自然水循环常见问题及防止
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Biblioteka Baidu（一）两相流动特性参数
1、流速参数
（1）质量流速 单位时间内流经单位流通截面的工质质量称为质量流速
（2）循环流速
w G
F
kg/（m2∙s）
循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截面计算的水流
速度称为循环水速
w0
G
F
w
（3）折算流速
折算蒸汽流速：
w0
D
F
V F
折算水速：
w0
GD F
V F
（4）混合物流速
内部装置可以提高蒸汽品质
外接附件保证锅炉工作安全
（水位计、安全门、压力表）
图7-5 受热面管子和管道与汽包 的连接
1—省煤器；2—汽包；3—下降 管；4—水冷壁；5—过热器
（三）汽包的安全运行
限制工作压力（ 设置安全阀）
限制汽包上下壁、内外壁温差小于50 oC，防止 产生过大热应力
运行中，通过控制燃烧速率、限制启停炉的速 度来达到控制壁温差的目的
《电厂锅炉原理》
第七学习单元：自然水循环常见问题及防止
本单元主要学习任务
任务1：蒸发设备结构、作用、 布置认知 任务2：自然水循环基本原理 及计算 任务3：水循环常见问题的分 析与防止
学习目标： 掌握蒸发设备的结构、作用、布置的基础上，明确自然
水循环的基本原理，并会实际运行锅炉进行水循环安全性 分析。
（二）循环倍率与自补偿特性
1．循环倍率的概念
在循环回路中，上升管的入口循环水量G与出口蒸汽量D
3、运动压头的影响因素（重点） S yd ( xj ss )gh
➢回路高度：增加循环回路的高度，运动压头增大。
➢下降管工质密度：下降管含汽，下降管内工质的平均密 度将减小，运动压头也随之降低。
➢上升管内工质密度：上升管受热增强时，产汽量增多，汽水 混合物的平均密度减小，运动压头随之增大。
➢ 锅炉的工作压力：随压力的提高，饱和水和饱和汽的密度差减小，
whu
V V F
w0
w0
（5）真实流速 w D V
F F
w G D V
F F
2、含汽率参数
（1）质量含汽率
在汽水混合物中，流过蒸汽的质量流量D与流过工质总的质量
流量G之比
x D w0F w0 i i G w0 F w0 r
（2）容积含汽率
V V V
w0F w0 F w0F
w0 w0 w0
w0 whu
w0
w0
w0(1
)
（3）截面含汽率 F 1 F
F
F
3、密度参数（了解）
流动密度、真实密度
（二）水循环可靠性指标
（一）循环流速 循环流速的大小直接反映了管内工质带走管外传入的热量及
所产生汽泡的能力。循环流速越大，单位时间进入上升管的工 质越多，从管壁带走的热量及所产生的汽泡越多，管壁的冷却 条件越好。
➢影响水冷壁外部腐蚀的最主要因素是水冷壁附近的烟 气成分和管壁温度
➢ 减轻措施（1）改进燃烧。（2）避免出现管壁局部温度 过高。（3）保持管壁附近为氧化性气氛。（4）采用耐腐 蚀材料。
水侧：沸腾传热恶化、流动不正常等
任务2：自然水循环原理及计算
自然水循环的原理？ 水循环安全性的可控性指 标有哪些？ 这些指标如何进行计算？
双面曝光水冷壁
（四）刚性梁
作用：加固水冷壁和炉墙
布置：沿炉膛高度 2.5~3m布置一层；布置 于炉外不受热；固定在水 冷壁上，但可以相对滑动
图7-15刚性梁的布置
五、水冷壁的安全运行
烟侧：高温腐蚀、结渣（固排炉）、炉底析铁 （液排炉）
➢高温腐蚀是高温受热面烟气侧在高温烟气环境下且管壁 温度较高时发生的的腐蚀。
任务1：蒸发设备结构、作用及布置认知
何谓蒸发设备？ 有哪些设备构成？ 各设备的结构、作用？ 如何布置？
一、概述
蒸发设备的组成：
汽包、下降管、 水冷壁、联箱及其连 接管道
下降管：大直径集 中型，4~6根
联箱：圆筒形容器
上联箱：收集工质 下联箱：分配工质
图7-1 自然循环蒸发设备示意图 1—汽包；2—下降管；3—下联箱； 4—水冷壁；5—上联箱；6—导气管；
三、水冷壁
（一）水冷壁的作用（4个方面）
• 水吸热转变为蒸汽； • 降低烟温，防止结渣； • 保护炉墙； • 降低锅炉造价
