第八章自然循环蒸发系统的安全运行

• 本节主要叙述与水循环特性有关的停滞、倒流和膜 态沸腾

•

• 二、蒸发管内的停滞、倒流和膜态沸腾

• 1．停滞

•

水冷壁是将几百根管子并联组合成几个独立

的循环回路，如图8-3所示。由于炉膛中温度场分
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布不均，随燃料和燃烧调整以及锅炉负荷(锅炉蒸

发量)变化等因素变化，温度场分布也发生变化。

这样，水冷壁管屏之间或管子之间的吸热强度就
内诸多因素的影响，也有管外复杂因素的影响。 • 1）管内影响因素; • a)水质不良管内结垢和腐蚀 • b)水冷壁受热偏差影响导致个别或部分管子出现循环流
动的停滞或倒流 • c)热负荷过↑→导致管内壁附近出现膜态沸腾 • d)汽包水位过↓→引起水冷壁中循环流量不足→甚至发 • 生“干锅“ •

•

管内因素导致内壁连续水膜被破坏由水冷却变

• (2)质量含汽率Xo定义为：上升管中

• 蒸汽所占循环流量的份额，或汽水混

• 合物中蒸汽所占的份额。即

•

X＝D/G

• (3)循环倍率K 定义为；上升管中实际产生lkg蒸
汽需要进入多少干克水。
• K＝G/D • X ＝1/K

第二节 自然循环锅炉水冷壁的安全运行
• • 一、影响水冷壁安全运行的主要因素 • 锅炉运行中，影响水冷壁安全运行的因素很多，既有管
第八章自然循环蒸发系统的安全运行
第一节 自然循环原理与基本概念
一、蒸发设备的组成 1）作用：吸收炉内燃料燃烧放出的热量→把炉水转变为饱
和蒸汽 2）组成：图6-1
由汽包、下降管、联箱、水冷壁、导汽管等组成。其 中、汽包、下降管、导汽管、联 箱位于炉外→不受热 3）流程：给水→省煤器加热→汽包→水经下降管→下联箱
• 组成：自然循环锅炉的 • 循环回路是由汽包、 • 下降管、分配水管、 • 水冷壁下联箱、水冷壁 • 管、水冷壁上联箱、 • 汽水混合物引出管、 • 汽水分离器组成的． 而密•度如差是图由8下—降1管所引示入。水冷壁的水吸收炉膛内火焰的辐射热量后．
进行•蒸发，形成汽水混合物，使工质密度降低形成的。

为汽的冷却→冷却↓→传热恶化→t壁超温→管强度 ↓→承压能力↓→由于管内工质压力作用可导致管子

局部“鼓包”裂口→以致爆管

• 2、管外影响：

• a)燃烧生成腐蚀性气体对管壁的高温腐蚀

• b)结渣和积灰导致的对管壁的侵蚀

• c)煤粉气流或含灰气流对管壁磨损

• 管外因素可能导致管壁减薄或管壁超温→管承 压能力→引起爆管或泄漏
• 2、而密度差与水冷壁管吸热强度有关，在正 常循环情况下，吸热越多，密度差越大、工质循 环流动越快。
• 二、自然循环的基本概念
• 设进入上升管的流量为G，水冷壁的实际蒸发 量为D，从汽包引出的蒸汽流量为D0，水冷壁的 流通截面为F，则用于描写自然循环的几个主要概 念是；

•
• 1)循环流速ω0定义为：在饱和水状态下进入上升 管入口的水的流速。即
停滞现象。

• 从循环特性来看，停滞现象的表现是：循环流 速ω。→0，即循环流量G＝D，但G≠0，停滞管 的压差等于下降管的压差，即Yxj＝Ytz，但停滞 管的流动阻力△P→0。

• 当汽水混台物从汽包汽空间引入时、还会出现 自由水面。则在管中出现一个汽水分界面→称
• 当存在自由水面时，管子上半部是汽，下半部 是水 ，管子上部就会过热超温；且当自由水面的 位置波动时，还会引起管子的疲劳应力。
→水冷壁受热达到ts后形成汽水混合物→汽 4）自然循环：汽水密度差产生的流动动力

●蒸发设备的组成：汽包、下降管、水冷壁、联箱 及其连接管道。
汽包
水冷壁
下降管 联箱

（2）蒸发系统的工作流程： 蒸发系统：由蒸发设备组成的系统。
蒸汽

过热器

给水

省煤器 汽、水

汽包

汽、水

水

水

冷

壁

下联箱

重位压差是由下降管和上升管(水冷壁管)内工质密度不同造成的。

•
• 图8-1表示了一个简单的自然循环原理的示意图。 • 根据图8-1，设汽包内静压力为P1，下降管下部
的静压力为P2，则对于下降管和上s升管分别有
• 水在回路中循环流动时，下降管侧的压差Yxj应大
于上升管侧的压差Yss，即

• 静力平衡时，应有yxj＝Yss，即
• • 自然循环的实质，是由重位压差造成的循环推
• 注：超高压和亚临界参数自然循环锅炉水冷壁 出口的汽水混合物引入汽水分离器，不会出现自 由水面。所以，水循环停滞实际上导致的是水冷 壁管的传热恶化。
• 水循环停滞现象主要发生在受热弱的管子上。

• 2．倒流
• 在并联工作的水冷壁管子之间，由于受热不均， 上升管之间形成了自然循环回路。这时，有的管 中工质向上流；有的管中工质向下流。

•

受热最弱的水冷壁管内的水不作上升流动→

反而 作下降流动的现象，称

• 工质向下流的管子就叫“倒流管”。
• 倒流的定义是：本来应该是工质向上流的上升 管，变成了工质向下流的下降管。

•

• • 从循环特性来看．倒流现象的表现是：倒流管
的压差大于同一片管屏或同一回路的平均压差， 即Ydl＞Yhl，从而迫使工质向下流动。 • 在发生倒流的管子中，水向下运动，而汽泡由 于受到浮力向上运动。 • 1、当倒流速度较慢且等于汽泡向上运动的速度时， 向下流的水带不走汽泡，造成汽泡不上不下的状 态，引起汽塞，发生传热恶化．以至使管子出现 局部过热超温。 • 2、当管内工质倒流速度很快时，管子仍能得到良 好的冷却，不会出现超温。 • 3、当汽水混合物引出管从汽包汽空间引入时，不 会出现倒流。

会存在偏差，加上上升系统的结构偏差和流量分

配偏差，将导致每根管子和管屏问的受热强度不 同，阻力不同，循环推动力就不同。

•

•

虽然管屏进出口联箱的压差是相同的，但每

根管子的流动表现可能不同。

• 受热弱的管子中，工质密度大，当这根管子的 重位压头接近于管屏的压差时，（Yss＝P2-P1 ＝ Hρhug＋△Pss）管屏的压差只能托住液柱，而不 能推动液柱的运动。这时，管内就出现了流体的
动力克服了上升系统和下降系统的流动阻力，从 而推动工质在循环回路中流动。 • 而自然循环锅炉的“循环推动力”实际上是由 “热”产生的，即由于水冷壁管吸热，使使水的 密度ρxj改变成为汽水混合物的密度ρhu，

• 并在高度为H的回路中形成了重位压差。
• 1、回路高度越高，且工质密度差越大，形成 的循环推动力越大。