锅炉水循环原理
锅炉的水循环资料
究 所
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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。
锅炉水循环
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。
锅炉的工作原理及工作特性
锅炉的工作原理及工作特性一、锅炉的工作原理锅炉是一种将水加热转化为蒸汽或热水的设备。
它通过燃烧燃料产生热能，将水加热至一定温度或压力，从而产生蒸汽或热水。
锅炉的工作原理主要包括燃烧系统、水循环系统和蒸汽系统三个部分。
1. 燃烧系统：燃烧系统由燃料供应装置、燃烧器和风机组成。
燃料供应装置将燃料供给燃烧器，燃烧器将燃料与空气混合并点燃，产生高温燃烧气体。
风机提供所需的燃烧所需的氧气，并将燃烧气体送入锅炉炉膛。
2. 水循环系统：水循环系统包括给水系统、蒸汽-水分离系统和循环水系统。
给水系统将水从水源中抽取并经过处理后送入锅炉。
蒸汽-水分离系统用于将产生的蒸汽与水分离，以保证蒸汽的纯净度。
循环水系统负责将水循环供应给锅炉，以保持锅炉的正常运行。
3. 蒸汽系统：蒸汽系统由蒸汽管道、阀门和附件组成。
蒸汽通过管道传输到需要蒸汽的设备中，供应能量或执行工艺过程。
二、锅炉的工作特性锅炉的工作特性主要包括热效率、燃烧效率、蒸汽质量和安全性能。
1. 热效率：热效率是指锅炉将燃料中的化学能转化为有效热能的能力。
热效率越高，表示锅炉利用燃料的效果越好。
提高锅炉的热效率可以减少能源消耗和环境污染。
2. 燃烧效率：燃烧效率是指锅炉将燃料中的化学能转化为热能的能力。
燃烧效率越高，表示锅炉将燃料完全燃烧的能力越强，减少燃料的浪费。
3. 蒸汽质量：蒸汽质量是指蒸汽中所含水分的含量。
高质量的蒸汽应具有较低的水分含量，以保证蒸汽在工业生产中的使用效果。
4. 安全性能：锅炉的安全性能是指锅炉在运行过程中的安全保障措施。
包括水位控制、压力控制、燃烧控制、过热保护等系统，以保证锅炉在正常工作范围内安全可靠。
总结：锅炉是一种将水加热转化为蒸汽或热水的设备，其工作原理主要包括燃烧系统、水循环系统和蒸汽系统。
锅炉的工作特性包括热效率、燃烧效率、蒸汽质量和安全性能。
了解锅炉的工作原理和工作特性有助于我们更好地使用和维护锅炉设备，提高能源利用效率，保障工业生产的安全与稳定。
锅炉循环原理
锅炉循环原理
锅炉循环是指锅炉内水的循环流动，通过这种循环，锅炉可以将燃料燃烧产生的热量传递给水，最终产生蒸汽。
在锅炉循环中，水和蒸汽的流动是由自然力和机械力共同驱动的，它们在锅炉内不断循环，完成热量的传递和能量的转化。
首先，水从给水系统进入锅炉，经过加热后变成饱和水。
在锅炉内，燃料燃烧产生的热量通过炉排和燃烧室传递给锅炉水，使其温度升高，从而产生蒸汽。
这一过程中，自然对流和强制对流共同作用，促使水和蒸汽在锅炉内形成循环。
其次，热量传递完成后的水和蒸汽通过循环泵被抽出锅炉，进入汽水分离器。
在汽水分离器中，水和蒸汽被分离开来，水被送回锅炉继续循环，而蒸汽则被送至汽轮机进行功率输出。
最后，在汽轮机中，蒸汽的能量被转化为机械能，推动汽轮机转动，同时产生功率。
蒸汽在汽轮机中的功率输出完成后，被送至凝汽器进行冷凝，冷凝后的水再次被泵送至锅炉进行循环，如此不断循环。
总的来说，锅炉循环原理是通过热量传递和能量转化完成的。
在这一过程中，水和蒸汽不断循环，完成热量的传递和能量的转化，最终实现能源的高效利用。
锅炉循环原理的合理运用，不仅可以提高锅炉的热效率，还可以降低能源消耗，实现节能环保的目的。
总结一下，锅炉循环原理是锅炉内水和蒸汽不断循环，通过热量传递和能量转化实现热能的利用。
