锅炉的水循环资料
锅炉原理 自然循环
简单循环回路和复杂循环回路
• 简单循环回路：由一根下降管（或一组结 构基本相同的下降管）与一个管屏（或一 组结构、位置、流动方向和热负荷基本相 同的管屏）连接而成的回路
• 区分独立循环回路。 • 具体计算回路的划分。受热最弱或阻力最
大、受热最强的上升管个别进行计算
上升管区段的划分
• 1。热水段要分开计算，下联箱到沸腾点是 热水段，采用单相流动计算公式
– 燃烧产生的腐蚀性气体对管壁的高温腐 蚀；
– 结渣和积灰导致的对管壁的侵蚀； – 煤粉气流或含灰气流对管壁的磨损。
• 管内的影响因素一般导致管子金属内壁 面上的连续水膜被破坏，出现传热恶化， 引起管壁工作温度超过金属材料的允许 温度。超温严重时管子强度下降，承压 能力下降。这时由于管内的工质压力的 作用，可导致管子局部“鼓包”、裂口， 以致发生爆管事故。
此时，管壁温度迅速上升，多数情况下管 壁过热而烧坏。 开始发生核态沸腾偏离时的热负荷称临界热负荷。
影响临界热负荷的因素分析：
（1）质量流速
质量流速对临界热负荷的 影响有两重性。质量含 汽率不变时，质量流速↑， 汽量↑，临界热负荷↓。 另一方面，质量流速↑， 携带蒸汽的速度↑，临界 热负荷↑。
高压时后者起主要作用。
• 2。热后段是否分出，热后段长度大于上升 管总长度10%，要分开进行计算
原因：汽水混 合物中含汽率 太高所致。
临界含汽率的影响因素：
（1）热负荷
热负荷与临界含汽率关系不大,但临界热 负荷↑，管壁温度↑。
（2）工质压力
工质压力较小时，压力↑，临界含汽率↑； 反之则相反。
（3）质量流速 质量流速，临界含汽率。 （4）管径 管径， 临界含汽率。
※对于超高压及以下的自然循环锅炉，在 循环正常时，由于热负荷和工质含汽率都较低， 不会发生传热恶化。
热水锅炉水循环流程
热水锅炉水循环流程英文回答：Hot water boiler water circulation process:The water circulation process in a hot water boiler is crucial for maintaining a constant supply of hot water. It involves the movement of water between the boiler and the various heating zones in a building. Let me explain the process step by step.1. The boiler heats the water: The first step in the water circulation process is the heating of water in the boiler. This is usually done by burning fuel such as gas, oil, or biomass. The heat generated by the fuel combustion is transferred to the water, raising its temperature.2. The circulator pump starts: Once the water in the boiler reaches the desired temperature, the circulator pump starts. This pump is responsible for moving the hot waterfrom the boiler to the heating zones.3. Water flows through the supply pipe: The circulator pump pushes the hot water through a supply pipe, which distributes the water to the various heating zones in the building. The supply pipe is usually made of copper or PEX tubing, which is known for its excellent heat transfer properties.4. Water enters the heating zones: The hot water enters the heating zones through supply valves or zone valves. These valves control the flow of hot water into each zone. For example, in