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1、超臨界壓力下的工質(zhì)特性,國電聊城發(fā)電有限公司 2007年10月,,,超臨界參數(shù)的基本特性,隨著壓力的提高，水的飽和溫度相應(yīng)隨之提高，汽化潛熱減小，水和汽的密度差也隨之減小。當(dāng)壓力提高到22.12 MPa時(shí)，汽化潛熱為零，汽和水的密度差也等于零，該壓力稱之為超臨界壓力，水在該壓力下加熱到374.15 時(shí)，即全部汽化成蒸汽，該溫度稱之為臨界溫度(即相變點(diǎn))。超臨界壓力與臨界壓力時(shí)情況相同，當(dāng)水被加熱到相應(yīng)壓力下的相變點(diǎn)溫度時(shí)，即全部汽化。因此，超臨界壓力下水變成蒸汽不再存在汽水兩相區(qū)。由此可知，超臨界壓力直流鍋爐中，由水變成過熱蒸汽經(jīng)歷了兩個(gè)階段，即加熱和過熱，而工質(zhì)狀態(tài)由未飽和的水變?yōu)楦娠?/p>
2、和蒸汽，后變?yōu)檫^熱蒸汽。,工質(zhì)物性變化特性,1大比熱容特性 超臨界壓力下工質(zhì)的大比熱容特性如圖所示。 由圖可見：超臨界壓力下，對應(yīng)一定的壓力，存在一個(gè)大比熱容區(qū)。進(jìn)入該區(qū)后，比熱容隨溫度的增加而飛速升高，在擬臨界溫度處達(dá)到極值，然后迅速降低。將比熱容超過8.4kJ/(kg)的溫度區(qū)間稱大比熱容區(qū)。壓力越高，擬臨界溫度向高溫區(qū)推移，大比熱容特性逐漸減弱。,2其他特性 如圖所示，在超臨界壓力的大比熱容區(qū)內(nèi)，工質(zhì)比容、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)等也都劇烈變化，離開大比熱容區(qū)后則變化趨緩。除了比熱容以外，上述參數(shù)的變化都是單方向的，隨著溫度的升高，比容增大，粘度、導(dǎo)熱系數(shù)降低。 1p=25MPa 2一p=30MP
3、a CP 比熱，導(dǎo)熱系數(shù)，工質(zhì)動(dòng)力黏度， 比容。,超臨界壓力下的水力特性,1水動(dòng)力多值性 直流鍋爐的水動(dòng)力多值性是指平行工作的水冷壁管內(nèi)，同一工作壓差對應(yīng)三個(gè)不同流量的情況。一旦發(fā)生水動(dòng)力不穩(wěn)定，運(yùn)行中一些管子流量大，另一些管子則流量很小，且交互倒替。流量小的管子出口工質(zhì)已是過熱蒸汽，由于質(zhì)量流量減小，“蒸干”點(diǎn)也提前至爐內(nèi)高溫區(qū)，這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致管壁超溫。 直流鍋爐產(chǎn)生水動(dòng)力多值性的主要原因是水預(yù)熱段與蒸發(fā)段具有不同的水阻力關(guān)系式。當(dāng)汽和水的密度差大以及水冷壁入口水的欠焓超過一定值時(shí)即會(huì)出現(xiàn)。因此，工作壓力越低，水冷壁入口水溫越低，水動(dòng)力多值性越嚴(yán)重。 質(zhì)量流速的提高則可改善水動(dòng)力的穩(wěn)定性
4、。對于超臨界壓力的水冷壁，雖然沒有汽水共存區(qū)，但由于在擬臨界溫度附近工質(zhì)比容變化極大，因此水平管圈水冷壁(重位壓差在總流阻中的比例小)也有流動(dòng)多值性的問題。下頁圖表示了超臨界壓力下水平管圈質(zhì)量流速和進(jìn)口比焓對流動(dòng)多值性的影響。,由圖可知，要保持特性曲線有足夠陡度，必須使水冷壁進(jìn)口工質(zhì)比焓h1大于1256kJ/kg。但在低負(fù)荷或高壓加熱器切除時(shí)，水冷壁的進(jìn)口工質(zhì)比焓仍會(huì)下降，由圖中曲線可知，當(dāng)水冷壁的進(jìn)口工質(zhì)比焓小于837kJ/kg時(shí)，仍會(huì)有流動(dòng)多值性的問題。根據(jù)圖，鍋爐只要保持最低質(zhì)量流速大于700800kg/(m2s)即可避免出現(xiàn)水動(dòng)力多值性。 曲線1-h1=837kJ/kg；曲線2-h1=
