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

前言

鍋爐的工作過(guò)程大體可分為兩大過(guò)程，即爐內(nèi)過(guò)程和鍋內(nèi)過(guò)程。前者包括燃料的燃燒過(guò)程和受熱面外部煙氣側(cè)的爐內(nèi)傳熱過(guò)程；后者包括受熱面金屬與工質(zhì)之間的傳熱過(guò)程、工質(zhì)的蒸發(fā)與過(guò)熱過(guò)程、工質(zhì)的流動(dòng)過(guò)程和工質(zhì)側(cè)的熱化學(xué)過(guò)程。要使鍋爐可靠而經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，必須合理地設(shè)計(jì)好爐內(nèi)過(guò)程和鍋內(nèi)過(guò)程。鍋內(nèi)過(guò)程的好壞對(duì)鍋爐效率本身關(guān)系不大，對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性有一定影響，嚴(yán)重影響的是鍋爐運(yùn)行的可靠性，因而研究鍋內(nèi)過(guò)程的目的主要是解決鍋爐工作可靠性問(wèn)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(guò)程的工作條件日益惡化，研究鍋內(nèi)過(guò)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(wèn)題。作者自1987年師從我國(guó)工程熱物理學(xué)科的創(chuàng)始人、中國(guó)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(lái)，一直從事鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)水動(dòng)力不穩(wěn)定性、鍋爐水循環(huán)、鍋爐水動(dòng)力特性、直流鍋爐水動(dòng)力調(diào)整和鍋爐水循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)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(fù)責(zé)人，承擔(dān)了國(guó)家“七五”期間“863”高技術(shù)重大項(xiàng)目“高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器研究”（代號(hào)：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(guò)了“863”高技術(shù)能源領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會(huì)主持的鑒定，其成果具有國(guó)際先進(jìn)水平，獲西安交通大學(xué)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。作者多年來(lái)一直從事鍋爐水循環(huán)理論和實(shí)驗(yàn)研究工作，到目前為止作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“鍋爐水循環(huán)安全可靠性在線監(jiān)測(cè)與故障診斷”（No.50376008）、國(guó)家電力分公司重大項(xiàng)目“超臨界電站鍋爐水冷壁運(yùn)行特性”、黑龍江電力公司項(xiàng)目“電站鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)”、國(guó)家電力公司東北分公司項(xiàng)目“200Mw電站鍋爐調(diào)峰低負(fù)荷水動(dòng)力可靠性”、吉林省電力公司“100MW機(jī)組鍋爐低負(fù)荷水循環(huán)可靠性”等水循環(huán)方面的課題10余項(xiàng)，積累了較豐富的工作經(jīng)驗(yàn)。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(jìn)行過(guò)調(diào)峰低負(fù)荷水循環(huán)安全可靠性在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，同時(shí)“100Mw電站鍋爐調(diào)峰低負(fù)荷水循環(huán)可靠性”、“200Mw電站鍋爐低負(fù)荷水動(dòng)力可靠性”和“300Mw超臨界壓力鍋爐并聯(lián)蒸發(fā)管水動(dòng)力可靠性”分別獲1996年吉林省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)、1 999年?yáng)|北電網(wǎng)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和2001年吉林省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。作者在從事多項(xiàng)水循環(huán)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了鍋爐水循環(huán)安全在線監(jiān)測(cè)與故障診斷儀，該產(chǎn)品已通過(guò)吉林省電力監(jiān)督檢測(cè)中心的測(cè)試。

