根据A炉的设计资料，蒸发器各管子的入口平均水流速w0＝0.6m/s，质量流速为0.6×870＝522kg/m2s，是大于分层流的极限值350kg/m2?s的，所以是安全的。在运行中，一定要保证蒸发器的入口水量达到设计值。
（2）B炉中的蒸发器的最小质量流速
蒸发器I：压力为5.2MPa，管内径为45mm，平均热负荷q为76450w/m2，从图18中查得循环流速w0为0.65m/s，此时水的密度为774kg/m3，质量流速?w0为503 kg/m2?s。
蒸发器II：管内径33mm，平均热负荷q为20272 w/m2，从图18中近似查得循环流速W0为0.4m/s，质量流速?w0为309.6 kg/m2?s。
设计计算中取循环倍率K＝5，计算出两组蒸发器的平均质量流速为705 kg/m2?s，大于上述蒸发器的极限质量流速，是安全的。
通过上述内容的讨论，可以认识到蒸发器采用“顺流”布置的必要性。水平式蒸发器都有180?的弯头，如果汽水混合物从上向下流动，在水平向下弯曲的弯头处容易集汽，会形成不流动的汽塞，影响水的流动。反之，向上流动时，汽不易在弯头处集存，蒸汽的速度也不会降低，所以蒸发器采用流体自下而上的顺流布置方案。 二、蒸发器的水力特性
（一）两相流体的流动阻力
1．单相流体的流动阻力 流动阻力的计算公式为：
2 l??w0??p??????
d?2?
2．两相流体的流动阻力
管内汽水共存，汽水之间有摩擦阻力损失，所以流动阻力要增加，通常在单相计算的基础上增加含汽量修正值，公式为：
2??????l???w0????p?????? ?1?x??????1???d2??????
式中：?’一两相流体的局部阻力系数，通常是大于单相流体的；
?’一两相流体的摩阻系数； ?’/?’’一饱和水与汽的密度比；
x一质量含汽率，计算整个管段时，可以用平均值x＝(D/G)/2； w0一管子入口处水的流速，即循环流速m/s。
分析公式（35）可以看出，流阻除了与循环流速、阻力系数有关以外，还与质量含汽率有关。当流速w0不变时，流阻与产汽量有关，也就是与吸热量有关。
例题五：现以A炉及B炉中的蒸发器为例，分别计算其流阻损失，计算列于附表5中。 （二）蒸发器的水力不均匀性
从上述附表5的计算结果可以看到，蒸发器II的管圈数多，行程长，弯角多，所以流阻的数值大于蒸发器I，两者相差l～2倍。一台余热锅炉的两组蒸发器入口与循环泵出口相连，蒸发器出口与汽包相连，进出口的压力差是相同的，应该具有同样的流动阻力。若要得到相同的流动阻力，需要修改计算中的参数，参数有：流速、局部阻力系数等。
（1）流速
原假定两组蒸发器内质量流速相同，所以取相同流速进行计算，如果其他参数不变，只有蒸发器II的流速减少，蒸发器I的流速增加，最终使两组蒸发器的流阻相同。
经试算后，A炉的蒸发器I的流速从0.6m/s增加到0.76m/s，蒸发器II的流速从0.6m/s
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降为0.44m/s，此时流阻相同，约为106700Pa。
同理，B炉的蒸发器I的流速从0．911m/s增加到1．058m/s，蒸发器II的流速降为0．715m/s，此时流阻相同，约为80600Pa。
由此说明，并联管路中的水流量分配是由流阻决定的，也就是由蒸发器进出口的压力差决定的。
（2）局部阻力系数
上面提到如果不采取措施，并联蒸发器的水量会自行调整，使水速不相等。如果希望水量按一定要求分配，可以采取改变局部阻力系数的办法来达到目的，即在蒸发器入口管路上装节流圈。例如蒸发器I的水量增加太多，在入口处装节流圈，使局部阻力系数?’加大，此时水量可以稳定在一个新的数值。
