锅炉原理-10自然循环锅炉水动力学概述
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。
锅炉自然循环的原理
锅炉自然循环的原理锅炉自然循环是指在锅炉热交换管内，由于自然对流的存在，热水和冷水在密度差的驱使下，自然形成上升和下降的循环流动。
锅炉自然循环的原理可以从密度差、温度差和浮力平衡三个方面来解释。
首先，密度差是导致自然循环的根本原因。
根据物理学原理，热水的密度要小于冷水的密度。
当锅炉内的炉膛燃烧燃料，使炉膛和水管受热后，热水的密度降低，容易上升；而冷水的密度增加，容易下降。
这种密度差是自然循环产生的动力。
其次，温度差也是自然循环的重要条件。
由于锅炉内部热交换管燃烧侧的温度较高，而供水侧的温度较低，两者之间存在温差。
这种温差会造成热水上升、冷水下降的趋势，推动了循环的发生。
最后，浮力平衡也是锅炉自然循环的一个重要因素。
当热水受热后，密度减小，上升；冷水受冷后密度增加，下降。
在这个过程中，上升的热水受到管壁和相邻冷水的浮力作用，形成上升运动；而下降的冷水受到上升热水的浮力作用，形成下降运动。
这种浮力的平衡是自然循环持续进行的基础。
综上所述，锅炉自然循环的原理是由于热水和冷水在密度差、温度差和浮力平衡的作用下，形成上升和下降的循环流动。
在具体的锅炉系统中，通常存在锅炉炉膛、水管、烟管等热交换区域。
当炉膛内燃料燃烧产生高温烟气，通过烟管传热到水管内的水，使水受热，形成上升运动，然后经过循环管的下降段走向锅炉底部，与冷的进水混合后形成循环流动。
烟气在经过烟管后，损失了部分热量，降温后排放至大气中。
锅炉自然循环有以下几个特点：第一，自然循环无需辅助设备，不需要泵等能源设备就能实现水的流动。
因此，自然循环具有节能、经济的特点。
第二，自然循环具有简单可靠的特点。
相比较于强制循环，自然循环的工作原理更为简单，运行过程中无需额外的控制和调节。
只有确保锅炉内部的热量传递平衡，自然循环就可以稳定运行。
第三，自然循环一般适用于锅炉功率小、工作压力不高、蒸汽量较小或工作条件相对稳定的情况。
对于工作压力较高的大型锅炉，通常需要配备强制循环设备以增加循环动力。
锅炉的水循环资料
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
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。
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
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 。
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。
自然循环锅炉原理
自然循环锅炉原理一、引言自然循环锅炉是一种基于自然对流原理工作的锅炉，其原理是利用水的密度变化和自然对流的热传导来实现热量的传递。
相比于强制循环锅炉，自然循环锅炉具有结构简单、操作方便、节能环保等优点，因此在一些小型供暖系统中得到广泛应用。
二、自然循环锅炉原理自然循环锅炉的工作原理基于热量的自然对流传递。
当锅炉启动时，锅炉内的水被加热，从而产生热对流现象。
具体来说，自然循环锅炉的工作原理可分为以下几个步骤：1. 加热阶段：燃烧器燃烧燃料，加热锅炉内的水。
水的加热使其密度降低，从而使加热部分的水上浮，冷却部分的水下沉。
2. 自然对流阶段：由于水的密度差异，加热部分的水上浮，形成热对流循环。
上浮的热水经过蒸汽分离器，蒸汽进入蒸汽室，而冷却的水则下沉到加热部分接受加热。
3. 再生阶段：上浮的热水经过蒸汽分离器分离出其中的蒸汽，蒸汽进入蒸汽室供应给其他设备使用，而剩余的热水则重新下沉到加热部分。
通过这种自然对流循环，锅炉中的热量得以传递，实现水的加热和蒸汽的产生。
由于自然循环锅炉依靠自身的结构和水的密度变化来推动热量传递，因此无需额外的强制循环泵，节约了能源和维护成本。
三、自然循环锅炉的优点自然循环锅炉相比于强制循环锅炉具有以下优点：1. 结构简单：自然循环锅炉不需要额外的强制循环泵，因此其结构相对简单，易于安装和维护。