这一原理的运用，对于提高能源利用效率，实现节能环保具有重要意义。
希望通过对锅炉循环原理的深入了解，可以更好地应用于实际生产中，实现经济效益和社会效益的双重收益。
工业锅炉水循环及其故障探析
工业锅炉水循环及其故障探析摘要：在工业锅炉检验发现的问题中，部分是由于锅炉水循环不良造成的，如爆管事故、水冷壁管变形、受热面鼓包、管板裂纹等，本文通过对发现问题进行综合分类后，对因水循环不良引起的故障进行了认真的分析，对工业锅炉水循环及其故障危害进行了探析，供大家参考。
关键词：工业锅炉水循环故障探析一、水循环的概念及其原理1、水循环的概念锅炉运行时，“锅”中的水实际上遵循着一定的路线不断地流动着，流动的路线构成周而复始的回路叫做循环回路。
水在锅炉循环回路中的流动称为锅炉的水循环。
2、水循环的原理锅炉的水循环分为自然循环和强制循环两类，自然循环是利用上升管中汽水混合物的密度较下降管中的水为小，形成压力差，使锅水循环。
强制循环则是依靠水泵的推动作用强迫锅水循环。
水循环流动压头：是指下降管内的水与上升管内的水汽混合物之间的重度差或压力差，用△P表示，单位Pa,△P=H混（ρˊ-ρ混）式中：H混---------上升管汽水混合物水柱的高度，m；ρˊ------下降管中水的重度，N/M3;ρ混----------上升管中汽水混合物的平均重度，N/M3；在自然循环过程中，每一循环回路都存在着流动阻力，既上升管和下降管的阻力之和。
流动压头是用来克服流动中的全部阻力损失。
有效压头是指上升管产生的运动压力除去本身的流动阻力损失后剩余的压头，是用来克服下降管阻力的。
有了足够的有效压力，才能保证工质不停地流动。
见下式：P有效= H混（ρˊ-ρ混）-△P上升管=△P下降管式中：P有效------有效压头，N/M3；△P上升管------上升管水流动阻力，N/M3；△P下降管------下升管水流动阻力，N/M3；二、水循环故障及其危害锅炉水循环对锅炉安全运行关系很大，要保证锅炉中水循环的正常进行，必需防止锅炉发生水循环故障。
常见的水循环故障有以下几种：1、循环停滞在同一循环回路中，并联的各根上升管的受热强度在实际上总有差别，受热强的上升管流速高，受热弱的流速低。
锅炉原理 自然循环原理及计算课件
热力发电
在火力发电厂中，自然循 环可应用于汽轮机冷凝器 等设备中，实现热能的有 效利用。
03
自然循环计算方法
计算公式介绍
循环流量公式
热能转换效率公式
该公式用于计算循环流量，涉及到循 环管道的直径、长度、流速等参数。
该公式用于计算锅炉的热能转换效率 ，涉及到燃料热值、锅炉效率、散热 损失等因素。
压力损失公式
实例三
某锅炉的热能转换效率计算，燃料热值为20兆焦/千克，锅炉效率为 90%，散热损失为5%，通过热能转换效率公式计算得出结果为80%。
04
自然循环在锅炉中的应用
自然循环在锅炉中的重要性
提高热效率
自然循环能够利用热能产生动力 ，从而提高锅炉的热效率。
降低能耗
通过自然循环，锅炉可以更有效地 利用燃料或能源，降低能耗。
智能化
借助先进的传感器、控制技术和人工智能技术，实现自然循环系统 的智能化管理和优化控制。
环保化
随着环保意识的提高，自然循环将更加注重环保和减排，减少对环 境的影响。
自然循环的未来挑战
技术创新
01
需要不断进行技术创新，突破技术瓶颈，提高自然循环的效率
和可靠性。
成本控制
02
随着技术的进步，需要平衡技术投入和成本控制，实现经济效
锅炉原理与自然循环原理及计算课件
目录 CONTENTS
• 锅炉原理概述 • 自然循环原理 • 自然循环计算方法 • 自然循环在锅炉中的应用 • 自然循环的未来发展
01
锅炉原理概述
锅炉的定义与作用
总结词