所谓“水力不均匀性”就是指并联管内水量不相等，对于一组蒸发器而言，由几十根并联管圈组成，尽管各管圈的尺寸相同，阻力系数相同，但仍然会有水量不相同的现象产生。
从公式（35）可看出质量含汽率与流阻有关，含汽率受传热量的影响，如果各并联管圈的传热量不均匀，而使产汽量不相同，导致质量含汽率不相同，这就会影响水力均匀性。例如：某管内的水量假想与其它管相同，但吸热量多，产汽量多，使质量合汽率x增加，流阻增加，在同样压差条件下，流阻不能增加，此时进水量要减少，以维持相同流阻。水量的减少引起水力不均匀。
综上所述，水力不均匀是由于结构尺寸不相同以及传热不均匀造成的。水力不均匀将给运行带来危害，会使某根管内水量减少，质量流速降低，有可能发生流型转变，转为“分层流”。因此设计锅炉时，要求烟气流速均匀，温度分布均匀，以保证传热均匀。本锅炉的烟气入口处的弯头设计能保证烟气流分配均匀以达到传热均匀的目的。 （三）蒸发器的水动力特性
水动力特性就是：流动阻力与流量的关系，用式子表示为：?P＝f(G)＝f(w0)
对于蒸发器管子入口区段，是过冷水的升温过程，属于单相水流动，流动的阻力的计算采用公式（34）。
当水开始汽化，属于两相的流动，流阻计算用公式（35），整个管圈的流阻是由这两部分相加而得，假定l1 是水温升高段的管长，（l—l1）是水汽化段的管长，总流阻用下式表示
22??????l1???w0l?l1???w0?????p??????????? ??1?x??????1???d2d2????????
2? l1l?l1?l?l1????????w0???????????????????x??????1???2 ddd?????? （36） 在传热量不变的条件下，l1的长度与水量有关，入口水量大，需要加热水的热量多，受热管段l1 就长，其关系式如下：
?dl1q＝G?igl （37） 上式的左项是通过传热面传入的热量，右项是过冷水变成饱和水所需要的热量，过冷度用?igl 表示。
根据同样理由，可列出汽化段的关系式：
?d(l－l1 )q＝?dlq－G?igl ＝G?i
?i是汽水混合物出口焓与饱和水焓的焓差，右项表示工质吸热量。
（36）式中的质量含汽率x可以用平均含汽率表示：x＝(D/G)/2。来表示，循环流速w0
可用G/f?表示。将各个量与G的关系式代人公式（36），整理后，得到
?p＝AG3－BG2＋CG （39）
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（39）式是三次方的关系式，其曲线形状见图19中的曲线2。曲线2有二个拐点，在一定的压差下有三个不同的流量，这种流体的动力特性就是不稳定的，设备的正常运行不允许出现不稳定的动力特性，因流量会自动变化，当流量处于最小值时，会引起事故。
（注：按3次曲线，应当有一个拐点，两个驻点。）
图19中的曲线1是稳定的，在一个压差下只对应一个流量，要消除不稳定现象，可以在管圈入口单相流的管段中，装一个节流圈，选择合适的节流孔径以达到所要求的流阻值，节流圈的水动力特性与曲线1相同，这样管圈的总流阻由节流圈流阻与管圈流阻相加而得。图中曲线3就是由曲线1与曲线2相加而成的，显然曲线3已没有明显的拐点，一个压差下只对应一个流量，此时流体的动力特性是稳定的。
总的来说，增加单相流体段的局部阻力值对稳定性有好处，而双相流体段的局部阻力的增加对稳定性没有好处，所以蒸发器应该尽量减少管圈的弯头数目，对比省煤器和过热器的管圈布置，蒸发器每一组管由2～3排并列管组成，在相同传热面时，其弯头数可减少。 （四）蒸发管内的脉动工况
