第12章 自然循环锅炉水动力特性(西交大 锅炉原理 考研复试)

第12章 自然循环锅炉的水动力循环

1. 如何建立自然循环锅炉的水动力基本方程，分为几种型式？

答：（1）压差法：从锅炉液位面到下集箱中心高度之间，计算的上升管压差与下降管压差相等。方程式为：xj xj ss ss P gh P gh ∆-=∆+ρρ，式中，h ——锅炉液位面到下集箱的中心高度；ss ρ、xj ρ——分别为上升管和下降管中工质的平均密度；ss P ∆、xj P ∆——分别为上升管和下降管中工质流动阻力。

（2）运动压头法：循环回路中产生的水循环动力，在稳定流动时，用于克服回路中工质流动的总阻力。方程式为：()xj ss ss xj P P gh ∆+∆=-ρρ

（3）有效压头法：循环回路中运动压头克服上升管得流动阻力后剩余的部分水循环动力，在稳定流动时，用于克服回路中下降管的流动阻力。方程式为：()xj ss ss xj P P gh ∆=∆--ρρ

2. 作图示出热负荷变化对上升管压差特性曲线及回路工作点的影响。

答：

图中φ为截面含汽率，x 为质量含汽率，ss P ∆为上升管流动阻力，gh ss ρ为重位压差。如图可见，随着吸热量q 的增加，φ和x 都增大，但两者的增大趋势却有很大区别。x 随q 增大是线性增加，因此，ss P ∆也几乎是随q 的增加而呈线性增加。而φ随q 增大是非线性增加，当工质吸热比较少，x 较小时，φ随q 增大增加得很快，即φ的增加远大于x 的增加；

上升管压差与吸热量的关系

而在某一x 或φ值后，x 增加φ却增加得很慢。这是由于水与水蒸气的物性决定的，因为当水转变为蒸汽时，体积急剧膨胀，与此对应，gh ss ρ随q 的增大开始下降的很快，而后下降的较慢。因此，gh ss ρ和ss P ∆的叠加使得ss S 和q 的关系呈现先下降后上升的形状。

简单回路压差特性及工作状态

开始在q 较少、x 较小、循环倍率K 较大处，随着q 的增加，ss S 的特性曲线下移，因此回路的工作点向右移，循环流量0G 增加。这种情况持续到一定程度，当K 小于jx K 时，q 再进一步增加，因上升管压差升高而使ss S 的特性曲线上移，工作点的位置左移，循环流量0G 减小。

3. 自然循环锅炉的自补偿能力是如何形成的？

答：开始在q 较少、x 较小、循环倍率K 较大处，随着q 的增加，φ的增加大于x 的增加，则回路的动力压头大于的增加大于宗族里的增加，此时回路中的动力大于阻力，使得循环流量0G 相应增加。当循环倍率K 大于某一界限循环倍率jx K 时，循环回路具有因上升管吸热量q 增加而使循环流量0G 随之增加的能力，称为自然循环回路的自补偿能力。

4. 简述自然循环锅炉的水循环计算方法和步骤。

答：（1）确定循环流量或流速，循环倍率，循环回路的各种压差，以及可靠性指标；

（2）计算时的受热状况、工质流速、压差等参数为管组或回路的平均值，但在进行安全性校验时，需按条件最差的管子进行；

（3）锅炉在通常的负荷变化范围内对水循环特性影响不大，通常只对额定参数进行计算；

（4）对结构特性和受热状况基本相同的回路，可选其中一个回路进行计算。

5. 如何用图解法确定复杂回路总工作点和各管屏的工作点？

答：主要步骤为:

（1）分别计算作出各管组或管子在一定条件下的压差特性曲线；

（2）寻找共同部分，合成各曲线得总xj S 和ss S 曲线，交点为回路总工作点；

（3）从总工作点反推求各管组或管子压差特性曲线的工作点。

合成规律：在稳定工况下，串联回路时的流量相等，在相同流量下压差叠加；并联回路的两端压差相等，在相同压差下流量叠加。

6. 试述影响上升管热水段高度的因素及其影响作用。

答：加热水段高度rs h 主要取决于上升管始热点的欠焓的大小，其影响因素有：

（1）下降管水的入口欠焓qh i ∆。当qh i ∆增大时，使始热点的工质欠焓相应增加，加热

水段高度rs h 增加。

（2）下降管的受热焓增或散热焓减xj i ∆。当下降管受热时，工质焓增使得始热点的工

质欠焓减小，则rs h 降低；散热时工质欠焓增加，则rs h 升高。

（3）下降管的带汽焓增dq i ∆。下降管带入的蒸汽随着下降流动将会冷凝放热，其潜热

用于加热水，使管内工质的焓增加，则工质欠焓减小，rs h 降低。

（4）下降管的阻力xj P ∆。下降管的阻力xj P ∆增大，始热点的工质压力降低，相应的饱

和温度减小，使得该点的欠焓减小，则rs h 降低。

（5）下降管的重位压差hq gh ρ。下降管的重位压差hq gh ρ增大，始热点的工质压力提高，

相应的饱和温度增加，使得该点的欠焓增加，则rs h 升高。

7.讨论自然循环锅炉中为什么会出现循环停滞、自由水位及倒流。

答：发生停滞现象是因为受热弱管子的密度增大。它与下降管构成的循环回路中的密度差减小，即流动动力减弱，导致该管的流量减小，所以发生循环停滞总是在受热弱的管子中。当上升管引入锅筒的蒸汽空间时，循环停滞时将在受热弱的上升管中形成自由水面。

分析倒流时的压差特性曲线。随着循环流量放热增加，重位压头和流动阻力均增加，倒流压差有可能增大或减小。当热负荷、压力以及几何尺寸一定时，倒流压差特性曲线为有极大值的二次曲线。在倒流流量较小的范围内，重位压头随倒流流量不断的增加，已超过流动阻力的增加，则倒流压差继续增大至极大值，即最大倒流压差处。其后，随着倒流流量的继续增大，重位压头增大小于流动阻力的增加，因此倒流压差一路递减。显然，回路或管屏的工作点压差大于该管的最大倒流压差，则不会发生倒流现象。反之，则发生倒流。

8.自然水循环的可靠性指标有哪些，对水循环有何影响？

答：水循环可靠性指标主要有：

（1）循环停滞或自由水面，发生流动停滞时，在停滞管的弯头、焊缝等处易于积聚汽泡，倾斜管段上可能形成汽水分层，管壁上由于水的不断蒸发使得该管炉水

中盐的浓度增大而可能沉积水垢。当形成自由水面时，管子上部空间由于与蒸

汽相接触，其冷却更差而更易过热烧坏，且管壁温度随着不稳定的水位波动可

能产生热疲劳损坏。

（2）循环倒流。若发生低速倒流，汽泡易在弯头或水平段滞留造成管子损坏。