a multi-story building, each floor may have its own heating zone, and the valves regulate the amount of hot water flowing into each floor.5. Heat exchange in the heating zones: In the heating zones, the hot water releases its heat to the surrounding space through radiators, baseboard heaters, or underfloor heating systems. The heat exchange process warms up the rooms and provides comfort to the occupants.6. Water returns to the boiler: After releasing its heat, the now cooler water returns to the boiler through a return pipe. The return pipe is connected to the boiler's inlet, allowing the water to be reheated and circulated again.7. The process repeats: The circulator pump continues to operate, maintaining a continuous flow of hot water between the boiler and the heating zones. As long as there is a demand for hot water in the building, the water circulation process repeats itself.In summary, the water circulation process in a hot water boiler involves heating the water in the boiler, pumping it to the heating zones, releasing heat in the zones, and returning the cooled water back to the boiler for reheating. This continuous process ensures a constant supply of hot water for heating purposes.中文回答：热水锅炉水循环流程：热水锅炉的水循环流程对于保持持续供应热水非常重要。
锅炉水循环
锅炉水循环锅炉水循环是指在蒸汽锅炉系统中的一种重要循环过程，它负责将水从锅炉中循环至加热区域，并将加热后的水转化为蒸汽，以供系统使用。
锅炉水循环是蒸汽锅炉正常运行的关键环节，其稳定性和效率直接影响整个系统的性能。
锅炉水循环的基本原理在蒸汽锅炉中，水循环过程主要包括给水加热、蒸发和汽水分离等步骤。
首先，给水经过加热器升温后进入锅炉，在加热的作用下渐渐转化为饱和水蒸汽。
随后，经过炉管蒸发过程，水蒸汽被加热转化为干饱和蒸汽，从而达到系统需要的温度和压力。
锅炉水循环是通过循环泵来实现的，它提供了必要的动力将水从锅炉中循环至加热区域。
在水循环的过程中，不同级别的泵负责不同的任务，包括给水泵、循环泵等，它们协同工作，确保水的顺畅流动和稳定循环。
锅炉水循环的分类根据不同的工作特点和结构形式，锅炉水循环可以分为自然循环和强制循环两种类型。
自然循环自然循环是利用水的密度和温度差异产生的循环动力进行水循环的一种方式。
在自然循环锅炉中，无需外部循环泵，水在锅炉内部自然上升、冷却、下降循环。
这种方式适用于小型、低压、低功率的蒸汽锅炉系统，具有结构简单、操作方便等优点。
强制循环强制循环是通过外部的循环泵提供动力，强制将水循环至加热区域的一种方式。
强制循环适用于大型、高效率的蒸汽锅炉系统，能够确保水的快速流动和加热效率。
这种方式通常用于高压、大功率、高速蒸汽锅炉系统中。
锅炉水循环的优化及注意事项为了提高锅炉水循环的效率和稳定性，需要注意以下几点优化和注意事项：•保持水质清洁：定期对锅炉水进行化学处理，防止水垢和腐蚀的产生，提高热传递效率。
•定期检查泵和管道：确保泵和管道的运行良好，无堵塞和漏水等现象，避免水循环不畅造成事故。
•调节水循环速度：根据锅炉运行情况和负荷变化，合理调节水循环速度，保持系统平衡。
•考虑节能问题：优化锅炉水循环系统，减少能耗和资源浪费，提高系统运行效率。
