鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及其應(yīng)用

前言

鍋爐的工作過程大體可分為兩大過程，即爐內(nèi)過程和鍋內(nèi)過程。前者包括燃料的燃燒過程和受熱面外部煙氣側(cè)的爐內(nèi)傳熱過程；后者包括受熱面金屬與工質(zhì)之間的傳熱過程、工質(zhì)的蒸發(fā)與過熱過程、工質(zhì)的流動過程和工質(zhì)側(cè)的熱化學(xué)過程。要使鍋爐可靠而經(jīng)濟地運行，必須合理地設(shè)計好爐內(nèi)過程和鍋內(nèi)過程。鍋內(nèi)過程的好壞對鍋爐效率本身關(guān)系不大，對鍋爐經(jīng)濟性有一定影響，嚴重影響的是鍋爐運行的可靠性，因而研究鍋內(nèi)過程的目的主要是解決鍋爐工作可靠性問題。隨著鍋爐向大容量、超高參數(shù)或超臨界參數(shù)的發(fā)展，鍋爐鍋內(nèi)過程的工作條件日益惡化，研究鍋內(nèi)過程已經(jīng)成為發(fā)展現(xiàn)代大容量、高參數(shù)鍋爐的關(guān)鍵問題。作者自1987年師從我國工程熱物理學(xué)科的創(chuàng)始人、中國科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)陳學(xué)俊教授和陳聽寬教授攻讀博士學(xué)位以來，一直從事鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)水動力不穩(wěn)定性、鍋爐水循環(huán)、鍋爐水動力特性、直流鍋爐水動力調(diào)整和鍋爐水循環(huán)運行狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷的理論研究與開發(fā)工作。在攻讀博士學(xué)位期間，作者作為技術(shù)負責(zé)人，承擔(dān)了國家“七五”期間“863”高技術(shù)重大項目“高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器研究”（代號：863-614-02一05）的科研工作，完成了高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器管內(nèi)汽一水兩相流不穩(wěn)定性的課題，該課題通過了“863”高技術(shù)能源領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會主持的鑒定，其成果具有國際先進水平，獲西安交通大學(xué)科技進步二等獎。作者多年來一直從事鍋爐水循環(huán)理論和實驗研究工作，到目前為止作為項目負責(zé)人承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金項目“鍋爐水循環(huán)安全可靠性在線監(jiān)測與故障診斷”（No.50376008）、國家電力分公司重大項目“超臨界電站鍋爐水冷壁運行特性”、黑龍江電力公司項目“電站鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測與報警系統(tǒng)”、國家電力公司東北分公司項目“200Mw電站鍋爐調(diào)峰低負荷水動力可靠性”、吉林省電力公司“100MW機組鍋爐低負荷水循環(huán)可靠性”等水循環(huán)方面的課題10余項，積累了較豐富的工作經(jīng)驗。已經(jīng)在75t／h、130t／h、210t／h、420t／h、670t／h、1000t／h等系列電站鍋爐上進行過調(diào)峰低負荷水循環(huán)安全可靠性在線監(jiān)測試驗，同時“100Mw電站鍋爐調(diào)峰低負荷水循環(huán)可靠性”、“200Mw電站鍋爐低負荷水動力可靠性”和“300Mw超臨界壓力鍋爐并聯(lián)蒸發(fā)管水動力可靠性”分別獲1996年吉林省科技進步三等獎、1 999年東北電網(wǎng)科技進步二等獎和2001年吉林省科技進步三等獎。作者在從事多項水循環(huán)試驗的基礎(chǔ)上，開發(fā)了鍋爐水循環(huán)安全在線監(jiān)測與故障診斷儀，該產(chǎn)品已通過吉林省電力監(jiān)督檢測中心的測試。

