热强度及循环倍率.doc

附录B 热强度及循环倍率 B.1 概述 无论系统是强制循环还是自然循环，无论是水管还是火管的设计，循环、热强度及沸腾流型作为基本概念对所有热回收蒸汽发生器(HRSG) B.2 热强度 B.2.1 膜态沸腾 热强度是指单位管表面积的传热量，按沸腾发生表面计算。如果热强度过高，蒸汽发生太快，会在管内壁形成蒸汽膜。蒸汽膜取代了水，使其不能再润湿管子，这种现象称为膜态沸腾或偏离核态沸腾，会引起管壁金属温度的突然上升。高的金属温度可引起管子失效。 引起偏离核态沸腾的热强度由以下几个变量决定： 传热表面的方位及几何形状 水中蒸汽量 蒸汽/水混合流速 压力 热回收蒸汽发生器(HRSG)B.2.2 核态沸腾 因为沸腾传热系数比热气体侧传热系数大很多，管壁金属温度趋近饱和水温度。这个结论是基于核态沸腾假设，这时管内壁生成的蒸汽气泡被水交替取代，使管子得到润湿。 如果生成的蒸汽气泡不能连续排除，低热强度核态沸腾时也可发生蒸汽汽垫。然而，热强度超过400,000 Btu/(h.ft2)（1085000 kcal/(m2.h)）时，核态沸腾就会转变成膜态沸腾，此时即使最强的循环也不能阻止传热表面上隔热蒸汽膜的生成。 B.2.3 局部热强度 表B-1指出了典型的最大允许局部热强度范围。最高热强度应按最高温差区域、根据该处温度下流体特性以不结垢条件计算。决定热回收蒸汽发生器(HRSG)B-1——火管及水管热回收蒸汽发生器(HRSG)热回收蒸汽发生器(HRSG)(Btu/Hr-Ft2)（kcal/(m2.h)） 备注 火管 锅壳式 25,000-30,000 （67813-81375） — 锅内沸腾，循环方式不好确定 — 大装置的管间距必须仔细选择 热虹吸式 70,000-100,000 （189875-271250） — 独立汽包，循环方式好确定 — 不适用于乙烯装置的炉出口换热器 — 某些专利设计中可采用高热强度 水管 自然循环 100,000 （271250） 采用立管防止流动分层 — 需核算出口最热的管子处的循环倍率 强制循环 40,000-50,000 （108500-135625） — 设计时要避免水平管分层 — 需要控制高的蒸汽/水混合流速 强制循环 直流锅炉(最大管径4.5in)用于提高油品收率的汽提 40,000 （108500） — 需要控制所用水的硬度 热管 自然循环 50,000 （135625） 锅内沸腾 循环方式不好确定 许多工业热回收蒸汽发生器(HRSG)B-1规定的最大值低很多。这可能是由于温差小或总传热系数小。 B.3 循环 B.3.1 循环倍率 循环倍率（CR）是进入回路总的汽/水流量与上升管出口蒸汽流量的比。 CR=（总的上升管内蒸汽/水质量流量）/上升管出口蒸汽质量流量 设计者取的循环倍率应在所有操作条件下都维持核态沸腾，也就是说，避免偏离核态沸腾。然而，应根据循环倍率来修正两相流流型，而不是只规定最小循环倍率。 泡状流是热回收蒸汽发生器(HRSG)Bar-Cohen，Ruder，及Griffith发现循环量过低或热强度过高时，可能发生非理想的分层流或液节流流型。Taitel及Dukler提出了一个预测流型的模型，它是管径、流动方向、流体特性及蒸汽/水质量流速的函数。 B.3.2 自然循环 热回收蒸汽发生器(HRSG):1到15:1）如图B-1所示。 循环倍率由静压头差、回路中流动阻力、系统压力及发生的蒸汽量决定。设计者可以靠提高汽包高度及（或）减少流动阻力的方法来增大循环倍率，例如，采用大下降管或增加流动面积。某个特定系统的典型特性曲线如图B-2所示，此曲线表明随着传热及蒸汽生成量的上升循环倍率下降。 循环倍率在要求的操作范围内均应计算。低循环倍率可导致偏离核态沸腾并使管子过热。自然循环热回收蒸汽发生器(HRSG) B.3.3 强制循环 强制循环热回收蒸汽发生器(HRSG)5:1）如图B-3所示。水从入口集箱分配至平行的管子回路，生成的汽/水混合物进入一个出口集箱，汽/水混合物返回汽包，在那里进行蒸汽分离，分出的水再循环回蒸发段。 蒸汽发生管可以是任何方向，用于火焰加热炉时经常为水平。管子依次蛇形排列连接形成一个单独管程。水顺着这种排管向上流动，并达到多程平行回路间的流动稳定。两相流的浮力有助于强制循环并可使被蒸汽包围的可能性减小。 强制循环的热回收蒸汽发生器(HRSG)热回收蒸汽发生器(HRSG) B.3.4 优点及缺点 B.3.4.1 自然循环的优点是： 不要求泵送系统 维修少 更可靠 B.3.4.2 自然循环的缺点是： 经常受采用垂直管或倾斜管的约束 经常安装在地面，这就要求更大的作业空间 汽包要求位于较高的标高 B.3.4.3 强制循环的优点是： 可以采用水平或垂直排管 强制循环的排管可