角管式蒸汽锅炉再循环管的实验研究

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1、角管式蒸汽锅炉再循环管的实验研究孟昭鹏吕薇;李瑞扬孙绍增杨明新吴少华秦裕琨（哈尔滨工业大学）［摘要］通过对角管式蒸汽锅炉侧墙水冷壁的循环原理进行分析，找到了影响再循环管水动力特性的主要因素,并建立了水动力特性实验台，对热负荷和预分离集箱影响再循环管作用的规律进行了实验硏究。矢键词角管锅炉再循环管实验研究中图法分类号TK22421收稿日期1997・10・28修改定稿1998-01-20本文联系人李瑞扬男1960年生副教授150001哈尔滨工业大学能源学院0前言角管锅炉作为一种新型的锅炉，近年来得到了广大用户的重视和喜爱。角管式热冰锅炉的应用已经比较广泛，但对角管

2、式蒸汽锅炉的研究却没有很大的进展。特别是对于角管蒸汽锅炉的一些特殊结构如再循环管笊研究更加缺乏。本文通过理论分析与实验框结合的方法，对再循环管的作用进行了初涉研究，从而得出影响再循环管工作的主要规律。1侧墙水冷壁的循环原理与再循环管的流动分析图1是典型的角管蒸汽锅炉的侧墙水冷壁的示意图。给水进入锅筒后，经下降管至下集箱，分配给水冷壁。在水冷壁中工质被加热成汽水混合物，至预分离集箱。在预分离集箱中，汽水混合物分成两股：一股直接流回锅筒；另一股的蒸汽部分由蒸汽引出管引进锅筒，水部分进入再循环管至下集箱，从而完成循环。图1角管蒸汽锅炉侧墙水冷壁示意图1—锅筒2—下降

3、管3—下集箱4—水冷壁5—再循环管6—预分离集箱7—蒸汽引出管影响再循环管的工作特性的主要因素有：热负荷、预分离集箱内的工质流动情况、及再循环管入口处的汽水分离效果等。111热负荷的影响热负荷主要影响上升管及预分离集箱中的质暈含汽率，进而影响流动阻力及循环速度等。文献〔1〕给出了普通蒸汽锅炉循环速度与锅炉负荷的尖系，对于普通蒸汽锅炉，下降管的循环速度随热负荷的增加而增加。对于角管锅炉的再循环管则不同，在负荷增加之初会由于密度的减少而增加一些流动压头,使循环速度有所增加（增加率则不如下降管快），但由于给水为饱和水，且流动阻力较大，所以循环速度开始下降点则早于普通

4、锅炉的下降管。112预分离集箱内的流动状态的影响预分离集箱的流动状态主要影响两点一是再循环管入口处的汽水分离，再就是汽水混合物的流动阻力。对于流动阻力及汽水分离来讲，处于低速的分层流动状态既有和于减少阻力，又有利于汽水分离。因此，从谡计上希望预分离集箱内的流动处于分层流动范围，这一方面取决于预分离集箱与上升管的截面比,另一方面也依赖于热负荷的变化。113再循环管入口分离效果的影响对于图1所示结构，再循环管人口的流动属于二相流在'T”型管中流动（相分离）。对此，有些人做过研究,但得出的结论只能限于一定的实验范围，根据前人研究结果，发现对于相分离（这里矢心的是汽相

5、向下分离的多少）起影响作用的主要有:质暈含汽率、混合物的轴向速度、丁”型管的几何结构等。不难发现，质量含汽率越小，混合物速度越低，则此处汽的分离作用越好。2再循环管作用的实验研究角管锅炉不同于一般结构的锅炉，最大特点在于其水循环的特殊性，而其中的一个显著特点是远离锅筒的受热面的给水由再循环管供给;而再循环管的流动情况受热负荷、预分离集箱等因索的影响。因此，寻找出热负荷及预分离集箱对再循环管的影响规律，就成为研究再循环管工作的主要途径。但是对蒸汽角管锅炉来讲，因涉及两相流，理论推导很难得到定量分析的结论，而常常进行相应的实验，由于两相流方面的实验对实验设备及测试

6、方法有较高要求，因此通过合理安排实验装置及实验方法，避免了两相流内容的测量，可通过对单相流的测量来间接寻找出一些规律。211实验系统研究热负荷及预分离集箱对再循环管作用的影响，将角管锅炉侧墙水冷壁采用几何相似的方法建立实验装置，整个实验系统如图2所示，它主要由给水及排水，排汽管道,实验台本体，加热电路及热负荷调节装置等构成。侧墙水冷壁（实验台本体）是系统的核心部分。根据研究与实验需要，取上升管截面与预分离集箱、下降管、及再循环管截而比作为特性尺寸。其中预分离集箱、下降管与再循环管由锅炉钢管构成，上升管由玻璃管外缠电阻丝构成;锅筒的主体由钢管制成，两端盖由10m

7、m厚的有机玻璃板密封，便于观察与测量。加热采用220伏的电阻丝加热器、经4kVA变压器调节两端电压，最大输出功率20kW,整个实验系统为开口常压状态。水冷壁四周填充硅酸铝纤维进行保温。图2实验台系统图11水箱21水箱给水阀门31溢流管41水箱排水管51水箱排水阀61旁通管阀门7191101控制阀门81流量计111实验台给水调节阀121锅筒131蒸汽引出管141导汽律151预分离集箱161再循环管171水冷壁181实验台本体排水阀19、211排水阀201变压器221下降管212测试方法主要测试项目包括给水温度、变压器辅出电压、下降管及再循环管内水速。给水温捜由水

8、银温度计测量，水银温度计最小刻度为01