2. 操作方便：自然循环锅炉无需额外的控制设备，操作相对简单，无需专业技术人员操作。
3. 节能环保：自然循环锅炉运行时无需外部能源驱动，仅依靠自然对流传递热量，节约了能源消耗。
同时，自然循环锅炉无需额外的强制循环泵，减少了能源消耗和维护成本。
4. 适用范围广：自然循环锅炉适用于小型供暖系统，如家庭供暖、小型工业锅炉等。
四、自然循环锅炉的应用自然循环锅炉由于其结构简单、操作方便、节能环保等优点，在一些小型供暖系统中得到广泛应用。
例如，在家庭供暖中，自然循环锅炉可以通过自然对流使热水循环供暖，避免了额外的能源消耗。
自然循环锅炉水动力
§11—1锅炉水动力学基础 一、 锅炉水循环方式
循环—工质流经蒸发受热面的流动方式 划分—依据流动动力 自然循环锅炉 强迫循环锅炉 多次强制循环锅炉 直流锅炉 复合循环锅炉 自然循环和多次强制循环方式适用于低于 临界压力的锅炉
1. 自然循环锅炉
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
③增加管内工的流速，提高水 循的稳定性。
④增加电耗。
问题 循环泵可靠性（高温、高压）
3. 直流锅炉
流动动力
给水泵
特征 ①无锅筒，工质一次性通过 水冷壁。 ②水冷壁布置自由，金属耗 量少，制造方便。 ③启停速度比较快，适应电 网负荷变化，适用压力范围广，尤 其是超临界参数的锅炉。 给 水 泵 ④流动阻力大，增加电耗， 自动调节和给水处理要求高。 问题 水动力不稳定性（多值性、 脉动），传热恶化，热偏差
系数C反映汽水之 间的相对速度
C wh / w sj
C=1,φ=β
向上流动
向下流动
C<1,φ<β
一般C>1,φ>β
压力和循环流速度增加 φ→β （a：w小；d：w大）
1－粗糙度小；2－粗糙度大
4. 密度
汽水混合物密度
' h ' 1 x 1 "
汽水混合物实际密度
有效压头法
S yx xj ss gh pss pxj
有效压头是循环回路中的部分水循环动力 稳定流动时克服回路中下降管的流动阻力
循环倍率：
K＝G0/D＝1/x
k小，D大而G0小，则w0小。
k＜Kjx，w0≌0，发生停滞、自由水位。
锅炉自然循环原理
锅炉自然循环原理
锅炉自然循环原理是指在锅炉加热过程中，由于水的密度变化所引起的水的自然循环运动。
首先，当锅炉内的水被加热后，水的温度上升，密度减小。
因为热量的传导是从高温到低温的方向，所以炉水温度升高后，周围的水也会热传导到锅炉所在区域，使锅炉内的水局部产生热胀冷缩的变化。
其次，由于局部水温升高，水的密度减小。
较冷的水会由外部环境自然进入锅炉，占据较热水所占的位置，形成自然循环。
进一步的，进入的较冷水在锅炉内受热后也会上升，造成锅炉内水的循环。
这种自然循环的过程可以使锅炉内部加热面上的水温均匀分布，从而提高锅炉的热效率。
同时，自然循环还可以保证锅炉内水的流动，避免局部温度升高过高，导致热力膨胀、破坏锅炉结构等不良后果。
总之，锅炉自然循环原理通过水的密度变化和热对流的效应，实现了锅炉内部水的自然循环运动，达到了热量均匀传递、高效供热的目的。
锅炉自然循环的原理
锅炉自然循环的原理
锅炉自然循环是指在锅炉系统中，热水通过自然的密度差异产生对流，从而实现热量的传递和循环。
其基本原理可以概括为以下几个步骤：
1. 加热水：锅炉在燃烧燃料或其他加热方式下，将水加热到一定温度。
2. 密度差异：加热后的水因温度升高而密度减小，导致热水上浮，形成密度差异。
3. 上升对流：热水由于密度较小，会上升到锅炉的顶部或者热交换器的上部，同时，冷水由于密度较大，会下沉到锅炉的底部或者热交换器的下部。
4. 冷却释放热量：热水在上升过程中与锅炉或热交换器的表面接触，释放热量给周围环境或介质。
5. 冷水回流：冷水在下降过程中，通过管道重新进入锅炉的底部或者热交换器的下部，完成一个循环。
通过以上循环过程，热水源源不断地加热、上升、释放热量、下降和回流，从而形成了锅炉内的自然循环。
这种自然循环的特点是操作简单、无需额外能量投入，但循环速度较慢。
锅炉自然循环广泛应用于一些小型的加热系统，如家庭中的热水器以及一些低压小型蒸汽锅炉中。
自然循环锅炉原理
自然循环锅炉原理
自然循环锅炉是一种利用自然对流现象进行加热和热力循环的锅炉。
其原理主要基于热量的加热传导和自然对流的传热方式。