综上所述，锅炉水循环是蒸汽锅炉系统中不可或缺的重要环节，其稳定性和效率直接关系到整个系统的正常运行。
热水锅炉水循环流程
热水锅炉水循环流程
锅炉水循环指水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面中的循环流动，分为自然循环和强制循环两种。
自然循环指依靠水和汽水混合物的密度差维持的循环；强制循环指依靠回路中水泵的压头维持的循环。
正常的水循环可以保证锅炉蒸发受热面及时可靠的冷却，是锅炉安全运行的基本条件之一。
热水锅炉的水循环流程通常包括以下几个步骤：
1.锅炉给水和系统回水首先进入锅筒，然后通过锅筒的冷水区。
冷水区中的水
被炉膛加热后，通过第一出水口进入自然循环换热器的受热面。
2.冷水区中的水流通过第二出水口进入强制循环换热器的受热面，被加热后流
入锅筒的热水区。
3.在热水区，水流通过出水口进入省煤器，吸收烟气余热。
4.省煤器中的水再通过出水口进入锅筒，形成循环。
5.锅筒内的水流通过集水仓向左侧设置的引射水管冲向左侧第二束对流管
束，然后上升到锅筒，经出水管送到分水器。
6.这个过程确保了锅炉内的水持续被加热，并通过循环流动维持适宜的温度。
第七章 锅炉水循环和汽水分离
危害
当这一管段受热时，会引起上下温差应力以及汽水界 面的交变应力；在上部会结盐垢使壁温升高甚至过热
预防措施
• 一般情况下，随着蒸汽压力的增加，发生汽水分层的可 能性增加。因此要保证循环流速不低于0.6～0.8m/s、 倾角不小于15度、尽量避免流动死角等。
3.下降管带汽
• 正常情况下，下降管入口水流纯粹靠静压进入， 不会汽化；但是如果入口处阻力过高，将产生压 降，则锅筒内的饱和水在进入下降管的时候因压 力降低而汽化产生汽泡，造成下降管带汽，从而 使阻力增加，对水循环不利。 • 另一个原因是下降管管口距离锅筒水面太近，由 于上方水面形成的漩涡而将蒸汽吸入下降管；因 此下降管要尽量连接在锅筒底部或保证入口上方 有一定水位。 • 下降管受热强烈、下降管出口与上升管入口距离 太近并且没有良好的隔离装置也可能造成下降管 带汽。
• 锅炉水循环组织得好坏，汽水分离装置性能的 优劣都直接关系着锅炉工作的可靠性。
• 给水在锅炉内部按照一定的循环路线流动不已。在 流动过程中，水通过蒸发受热面被加热、汽化、产 生蒸汽；而受热面则依靠水循环将高温烟气传递的 热量带走，并使壁面温度保持在金属能够承受的工 作温度范围内，以保证长期稳定的工作。 • 如果水循环组织不良，管内侧的冷却水膜被破坏并 直接与高温蒸气接触，将使换热系数显著降低，壁 面温度大幅度提高，将造成受热面局部过热甚至烧 蚀、严重的时候发生爆管事故。 • 锅筒内是汽水混合物，借助重力与机械分离装置将 蒸汽里面的小水滴分离出来；如果分离效果不佳， 将造成蒸汽带水，这一方面将导致蒸汽过热器内壁 结垢甚至过热烧毁；对于电站锅炉，蒸汽带水将影 响汽轮机的工作，以及蒸汽管网的水击与腐蚀。
– 循环回路的高度越高，产生的动力压头越大，对水循环越有利 – 循环管道的结构特性，即各部分的阻力系数，阻力越小，流动 越好
自然循环原理
S yx H q g ( q ) Pss S yd Pss Pxj
3、影响回路水循环特性的因素 1）锅炉工作压力 2）上升管热负荷 3）回路的重位高度 4）循环回路的阻力
（二）下降管和联箱 1、下降管： 下降管的作用是将汽包中的水连续不断的送往下连箱供 给水冷壁，以维持正常的循环的。下降管布置在炉外不受热， 并加以保温。 下降管分为小直径分散下降管和大直径集中下降管两种。 小直径分散下降管的管径一般为Φ 108、Φ 133和Φ 159；大 直径集中下降管的管径一般为Φ 325、Φ 426和Φ 508。 2、联箱： 联想的作用是汇集、混合和分配工质。它一般有无缝 钢管两端焊上弧形封头构成，出厂时联箱上带有管接座，在 现场将要连接的管子与管接座对焊起来。联想一般不受热， 材料常用20号碳钢。
(二)、自然循环工作的可靠性指标 1、循环流速w0：循环回路中水进入上升管时的速度。
w0
பைடு நூலகம்
G 3600 ss f
m/s
1）为避免上升管入口段沉积泥渣，w0不小于0.3 m/s； 2）供热锅炉水冷壁的w0=0.4~2m/s，对流管束 G w 3600 f w0 =0.2~1.5 m/s。 2、循环倍率K：由下降管进入上升管的水量G与同一时间在上 升管中产生的蒸汽量D之比。
4-1 自然循环原理
图1-8
自然循环锅炉
图1-9 自然循环锅炉
2、特点： 自然循环锅炉的特点有：
有汽包，汽水流动特性简单；
水冷壁管径大、直； 水容量大，蓄热能力大，锅炉启动、停止速度受限； 对给水品质要求低； 金属耗量两大。 19MPa以下的锅炉压力可以采用。
锅炉部分第三章汽水系统
