脉动的影响因素及其防止措施

13.2.3　脉动的影响因素及其防止措施

1.影响脉动的因素

影响水平蒸发管脉动的因素有管圈结构特性、压力、进口欠焓、质量流速和热负荷等。

上述讨论表明，增加蒸发管加热段的阻力Δp_jr，减小蒸发段的阻力Δp_zf，即增大阻力比K值，则脉动可以减轻。因为Δp_jr增大，始沸点附近局部压力变化对该段的压差变化影响减小，因而进口工质流量波动小；而Δp_zf减小，始沸点附近压力变化对该段的压差变化影响增大，则扰动波可以加快向出口卸载的速度，使局部压力快速回复。管子长度与直径的比值l/d增加，也有利于流动的稳定性。

随着锅炉工作压力增高，Δp_zf减小，阻力比K值增大，而动态蓄质量系数Bd值减小，见图13.13所示，因此流动稳定性增加。其原因是蒸汽与水的比容接近，始沸点不易出现局部压力急剧升高的现象，所以脉动不易发生。当压力高于14MPa以上时，一般不会发生脉动现象，但仍应注意启动及低负荷时由于工作压力低而可能发生的脉动。超临界压力下工作时，在工质比容剧烈变化的大比热区内，当进口焓i_j＜1　700kJ/kg和管组的焓增值Δi＞1　500kJ/kg时，也有可能产生管间脉动。

图13.13　工质压力和进口欠焓对脉动的影响

1、2、3、4—相应的欠焓

Δi_qh为42、84，126、210kJ/kg

进口工质欠焓Δi_qh对脉动的影响如图13.13所示，可见随着Δi_qh增加，加热段长度增长而使Δp_jr增加，则K值增加，这对防止脉动是有利的；但B_d也相应增加，因为此时始沸点离进口处远，该处局部压力变化等扰动工况反馈到进口的时间增加，使流动稳定性降低。因此欠焓Δi_qh对脉动的影响不是单向的，存在一个发生脉动的最敏感欠焓值。由图13.12可见，当其它条件相同，最敏感欠焓值为Δi_qh＝84kJ/kg，因为此时不发生脉动所需的界限质量流速最大。还需注意的是，过分增大欠焓，还可能促使水动力多值性的发生。

当其它条件相同时，随着热负荷的增加，加热段长度缩短，K值减小，易于发生脉动；当始沸点附近热负荷较高时出现扰动，易使该处局部压力发生剧烈的变化而产生脉动。

当热负荷不变时，提高管内质量流速可以增加加热段的长度，则阻力比K增大，同时也可减轻由于局部蒸汽容积增大，压力升高而阻滞工质流动的波动，这都能避免脉动的发生。

影响垂直上升管脉动的因素和影响水平管的相似，增大管组加热段与蒸发段的阻力比，提高压力，减小热负荷，增加质量流速等，对于减轻和避免脉动都是有利的。工质进口欠焓变化的影响也不是单向的，如在p＝9.8MPa，ρw＝1000kg/（m²·s）时，发生脉动的最敏感欠焓值约为220kJ/kg，因为此时具有最小的热负荷。

2.防止脉动发生的措施

为了减轻和避免发生脉动，在设计蒸发管组时要选择合适的工质进口欠焓（与水动力多值性同时考虑），将始沸点布置在较低的热负荷区，必须保证启动和低负荷时的进口工质的质量流速ρw大于界限质量流速（ρw）_jx。若某管组的计算质量流速小于（ρw）_jx，则应采取措施重新计算，直到计算质量流速大于（ρw）_jx为止。

通常采用的措施有：变管径的蒸发管组，在管组进口加装节流圈，在蒸发区段加装呼吸集箱等。

在管子加热水段采用较小的管径，而在蒸发区段采用较大的管径，可以提高加热水段的阻力，同时相应减小蒸发区段的阻力，从而防止脉动的发生。但是，变管径的结构比较复杂，而且管径过小受热面的刚度不够，管径过大则会增加金属耗量。因此，不能完全依靠变管径结构来消除脉动，通常采用在管子进口加节流孔圈来保证加热水段与蒸发段的阻力比K。

在管子进口加装节流圈是有效防止脉动的主要方法。由于节流圈的阻力损失，可以大为提高管子的进口压力，消弱局部压力升高对加热段压差的影响，从而减小进口的流量波动。锅炉设计中，最小质量流速一般是根据计算工况下管壁温度不超过允许极限值来确定，然后按此质量流速来确定保证工作可靠性应采用的节流程度。在具体设计和调整节流圈时，须同时考虑脉动的消除，水动力多值性的防止，以及热偏差的减少。

图13.14　呼吸集箱示意图

1—呼吸集箱；2—分配集箱；3—汇集集箱；4—蒸发受热面；5—连接短管

上述两种利用增大加热段阻力的方法来防止脉动会增加给水泵的耗电量。还有一种消除脉动的有效措施是加装呼吸集箱，如图13.14所示。在并联的各管上焊一短管，另一端连接到一个公用的呼吸集箱上。由于加装呼吸集箱后可以平衡各蒸发管中的压力，使始沸点处的压力变化显著减小，从而达到消除脉动的目的。考虑到脉动起因是在始沸点附近，因此呼吸集箱应当装在蒸发段内质量含汽率x＜0.25处。

上述措施也能用于防止垂直上升管组的脉动，但与水平管组相比，需要更高的质量流速。