在自然循环锅炉中，锅炉的加热部分一般位于锅炉的下方，称为火室。
火室被热源（如煤、油或天然气）加热，使水在火室中被加热，产生蒸汽。
燃烧产生的热量通过炉墙传导到周围的水，使水的温度升高，从而形成了温度梯度。
在水温升高后，水变得轻，与周围较冷的水形成密度差异。
热水在上浮至锅炉顶部，冷水则下沉至火室底部，形成了自然对流循环。
上浮的热水从顶部进入锅筒或管束，被进一步加热，转化为高温高压蒸汽。
蒸汽流经管束或锅筒后，被导向至锅炉的外部设备或工业过程中，发挥热能。
同时，下沉的冷水在火室底部接收热量，再次升温。
然后，它被循环泵抽送至火室上部，参与再次循环。
通过自然对流的循环，锅炉中水的温度不断升高，同时蒸汽的压力也随之增加。
这样的热力循环可以带动液体或蒸汽在系统中进行能量的传递和利用。
需要注意的是，自然循环锅炉的加热和循环效果受到许多因素的影响，如水的温度差、火室的设计、管道的布置等。
因此，
在实际应用中，需要合理设计和操作，以最大程度地提高锅炉的热效率和安全性。
自然循环锅炉工作原理
自然循环锅炉工作原理
自然循环锅炉是一种常见的供暖设备，其工作原理基于自然对流现象。
它利用水的密度变化，通过循环的方式将热量传递到需要加热的区域。
当锅炉被点火时，燃料在锅炉燃烧室内燃烧，产生高温烟气。
这些烟气通过热交换器，将热量传递给水。
由于高温烟气的传热效率较高，水很快被加热到沸点，并转化为水蒸气。
水蒸气在锅炉内部上升，形成一个热对流循环。
热对流是由于热水的密度较低，容易上升；而冷水的密度较高，容易下降。
因此，热水上升，冷水下降，形成一个自然的循环流动。
在循环的过程中，热水进入供暖系统，通过管道流向需要加热的房间或区域。
在供暖系统中，热水释放热量，将室内空气加热。
同时，冷水被引入锅炉，参与循环。
此外，自然循环锅炉还配备了一个膨胀水箱。
在循环过程中，水因蒸发而产生的蒸汽会通过管道进入膨胀水箱，此时水会凉却并凝结成水，然后返回锅炉参与循环。
这个膨胀水箱可以保持系统的水平，确保锅炉的正常运行。
需要注意的是，自然循环锅炉的加热效果会受到水的温差和流速的影响。
当水的温度高、流速快时，加热效果会更好。
因此，在设计和使用自然循环锅炉时，需要合理配置供水和回水管道，以实现最佳的循环效果。
总而言之，自然循环锅炉通过利用自然对流现象，将热量传递到需要加热的区域。
它是一种简单而有效的供暖设备，适用于一些小型的建筑物和住宅。
锅炉原理 10自然循环锅炉水动力学
h F d hF d h F d h 以截F 面含/F 气 率表示F 的/F 汽水混合物密（度10-36）
h ( 1 ) ( )kg/m3
重位压力降计算（公1式0-37）
P z w h g h h g [ ( 1 ) ]
（10-38）
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• 4. 水平管内的流型和传热
图10-8 水平管内的流动形式
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• 10.3.3 汽水两相流动阻力的计算 • 1. 均相模型及摩擦阻力计算方法
(1) 均相模型及其公式
Pmc
l
dn
wh2h
2
当流动处于阻力平方区时：
1 4(lg3.7
dn
)2
k
（10-28）
（10-1）
• 如果循环泵的工作压头△Pb大于水冷壁中工 质的流动阻力△Plz ，则有PC＞PA，锅炉按强
制循环锅炉原理工作 。（流过水冷壁的工质 流量为给水流量与再循环流量之和）
• 如果循环泵的工作压头△Pb小于等于水冷壁 中工质的流动阻力△Plz，则有PC≤PA，锅炉按
直流原理工作 （再循环管路中无循环流量）。
• 截面含汽率φ ：
（10-16）
A" A
（10-17）
• 水的流通截面积A’所占的流通截面积份额：
A' AA" 1
AA
（10-18）
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• 2．蒸汽和水的折算速度及真实速度 • 蒸汽折算速度w0″——假定汽水混合物中的蒸
汽单独流过整个管道截面时的蒸汽速度：
w0AG
m/s
下降管总阻力
有效压头法