一般流程： 给水→澄清和过滤→阳离子交换器→排气器→阴 离子交换器→一级除盐→阴阳离子混合交换器→二 级除盐→储水箱→除氧气除氧→锅炉 三、直流锅炉的水质工况 比汽包炉要求高 1、给水品质指标 2、水处理一般方法
以一台蒸发量为1000吨／时的直流锅炉为例：每 千克给水所含的盐分不超过0.05毫克，即为干净自 来水（每千克约含盐0.1～0.7克）所含盐分的万分 之一左右，甚至比医用蒸馏水的含盐量还少。即使 这样，在一年运行期中还会有几百公斤的盐分进入 锅炉。当然，最终留在锅炉中的仅是一部分。许多 国家都制订有各类锅炉的给水质量标准。
布置在高烟温区的过热器和再热器一般易产生 粘结性积灰，为便于蒸汽吹灰器清除积灰，及支 吊方便，都以顺列方式布置。 在尾部竖井中，烟温较低，为增强传热，布置 在其中的低温过热器和低温再热器一般采用错列 布置。
锅炉受热面结构动画
吊挂受热面
2、辐射式过热器
辐射式过热器布置在炉膛壁面上或炉膛上方， 直接吸收炉膛辐射热；
2、循环倍率Ｋ 上升管中循环水量G与产生的蒸汽 量D之比。每kg水经过Ｋ次循环才能完全变成蒸 汽
G K D
K值越大，上升管出口段水含量越高，冷却效 果好，但导致产汽率太小。高压锅炉在8~15； 超高压5~8；
锅炉压力↑汽化潜热↓循环倍率↓
（五）自然循环常见故障
水循环故障 因水循环不正常导致炉管损坏的现象 1、循环停滞 在受热弱的水冷壁管中，进入上升管 的循环流量仅足以补充蒸发量时。 2、循环倒流 上升管接入汽包水容积时，循环停滞 可能转成循环倒流。 3、下降管带汽 下降管的流动阻力↑，密度差↓ 原因：下降管受热产汽、下降管入口带汽、自汽化、 锅炉压力突降引起的自汽化等。
（2）顺流 传热温压小，传热效果较差，需要的受 热面积大，消耗金属多。但蒸汽温度低的管段处于 烟气的低温区域，管子出口端金属壁温较低； （3）混流 集中了逆流和顺流布置的优点，既安全， 又经济，多用于高温级受热面。
电厂水循环
水循环系统如下：
水在锅炉炉膛内生成饱和蒸汽，通过过热器时，继续被烟气加热而变为过热蒸汽，经主蒸汽管送入汽轮机，并在汽轮机内膨胀作功后，进入凝汽器凝结成水。
该凝结水经低压回热加热器进入除氧器，再经给水泵、高压加热器送入锅炉。
从汽轮机某个中间级抽出一部分蒸汽，分别送入回热加热器和除氧器，供回热给水和加热除氧。
为了补偿蒸汽和水的损失，还须将经过化学处理的补充水加入除氧器，除氧器出来的水才能供给锅炉使用。
为使蒸汽在凝汽器内凝结成水，还必须不断用循环水泵将冷却水送入凝汽器中的冷凝管内进行热交换，这就又形成一个冷却水系统。
冷却水或直接来自江、河、湖泊并排放入江、河、湖泊，或在冷却塔式喷水池中与大气进行热交换以重复使用。
过热蒸汽进入汽轮机以后，推动转子转动，带动发电机旋转发电，再通过一系列电气设备及输电线路送至用户。
这就是一般的大中型凝汽式燃煤火电厂的生产过程。
凝汽器→凝结水泵→凝结水精处理装置→轴封冷却器→低压加热器→除氧器→高压加热器。
锅炉水循环【精选文档】
自然循环锅炉的原理与基本概念一、自然循环原理自然循环是指:在一个闭合的回路中，由于工质自身的密度差造成的重位压差，推动工质流动的现象。
具体地说，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,如图，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。
而密度差是由下降管引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。
下图表不了一个简单的自然循环原理的示意图.自然循环的实质，是由重位压差造成的循环推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，即由于水冷带管吸热，使水的密度改变成为汽水混合物的密度,并在高度一定的回路中形成了重位压差。
回路高度越高，且工质密度差越大，形成的循环推动力越大。
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、自然循环的基木概念设进人上升管的流量为G，水冷壁的实际蒸发量为D,从汽包引出的蒸汽流量为D0，水冷壁的流通截而为F，则用于描写自然循环的几个主要概念是:(1)循环流速：在饱和水状态下进入上升管入口的水的流速。
(2)循环信率K：上升管中实际产生1Kg蒸汽需要进入多少千克水。
自然循环锅炉水冷壁的安全运行一、影响水冷带安全运行的主要因素锅炉运行中，影响水冷带安全运行的因素很多，既有管内诸多因素的影响，也有管外复杂因素的影响管内的影响因素有:①水质不良导致的水冷带管内结垢与腐蚀；②水冷带受热偏差影响导致的个别或部分管子出现循环流动的停滞或倒流；③水冷带热负荷过人导致的管子内壁面附近出现膜态沸腾；④汽包水位过低引起水冷壁中循环流量不足，其至发生更为严重的“干锅”.管外的影响因素有：①燃烧产生的腐蚀性气体对管壁的高温腐蚀;②结洁和积灰导致的对管壁的侵蚀；③煤粉气流或含灰气流对管壁的磨损。
