工 质的粘度、密度、导热系数等物理参数随压力和温度而变化,但受压力的影响较小,而受温度的影响较大。在250℃~550℃的范围内,工质密度和动力粘度随 温度变化最大。当工质温度在300℃~400℃范围内时,管内壁面处的工质粘度约为管中心工质粘度的1/3左右,由此产生粘度梯度,引起流体边界层的层流 化;在边界层中的流体密度降低,产生浮力,促使紊流传热层流化;边界层中的流体导热系数也随着降低,又使导热性差的流体与管壁接触,当进口温度较低时,壁 面处的流体速度远小于管中心的流体速度,这又促使流动层流化。因此,在管子热负荷较大时就可能导致传热恶化,同时由于盐类等杂质的浓缩,受热面结垢,进一 步加剧传热恶化。
当超临界参数锅炉的工作参数进一步提高,过热器出口的压力达到31MPa或更高时,水冷壁中工质压力可达到37MPa或更 高。根据超临界压力下工质的物理特性可知,水冷壁中工质大比热特性将随压力升高而减弱,对应压力的大比热值减小,但仍需注意防止类膜态沸腾引起的传热恶 化。

图1 水和蒸汽的物理性质与温度的关系[1]
Fig.1 Physical characteristic of water and steam with temperature
2.2常见物质在超临界条件下蒸汽中的溶解与沉积特性
在 超临界条件下,蒸汽具备和水同样的溶解特性。各种盐、酸、碱和金属腐蚀产物等物质在蒸汽中的溶解度随蒸汽压力不同(见图2、图3),可以从μg/kg变化 到mg/kg级。图4中的竖线表示最常见的可溶解携带的物质及其浓度范围。压力越高,蒸汽的溶解携带能力越强。从图2、图3可见,这些常见物质在过热蒸汽 的溶解度随压力降低或比容增加而迅速地降低,随着蒸汽做功膨胀,蒸汽的溶解能力下降,在高参数下蒸汽溶解携带的物质就会随着蒸汽的转移而不断析出,沉积在 后续设备的不同部位,由此会加剧机组蒸汽通流部分潜在的金属腐蚀问题。图4还表示各种物质在汽轮机不同部位的分布情况。

图2 在典型汽机蒸汽条件下杂质在过热蒸汽的溶解度[2]
Fig.2 Solubility in superheated steam under typical steam turbine condition