上节叙述的是不稳定性，即压差不变时，流量会自动变化，这种变化是非周期性的。本节介绍的是周期性的变化，多发生在并联管中。
脉动工况指的是：蒸发管内发生流量和压力的周期性波动。 由于流量周期性变化，引起管壁温度变化，导致管子被破坏。关于脉动工况的产生原因初步解释如下。
1．流动型式的变化 图19 蒸发器内流体动力特性 当某管入口水流量突然减少．加热水段的管长就短，汽化点提前，产汽多，流动型式从泡状、塞状转变成环状流，而环状流的流阻小，使整个管内流阻减小，为维持各管的相同压差值，此管的入口水流量会增多，此时发生的过程与原来的相反，使汽化点推后，产汽少，流型又恢复泡状或塞状流，如此反复进行，该管内的流量就周期性的变化。
2．局部压力和管壁蓄热的影响
由于蒸汽是可压缩的，管圈长度较长，常会使入口处的流量和出口处的流量不一致，这就导致流量的变化比较复杂。蒸汽空间像一个弹簧，是有弹性的，正如固体质点的振动一样，弹簧上的固体质点受外力作用，会产生上下振动。在流型不变的前提下，热量增加使汽化点提前，产汽量增加，使质量含汽率增大，流阻增大，当管子出口处压力不变时，汽化点处的压力上升，使此两点的压差增大以维持流阻增大值，对加热水管段而言，后面的压力上升，前面的压力不变，压差减小，迫使其入口水量减少，当水量减少后，整个管圈的流阻下降，汽化点处的压力下降，进入水量又增加会使汽化点后移，产汽量少，质量含汽率也减小，但因水量对流阻的影响大，使流阻增加，入口水量又减少。如此反复进行，这说明热力不均匀对脉动的影响，是通过局部压力变化引起压差变化而使流量变化。
当汽化点提前，提前段的管壁温度增高，管壁蓄热量增加。当水量增加，汽化点后移，此部份管壁蓄热量重新传给水，也会增加汽量，使流阻增大。与加热段局部压力互相配合，使脉动持续进行。
由以上所述，发生脉动现象需要外部扰动的条件，热量和水量的变化都是扰动的初始原因。余热锅炉的蒸发器传热方式主要是对流，热量的变化是总体的变化。而水量的变化可以是单根管的变化，因而单根管的脉动容易产生。
要消除脉动现象，常采用二个方法，一个是在入口处装节流圈，增加加热水段阻力，使得汽化段的微小流阻变化不会影响到水流量的变化。另一个方法是保证质量流速，当质量流速大于一定值以后，不会产生脉动，这是因为质量流速表示水流量，水流量比较大时，管圈的流阻大，局部的微小流阻变化不易影响流量，另一方面是由于质量流速大，流型不易变化，
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能消除因流型变化而引起的脉动。
根据苏联资料的计算结果如下：
产生饱和蒸汽的A余热锅炉中，蒸发器II的防止脉动所需要的最小质量流速为287kg／m2?s。
蒸发器I处在烟气高温区，热负荷比蒸发器II的大二倍，但由于单个管圈的管子短，仅为蒸发器II的1/3，所以防止脉动所需要的最小质量流速为251kg／m2?s。
产生过热蒸汽的B余热锅炉中，由于有过热器，蒸发器处在烟气温度不高的区域，热负荷仅是A炉蒸发器II的5～10％，防止脉动所需要的最小质量流速仅为几十左右。
总结：从水动力不稳定性及防止脉动来看，管圈入口处装节流圈是有效的，但会增加流体流动阻力，需要提高泵的扬程，使循环泵耗电多；采用保证质量流速的方法，则需要严格监督进入蒸发器的水量。由于防止脉动所需要的质量流速均低于防止分层流所需的质量流速，所以运行中的最小流量应以防止分层流为主。 三、蒸发器的最小流量保护
从安全性来分析
对蒸发器本身而言，进入水量少是不利的，将会导致蒸发器管受到超温破坏。