锅炉水循环的概念
锅炉水循环的概念锅炉水循环是指在锅炉操作过程中，水在锅炉内部不断地进行循环流动的过程。
它是锅炉工作的基本原理之一，通过这个过程，锅炉能够将燃料燃烧产生的热能转化为水的热能，并将其传递给蒸汽，从而产生蒸汽压力，驱动涡轮发电机转动，实现能量的转换和利用。
锅炉水循环包括自然循环和强制循环两种方式。
自然循环是指水在受热后因密度变化而产生的自然对流现象，使得水在锅炉内部形成对流循环；而强制循环则是通过泵等机械设备对水进行强制输送，以实现循环。
下面将具体从锅炉水循环的过程、作用及影响等方面进行详细介绍。
首先，从锅炉水循环的具体过程来看，整个循环包括了供水、受热、蒸发、汽水分离和回流等基本环节。
在供水环节，水通过给水泵被输送到锅炉内部，经过加热后的水开始升温，水温升高后，部分水发生蒸发，形成蒸汽和水蒸汽混合物。
而蒸汽在形成后被导出锅炉，进行进一步的利用，而水蒸汽混合物则需要通过汽水分离器进行分离，从而获得纯净的蒸汽和剩余的水。
最后这些剩余的水则被回流到锅炉中，完成整个水循环的闭合。
其次，从锅炉水循环的作用来看，其主要包括了传热、能量转换、水质控制和保护锅炉等方面。
首先，在传热方面，锅炉水循环能够实现水热交换的过程，将燃料燃烧产生的热能传递给水，使得水温升高，最终形成蒸汽，实现能量的转换和传递。
在能量转换方面，锅炉水循环的实现使得热能得以转换，从而实现了热能到动能的转化，驱动涡轮发电机转动，最终产生电能。
另外，水循环也有利于控制水质，通过添加化学药剂，能够对水进行处理，防止水垢及锈蚀产生。
而在保护锅炉方面，水循环也可以降低锅炉内的温度，减少锅炉的侵蚀和磨损，延长锅炉的使用寿命。
再者，锅炉水循环的不良影响主要包括了水冷凝效率低、锅炉水垢和腐蚀等方面。
在水冷凝效率这方面，如果水循环不畅，可能会导致水温不均匀，使得部分水区域温度过高或过低，影响了热量的传递效率。
而在水垢和腐蚀方面，水在长期循环后可能会附着锅炉内壁的热面上，产生水垢，使得传热效率降低，并使得锅炉内的金属材料发生腐蚀，进一步影响了锅炉的使用性能和寿命。
锅炉原理 10自然循环锅炉水动力学
发电厂：用于 发电，提供电
力
供暖系统：用 于供暖，提供
热能
海水淡化：用 于海水淡化， 提供淡水资源
化工行业：用 于化学反应， 提供热量和压
力
食品加工：用 于食品加工，
提供热能
PRT THREE
蒸发受热面：锅炉内壁，用于吸收热量，使水蒸发 水循环：水在锅炉内循环流动，将热量传递到蒸发受热面 水循环的动力：自然循环，依靠水的密度差和重力作用 水循环的稳定性：影响锅炉的运行效率和安全性
汇报人：XX
流体阻力：流体在流动过程中产生的阻力 管壁粗糙度：影响流体阻力的重要因素 流体密度：影响流体阻力的重要因素 流体粘度：影响流体阻力的重要因素 流体温度：影响流体阻力的重要因素 流体流速：影响流体阻力的重要因素
流动稳定性：保证锅炉水在自然循环过程中的稳定性，避免出 现波动或中断
安全性：确保锅炉水在自然循环过程中的安全性，避免出现泄 漏、爆炸等事故
设计合理的水力模型，确保水流的稳定性 采用先进的水力控制技术，提高水流的稳定性 定期检查和维护锅炉设备，确保水流的稳定性 加强锅炉操作人员的培训，提高水流的稳定性
提高传热性能：通过优化锅炉 结构、传热管设计等提高传热 效率，降低能耗
提高水循环效率：通过优化水 泵、管道设计等提高水循环速 度，降低能耗
水循环不畅：检查水泵、阀门、 管道等设备是否正常工作
水质恶化：检查水处理设备是 否正常工作，定期进行水质检
测
设备损坏：检查设备是否正常 工作，定期进行设备维护和保
养
定期检查锅炉水循环系统，确保设备运行正常 定期清洗锅炉水循环系统，防止水垢堆积 定期更换锅炉水循环系统中的易损件，保证设备使用寿命 定期对锅炉水循环系统进行安全检查，确保设备安全运行
锅炉自然水循环的工作原理
锅炉自然水循环的工作原理
锅炉自然水循环的工作原理是指通过自然力，利用水的密度变化和热量传递的方式，实现能源转化和热能传递过程的一种机制。
在锅炉中，燃料燃烧产生高温燃烧气体，将热能传递给锅炉水，在烟气温度和炉水温度的驱动下，使水在锅炉内部形成自然循环，实现热能的转移。
首先，燃料燃烧后释放的高温烟气通过锅炉的烟道排出，同时也将热能传递给锅炉水，使其吸热并升温。
烟气的温度逐渐降低，而锅炉水的温度则逐渐升高。
其次，由于水的密度随温度的变化而发生变化，热能的加热使得锅炉水的密度减小，从而使得热水上升，冷水下降。
这种密度变化引起了水的对流运动，即冷水从锅炉的较低部分流向较高部分，而热水则从较高部分流向较低部分，形成了自然循环。
同时，在锅炉内部设置的水冷壁和水管也起到了关键作用。