水冷壁安装图
二、水冷壁的结构及类型 光管式（已基本不用） 销钉式（特殊结构中用，如卫燃带、
流化床密相区）
膜式（广泛应用）
膜式壁
光管式 销钉式
（三）水冷壁的布置
水冷壁的悬吊及热膨胀
箱；4—水冷壁
2．循环回路的运动压头
压差公式移项并整理得 ( xj ss )gh pxj pss
（1）运动压头：回路中工质流动的推动力
S yd ( xj ss )gh
稳定流动时： Sy d pxj pss
（2）有效压头：运动压头扣除上升系统的总阻力后的剩余压头
S y x S y d pss 稳定流动时： S y x pxj
运动压头也减小。因此，目前自然循环锅炉的的最高汽包压力约为 19MPa，压力再高就很难保证水循环的稳定性，这时需要采用强制流动， 即借助水泵的压头来推动工质流动。
二、自然水循环的可靠性指标
水冷壁内流动的工质是汽水两相流，其流动状态决定其 换热状态，进而影响到水循环的可靠性。流动状态是由两相 流动特性参数来描述的。
7—炉墙；8—炉膛
二、汽包
（一）汽包的结构
圆筒形容器，由筒身和 封头组成
长20m左右，内径 1.5~2m
布置于炉外顶部不受热， 采用悬吊结构
图7-4汽包的悬吊结构 1—汽包；2—U形吊杆；3—炉顶钢梁
汽包安装
（二）汽包的作用
加热、蒸发、过热三个过程 的连接枢纽和大致分界点
一定的蓄热能力，稳定汽压
一、自然循环基本原理
➢自然水循环：依靠汽水密度差推动工质在回路中流动的循环 1．自然循环回路的总压差
pss p2 p0 ssgh pss pxj p1 p0 xjgh pxj
稳定流动时： pxj pss
即有 xj gh pxj ss gh pss
图10-1 循环回路示意图 1—汽包；2—下降管；3—下联
(上部固定，下部自由膨胀)
折焰角
作用： 1、提高火焰在炉内的 充满度，改善了炉内燃烧工况， 又改善了屏式过热器的空气动 力特性，增加了横向冲刷作用； 2、延长了水平烟道的长度， 便于对流式受热面布置，使锅 炉整体结构紧凑。
图7-11 折焰角结构 （a）早期的折焰角结构； （b）新型折焰角结构
燃烧器区域的水冷套
1、流速参数
（1）质量流速 单位时间内流经单位流通截面的工质质量称为质量流速
（2）循环流速
w G
F
kg/（m2∙s）
循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截面计算的水流
速度称为循环水速
w0
G
F
w
（3）折算流速
折算蒸汽流速：
w0
D
F
V F
折算水速：
w0
GD F
V F
（4）混合物流速
内部装置可以提高蒸汽品质
外接附件保证锅炉工作安全
（水位计、安全门、压力表）
图7-5 受热面管子和管道与汽包 的连接
1—省煤器；2—汽包；3—下降 管；4—水冷壁；5—过热器
（三）汽包的安全运行
限制工作压力（ 设置安全阀）
限制汽包上下壁、内外壁温差小于50 oC，防止 产生过大热应力
运行中，通过控制燃烧速率、限制启停炉的速 度来达到控制壁温差的目的
《电厂锅炉原理》
第七学习单元：自然水循环常见问题及防止
本单元主要学习任务
任务1：蒸发设备结构、作用、 布置认知 任务2：自然水循环基本原理 及计算 任务3：水循环常见问题的分 析与防止
学习目标： 掌握蒸发设备的结构、作用、布置的基础上，明确自然
水循环的基本原理，并会实际运行锅炉进行水循环安全性 分析。
（二）循环倍率与自补偿特性
1．循环倍率的概念
在循环回路中，上升管的入口循环水量G与出口蒸汽量D
3、运动压头的影响因素（重点） S yd ( xj ss )gh
➢回路高度：增加循环回路的高度，运动压头增大。
➢下降管工质密度：下降管含汽，下降管内工质的平均密 度将减小，运动压头也随之降低。
➢上升管内工质密度：上升管受热增强时，产汽量增多，汽水 混合物的平均密度减小，运动压头随之增大。
➢ 锅炉的工作压力：随压力的提高，饱和水和饱和汽的密度差减小，
whu
V V F
w0
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（5）真实流速 w D V
F F
w G D V