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锅炉原理 第10章锅炉水动力学
法
两曲线交点为工作点（循环流速和有效压头）
24
第四节
自然循环水动力特性
（4）工作点确定
复杂回路
特 征
共同的引入管不同的引出管 不同的引入管共同的引出管
不同的引入管不同的引出管
串联系统： 流量相同，压差相加
并联系统：
流量相加，压差相同
25
第四节
自然循环水动力特性
（5）安全性指标
循环流速
反映水流速度
减小下降管带汽 加装格栅→ 消除旋转 减小下降管阻力：采用大直径下降管→增加与上升管总截面之比 减小汽水引出管阻力：增加与上升管总截面之比 减小分离装置阻力
提高汽包水位
减小压力变化速度
32
第五节 强制流动水动力特性 １. 水平管的水动力特性
水平管中的压降及流经水平管的流动阻力 Δp=Δpfr l>>h
检验：倒流压头大于有效压头的1.1倍
30
第四节
自然循环水动力特性
（6）水循环故障
下降管带汽
压力降低→下降管入口或锅水自汽化 原因 汽水分离困难→下降管入口漩涡带汽
危害：运动压头降低
31
第四节自然循环水动力特性源自（7）提高自然循环安全性措施
划分循环回路
减小吸热不均
避免火焰偏斜、积灰、结渣 避免长时间低负荷运行
p↑→Sdr↓
X↑→Sdr↑ h↑→Sdr↑
（3）有效压头
Sef Sdr (pri pse ) pdc
19
第四节
自然循环水动力特性
3. 水循环计算
（1）计算目的 循环流速（W0） 质量含气率（X） （2）计算方法 压差法 hdc g pdc 水循环的安全性
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。
锅炉自然循环的工作原理
锅炉自然循环的工作原理
锅炉自然循环是一种常见的热能转换装置，在工业和家用领域广泛应用。
它的工作原理基于自然对流的原理，不需要外部动力设备来驱动循环。
锅炉自然循环的主要组成部分包括锅炉本体、水冷壁、蓄热器、蒸汽分离器和水箱等。
首先，锅炉内的水被加热，形成热循环。
工作时，炉膛内的燃料燃烧产生热量，通过锅炉壁将热量传递给水冷壁。
被加热的水通过自然对流作用，上升到蓄热器并进一步加热。
加热后的水变得密度较小，形成轻质热水层，沿着水箱壁面上升。
当水达到蒸汽分离器时，蒸汽分离器的作用是将蒸汽和液体水分离。
在蒸汽分离器中，蒸汽上升到顶部，而水下降到底部。
分离后的蒸汽被导出到多个应用系统中，而分离的液体水则再次进入水冷壁，完成第二次循环。
整个循环的过程中，水的密度变化导致了自然对流的产生，从而形成热对流。
热水上升、冷水下降的循环过程不断重复，实现了热量的传递和转换。
需要注意的是，在锅炉自然循环的过程中，水的温度、压力和密度变化是相互关联的。
随着水的升温和蒸发，蒸汽和水之间的相变也会影响循环的稳定性和效率。
总的来说，锅炉自然循环是利用自然对流的原理，通过热量的
传递和水的密度变化实现热能的转换。
相比于其他循环方式，它具有结构简单、运行稳定等优点，在很多应用场景中被广泛采用。
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。
自然循环锅炉水动力特性
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Hale Waihona Puke 1 2.实际循环回路的压差特性
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• 压差特性曲线的合成基于工质的物质平衡和作用 于工质上的力平衡两个基本原理。其合成规律为： 稳定工况下，串联回路时的流量相等，在相同流 量下压差迭加；并联回路的两端压差相等，在相 同压差下流量迭加。
12.3 自然水循环的可靠性
• 锅炉炉膛内并联的上升管组，由于存在热 负荷及结构特性的偏差，各根上升管中的 循环流量也不相同。在锅炉的自补偿范围 内，吸热强的管中循环流量大，吸热弱的 管中循环流量小。若热负荷偏差很大，则 在吸热弱的管中，其循环流量可能很小， 甚至发生停滞或倒流，影响锅炉工作的可 靠性。
联管同压差工作，那么需要增加入口
流量以加大该管子的阻力从而平衡，
因此实现了受热强的管子自动增加流