烟气通过水冷壁或水管的表面，将热量传递给锅炉水，使其进一步吸热，进一步升温。
这样，锅炉水中的温度差异增大，促进了自然循环的进行。
最后，锅炉自然水循环的工作原理还与锅炉的结构、尺寸、燃料种类等因素有关。
合理设计锅炉内部的空间布局和水流路径，选择适当的锅炉尺寸和类型，以及控制好燃料的燃烧过程，都能对锅炉自然水循环起到积极的促进作用。
总之，锅炉自然水循环的工作原理是通过自然力驱动，利用水的密度变化和热量传递，使锅炉水在锅炉内部形成自然循环，实现能源转化和热能传递。
这种机制在锅炉工作中起着重要的作用，确保了锅炉的高效、安全运行。
第11章 自然循环锅炉水动力(全)PPT课件
Qs (m/s) f
2. 速度参数
（1）混合流速
w hQ fhQ s fQ qw o ' w o ''(m/s)
由质量流速定义 wh wowo"(1"' )(m/s)
（2）实际流速
w '' sj
Qq f
（3）相对速度与滑移比
wxd ws"j ws'j
w s j
Qs f
S
w '' sj
w
' sj
3. 含汽率
面的工作可靠性，提出提高可靠性的措施。
内容和原则： ①确定循环流量或流速，循环倍率，压差，可靠性指标； ②计算时按平均参数计算，并对条件最差管子进行校验； ③只对锅炉额定参数进行计算； 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。
二、压降（阻力）计算
总阻力
p p m c p jb p z w p js
1. 摩擦阻力 pmcdln2wo21x1
摩擦阻力系数
1
4lg3.7dn
/k2
摩擦阻力校正系数ψ，双相摩擦阻力与按均相模 型计算的摩擦阻力之比。试验值，与质量含汽率 x、压力p及质量流速ρw有关。
2. 局部阻力 pjbjb2wo21xjb1
3. 重位压降 p z w h s jg h -- g h
管
下集箱
流动动力：不受热的下降管与受 热的上升管（水冷壁）之间的密
度差 。
全部由受热管束组成的回路也 可形成自然循环。
特征：①有锅筒，具有较大的畜热 和蓄水能力，易于调节。
②水动力特性稳定，运行可 靠，能耗小。
③p↓， ↑，循环可靠。
锅炉原理自然循环锅炉水动力学
且还应用在亚临界压力锅炉。
• 10.2自然循环基本原理
• 10.2.1 概述
• 水冷壁上升管在炉内吸收炉膛火 焰和烟气的辐射热量，管内部分 水蒸发，形成汽水混合物；而下 降管在炉外不受热，管内为饱和 水或未饱和水。因此，下降管中 水的密度大于上升管中汽水混合 物 的 密 度 ， 在 下 联 箱 中 心 A-A 截 面两侧将产生液柱的重位压差， 此压差推动汽水混合物沿上升管 向上流动，水沿下降管向下流动 。
图10-6 循环回路
• 10.2.2自然循环的参数
• 1．物理量的定义
（1）循环流速w0：
w0
G ,m
A
/
s
（2）质量含汽率x：
x D G
（3）循环倍率K：
KG D
（10-2） （10-3） （10-4）
• 2．物理量的定义
假设工质不流动：
P1 P0 xj gh P2 P0 ss gh xj ss ,所以P1 P2
汽单独流过整个管道截面时的蒸汽速度：
w0
G
A
m/s
（10-19）
• 水的折算速度w0′：
w0
G
A
m/s
（10-20）
• 蒸汽的真实速度w″：
w G w0 m / s
A"
（10-21）
• 水的真实速度w′：
w G w0
m/s
A' 1
（10-22）
• 滑移比s： s w GA' ( x )( )(1 ) w GA" 1 x
5.分配器6.节
流圈7.水冷壁
8.汽水分离器
9.备用管路
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4. 汽水分层：当汽水温合物在水平或倾斜度小的管中流 动时，受汽水重度差的作用，蒸汽倾向于在管内上部流 动，炉水倾向于在管内下部流动。当循环速度很低时， 会产生清晰的分界面，这个现象叫汽水分层(图2-7)。
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
在垂直管里一般不会发生汽水分层。当汽水混合物流速较 大时，即使在倾斜管段上，由于汽水相互搅动的作用，也 不致产生汽水分层。 当管内出现汽水分层时，由于处在分界面上部的蒸汽导热 系数很小，管璧得不到冷却，有可能过热烧坏。处在分界 面下部的管壁，由于炉水的冷却，不致烧坏。处在汽水分 界面的管壁，由于受到汽水交替接触，易使金属发生疲劳 而造成损坏。
表2-4 自然循环锅炉的循环倍率
10.2 常见的水循环故障
