0 引言 

　　在電站熱力系統(tǒng)中， 生產(chǎn)高溫熱水具有特殊意義， 它不僅影響到廢氣余熱的利用量及余熱鍋爐的排煙溫度，還直接影響到鍋爐的產(chǎn)汽量及余熱利用效率。一般來講， 為了提高煙氣余熱的利用量， 余熱電站設計時，都采取盡可能提高熱水出水溫度的辦法。但是熱水溫度太高， 在輸送過程中容易發(fā)生汽化， 變成汽水混合物，從而影響輸送系統(tǒng)的安全性。本文把汽水兩相流的概念引入到余熱電站熱水管道設計中，目的是在確保系統(tǒng)運行安全的前提下，使汽水管道不受防汽化溫度的限制和要求， 來盡可能多的回收低溫廢氣余熱。 

　　1 汽水兩相流管道的基本特征 

　　1．1 汽水分層 

　　余熱電站外管線中， 最多的是具有一定坡度的平管道， 這種管道由于汽水密度不同， 使得管道截面上蒸汽上升，形成汽水分層的現(xiàn)象。對于垂直上升管道，由于蒸汽流速大于熱水流速， 另外管道中心流速大于近壁面流速，因此管道中心容易形成蒸汽分層。對于垂直下降管道， 則在靠近管壁處形成蒸汽分層。 

　　1．2 流體溫度變化很小 

　　因為流體是在飽和水和飽和汽之間變化， 如果管道為絕熱管道， 那么管道中介質(zhì)溫度變化很小， 始終為飽和壓力對應的溫度。 

　　1．3 流動阻力和噪聲升高 

　　對于兩相流體， 不能直接用單相流體的摩擦阻力公式進行計算， 其壓降與流型和流體中的含汽率有很大關系，摩擦阻力隨著流體流動過程中含汽率的波動而變化。與單相流體相比， 兩相流體的局部阻力也稍增大一些。 

　　1．4 節(jié)流產(chǎn)生的汽水兩相流體造成壓力局部升高流體節(jié)流后， 壓力下降， 會加速水的汽化， 造成實際上的流體壓力的升高。 

　　2 發(fā)生汽水兩相流的原因和對系統(tǒng)的影響 

　　2．1 主要原因 

　　1）在余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)設計時， 主觀上提高了熱水溫度， 以取得低溫廢氣余熱的最大利用； 
　　2）在余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)設計時為了安全， 熱水溫度取值偏低， 但當水泥窯波動引起廢氣溫度升高時，熱水吸收熱量增多，導致局部汽化發(fā)生汽水兩相流； 
　　3）熱水在通過節(jié)流裝置如孔板、調(diào)節(jié)閥或管道擴徑時， 容易發(fā)生熱水汽化形成汽水兩相流。尤其是當調(diào)節(jié)閥在低負荷小流量運行時，更容易發(fā)生汽水兩相流。 

　　2．2 發(fā)生汽水兩相流的環(huán)節(jié) 

　　1）余熱鍋爐省煤器及出口集箱。由于鍋爐本體系統(tǒng)中蒸發(fā)器上升管道是按照汽水兩相流進行設計的，因此，這兩部分按照汽水兩相流進行設計， 應該不存在困難。 

　　2）熱水輸送管道。在國內(nèi)只有冀東水泥集團 2 個補燃電站的熱水管道是按照汽水兩相流進行設計的，該電站把AQC爐生產(chǎn)的汽水混合物，輸送到補燃鍋爐的鍋筒內(nèi)進行補汽。而其它余熱電站的熱水輸送管道均沒有按照汽水兩相流進行設計。但是在實際運行中，很多電站都出現(xiàn)過汽水兩相流的情況。因此， 對管道的壽命產(chǎn)生影響， 甚至會出現(xiàn)安全隱患。 

  2．3 對系統(tǒng)的影響 

　　1）水擊。蒸汽管道設計流速很高， 比如主蒸汽管道一般要達到 30m/ｓ， 但是水管道設計流速很低， 只有1．5￣5m/ｓ。熱水發(fā)生汽化后， 由于體積膨脹， 使得汽水混合物流速增加， 快速的蒸汽夾雜水滴沖刷管道，造成水擊現(xiàn)象，有損于管道壽命。 
　　2）汽水阻塞。熱水汽化導致阻力增加， 導致汽水管道發(fā)生局部阻塞現(xiàn)象。 
　　3）管道振動。由于汽水兩相流體在管道輸送過程中含汽率是變化的， 因此管道內(nèi)兩相流體的流速是變化的，速度的改變以及水擊現(xiàn)象會造成管道振動的加劇。 
　　4）閥門工作狀態(tài)改變， 調(diào)節(jié)困難。 
　　5）儀器儀表測量不準確。 

　　2．4 熱力系統(tǒng)設計時應注意的事項 

　　1）為了確保在發(fā)生汽水阻塞的時候， 管道能順利投運， 鍋爐給水泵應按單相流動阻力的 120％選取。為了保證在單相流動時的節(jié)電， 鍋爐給水泵需加裝變頻調(diào)速裝置。 
　　2） 為了防止管道振動加劇， 需增加管道的剛性。如增加管道壁厚， 縮短管道支架間距， 以及合理考慮固定支架的設置等。 
　　3）為了保證給水測量及給水調(diào)節(jié)的準確度，應盡可能地把流量計和閥門安裝在同一給水管道的冷端。同時對閥門的訂貨提出比較嚴格的要求，使閥門在設計及制造時考慮在此工況下盡可能的延長壽命。 
　　4） 汽水兩相流體的流量可采用專用的汽水兩相流量計進行測量。溫度計和壓力計按常規(guī)選取即可。 

　　3 小結 

　　本文通過在水泥窯純低溫余熱電站熱水輸送管道設計中引入汽水兩相流這個概念，使得在管道系統(tǒng)設計及閥門、測量儀表選型等方面引起設計單位和使用單位的注意，來確保系統(tǒng)運行的包容性和安全性。同時通過采取提高管道運行溫度， 允許或保持管道內(nèi)汽水兩相流動的措施，來提高余熱利用的效率和可靠性， 并減少運行的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。