5、1045kJ/kg；曲線3-h1=1256kJ/kg p=29.4MPa，L=200m，d=384，Q=837kW,2吸熱偏差引起流量不均 直流鍋爐的水冷壁管在蒸發(fā)時(shí)(低于臨界壓力)或大比熱容區(qū)中(超臨界壓力)介質(zhì)比體積將隨加熱偏差而急劇增大，偏差管中的介質(zhì)流量可能明顯低于平均值而導(dǎo)致偏差管出口溫度可能非常之高。超臨界壓力下，當(dāng)管件平均的出口工質(zhì)比焓落在大比熱容區(qū)的范圍內(nèi)時(shí)(見圖)，或者低于臨界壓力，管件進(jìn)口的含汽率小于0.85時(shí)，這種比體積急劇增大、個(gè)別管子出口介質(zhì)溫度很高的現(xiàn)象最為明顯。 大比熱容區(qū)的范圍 cp8.4kJ/(kg),管屏的吸熱不均系數(shù)、管屏平均焓增以及工質(zhì)的進(jìn)口比焓對水力不
6、均及管子出口汽溫的影響，如圖所示。由圖可知，當(dāng)介質(zhì)出口比焓落在大比熱容區(qū)之外時(shí)，流量偏差和壁溫偏差都很小(圖中曲線1、2)。但對于在大比熱容區(qū)工作的水冷壁，吸熱不均的影響極大(曲線3、4、5)。,而且管屏平均焓增h越大、吸熱不均系數(shù)越大，流動(dòng)不均越厲害(即G越小)，出口汽溫變化也越大。工質(zhì)的進(jìn)口比焓h1對流動(dòng)不均的作用有一極值，在實(shí)用的范圍內(nèi)，水力不均隨工質(zhì)進(jìn)口比焓的升高而惡化。超臨界壓力下，隨著工作壓力的升高，大比熱容區(qū)的比體積變化趨緩，熱力不均對流量偏差的作用減弱，管件出口的溫度不均也小得多。,p24MPa時(shí)的流量偏差特性 (a) h11256kJkg；(b)h840kJkg 1-h210
7、kJkg；2-h420kJkg；3-h630kJkg；4-h820 kJkg；5-h1050kJkg； 6- h1420kJkg；7- h1840kJkg；8- h11260kJkg；9- h11680kJkg；10- h12100kJkg 。,超臨界壓力機(jī)組在75MCR以下負(fù)荷運(yùn)行時(shí)為亞臨界壓力運(yùn)行，隨著壓力的降低，汽水密度差增大，重位壓頭的作用削減，吸熱不均的影響會(huì)更大些。因此當(dāng)超臨界機(jī)組在低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，同樣的吸熱偏差就要引起更大的流量降低，此時(shí)更應(yīng)注意爐內(nèi)火焰的均勻性。 例如600MW超臨界鍋爐水冷壁為螺旋管圈，曾經(jīng)因?yàn)槿紵{(diào)整不好，火焰向后墻偏斜，在50%MCR以下的負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)較多數(shù)量的管壁超溫，其原因既有管屏間吸熱不均引起的流量不均問題，也可能有較低壓力下出現(xiàn)的流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象，二者都會(huì)造成水冷壁管內(nèi)的工質(zhì)流量減小，質(zhì)量流速降低，使各水冷壁的完全汽化點(diǎn)不同程度地提前。機(jī)組負(fù)荷高于60%MCR后，火焰偏斜程度改善，水冷壁整體質(zhì)量流量增大，超溫現(xiàn)象逐漸減緩。,
超臨界壓力下的工質(zhì)特性.ppt