锅炉是一种将燃料中的化学能转化为 热能的设备，主要用于发电、供热和 工业生产等领域。
详细描述
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。
第六章锅炉水循环及汽水分离讲课稿
第一节 锅炉水循环
锅炉水循环：水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面回路中的循环 流动。
自然循环：利用水和汽水混合物的密度差，使水与汽水混合物 产生循环流动，称为自然循环。蒸汽锅炉一般采用自然循环。
强制循环：与自然循环相比，如果是借助泵的压头使汽水混合 物在炉内循环流动，则称为强制循环。
增大循环倍率的措施通常是增大下降管总截面积和保证上 升管受热长度与直径之比不过大。
自然循环热水锅炉的循环倍率概念有所不同，它指受热面 在吸热量和锅炉循环水量以及供回水温度相同的条件下按 照自然循环工作时受热面流量与直流工作时流量之比。热 水炉有多个循环回路，尽管供回水温度相同，但各自的吸 热量和温升不同，所以全炉的循环倍率是各回路循环倍率 的加权平均。
越多，管壁冷却条件越好，金属超温的可能性越小。
对于供热锅炉，工作压力较低，汽水密度差较大，有利于实 现自然循环，水冷壁循环流速一般0.4~2m/s;对流管束
0.2~1.5m/s
二、水循环的可靠性指标
2.循环倍率
在循环流速相同的情况下，由于上升管在炉内所处的位置不 同受热强度也不同，因此热负荷不同、产汽量也不同，造成 在出口位置水量的差别，如果热负荷过大将导致连续水膜无 法维持；另外产汽量越多流速越大，高速汽流也可能撕裂水 膜。因此为了保证有足够的水冷却管壁，在循环管路中从下 降管进入上升管的水量G往往是数十倍于上升管同时产生的 蒸汽量D；
二、水循环的可靠性指标
1.循环流速
水循环的可靠性是要求所有的受热管都要保证管内具有连续 水膜冲刷管壁以得到良好的冷却，防止管壁结盐和超温，因 此必须保持一定的循环流速。
循环流速指整个回路中水进入上升管时候的速度
G
w0
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。
锅炉循环水系统原理
锅炉循环水系统原理
锅炉循环水系统是指用于锅炉热量传递的循环水系统。
该系统通过热交换器将锅炉内的热能传递给需要加热的介质，同时通过水泵将冷却后的水送回锅炉进行再加热。
锅炉循环水系统主要由锅炉、水泵、热交换器、管道和阀门等组成。
循环水系统的工作原理如下：
1. 锅炉工作时，燃料燃烧产生热能，通过加热器将水加热至一定温度，形成高温高压蒸汽。
2. 水泵开始工作，将冷却后的循环水从锅炉循环系统中抽出，通过管道输送至热交换器。
3. 在热交换器中，循环水与需要加热的介质进行热交换，使介质的温度升高。
4. 加热后的水通过管道送回锅炉，继续吸收热量并转化为蒸汽，循环往复进行。
5. 为了控制系统的稳定运行，循环水系统中还设置有各种阀门和控制设备。
通过调节阀门的开度和水流量，可以实现对循环水的控制和调节。
锅炉循环水系统的主要目的是提高能源利用率和热能传递效率。
通过循环水的循环使用，可以有效地节约能源，并减少对环境的污染。
同时，锅炉循环水系统也具有一定的安全性能，通过
各种安全措施，可以保证系统的稳定运行并避免事故发生。
总之，锅炉循环水系统是通过循环水的循环使用，将锅炉中的热能传递给需要加热的介质的系统。
它通过热交换器和水泵等设备实现热能的转移和循环利用，提高能源利用效率，并保证系统的安全稳定运行。
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
锅炉原理课件：锅炉水循环方式
二、直流鍋爐
1、工作原理
• 直流鍋爐與自然迴圈鍋爐的主要差別在鍋內過程，而 爐內過程基本相同。
