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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，水的飽和溫度相應隨之提高，汽化潛熱減小，水和汽的密度差也隨之減小。當壓力提高到22.12 MPa時，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，即全部汽化成蒸汽，該溫度稱之為臨界溫度(即相變點)。超臨界壓力與臨界壓力時情況相同，當水被加熱到相應壓力下的相變點溫度時，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，對應一定的壓力，存在一個大比熱容區(qū)。進入該區(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、導熱系數(shù)降低。 1p=25MPa 2一p=30MP
3、a CP 比熱，導熱系數(shù)，工質(zhì)動力黏度， 比容。,超臨界壓力下的水力特性,1水動力多值性 直流鍋爐的水動力多值性是指平行工作的水冷壁管內(nèi)，同一工作壓差對應三個不同流量的情況。一旦發(fā)生水動力不穩(wěn)定，運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”點也提前至爐內(nèi)高溫區(qū)，這兩種情況都會導致管壁超溫。 直流鍋爐產(chǎn)生水動力多值性的主要原因是水預熱段與蒸發(fā)段具有不同的水阻力關系式。當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即會出現(xiàn)。因此，工作壓力越低，水冷壁入口水溫越低，水動力多值性越嚴重。 質(zhì)量流速的提高則可改善水動力的穩(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)量流速和進口比焓對流動多值性的影響。,由圖可知，要保持特性曲線有足夠陡度，必須使水冷壁進口工質(zhì)比焓h1大于1256kJ/kg。但在低負荷或高壓加熱器切除時，水冷壁的進口工質(zhì)比焓仍會下降，由圖中曲線可知，當水冷壁的進口工質(zhì)比焓小于837kJ/kg時，仍會有流動多值性的問題。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(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致偏差管出口溫度可能非常之高。超臨界壓力下，當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(見圖)，或者低于臨界壓力，管件進口的含汽率小于0.85時，這種比體積急劇增大、個別管子出口介質(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，當介質(zhì)出口比焓落在大比熱容區(qū)之外時，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，流動不均越厲害(即G越小)，出口汽溫變化也越大。工質(zhì)的進口比焓h1對流動不均的作用有一極值，在實用的范圍內(nèi)，水力不均隨工質(zhì)進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 。,超臨界壓力機組在75MCR以下負荷運行時為亞臨界壓力運行，隨著壓力的降低，汽水密度差增大，重位壓頭的作用削減，吸熱不均的影響會更大些。因此當超臨界機組在低負荷下運行時，同樣的吸熱偏差就要引起更大的流量降低，此時更應注意爐內(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)因為燃燒調(diào)整不好，火焰向后墻偏斜，在50%MCR以下的負荷范圍內(nèi)運行時，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)的流動不穩(wěn)定現(xiàn)象，二者都會造成水冷壁管內(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不同程度地提前。機組負荷高于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