F F
2、含汽率参数
（1）质量含汽率
在汽水混合物中，流过蒸汽的质量流量D与流过工质总的质量
流量G之比
x D w0F w0 i i G w0 F w0 r
（2）容积含汽率
V V V
w0F w0 F w0F
w0 w0 w0
w0 whu
w0
w0
w0(1
)
（3）截面含汽率 F 1 F
F
F
3、密度参数（了解）
流动密度、真实密度
（二）水循环可靠性指标
（一）循环流速 循环流速的大小直接反映了管内工质带走管外传入的热量及
所产生汽泡的能力。循环流速越大，单位时间进入上升管的工 质越多，从管壁带走的热量及所产生的汽泡越多，管壁的冷却 条件越好。
➢影响水冷壁外部腐蚀的最主要因素是水冷壁附近的烟 气成分和管壁温度
➢ 减轻措施（1）改进燃烧。（2）避免出现管壁局部温度 过高。（3）保持管壁附近为氧化性气氛。（4）采用耐腐 蚀材料。
水侧：沸腾传热恶化、流动不正常等
任务2：自然水循环原理及计算
自然水循环的原理？ 水循环安全性的可控性指 标有哪些？ 这些指标如何进行计算？
双面曝光水冷壁
（四）刚性梁
作用：加固水冷壁和炉墙
布置：沿炉膛高度 2.5~3m布置一层；布置 于炉外不受热；固定在水 冷壁上，但可以相对滑动
图7-15刚性梁的布置
五、水冷壁的安全运行
烟侧：高温腐蚀、结渣（固排炉）、炉底析铁 （液排炉）
➢高温腐蚀是高温受热面烟气侧在高温烟气环境下且管壁 温度较高时发生的的腐蚀。
任务1：蒸发设备结构、作用及布置认知
何谓蒸发设备？ 有哪些设备构成？ 各设备的结构、作用？ 如何布置？
一、概述
蒸发设备的组成：
汽包、下降管、 水冷壁、联箱及其连 接管道
下降管：大直径集 中型，4~6根
联箱：圆筒形容器
上联箱：收集工质 下联箱：分配工质
图7-1 自然循环蒸发设备示意图 1—汽包；2—下降管；3—下联箱； 4—水冷壁；5—上联箱；6—导气管；
三、水冷壁
（一）水冷壁的作用（4个方面）
• 水吸热转变为蒸汽； • 降低烟温，防止结渣； • 保护炉墙； • 降低锅炉造价
水冷壁安装图
二、水冷壁的结构及类型 光管式（已基本不用） 销钉式（特殊结构中用，如卫燃带、
流化床密相区）
膜式（广泛应用）
膜式壁
光管式 销钉式
（三）水冷壁的布置
水冷壁的悬吊及热膨胀
箱；4—水冷壁
2．循环回路的运动压头
压差公式移项并整理得 ( xj ss )gh pxj pss
（1）运动压头：回路中工质流动的推动力
S yd ( xj ss )gh
稳定流动时： Sy d pxj pss
（2）有效压头：运动压头扣除上升系统的总阻力后的剩余压头
S y x S y d pss 稳定流动时： S y x pxj
运动压头也减小。因此，目前自然循环锅炉的的最高汽包压力约为 19MPa，压力再高就很难保证水循环的稳定性，这时需要采用强制流动， 即借助水泵的压头来推动工质流动。
二、自然水循环的可靠性指标
水冷壁内流动的工质是汽水两相流，其流动状态决定其 换热状态，进而影响到水循环的可靠性。流动状态是由两相 流动特性参数来描述的。
7—炉墙；8—炉膛
二、汽包
（一）汽包的结构
圆筒形容器，由筒身和 封头组成
长20m左右，内径 1.5~2m
布置于炉外顶部不受热， 采用悬吊结构
图7-4汽包的悬吊结构 1—汽包；2—U形吊杆；3—炉顶钢梁
汽包安装
（二）汽包的作用
加热、蒸发、过热三个过程 的连接枢纽和大致分界点
一定的蓄热能力，稳定汽压
一、自然循环基本原理
➢自然水循环：依靠汽水密度差推动工质在回路中流动的循环 1．自然循环回路的总压差
pss p2 p0 ssgh pss pxj p1 p0 xjgh pxj
稳定流动时： pxj pss
即有 xj gh pxj ss gh pss
图10-1 循环回路示意图 1—汽包；2—下降管；3—下联
(上部固定，下部自由膨胀)
折焰角
作用： 1、提高火焰在炉内的 充满度，改善了炉内燃烧工况， 又改善了屏式过热器的空气动 力特性，增加了横向冲刷作用； 2、延长了水平烟道的长度， 便于对流式受热面布置，使锅 炉整体结构紧凑。
图7-11 折焰角结构 （a）早期的折焰角结构； （b）新型折焰角结构
燃烧器区域的水冷套