• 直流鍋爐沒有汽包，給水在給水泵壓頭的作用下，順 序流過熱水段、蒸發段和過熱段受熱面一次將給水全 部變成過熱蒸汽，蒸發區循環倍率K=1。
• 直流鍋爐由於沒有汽包，在加熱水和蒸發受熱面之間， 以及在蒸發和過熱受熱面之間都沒有固定的分界線。
直流鍋爐工作原理
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二、直流鍋爐
2、水冷壁的結構形式
• 早期采用的形式： a. 拉姆辛式(水準圍繞管圈式) b. 蘇爾壽式(回帶管圈式) c. 本生式(垂直管屏式)
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直流鍋爐水冷壁的基本形式 a. 水準圍繞管圈式 b. 回帶管圈式 c. 垂直管屏式
二、直流鍋爐
• 現代直流鍋爐采用的形式： a. 螺旋圍繞上升管屏式 b.一次垂直上升管屏式(UP型) c.爐膛下部多次上升、爐膛上 部一次上升管屏式(FW型)
自然迴圈回路
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一、自然迴圈鍋爐
• 因此，可得壓差平衡方程式： ρxj − ρss gH = ∆pxj + ∆pss
式中： ▪ ρxj, ρss分別為下降管和上升管中工質的平均密度 ，kg/m3； ▪ ∆pxj, ∆pss分別為下降管和上升管中的工質流動阻 力，Pa； ▪ H為汽包液位面到下集箱中心高度，m；
當流量和重位壓頭時工質的比容改變造成的。 • 由於出現了水動力特性的多值性，就可能使並列工作
的蒸發管中產生流量偏差及熱偏差，嚴重時，使管子 燒壞。
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二、直流鍋爐
• 蒸發管內進口水溫對管子中的流動特性有決定性影響。 當進口水溫低於飽和溫度時，整根管子分為兩段：熱 水段和蒸發段。
《锅炉及锅炉房设备》锅炉水循环及汽水分离
第一节 通风的作用和方式
• 通风过程
q 锅炉的“呼吸” 器官，也是调整 锅炉出力的手段
• 通风方式
q 自然通风 q 机械通风
• 负压通风 • 平衡通风 • 正压通风
锅炉的水循环及汽水分离
第一节 锅炉的水循环
• 锅炉水循环
q 水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面回路中的循环流 动
• 自然循环
q 水和汽水混合物利用其密度差所产生循环流动
• 强制循环
q 借助水泵的压头使工质流动的循环
• 蒸汽锅炉基本采用自然循环
一、自然循环的基本概念
• 循环回路的总高度H 自然循环回路示意图
H=Hs+Hq
加热水区段
ห้องสมุดไป่ตู้
含汽区 段
Pg Hs Hq ' g Pxj Pg Hs ' g Hq q g Pss Pa
水循环的
运动压头
Hq g ' q Pxj Pss
循环回路的 Pa 流动总阻力
当回路中水循环处于稳定流动时， 水循环的运动压头等于整个循环回路的流动阻力
自然循环
Hq g ' q Pxj Pss
Pa
• 提高运动压头措施
q 增大循环回路的高度（高压锅炉） q 加强上升管的受热
Pyx Hq g ' q Pss
Pa
• 水循环回路的有效压头
运动压头和上升管阻力之差
• 自然循环回路的有效压头愈大，也即循环的水 量愈大，水循环愈强烈良好
二、水循环的可靠性指标
• 可靠性要求
q 所有受热的上升管得到足够的冷却——上升 管内有连续的水膜冲刷管壁，保持一定的流 速，以防止管壁结盐和超温
• 指标
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。
