超临界直流锅炉内螺纹管垂直管屏水动力特性探讨

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1、热力设备与水动力学论文超临界直流锅炉内螺纹管垂直管屏水动力特性探讨摘要：本文叙述了超临界锅炉内螺纹垂直管屏的结构特点及水动力特性，并介绍了内螺纹管垂直管屏水动力稳定性的判别方法以及水冷壁主要设计参数的选取原则。关键词：超临界；内螺纹管；垂直水冷壁；质量流速；水动力稳定性TheResearchonHydrodynamicCharacteristicsoftheRifle-tubeVerticalWaterWallofUltraSupercriticalBoilerAbstract：Thispaperdescribesthestructurefeaturesand

2、hydrodynamiccharacteristicsoftheverticalwaterwallofUSCboiler,andintroducesthejudgmentoftheflowstabilityoftherifle-tubeverticalwaterwallandtheselectionprinciplesofthedesignparameters.Keywords：Ultrasupercritical;Rifle-tube;Verticalwaterwall;Massflux;Flowstability1前言能源是人类进行生产和赖以生存的重要物质

3、基础，随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，对能源的需求也随之越来越大。因此，合理开发能源，提高能源利用的综合效益就显得越发重要。因此，为节约能源消耗和减轻环境污染，应当大力发展洁净煤技术，而这项技术中的一项主要内容就是超临界与超超临界技术，超临界机组的主要设备是以处于超临界状态的水蒸汽为工质的锅炉和汽轮机，它是一种节能、高效、大型的火力发电机组[[]樊泉桂.超超临界及亚临界参数锅炉.北京：中国电力出版社，2007]。它的最主要的特点即发电煤耗低，效率高，可实现变压运行等。超临界及超超临界机组的最大优势是能够大幅度提高循环热效率，降低发电煤耗。但相应的也

4、需要提高金属材料的档次和金属部件的焊接工艺水平。全世界主要的工业国家十分重视发展超临界和超超临界技术，前苏联境内超8热力设备与水动力学论文临界机组数量及总容量居世界首位。在美国、德国、日本等国家也具有相当数量的超临界机组。目前，日本是世界上超临界机组技术最先进的国家，技术先进的主要体现是变压运行技术成熟，发电煤耗低等方面。日本目前正在开发更加适合于超临界机组的高强度耐热金属材料，并实现了采用内螺纹管垂直管屏水冷壁完成变压运行的新一代技术。超临界机组的蒸汽参数大于临界压力，蒸汽和水的密度基本相同，没有明显分界，首先受影响的是锅炉的水冷壁。超临界锅炉水冷壁不能采用

5、传统汽包锅炉的自然循环方式，而必须采用强制流动方式，即以直流运行方式为主，也可采用部分复合循环方式。超临界锅炉的水冷壁结构设计主要出现了两种型式：一种是采用螺旋管圈的水冷壁，另一种是采用垂直管屏的水冷壁[[]樊泉桂.亚临界与超临界参数锅炉水动力特性的分析.华北电力大学学报，1999，26(4):33～38]。两种水冷壁各有利弊，需要结合实际情况选用。一般认为，采用垂直管屏水冷壁的直流锅炉不适合变压运行，但是采用了一些新兴技术的垂直管屏水冷壁实现变压运行也是可能的。例如内螺纹管垂直管屏变压运行技术已经有部分实践应用的例子。2超临界直流锅炉内螺纹管垂直管屏介绍2.

6、1内螺纹管的工作原理与传热特性由于结构特性，内螺纹管的传热系数明显大于光管，从而导致它的传热性能相对于光管有着大幅度的提高，所以它能够起到抵抗膜态沸腾并且推迟传热恶化的作用，其中的主要原理是：由于工质受到内螺纹的作用产生旋转，增强了管内壁面附近流体的旋流扰动，使水冷壁管贴近内壁面产生的汽泡可以被旋转向上流动的高速液体及时带走，并且在旋转力的作用下，使水流紧贴管子内壁面流动，从而避免了汽泡在管子内壁面上积聚所形成的汽膜，保证了水冷壁管子内表面上有连续不断的水膜冷却。从而减小了水冷壁管子超温的可能性。国外对于内螺纹管和光管进行了大量的对比试验，试验结果表明：当压力

7、在20MPa以下时，即使在1000kg/（m2s）的低质量流速下，内螺纹管水冷壁仍然具有良好的传热特性，只有在接近蒸发终点的质量含汽率x=0.9时才会出现传热恶化；在近临界压力区，由于压力的升高，工质热物理特性有了较大的变化，传热恶化提前出现，在x=0.6的位置出现壁温突然升高的现象。[[]WKohler.HeatTransferandPressureLossinBibbedTubes.The8thInt.HeatTransferConference,1986,6:2861～2865]这说明内螺纹管不仅8热力设备与水动力学论文改善了压降特性，而且也改变了传热特

8、性，使机组更能适应变压运行工况以及机组