內(nèi)容概要

　　作者在多年從事鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)水動力不穩(wěn)定性、鍋爐水循環(huán)、鍋爐水動力特性、直流鍋爐水動力調(diào)整和鍋爐水循環(huán)運行狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷的理論和試驗研究工作中，做出了具有創(chuàng)造性的成果，本書即為這些研究成果的總結(jié)?！　∪珪?0章，介紹了鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測的研究背景和意義及其技術(shù)的發(fā)展，鍋爐自然水循環(huán)在線監(jiān)測對象和方法，鍋爐自然水循環(huán)可靠性的理論模型，鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動不穩(wěn)定性試驗和理論研究，鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)水動力特性，鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測系統(tǒng)，鍋爐水循環(huán)試驗，鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)改進和直流鍋爐水動力調(diào)整方法研究與實踐。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測的研究背景及意義1.2 鍋內(nèi)過程和鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展1.2.1 鍋爐水循環(huán)技術(shù)發(fā)展1.2.2 在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展1.2.3 鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測系統(tǒng)參考文獻第2章 鍋爐自然水循環(huán)在線監(jiān)測對象和方法2.1 鍋爐自然水循環(huán)回路的壓差法、運動壓頭法和有效壓頭法2.2 鍋爐水循環(huán)流動主要特性參數(shù)2.3 自然水循環(huán)在線監(jiān)測測量的主要參數(shù)和方法參考文獻第3章 鍋爐自然水循環(huán)可靠性的理論模型3.1 鍋爐自然水循環(huán)可靠性概述3.2 自然循環(huán)回路計算方法3.3 最小循環(huán)流速的確定3.4 循環(huán)停滯及其校驗3.4.1 循環(huán)停滯的現(xiàn)象3.4.2 不出現(xiàn)循環(huán)停滯的條件3.4.3 循環(huán)停滯的校驗3.4.4 自由水位的校驗3.5 循環(huán)倒流及其校驗3.5.1 不發(fā)生循環(huán)倒流的條件3.5.2 循環(huán)倒流的校驗步驟3.6 水冷壁壁溫波動和膜態(tài)沸騰的分析3.7 鍋爐水循環(huán)校驗的計算機解法3.8 小結(jié)參考文獻第4章 鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動不穩(wěn)定性試驗研究4.1 概述4.2 試驗系統(tǒng)、裝置及方法4.2.1 電加熱高壓水試驗回路4.2.2 常規(guī)參數(shù)測量及儀表4.2.3 瞬時參數(shù)測量及儀表4.2.4 試驗數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)4.2.5 試驗參數(shù)范圍4.2.6 試驗方法4.3 鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動不穩(wěn)定性的脈動類型及各類脈動的分界4.4 密度波型流量脈動的實驗研究4.4.1 密度波型脈動的特征及機理分析4.4.2 各運行參數(shù)對密度波型脈動的影響4.4.3 上升流動與下降流動密度波型脈動的比較4.4.4 小結(jié)4.5 壓力降型脈動的試驗研究4.5.1 壓力降型脈動特征及機理分析4.5.2 各運行參數(shù)對壓力降型脈動的影響4.5.3 小結(jié)4.6 熱力型脈動試驗研究4.6.1 熱力型脈動的特征和脈動機理4.6.2 各運行參數(shù)對熱力型脈動的影響4.6.3 小結(jié)4.7 起始點脈動試驗結(jié)果4.7.1 引言4.7.2 起始點脈動特征及脈動機理4.7.3 各運行參數(shù)對起始點脈動的影響4.7.4 討論與文獻的比較4.7.5 小結(jié)4.8 蒸發(fā)管內(nèi)氣一液兩相流不穩(wěn)定性試驗結(jié)果理論分析及實際應(yīng)用4.8.1 積分方程無因次化及其對試驗結(jié)果的綜合整理4.8.2 計算結(jié)果與分析討論4.8.3 蒸汽發(fā)生器穩(wěn)定性預(yù)報與討論4.8.4 小結(jié)參考文獻第5章 鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動不穩(wěn)定性的理論研究5.1 概述5.2 并聯(lián)蒸發(fā)管內(nèi)兩相流密度波型脈動線性均相模型5.2.1 數(shù)學(xué)模型的建立5.2.2 系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式5.2.3 理論預(yù)測與試驗結(jié)果的比較5.2.4 結(jié)論5.3 并聯(lián)蒸發(fā)管內(nèi)兩相流密度波型脈動線性分相模型5.3.1 數(shù)學(xué)模型的建立5.3.2 系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式5.3.3 理論結(jié)果及與試驗結(jié)果的比較5.3.4 結(jié)論5.4 并聯(lián)通道氣液兩相流不穩(wěn)定性的非線性數(shù)學(xué)模型5.4.1 數(shù)學(xué)模型5.4.2 模型求解及與試驗結(jié)果的比較5.4.3 結(jié)論5.5 蒸發(fā)管內(nèi)氣一液兩相流壓力降型脈動集總參數(shù)非線性分析5.5.1 模型建立5.5.2 方程求解和分析5.5.3 結(jié)論參考文獻第6章 鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)水動力特性6.1 水流溫度不均勻性對超臨界壓力鍋爐水動力特性的影響6.1.1 理論分析6.1.2 不同配置方式水動力特性曲線計算6.1.3 小結(jié)6.2 水平布置蒸發(fā)受熱面中的水動力特性6.2.1 水動力特性6.2.2 各因素對水動力特性的影響6.2.3 防止水動力特性多值性的措施6.3 垂直布置蒸發(fā)受熱面中的水動力特性6.3.1 一次上升和一次下降的蒸發(fā)管的水動力特性6.3.2 二回程垂直蒸發(fā)管的水動力特性6.3.3 三回程垂直蒸發(fā)管的水動力特性6.3.4 多回程垂直蒸發(fā)管的水動力特性6.3.5 垂直蒸發(fā)管水動力特性單值性的校驗6.4 蒸發(fā)受熱面中的脈動現(xiàn)象6.4.1 管間脈動的基本概念6.4.2 管間脈動的防止方法6.5 蒸發(fā)受熱面中的熱偏差6.5.1 熱偏差的基本概念6.5.2 減輕和防止熱偏差的方法6.6 多次強制蒸發(fā)受熱面水動力特性6.6.1 多次強制循環(huán)鍋爐的特點6.6.2 多次強制循環(huán)鍋爐水動力校驗參考文獻第7章 鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測系統(tǒng)7.1 在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7.2 數(shù)據(jù)采集器選型7.3 應(yīng)用軟件的設(shè)計與實現(xiàn)7.3.1 系統(tǒng)軟件的構(gòu)成7.3.2 軟件的接口程序7.3.3 應(yīng)用軟件的功能7.3.4 主要模塊的設(shè)計及功能說明7.4 小結(jié)參考文獻第8章 鍋爐水循環(huán)試驗8.1 75t／h鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測試驗8.1.1 引言8.1.2 5號爐水循環(huán)試驗測點布置8.1.3 水循環(huán)試驗項目和試驗方法8.1.4 水循環(huán)試驗結(jié)果8.1.5 5號爐水循環(huán)不良的原因分析8.1.6 結(jié)論8.1.7 幾點建議8.2 某機場75t／h鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測試驗8.2.1 引言8.2.2 鍋爐水循環(huán)試驗測點布置8.2.3 水循環(huán)試驗項目和實驗方法8.2.4 水循環(huán)在線監(jiān)測試驗結(jié)果8.2.5 結(jié)論8.3 前置立式煤粉旋風(fēng)爐低負荷單旋風(fēng)筒運行水循環(huán)在線監(jiān)測試驗8.3.1 引言……第9章 鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)的改進第10章 直流鍋爐水動力調(diào)整方法研究與實踐