锅炉水循环原理要点
京能集团运行人员培训教程BEIH Plant Course锅炉水循环The Water Cycle of BoilerMAJTD NO.100.2目录1电站锅炉汽水蒸发过程流动和吸热的一般特性和原理 (1)1.1蒸发系统的主要功能和要求 (1)1.2蒸发系统主要设计原则 (2)1.3蒸发系统换热性能的主要参数和特征 (4)1.4管内工质流动特性的基本原理和参数 (6)1.5水循环的主要类型 (10)2亚临界及以下状态汽水介质在垂直管中的流动和传热 (13)2.1垂直上升管内汽水流动和传热分析 (13)2.2垂直下降管内汽水流动和传热分析 (16)3亚临界及以下状态汽水介质在水平管中的流动和传热 (22)4超临界压力及以上状态汽水介质的管内流动和换热特点 (24)4.1存在临界点区域 (24)4.2存在拟临界温度 (24)4.3存在大比热区 (24)4.4超临界压力下的传热恶化类型 (24)4.5影响传热恶化的主要因素 (25)4.6超临界压力水蒸气的比容、比热和焓 (26)5自然循环锅炉的水循环原理 (27)5.1自然循环的原理 (27)5.2自然循环主要热力特征参数 (28)5.3自然循环主要结构特征 (30)5.4自然循环主要运行特征 (32)5.6不稳定工况对锅炉水循环的影响 (34)5.7自然循环锅炉水循环方面的控制逻辑 (35)6直流锅炉的水循环原理 (36)6.1强制流动蒸发受热面中的流动多值性 (36)6.2直流锅炉蒸发受热面中流体的脉动 (42)6.3直流锅炉的传热恶化 (46)6.4直流锅炉的特点 (46)6.5直流锅炉的启动系统 (47)6.6直流锅炉的基本型式 (55)6.7直流炉的运行特性 (59)6.8超临界直流锅炉水冷壁横向裂纹失效 (62)6.9直流锅炉水循环方面的控制逻辑 (63)7控制循环锅炉水循环原理 (66)7.1控制循环锅炉基本原理 (66)7.2控制循环锅炉一般设计原则 (67)7.3控制循环锅炉技术特点 (71)8锅炉缺水事故的预控 (78)8.1、汽包水位控制当前存在隐患 (78)8.2、锅炉缺水事故的控制 (80)8.3、锅炉缺水事故案例分析 (81)9设备附图 (86)10题库 (89)1电站锅炉汽水蒸发过程流动和吸热的一般特性和原理电站燃煤锅炉汽水系统，是汽水介质在炉内吸收燃煤燃烧所释放的热能，为汽轮机提供规定能级、品质和数量的蒸汽，将燃煤化学能转化为蒸汽热能的换热系统，包括吸收预热热、将给水加热为接近饱和状态的省煤器、吸收过热热和再热热的过热器和再热器，而蒸发设备系统（水冷壁，自然循环包括汽包、下降管，控制循环还包括炉水循环泵），就是吸收蒸发热，把接近饱和状态的给水加热蒸发成为饱和蒸汽的设备系统，同时它的表面以一定形状围成具有密闭性能的炉膛，为燃料着火、燃烧、放热提供空间。
锅炉部分第三章汽水系统(分析“锅炉”文档)共95张PPT
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。
汽温特性介于对流和辐射之间，略偏向与对流。具 有较高的热负荷。特别是外圈管子，受热最强，长度 最长，因此阻力大，工质流量小，易发生超温爆管， 为保证其工作安全，可采取如图所示的各项措施。
(二)再热器 汽机高压缸排汽→ 再热→中、低压缸做功，汽轮机末
几级干度↑和电厂循环热效率↑ （6~8%），布置在过热
器后的烟道内。 特点：
1、放热系数小，质量流速ρω小；
2、压力低，对热偏差敏感； 3、进口汽温随负荷变化，调节幅度大； 4、需要安装旁路；
5、阻力对机组热效率影响大；
(三) 蒸汽温度调节
过热蒸汽温度和再热蒸汽温度对机组的安全性与经济
性有直接影响。
研究表明：过热器超温10~20℃的状态下长期运行，会使