內(nèi)容概要

　　作者在多年從事鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)水動(dòng)力不穩(wěn)定性、鍋爐水循環(huán)、鍋爐水動(dòng)力特性、直流鍋爐水動(dòng)力調(diào)整和鍋爐水循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的理論和試驗(yàn)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)。　　全書共10章，介紹了鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)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(cè)對(duì)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(dòng)不穩(wěn)定性試驗(yàn)和理論研究，鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)水動(dòng)力特性，鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，鍋爐水循環(huán)試驗(yàn)，鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)改進(jìn)和直流鍋爐水動(dòng)力調(diào)整方法研究與實(shí)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(cè)的研究背景及意義1.2 鍋內(nèi)過(guò)程和鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)的發(fā)展1.2.3 鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)參考文獻(xiàn)第2章 鍋爐自然水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)對(duì)象和方法2.1 鍋爐自然水循環(huán)回路的壓差法、運(yùn)動(dòng)壓頭法和有效壓頭法2.2 鍋爐水循環(huán)流動(dòng)主要特性參數(shù)2.3 自然水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)測(cè)量的主要參數(shù)和方法參考文獻(xiàn)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(jì)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(yàn)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(yàn)3.4.4 自由水位的校驗(yàn)3.5 循環(huán)倒流及其校驗(yàn)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(yàn)步驟3.6 水冷壁壁溫波動(dòng)和膜態(tài)沸騰的分析3.7 鍋爐水循環(huán)校驗(yàn)的計(jì)算機(jī)解法3.8 小結(jié)參考文獻(xiàn)第4章 鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動(dòng)不穩(wěn)定性試驗(yàn)研究4.1 概述4.2 試驗(yàn)系統(tǒng)、裝置及方法4.2.1 電加熱高壓水試驗(yàn)回路4.2.2 常規(guī)參數(shù)測(cè)量及儀表4.2.3 瞬時(shí)參數(shù)測(cè)量及儀表4.2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)4.2.5 試驗(yàn)參數(shù)范圍4.2.6 試驗(yàn)方法4.3 鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動(dòng)不穩(wěn)定性的脈動(dòng)類型及各類脈動(dòng)的分界4.4 密度波型流量脈動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究4.4.1 密度波型脈動(dòng)的特征及機(jī)理分析4.4.2 各運(yùn)行參數(shù)對(duì)密度波型脈動(dòng)的影響4.4.3 上升流動(dòng)與下降流動(dòng)密度波型脈動(dòng)的比較4.4.4 小結(jié)4.5 壓力降型脈動(dòng)的試驗(yàn)研究4.5.1 壓力降型脈動(dòng)特征及機(jī)理分析4.5.2 各運(yùn)行參數(shù)對(duì)壓力降型脈動(dòng)的影響4.5.3 小結(jié)4.6 熱力型脈動(dòng)試驗(yàn)研究4.6.1 熱力型脈動(dòng)的特征和脈動(dòng)機(jī)理4.6.2 各運(yùn)行參數(shù)對(duì)熱力型脈動(dòng)的影響4.6.3 小結(jié)4.7 起始點(diǎn)脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果4.7.1 引言4.7.2 起始點(diǎn)脈動(dòng)特征及脈動(dòng)機(jī)理4.7.3 各運(yùn)行參數(shù)對(duì)起始點(diǎn)脈動(dòng)的影響4.7.4 討論與文獻(xiàn)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(yàn)結(jié)果理論分析及實(shí)際應(yīng)用4.8.1 積分方程無(wú)因次化及其對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的綜合整理4.8.2 計(jì)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(bào)與討論4.8.4 小結(jié)參考文獻(xiàn)第5章 鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動(dòng)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(dòng)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(dá)式5.2.3 理論預(yù)測(cè)與試驗(yàn)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(dòng)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(dá)式5.3.3 理論結(jié)果及與試驗(yàn)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(yàn)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(dòng)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(xiàn)第6章 鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)水動(dòng)力特性6.1 水流溫度不均勻性對(duì)超臨界壓力鍋爐水動(dòng)力特性的影響6.1.1 理論分析6.1.2 不同配置方式水動(dòng)力特性曲線計(jì)算6.1.3 小結(jié)6.2 水平布置蒸發(fā)受熱面中的水動(dòng)力特性6.2.1 水動(dòng)力特性6.2.2 各因素對(duì)水動(dòng)力特性的影響6.2.3 防止水動(dòng)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(dòng)力特性6.3.1 一次上升和一次下降的蒸發(fā)管的水動(dòng)力特性6.3.2 二回程垂直蒸發(fā)管的水動(dòng)力特性6.3.3 三回程垂直蒸發(fā)管的水動(dòng)力特性6.3.4 多回程垂直蒸發(fā)管的水動(dòng)力特性6.3.5 垂直蒸發(fā)管水動(dòng)力特性單值性的校驗(yàn)6.4 蒸發(fā)受熱面中的脈動(dòng)現(xiàn)象6.4.1 管間脈動(dòng)的基本概念6.4.2 管間脈動(dòng)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(qiáng)制蒸發(fā)受熱面水動(dòng)力特性6.6.1 多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的特點(diǎn)6.6.2 多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐水動(dòng)力校驗(yàn)參考文獻(xiàn)第7章 鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)7.1 在線監(jiān)測(cè)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(jì)與實(shí)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(jì)及功能說(shuō)明7.4 小結(jié)參考文獻(xiàn)第8章 鍋爐水循環(huán)試驗(yàn)8.1 75t／h鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)8.1.1 引言8.1.2 5號(hào)爐水循環(huán)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置8.1.3 水循環(huán)試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)方法8.1.4 水循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果8.1.5 5號(hào)爐水循環(huán)不良的原因分析8.1.6 結(jié)論8.1.7 幾點(diǎn)建議8.2 某機(jī)場(chǎng)75t／h鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)8.2.1 引言8.2.2 鍋爐水循環(huán)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置8.2.3 水循環(huán)試驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)方法8.2.4 水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果8.2.5 結(jié)論8.3 前置立式煤粉旋風(fēng)爐低負(fù)荷單旋風(fēng)筒運(yùn)行水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)8.3.1 引言……第9章 鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)的改進(jìn)第10章 直流鍋爐水動(dòng)力調(diào)整方法研究與實(shí)踐