1．循环停滞：当某根上升管由于管壁结渣而受热较弱，这时管内的汽 水混合物不流动，或流动很慢(图2-5)，此时管内只有汽泡上升，而炉 水停滞不动，管内上部，几乎没有水，使管壁没有足够的水膜来冷却， 导致管壁烧坏。当发生循环停滞时，管内产生的蒸汽量等于进入管内 的水量，循环倍率为1。如果上升管从锅筒水面下接入时，管内随时充 满水，发生循环停滞，甚至倒转，也不致发生水管过热烧坏。当上升 管从锅筒水面上接入又发生循环停滞时，水管上部几乎无水，水管极 易过热烧坏。
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• 10.3 自然循环回路的水动力基本方程 • 1. 循环回路 • 循环回路一般由下降管、上升管、锅筒、 集箱及其他部件所组成。 • 循环回路通常可分为简单回路和复杂回路。
1. 循环回路
并联的一组（根）下降管， 一组（根）几何结构尺寸及 吸热相同的上升管，及其他 部件所组成的独立循环系统 由一系列回路所组成，各 回路之间相互有联系，共 用其中的某一环节(如上升 管，下降管，锅筒)
汽液两相流的流型
垂直管内汽液两相流体主要流型
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 图11-2 受热垂直上升 究 所 管汽液两相流流型
图11-3 受热垂直上升管中沸腾时的两相流流型随热流密度增加而变化的示意图 1－汽泡状沸腾开始线；2－汽泡状沸腾终止线；3－蒸干线；4－过热蒸汽线
水平管内汽液两相流体主要流型
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5．循环倍率：在上升管中每产生1kg的蒸汽，需 要由下端进入钢管的水量为多少 kg ，也可以说， 进入上升管的水流量与同时产生的蒸汽量的比值 即为循环倍率。循环倍率大，表示上升管出口段 汽水混合物中水的份额大，这样就能保证管壁有 足够的水膜来冷却，不致过热烧坏。自然循环锅 炉的循环倍率，可按表2-4选取。
图11-4 受热水平蒸发管汽液两研 究 所
正常情况下，垂直管内蒸汽形成的汽泡，呈乳状悬浮在水中，同水 一起向上流动(图a)。当管壁附近流动阻力较大时，汽泡趋于阻力较 小的管子中间部分，呈柱状上升(图b)。当循环流速较小甚至停滞时， 即产生图c中的流动情况。
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西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 图12-1 简单循环回路 究 所
图12-2 复杂循环回路 1一下降管；2一引入管；3一后墙水冷壁；4 一防渣管；5一引出管；6一前墙水冷壁；7一 侧墙水冷壁
2. 简单回路的水动力基本方程
• 稳定流动条件下，回路中任意一个截面上的作用 上升管压差Sss 下降管压差Sxj 简单回路的水动力 力是平衡的。
第10章 锅炉的水循环
锅炉性能优劣取决于锅内过程和炉内过程能否良好 配合。组织良好的锅内过程，就是组织管内工质的合 理流动，在各种参数条件下都能够使工质从火焰或烟 气吸收足够的热量，并且要确保管壁得到充分冷却。
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水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面的闭合回路中作 有规律的、连续的流动过程称为水循环。 依靠机械的力量(水泵)便汽水产生循环称为强制循环 。依靠水和汽水混合物的密度差形成的汽水循环称为 自然循环。
-1
究 所
jx
10.4 循环回路的压差特性
• 在一定的热负荷及结构特性下，压差S和管 内流量G（或质量流速ρw）的关系称为压 差特性或水动力特性，相应曲线称为压差 特性曲线或水动力特性曲线。 西 安 • 用途：分析自然循环回路的工作原理及其 交 通 影响因素，确定回路的工作状态。
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图 中 a、 b 两 种 流 动 ， 使 吸热的管璧能及时将热量 传给炉水，也使本身不断 得到冷却。所以，炉内火 焰温度虽然很高(可高达 1300C以上)，但管壁温度 仍然在允许范围内。
水循环好的锅炉，炉水的升温和汽化快，从点火 到达到证常运行的时间就短，反之，水循环不好 的锅炉，从点火到达到正常运行的时间就长。所 以改善锅炉水循环，是保证锅炉安全、经济运行 的关键之一。
1. 循环流动与流型
目前我国生产的工业锅炉普遍采用自然循环。锅炉的自然循 环回路由锅筒、下降管、水冷壁及联箱组成。如图所示。
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下降管布置在炉外不受热。由上 升管组成的水冷壁布置在炉膛内 的四周，紧贴炉墙。上升管中的 汽水混合物向上流动，进入锅筒， 在 锅 筒 中 经 汽 水 分 离 (explain why) ，汽水混合物中的汽进入蒸 汽空间，由蒸汽引出管引出。而 水则进入水空间，与送入锅筒的 给水混合再进入下降管，再次进 行循环。