2、汽包的作用 （1）工质加热—蒸发—过热的连接枢纽； （2）蓄水、蓄汽容积，及一定蓄热能力，适应负荷骤
变能力； （3）汽水分离和排污装置，保证蒸汽品质；
（4）压力表、水位表、事故放水门、安全阀等附件， 控制汽包压力，监视水位，保证安全运行。
（二）水冷壁
蒸发受热面（辐射式） 1、水冷壁主要作用 (1) 吸收热量，将水变成汽水混合物； (2) 烟温降低到灰的软化温度以下，保护炉墙并防止结渣，
膜式水冷壁主要优点 A 严密性，减少漏风； B 辐射受热面积增加，节约钢材；
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京能集团运行人员培训教程BEIH Plant Course锅炉水循环The Water Cycle of BoilerMAJTD NO.100.2目录1电站锅炉汽水蒸发过程流动和吸热的一般特性和原理 (1)1.1蒸发系统的主要功能和要求 (1)1.2蒸发系统主要设计原则 (2)1.3蒸发系统换热性能的主要参数和特征 (4)1.4管内工质流动特性的基本原理和参数 (6)1.5水循环的主要类型 (10)2亚临界及以下状态汽水介质在垂直管中的流动和传热 (13)2.1垂直上升管内汽水流动和传热分析 (13)2.2垂直下降管内汽水流动和传热分析 (16)3亚临界及以下状态汽水介质在水平管中的流动和传热 (22)4超临界压力及以上状态汽水介质的管内流动和换热特点 (24)4.1存在临界点区域 (24)4.2存在拟临界温度 (24)4.3存在大比热区 (24)4.4超临界压力下的传热恶化类型 (24)4.5影响传热恶化的主要因素 (25)4.6超临界压力水蒸气的比容、比热和焓 (26)5自然循环锅炉的水循环原理 (27)5.1自然循环的原理 (27)5.2自然循环主要热力特征参数 (28)5.3自然循环主要结构特征 (30)5.4自然循环主要运行特征 (32)5.6不稳定工况对锅炉水循环的影响 (34)5.7自然循环锅炉水循环方面的控制逻辑 (35)6直流锅炉的水循环原理 (36)6.1强制流动蒸发受热面中的流动多值性 (36)6.2直流锅炉蒸发受热面中流体的脉动 (42)6.3直流锅炉的传热恶化 (46)6.4直流锅炉的特点 (46)6.5直流锅炉的启动系统 (47)6.6直流锅炉的基本型式 (55)6.7直流炉的运行特性 (59)6.8超临界直流锅炉水冷壁横向裂纹失效 (62)6.9直流锅炉水循环方面的控制逻辑 (63)7控制循环锅炉水循环原理 (66)7.1控制循环锅炉基本原理 (66)7.2控制循环锅炉一般设计原则 (67)7.3控制循环锅炉技术特点 (71)8锅炉缺水事故的预控 (78)8.1、汽包水位控制当前存在隐患 (78)8.2、锅炉缺水事故的控制 (80)8.3、锅炉缺水事故案例分析 (81)9设备附图 (86)10题库 (89)1电站锅炉汽水蒸发过程流动和吸热的一般特性和原理电站燃煤锅炉汽水系统，是汽水介质在炉内吸收燃煤燃烧所释放的热能，为汽轮机提供规定能级、品质和数量的蒸汽，将燃煤化学能转化为蒸汽热能的换热系统，包括吸收预热热、将给水加热为接近饱和状态的省煤器、吸收过热热和再热热的过热器和再热器，而蒸发设备系统（水冷壁，自然循环包括汽包、下降管，控制循环还包括炉水循环泵），就是吸收蒸发热，把接近饱和状态的给水加热蒸发成为饱和蒸汽的设备系统，同时它的表面以一定形状围成具有密闭性能的炉膛，为燃料着火、燃烧、放热提供空间。
其主要热力过程近视为燃煤发电厂整个热力循环（如下图）中的5点至6点的水平段。
汽水介质在锅炉蒸发系统工作过程属于管内吸热沸腾、汽液两相流动过程，从内因方面看，其流动特性和吸热特性相互影响且随着工质状态的变化而发生明显变化；从外部条件看，其受管系结构特性和烟气侧传热特性的影响。