章節(jié)摘錄

插圖：4.5.1壓力降型脈動(dòng)特征及機(jī)理分析壓力降型脈動(dòng)是動(dòng)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(dòng)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(dòng)的靜態(tài)運(yùn)行點(diǎn)均在流量一壓差特性曲線的負(fù)斜率段。另外，在脈動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)滿足發(fā)生密度波型脈動(dòng)的流量與壓差相位關(guān)系時(shí)，壓力降型脈動(dòng)中還疊加有密度波型脈動(dòng)。在實(shí)際設(shè)備中，加熱段很長(zhǎng)，加熱段內(nèi)部壓縮性可能大到足以產(chǎn)生壓力降型脈動(dòng)。在本試驗(yàn)中，試驗(yàn)的加熱段較短，為模擬實(shí)際沸騰回路的可壓縮容積，在試驗(yàn)段上游放置一個(gè)脈沖箱來(lái)代替產(chǎn)生壓力降型脈動(dòng)必不可少的可壓縮容積。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在靜態(tài)特性曲線的負(fù)斜率段，在穩(wěn)定狀態(tài)下，給熱負(fù)荷或流量一個(gè)增量，就會(huì)引起進(jìn)口質(zhì)量流速、壓力、試驗(yàn)段壓降、試驗(yàn)段進(jìn)出口壓降和溫度的持續(xù)脈動(dòng)，這就是壓力降型脈動(dòng)。圖4-5為在某一瞬時(shí)使加熱負(fù)荷有一微小的增加，系統(tǒng)從穩(wěn)態(tài)進(jìn)入非穩(wěn)態(tài)，入口流量發(fā)生脈動(dòng)，入口文丘里流量計(jì)所指示的入口流量、入口壓力、試驗(yàn)段壓降和壁溫波動(dòng)隨時(shí)間變化的脈動(dòng)曲線。圖4-6為典型的壓力降型脈動(dòng)進(jìn)入自維持以后入口流量、入口壓力、試驗(yàn)段壓降和壁溫波動(dòng)的脈動(dòng)曲線。從圖4-6中可以看到，在壓力降型脈動(dòng)中，壓力、壁溫和工質(zhì)溫度發(fā)生同相脈動(dòng)，其相位差不大，流量和壓降同相位脈動(dòng)而與壓力脈動(dòng)接近180。，流量和壓降的增加，與壓力、溫度的降低同時(shí)發(fā)生。壓力降型脈動(dòng)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(dòng)周期比密度波型脈動(dòng)周期要長(zhǎng)得多，在本試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，脈動(dòng)周期為30～150s。壓力降型脈動(dòng)引起的管壁壁溫脈動(dòng)的幅值也較大，最大幅值可達(dá)400℃以上。這是較長(zhǎng)的流量脈動(dòng)周期使管內(nèi)處于低流量時(shí)間加長(zhǎng)，加熱管長(zhǎng)時(shí)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(dòng)的最大幅值可達(dá)平均流量的3.5倍以上。從試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)壓力降型脈動(dòng)的界限干度要低于密度波型脈動(dòng)的界限干度，即壓力降型脈動(dòng)發(fā)生在低含汽率的區(qū)域。4.5.2各運(yùn)行參數(shù)對(duì)壓力降型脈動(dòng)的影響。影響壓力降型脈動(dòng)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(jìn)口過(guò)冷度、進(jìn)口阻力系數(shù)、出口阻力系數(shù)和熱負(fù)荷等因素。這些因素影響著壓力降型脈動(dòng)的起始點(diǎn)、脈動(dòng)周期和脈動(dòng)振幅。表4-3為壓力降型脈動(dòng)的典型數(shù)據(jù)。

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《鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理及其應(yīng)用》是由科學(xué)出版社出版的。

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