ss gh P ss xj gh P xj
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h—锅筒液位面到下集箱中心高度，m；
Pa
基本方程，这种计 算方法称为压差法
ρ ss，ρ xj—分别为上升管和下降管中工质的平均密度，kg/m ； 生的水循环动力。以该式 Syd Δ Pss，Δ运动压头 Pxj—分别为上升管和下降管中工质的流动阻力， Pa。 总阻力
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2 ．运动压头：图 2-3 中，当左侧钢管加热时， 便形成循环流动。如果在下联箱中加一块隔板 ( 见图 1-1 截面 ) ，把左右两管隔开，此时两侧将 受到不同的压力，即可产生压力差，这个压力 差叫运动压头。如果将隔板拿掉，水开始流动， 水流动的方向是从冷管到热管。冷管整个管里 的水向下流动，把它叫下降管；热管里的汽水 混合物向上流动，叫上升管。炉水由锅筒到下 降管，经下联箱到上升管，形成汽水混合物再 回到锅筒，构成一个循环回路。
运动压头是循环回路中产 3 为基础进行水动力计算的 方法称为运动压头法
xj
ss gh Pss Pxj
有效压头Syx
xj
ss gh Pss Pxj
下降管的 流动阻力
Pa
Pa
有效压头法
3. 自然循环的重要特征参数
• 循环流速、循环流量、质量含汽率和循环倍率等 • 循环倍率K是衡量锅炉水循环可靠性的重要指标 之一。 • 每根蒸发管、每组管屏，每个循环回路以及整台 西 锅炉都有各自的循环倍率，其数值并不一定相等。 安 • 循环倍率小意味着上升管中的蒸汽含量大而循环 交 通 流量小，相应的循环流速w0也就小。当循环倍率 大 小于某一界限值Kjx时，由于水速很低而可能出现 表 12－1 推荐循环倍率及界限循环倍率 学 传热恶化，甚至循环流速等于零或几乎为零，水 锅筒压力 P/MPa 2～3 4～6 10～12 14～16 17～19 锅 锅炉蒸发量 D/t•h 20～200 35～240 160～420 185～670 ≥800 循环发生停滞或形成自由水位，从而可能导致蒸 燃煤 45～65 15～25 7～15 4～8 4 ～6 炉 推荐的循环倍率 K 燃油 12～20 7～12 4～6 3.5～5 研 发管过烧损坏。 界限循环倍率 K 10～20 4～5 2～3 1.1～1.5
图2-6 水循环不正常流动情况
3．循环倒流：循环倒流是指原来工质向上流的上升管，变 成工质自上向下流动的下降管(见图2-5)，它发生在上升管 或上联箱自锅筒水面以下接入的锅炉中。此时，如果自上 向下流动的炉水量多，管壁仍可得到冷却，而不致过热烧 坏。但当工质倒流时，流速很低，流量小，汽泡有向上流 动的趋势，而水有往下流的趋势，结果使汽泡处在不上不 下的状态(图2-6a)，这些汽泡附着在管壁上，就可能导致管 壁过热而烧坏。
11.1 流型及流动参数 11.1.1 锅炉水循环方式
锅筒是特征
水质要求低，易 管布置灵活， 各种压力可用， 调节；临界以下， 循环泵工作 超临界惟一。 P高金属耗多，驱 条件差 阻力大 动力下降
强制与直流 的结合产物
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也称辅 助或控 制循环
10.1 自然循环的基本概念
1.简单回路的压差特性
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图12-3 简单回路的压差特性及工作状态
2.实际循环回路的压差特性
Sss gh Z
2 w0
1 x 1 2
2 w0 ( ) gh Z xj Zss 1 x 1 0 2
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产生循环倒流的原因是，下降管的流阻过大、下流水量 不能满足上升管的需要，或者由于循环回路的有效压头升 高。而受热弱的部分上升管流动压头减小，水流最也逐渐 减小，以至发生倒流，这时受热弱的上升管便成了下降管。 当水沿着上升管向下流动时，也要产生一部分蒸汽泡。此 蒸汽泡要往上流，即产生两相运动。如果蒸汽泡的流动速 度趋近于零时，可能附着在某处管壁，引起管壁过热烧坏。
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因此，自然循环锅炉中，除非迫 不得已的情况，都将上升管从锅 筒水面以下接入。
图2-5 管外壁结渣引起循环停滞及倒流
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