1.1蒸发系统的主要功能和要求1.1.1主要功能汽水介质沿设定的汽水流程，以一定的流速和物理状态流过蒸发系统的管道、容器和设备，在水冷壁中其作为冷源，以管壁向火界面作为换热面，以燃烧的燃料为热源，以汽水物理状态和流速为主要因素决定的管内换热系数，壁厚、材质和内外清洁度决定的管壁导热系数和由烟气温度决定的火焰辐射换热系数的共同作用为综合换热系数，进行热量交换，使管内汽水总焓值平稳升高、管外烟气温度稳定下降、管壁温度在允许范围内；同时管内流动截面上的介质不因其与换热壁面（热源）的距离不同而产生物性、流速剧烈偏离的层流、热阻升高现象，直至在蒸发设备出口，都有与外部烟气温度相当的综合换热系数，确保整个蒸发过程都处于安全状态，并将吸收了烟气热量、焓值升高的饱和蒸汽输给过热器系统；在蒸发设备出口，烟气温度可以满足换热系数相对较低的过热段受热面的安全。
1.1.2要求(1)蒸发量及其焓值满足机组容量和负荷需求。
(2)炉水和蒸汽品质满足锅炉、汽轮机设备系统要求，控制管内化学腐蚀和结垢现象。
(3)蒸发受热面管子金属不发生因超温、温差过大、膨胀受阻、水动力不稳定等异常工况而引起的热应力以及交变应力损伤现象。
(4)蒸发受热面管子外部不发生高温腐蚀和严重结焦现象。
(5)炉膛出口烟气温度满足后部受热面不结焦、不超温条件。
1.2蒸发系统主要设计原则在锅炉设计过程中，以控制最危险部位的烟气温度和管壁温度为目标，确保水循环相关参数和结构能够适应由燃料特性决定的锅炉热负荷要求。
1.2.1首先根据煤种、机组容量和主要参数，设计和规定锅炉容积热负荷、截面热负荷和壁面热负荷，在确定了炉膛截面尺寸、高度和燃烧器分布形式等水冷壁总的边界条件后，再从烟气侧和汽水侧，计算壁面各部位的热负荷分布情况。
1.2.2根据各种负荷和工况下的蒸发设备入口、出口的汽水边界条件，结合在其加热过程中的物性变化，计算各部位的壁温最大值。
1.2.3选择合理的水循环方式、蒸发设备结构和工质参数，确保从烟气侧到管壁的热负荷与管壁到管内全截面汽水的综合换热系数相适应。
1.2.4水冷壁的设计特点和安全裕度水冷壁设计最关键的设计参数在于水冷壁管内质量流速的选取。
选取较高的质量流速，可保证在任何工况下其质量流速都大于相应热负荷下的最低界限质量流速，保证水冷壁管有足够的冷却能力。
提高工质质量流速是改善传热工况，降低管壁温度，推迟、抑制、防止传热发生恶化的最有效方法。
超临界和超超临界锅炉设计的一个重要原则是要使介质的大比热区远炉内热负荷最高的区域。
为了保证锅炉水冷壁的安全，要求水冷壁在任何工况情况下管壁温度都不能超温，并且管子之间（特别是相邻管子之间）的管壁温度相差不能太大，以避免产生太大的热应力而造成破坏。
对垂直布置的水冷壁而言，炉膛周界长度、管子直径、管间节距决定了它的质量流速的大小。
而管子直径和节距的选择都有一定的限制，例如管子的直径过细会造成水冷壁管热敏感性高，管子内壁上的结垢和热负荷的变化，使某些管子产生过大的管间流量偏差而使管子超温。
因此管子内径的选择不宜过小。
同时为了防止管间鳍片过热烧损，管间节距不能太宽，一般以鳍端温度与管子正面顶点温度相等作为鳍片宽度选择的原则。
这样一来，在一定的炉膛周界情况下，如果直流锅炉采用垂直布置的水冷壁管，管子直径不能过细，其管子根数基本固定，而为了保证水冷壁管子的安全，必须保证一定的工质流量，所以垂直管圈的质量流速大小是受到严格限制的。
锅炉炉膛周界尺寸的增加与锅炉容量的增加是不成正比例的。
容量较小的直流锅炉水冷壁往往单位容量炉膛周界尺寸过大，水冷壁管子内难以保证足够的质量流速。