章節(jié)摘錄

插圖：4.5.1壓力降型脈動特征及機理分析壓力降型脈動是動態(tài)不穩(wěn)定與靜態(tài)不穩(wěn)定復(fù)合產(chǎn)生的。壓力降型脈動發(fā)生在加熱段上游或加熱段中部有足夠可壓縮容積的系統(tǒng)中。發(fā)生壓力降型脈動的靜態(tài)運行點均在流量一壓差特性曲線的負斜率段。另外，在脈動過程中，當滿足發(fā)生密度波型脈動的流量與壓差相位關(guān)系時，壓力降型脈動中還疊加有密度波型脈動。在實際設(shè)備中，加熱段很長，加熱段內(nèi)部壓縮性可能大到足以產(chǎn)生壓力降型脈動。在本試驗中，試驗的加熱段較短，為模擬實際沸騰回路的可壓縮容積，在試驗段上游放置一個脈沖箱來代替產(chǎn)生壓力降型脈動必不可少的可壓縮容積。當系統(tǒng)運行在靜態(tài)特性曲線的負斜率段，在穩(wěn)定狀態(tài)下，給熱負荷或流量一個增量，就會引起進口質(zhì)量流速、壓力、試驗段壓降、試驗段進出口壓降和溫度的持續(xù)脈動，這就是壓力降型脈動。圖4-5為在某一瞬時使加熱負荷有一微小的增加，系統(tǒng)從穩(wěn)態(tài)進入非穩(wěn)態(tài)，入口流量發(fā)生脈動，入口文丘里流量計所指示的入口流量、入口壓力、試驗段壓降和壁溫波動隨時間變化的脈動曲線。圖4-6為典型的壓力降型脈動進入自維持以后入口流量、入口壓力、試驗段壓降和壁溫波動的脈動曲線。從圖4-6中可以看到，在壓力降型脈動中，壓力、壁溫和工質(zhì)溫度發(fā)生同相脈動，其相位差不大，流量和壓降同相位脈動而與壓力脈動接近180。，流量和壓降的增加，與壓力、溫度的降低同時發(fā)生。壓力降型脈動的周期取決于系統(tǒng)中蒸汽的容積和可壓縮性，包括加熱段上游部分沖氣的脈沖箱的壓縮性。壓力降型脈動周期比密度波型脈動周期要長得多，在本試驗參數(shù)范圍內(nèi)，脈動周期為30～150s。壓力降型脈動引起的管壁壁溫脈動的幅值也較大，最大幅值可達400℃以上。這是較長的流量脈動周期使管內(nèi)處于低流量時間加長，加熱管長時間處于低流量缺液狀態(tài)，管壁得不到足夠的冷卻，管壁溫度必然上升所致。壓力降型脈動的最大幅值可達平均流量的3.5倍以上。從試驗中發(fā)現(xiàn)壓力降型脈動的界限干度要低于密度波型脈動的界限干度，即壓力降型脈動發(fā)生在低含汽率的區(qū)域。4.5.2各運行參數(shù)對壓力降型脈動的影響。影響壓力降型脈動的因素很多，主要有可壓縮容積的大小，系統(tǒng)壓力、入口質(zhì)量流速、進口過冷度、進口阻力系數(shù)、出口阻力系數(shù)和熱負荷等因素。這些因素影響著壓力降型脈動的起始點、脈動周期和脈動振幅。表4-3為壓力降型脈動的典型數(shù)據(jù)。

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