：要求不发生：循环停滞或自由水面；循环停滞或自由水面；循循环倒流；环倒流；下降管带汽；下降管带汽；沸腾传热恶化；沸腾传热恶化；水质不合格；水质不合格；不发生停滞不发生停滞 不发生自由水面不发生自由水面 不发生倒流不发生倒流 2.循环可靠性校验 水循环可靠性：保证所有的水冷壁管子都得3.水循环可靠性分析 影响循环可靠性的因素影响循环可靠性的因素P P大。大。q q小小（1）压力）压力 P大易倒流大易倒流 P小易停滞小易停滞（2）热负荷）热负荷 q强强G大大 q弱弱G小小 q高易停滞高易停滞 q低易倒流低易倒流 3.水循环可靠性分析 影响循环可靠性的因素P大。q小（1）（3）回路阻力(下降管、水冷壁、汽水引出管)下降管阻力下降管阻力增大(即下降管压差减小)，回路及受热弱管流量减小。（3）回路阻力(下降管、水冷壁、汽水引出管)下降管阻力水冷壁阻力 受热弱管阻力增加，受热弱管阻力增加，若若回路回路的工作点的工作点S0不变，受热弱管不变，受热弱管流量减小。流量减小。回路阻力增加，回路阻力增加，若若受热弱管受热弱管子阻力不变，回路流量减小，子阻力不变，回路流量减小，而受热弱管流量增加。而受热弱管流量增加。水冷壁阻力 受热弱管阻力增加，若回路的工作点S0不变，受热汽水引出管阻力 汽水引出管阻力大，回路和受热弱水冷壁管中的流量均减少。下降管阻力增加，G0G1；增大引出管阻力，Syc和Sss，G0G2；同时增加下降管阻力和引出管阻力，G0G3。汽水引出管阻力 汽水引出管阻力大，回路和受热弱水冷壁管中的流（4）下降管带汽下降管带汽，重位压头下降，阻力增大，下降管下降管带汽，重位压头下降，阻力增大，下降管特性曲线及回路的工作点大为降低，因而对水特性曲线及回路的工作点大为降低，因而对水循环不利。循环不利。带汽原因：带汽原因：压力下降，自汽化（蒸发）。压力下降，自汽化（蒸发）。锅筒水空间的蒸汽被直接带入下降管。锅筒水空间的蒸汽被直接带入下降管。旋涡斗带入蒸汽。旋涡斗带入蒸汽。下降管受热产生蒸汽。下降管受热产生蒸汽。（4）下降管带汽下降管带汽，重位压头下降，阻力增大，下降管特提高水循环可靠性的措施 保证受热弱管的工作点压差大于停滞、自由水面及最保证受热弱管的工作点压差大于停滞、自由水面及最大倒流压差。大倒流压差。根据热负荷的强弱划分循环回路。根据热负荷的强弱划分循环回路。减小回路的流动阻力。增大下降管和汽水引出管的流减小回路的流动阻力。增大下降管和汽水引出管的流通截面，减小各种局部阻力。通截面，减小各种局部阻力。防止下降管带汽防止下降管带汽。保证一定的水位高度如下式，加装。保证一定的水位高度如下式，加装隔板隔板、栅格板或十字架。、栅格板或十字架。受热上升管不采用无绝热的水平管及水平倾角受热上升管不采用无绝热的水平管及水平倾角 不大不大于于15度的倾斜管，避免出现汽水分层。度的倾斜管，避免出现汽水分层。提高水循环可靠性的措施 保证受热弱管的工作点压差大于停滞、自复习题1.锅炉的水循环方式有哪些，是如何区分的，各种循环方式锅炉的水循环方式有哪些，是如何区分的，各种循环方式的特点是什么？的特点是什么？2.自然循环锅炉的自补偿能力是如何形成的？自然循环锅炉的自补偿能力是如何形成的？3.如何用图解法确定复杂回路总工作点和各管屏的工作点？如何用图解法确定复杂回路总工作点和各管屏的工作点？4.试述影响上升管热水段高度的因素及其影响作用。试述影响上升管热水段高度的因素及其影响作用。5.自然水循环的可靠性指标有哪些，对水循环有何影响？自然水循环的可靠性指标有哪些，对水循环有何影响？6.分析讨论影响自然循环回路中出现停滞、倒流的主要因素分析讨论影响自然循环回路中出现停滞、倒流的主要因素及其对水循环可靠性的影响作用。及其对水循环可靠性的影响作用。7.简述提高自然循环可靠性的主要措施简述提高自然循环可靠性的主要措施。复习题锅炉的水循环方式有哪些，是如何区分的，各种循环方式的特