锅炉的水循环资料

西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
• 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)
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
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。
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。
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。
图11-4 受热水平蒸发管汽液两相流流型
西 安 交 通 大 学 锅 炉 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。
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
-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。
大 学 锅 炉 研 究 所
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
3 ．有效压头：流体受热后产生的运动压 头，用来克服上升管和下降管的全部阻力 损失。因此，运动压头克服了上升臂阻力 损失后，剩余的压头去克服下降管内的阻 力损失。这部分克服下降管阻力损失的压 头，叫有效压头。
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
4．循环流速：锅炉水冷壁或对流管簇工 作的目的是，有足够的水流经这些受热 面，把热量带走。管内工质流速高，工 质放热系数大，就能更好地把管壁传来 的热量带走，反之，如果工质不流动或 流动很慢，不能把管壁热量很快带走， 管壁温度就会升高，以致过热烧坏。因 此，锅炉水循环的好坏，常用循环流速 来判断。进入上升管的水流量(容积流量)， 除以上升管流通截面积所得的值，即为 循环流速。
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，由于汽水相互百度文库动的作用，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。
1.简单回路的压差特性
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
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
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。
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
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。
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
l Z d
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
图12-4 上升管压差与吸热量的关系
3.自补偿能力
由运动压头法：
q较低、x较小、循环倍率K较大时， 随着q的增加，φ的增加大于x的增加， Syd的增加大于总阻力∑ΔP的增加， 回路中的动力大于阻力，使得循环 流量G0相应增加 。
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
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
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。
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。
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
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
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
2 ．自由水面，上升管从 锅筒水面以上接入时，水 面至上升管最高点之间的 高度，使上升管增加一个 提升流阻损失。如果发生 循环停滞时，上升管下端 水供应不足，而管内的水 不断蒸发，钢管上部只有 汽，没有水，并出现一个 水面(图2-6)。这个水面叫 做自由水面，水面附近的 管壁，受汽、水交替接触， 管壁温渡发生交替变易使 管璧强度减弱而造成破裂。
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。
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
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。
ss gh P ss xj gh P xj
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
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
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
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
也称辅 助或控 制循环
10.1 自然循环的基本概念
2 w0 ( ) gh Z xj Zss 1 x 1 0 2
在冷态下，锅筒的下半部和钢管内部都是水(图中 a)，此时锅筒两侧水管里的水温相同，水是静止 不动的。
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
如果两边钢管中间加以隔墙 (图中b)，同时对左侧 钢管加热，随着水温升高，管内水开始流动，水 温越高，流动越快。当管内水达到沸点，部分水 开始汽化，管内便形成带汽泡的汽水混合物。由 于汽水混合物的重度大大低于右侧管内水的重度， 因而形成重度差。此重度差，迫使在连通器一侧 重度较小的汽水混合物不断上升，而重度大的水 不断下降，这就形成了自然循环。
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。
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
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。