对循环泵而言，如果循环泵出水量少而使进入蒸发器的水量少，除了对蒸发器产生不刊后果以外，对泵本身也是不利的。因为进入循环泵水量少，泵的轮叶摩擦的热量容易使水汽化，使循环泵发生汽蚀现象。
从热经济性来分析，进入蒸发器的水量少，会影响蒸发器管内的换热系数。尽管蒸发器内侧汽水混合物的换热系数很大，一旦水少而汽多，会使换热系数下降，最后使烟气放热量减少。烟气在蒸发器的放热量减少，会影响蒸汽产量，还会使锅炉排烟温度增加，增加排烟损失使锅炉效率降低。
综合上述二点理由，对于进入蒸发器的水流量要监视，还要采取一系列的保护措施来保护蒸发器和循环泵。
每台余热锅炉有两组蒸发器，是并联接连的，其连接图示于图20中。由于两组蒸发器处在不同烟气温度区，其热负荷是不同的，又因两组蒸发器的结构不同，处于低温区的蒸发器II的管圈多，阻力系数大，所以蒸发器II内的水量会减少，使蒸发器I内的水量增加，以使水量的分配符合热负荷的要求。（参看图1。图20中两个蒸发器似乎反了。） 图20 蒸发器的连接
循环水泵出口管道上装有流量计，测量进入蒸发器的水流量，随时监视其流量大小，以保证最小质量流速的要求。
关于水流量的测量：
教材所介绍的是一种类似皮托管的笛形测速管，适用于大管径。迎水面正对来流有4个孔，测全压（总压），4个孔感受到的压力是不同的，连在一起得到平均的全压。背水面开一个孔，测静压（也称背压）。
根据柏努利方程，有：
?w2
p*?p? 2由此可求得速度：
2?p*?p?2?p w????
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因此，知道面积，即可求流量（体积流量或质量流量）：
V=wf m3/s
G=?wf kg/s
由于有许多实际因素的影响，如测速管的校正系数，密度的变化（主要由温度的变化引起）等，归结为一个修正系数C，可得教材上的公式： 图21 笛形测速管
四、汽包
汽包是与蒸发器紧密相连的，除了汇集省煤器来水、汇集蒸发器来的汽水混合物以外，还能提供合格的饱和蒸汽进入过热器或供给用户。汽包的内部结构见图27，汽包的外部管路及管制件、仪表见图28。 （一）汽包内件
从蒸发器来的是汽水混合物。当蒸汽带水时，水中溶解有各种盐类，如钠盐、硅酸等，这些盐随水滴留在蒸汽中。蒸汽进入过热器内，水滴在过热器内汽化，将盐类积存在过热器管壁上形成垢，垢的热阻很大，增加了传热的热阻，妨碍传热，使蒸汽出口温度达不到原设计值，同时管壁不能被汽流冷却，管壁温度升高，减弱金属的强度，会使管子烧坏。有些硅酸盐随着蒸汽进入汽轮机，又随着蒸汽压力降低附在汽轮机的喷嘴和叶片上，影响汽轮机的功率。所以锅炉要提供合格的蒸汽供给用户。汽包内装置一些元件就能达到改善蒸汽品质的要求，这些元件的主要任务是使蒸汽内无水滴。
1．蒸汽与水分离 （1）蒸汽带水过程
从图27的右图中可以看到，蒸发器来的汽水混合物通过四根管子进入汽包右上方的分配器，分配器是沿汽包长度布置的，分配器是由二块互成直角的钢板制成，钢板上开小孔，可以让部分汽及水通过，在四根管子出口处装的直角挡板，挡板上没有孔，挡板与分配器的形式相同，用钢条将挡板固定在分配器上，从蒸发器来的汽水混合物的动能（流速）很大，当汽水流冲击挡板时会消耗动能，部份汽水从挡板上部周沿流出，大部分水从挡板下沿流出，挡板四周流出的汽水进入分配器。采用直角型挡板可以防止汽水流直冲时溅起小水滴，增加汽水分离的困难，但无论如何总是有水滴被溅起的，这些飞溅起来的水滴会与蒸汽一起流动。蒸汽带水滴的多少与汽流速度、水滴直径有关。现分析一个水滴随汽流上升所受的力：
水滴自身重力 ?d3G???gN 6
25
V?C?p