量的功能，而受热弱的管子自然流量 图会12减-5 上少升。管循环流量和吸热量的关系
• 质量含汽率x随吸热量q增大是线性增加，因此上 升管流动阻力Δpss也几乎是随q增加而线性增加 （这里没有考虑相对速度的影响）。而截面含汽 率ф随吸热量q增大是非线性增加，当工质吸热比 较少，x较小时，ф随q增大增加得很快，即ф的 增加远大于x的增加；而在某一x（或q）值后，x
自然循环锅炉的原理
自然循环锅炉的原理自然循环锅炉是一种利用自然对流现象来传递热量的一种锅炉设备。
其基本原理是依靠水的密度差异引起的自然对流现象来实现热量的传递。
首先，为了实现水的自然循环，锅炉的设计需要将热量源与热负荷部分分离。
热量源通常是燃烧器或者热交换器，其产生的热量通过热交换器传递给水。
热交换器是一个具有高热传导性的金属材料制成的设备，使热量得以迅速传递给水。
当水被加热后，其温度升高，从而密度降低。
由于密度差异，热水和冷水会产生形成自然对流的趋势。
这里需要注意的是，自然循环对流只能在锅炉系统中的垂直方向上进行。
因此，在设计自然循环锅炉时，需要确保锅炉系统中存在一定的升降差，以利于形成自然对流。
当热水上升并到达较高位置时，会产生堵塞效应，即使水的温度进一步升高，也无法自然上升到更高的位置。
为了解决这一问题，设计者通常将锅炉加热部分与热负荷之间的高度差设计为一个临界值。
当水的温度升高使得密度降低到一定的程度时，液体水的密度将与饱和蒸汽的密度相等。
此时，水将发生相变，并形成一个气泡。
由于气泡的体积大于相应的液态水的体积，气泡将产生浮力，使得整个液体气泡系统在自然对流的作用下上升。
当水蒸发形成气泡后，气泡将被导向锅炉的上部，进一步冷却后会凝结成为液体。
通过这种方式，热量将从热源部分传递给热负荷部分，实现热能的转移。
然后，冷却的液态水将被重力作用下降到热源部分重新开始循环。
总之，自然循环锅炉的工作原理是通过自然对流现象来实现热能的传递。
其主要步骤包括：热量的输入、水的加热、水的蒸发、气泡的升降、液体水的下降、冷却和重新循环。
通过合理的设计和运行参数的选择，可以实现锅炉系统的高效运行和热量的传递。
然而，自然循环锅炉的热功率相对较低，适用于较小规模的设备和低能耗要求的场合。
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图10-4 部分负荷复合循环锅炉的工作原理
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1.省煤器2.混合器3.循环泵 4.分配器5.水冷壁6.过热器 7.循环限制阀8.循环旁路
图10-5 超临界压力复合循环锅炉
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• 直流锅炉与强制循环锅炉相比，取消了汽 包，且工质在给水泵压头的作用下一次性 通过各受热面 。 • 直流锅炉特点是：受热面可自由布置；金 属耗量少，启、停速度快；水容量及相应 的蓄热能力较小，对外界负荷变化较敏感 ；直流锅炉不能连续排污，对给水品质的 要求很高；给水泵功率消耗大。
图10-2 复合循环锅炉再循环
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P C P A P b P lz
（10-1）
• 如果循环泵的工作压头△Pb大于水冷壁中工 质的流动阻力△Plz ，则有PC＞PA，锅炉按强 制循环锅炉原理工作 。（流过水冷壁的工质 流量为给水流量与再循环流量之和）
气压）一般称为亚临界压力
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• 10.1.1强制循环锅炉 • 随着锅炉容量提高，为了保证管内工质具有较 高的质量流速，在循环回路上串接一个或多个 专门的循环泵，用以控制水和汽水混合物的流 动，则称为强制循环锅炉或控制循环锅炉。 • 为了进一步提高锅炉水动力的安全可靠性，可 以在蒸发受热面的进口设置节流圈，这种锅炉 一般称为控制循环锅炉 。
第10章 自然循环锅炉水动力特性