300MW容量的锅炉水冷壁不能设计成一次垂直上升型管圈；600MW容量的锅炉在负荷低于60%左右时质量流速也显得不足（这里指的是采用较粗的管子且无多次上升垂直全，即采用UP型一次上升水冷壁结构）。
根据国外经验，燃煤锅炉水冷壁设计成一次垂直水冷壁管圈的极限容量最小应该在为700MW以上。
解决蒸汽锅炉炉膛周界和质量流速之间矛盾的方法一般有如下几种：采用小管径和多次混合的水冷壁（如上锅300MW的UP型锅炉，采用内径11mm的管子）；水冷壁采用工质再循环（低倍率和复合循环锅炉）；采用多次上升管圈型水冷壁（FW型锅炉）；在高热负荷区或汽化率高的水冷壁管段采用内螺纹管；采用螺旋管圈型水冷壁。
得到广泛采用的是螺旋管圈水冷壁。
例如，国产600MW超临界压力直流锅炉采用的就是螺旋管圈水冷壁。
螺旋管圈的一大特点就是能够在蒸汽锅炉炉膛周界尺寸一定的条件下，通过改变螺旋升角来调整平行管的数量，保证燃料较小的锅炉并列管束数量较小，从而获得足够的工质质量流速，使管壁得到足够的冷却，消除传热恶化对水冷壁管子安全的威胁。
这样水冷壁的设计就可避免采用热敏感性太大的直径过细的管子。
设计螺旋管圈水冷壁的另一个要素就是螺旋管圈盘绕的圈数。
这与螺旋角和蒸汽锅炉炉膛高度有关。
圈数太少会部分丧失螺旋管圈在减少吸热偏差方面的效益；圈数太多增加水冷壁的阻力从而增加水泵功耗，而且在减少吸热偏差的效益方面增益不大，合理的盘绕圈数的推荐值是1.5~2.5圈左右。
内螺纹管即使采用光管水冷壁一半的质量流量（1500kg/m2s），就可以避免在燃烧器局部高负荷区发生偏离核态沸腾（DNB），即避免产生膜态沸腾，而且在上炉膛低热负荷、高干度区出现“蒸干”时，管子壁温的上升也比光管小得多，即可以控制“蒸干”时的壁温在钢材允许的范围内。
1.3蒸发系统换热性能的主要参数和特征由于烟气侧温度比管壁温度高的多（1000℃以上），可以认为管壁的传导导热系数以及炉膛的火焰辐射换热系数，比管内汽水对流换热系数稳定的多，单位距离上的热量传递主要取决于管内对流换热，对流换热强的，管壁温度就会低一些；管内对流换热弱的，管壁温度就会相应升高，有抑制对流换热继续减弱的趋势，同时火焰对管壁的辐射换热会有所降低，管内外两侧热量传递趋于平衡。
因此可以说。
壁温是反映汽水、烟气两侧热交换是否平衡以及平衡点高低的数值，也是保证受热面安全的主要指标参数。
为了保证每一个管子每个流通截面上的壁温在安全范围内，都必须首先从总体热量分配上控制该处的热负荷（火焰温度）与其管内总的对流换热能力相匹配。
从总体来看，对管内流体换热系数的影响因素的分析，可以将管内边界层甚至是整个截面上的流体层看作是在径向方向上，同时由外侧吸热、向内侧放热的流体界面，其两侧的换热系数不一致时，其内部焓值会发生变化，对于有稳定外部条件的管内工质，焓值变化更容易表现为比容变化：亚临界压力及以下状态下，汽水存在两相区即湿蒸汽区域，而超临界压力及以上状态没有两相区，却存在大比热区；在这些区域内，壁面边界层内工质的能量状态和物理状态发生剧烈变化，径向分布的工质差别非常大，边界层流速梯度降低，且这一变化和差别随着热流密度的增大和工质流量的降低而急剧增加，在大到一定程度时工质径向紊流传质被抑制，低比热状态的介质被压迫在管壁上，传热恶化。
当管内工质出入口流量为零时，在热负荷非常小的情况下，管内工质也可以由其管壁中心低温工质和贴壁区向火侧高温工质的密度差，形成单管内部的单相循环流动、均热、蒸发和膨胀过程，此时的管内换热系数非常小，壁温接近烟气温度，如果外部热负荷较大时，可能发生局部汽化或过热现象，这就是说必须控制燃料量，保证各部烟气温度不超过金属允许温度。
1.3.1管内工质的换热系数：(1)工质比热容是单位质量工质热交换能力的指标参数。
1)存在温差传热的冷热源，比热较大的一侧温度降低幅度较低，也就是说其温度稍有变化就引起对侧的温度发生较大变化。