• 10.1锅炉水循环过程 • 10.1.1自然循环锅炉 • 工质循环流动完全是由于蒸发受热面受热产生的 密度差而自然形成，故称自然循环; • 自然循环锅炉的特征是有一个直径较大的汽包。 • 自然循环锅炉结构比较简单、运行容易掌握而且 比较安全可靠，我国亚临界压力以下的锅炉，多 水的临界压力为227.98×105Pa 数采用自然循环锅炉。 ， 172.25×105Pa（170～210 大
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• 自然循环锅炉工程应用的最高蒸汽压力是 19.11MPa，单炉的最大容量为885MW。只有 当蒸汽压力超过16MPa时，且自然循环不可 靠，才需要考虑采用强制循环锅炉。当压 力超过19.6MPa，则适合采用直流锅炉。强 制循环锅炉工程应用的最高蒸汽压力是 19.6MPa，单炉的最大容量1000MW。当单炉 容量超过600MW，一般应在较低的压力时就 考虑采用强制循环锅炉或直流锅炉。
• 3．复合循环锅炉的特点
（1）结构简单可靠。 （2）额定负荷时的质量流速可选得低 些，以减小流动阻力和水泵电耗。 （3）锅炉最低负荷可降到额定负荷的5 ％左右，启动旁路系统可按5％-10％负 荷设计，减小设备投资和启动时的工质 及热量损失。
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在全负荷范围内均有△Pb大于 水冷壁中工质的流动阻力△Plz （即在全负荷范围内循环流量 均不为零）
图10-3低循环倍率锅炉系统和循环流量曲线
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• 3．部分负荷复合循环锅炉
1.低负荷时，循环管路有循 环流量，高负荷时，锅炉按 直流锅炉原理工作； 2.大多用于超临界压力机组 ； 3.与低循环倍率锅炉的主要 差别是在循环回路上装有循 环限制阀.
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• 10.1.4 复合循环锅炉 • 1.复合循环锅炉的基本原理 • 为了克服纯直流锅炉的不足及适应超临界压 力锅炉应用的需要，产生了复合循环锅炉
直流锅炉缺点是负荷降 低时，水冷壁内工质流 量降低，炉内热量得不 到工质的冷却，水冷壁 管壁容易超温。
• 如果循环泵的工作压头△Pb小于等于水冷壁 中工质的流动阻力△Plz，则有PC≤PA，锅炉按 直流原理工作 （再循环管路中无循环流量）。
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• 2．全负荷复合循环锅炉
1.省煤器 2.混 合器3.过滤器 4.再循环水泵 5.分配器6.节 流圈7.水冷壁 8.汽水分离器 9.备用管路
（7）复合循环不仅应用于超临界压力锅炉，而
且还应用在亚临界压力锅炉。
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• 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 。
（4）再循环工质使水冷壁进口工质的焓提高，
工质在蒸发管内焓增减少，有利于减少热偏差 和提高管内工质流动的稳定性。
（5）锅炉在低负荷范围内运行时，工质流量和
温度变化幅度小，减小了管壁热应力，有利于 改善锅炉低负荷运行制造工
艺复杂，技术性能要求高，且循环泵要消耗电 能，致使机组远行费用增加。
• 自然循环的推动压力一般为 0.05~0.1MPa, 循 环泵提升压力为0.25~0.5MPa
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（a）自然循环锅炉
（b）强制循环锅炉； （c）控制循环锅炉；
（d）直流锅炉
图10-1 锅炉蒸发受热面内工质流动的几种类型
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• 10.1.3 直流锅炉 • 直流锅炉没有汽包，给水在给水泵的作用 下，依次通过加热、蒸发和过热等各个受 热面，完成水的加热、汽化和蒸汽过热过 程，最后蒸汽过热到规定的温度，各受热 面之间并没有固定的界限，直流锅炉可以 认为是循环水量为零的强制循环锅炉的一 个特例。