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。如果并联的上升管中大多数受热较强，只有个别管子受热特别弱，则受热最弱的有效压头可能小到不能克服下降管的阻力，因而在这些管内的循环水速可能小到接近于零，称为循环停滞。

2、倒流

上升管受热极差而无蒸汽产生，在相邻上升管的向上流动作用下，这根上升管就如下降管一样会被“倒抽”形成“倒流”。

3、气水分层

在水管锅炉中，如果受热管水平放置或倾斜布置，而流速不高时，则由于此时气与水的密度不同，蒸汽偏于管子的上部流动，水在下部流动，形成气水分层。

4、下降管带气

是指锅筒内水面上形成漩涡，蒸汽被漩涡吸入下降管中或下降管与上升管间距不远时，从上升管来的蒸汽很可能直接进入下降管中或下降管受热，使下降管内水沸腾汽化产生蒸汽。

三、水循环故障的危害

1、循环停滞。如循环停滞，而上升管又引于锅筒的蒸汽空间时，则管内将会形成几乎静止不动的“自由水面”。在自由水面以上的管段中仅有小量蒸汽在缓慢流动，这样就造成自由水面以上的管段冷却不良，易使管壁过热而爆裂，自由水面的水则上下微微波动，所以自由水面附近这段管子壁温也随之波动，还易沉盐垢，都会引起管子的损坏。当上升管接入锅筒水空间时，即使发生循环停滞现象也不会出现稳定的自由水面。这时，上升管中仍产生蒸汽，水从上升管的上端或下端流入以补充蒸发的需要，所以停滞管内的水或上或下地缓慢流动。由于流速很低，在停滞管的转弯、倾斜段以及接头焊缝处易于集聚气泡。假若该上升管此时烟温变高，管子有被烧坏的危险。

2、倒流。当倒流速度较大时，可能将上升管中气泡带着向下流动，如果倒流速度较小时，气泡停滞，堵塞管子，就会引起管子烧坏。

3、汽水分层。在这种情况下，由于蒸汽的导热系数比水低的多，就可能使管子上部的壁温过高而烧坏。在分界面处，由于水面波动，壁温时高时低，容易引起疲劳裂纹。此外，

在气水分层流动时，管子上半部受不到水的冲刷，而水面波动时，又常有水滴溅到上面

全部蒸发，于是水滴中的盐分沉积在管壁上，使管子更容易过热烧坏。

在分联箱锅炉中，排管水平布置，水循环不良，容易发生气水分层现象。这种锅炉的循环回路是由同一列中上下不同排列的管子所组成，烟气由下而上流经各排管子，受热情况各不相同。下排管子受热最强，循环水速最大。最上二排受热最弱，循环水速最小，就可能发生停滞或倒流，并产生气水分层。此外，流速低，水中的泥渣也可能沉积在管壁上，加速管子的过热而损坏。

4、下降管带气。下降管中如果出现蒸汽，增加下降管的阻力；由于减少了下降管与上升管中工质的密度差，使流动压头减小，因而对水循环不利。如果下降管中气量较多，形成气塞，将使水流中断，循环受到破坏，不能对上升管进行可靠供水，造成爆管事故。

四、锅炉运行中应注意的事项

水循环是决定锅炉安全、经济运行的重要因素之一，除锅炉设计方面对水循环起到决定作用以外，锅炉的运行方式对锅炉水循环也带来至关重要的影响，下面就浅谈一下运行中应注意的几点事项：

1、锅炉工作压力对水循环的影响。良好的水循环决定于水循环有效压头，从水循环原理计算式中可以看出，有效压头的大小取决于水循环流动压头，当工作压力越大时上升管中汽水混合物的平均重度越小，也就是气水密度差越小，这时有效压头越大，水循环越好，反之，水循环越差。同时，低压运行易导致蒸汽严重带水。锅炉在设计参数下工作蒸汽速度有一个合理的范围，经汽水分离装置后可以获得较干燥的蒸汽品质，反之，在保持锅炉铭牌出力下低压运行，蒸汽速度显著增大，蒸汽带水也增大，造成蒸汽品质降低，影响生产或生活的需要，严重时容易造成事故的发生。

2、锅炉运行负荷对水循环的影响。在自然循环锅炉中，随着负荷的增加，回路的流动压头增大，循环水量也随之增大，具有一定的自然补偿能力。相反，如负荷越低，水循环的稳定性就越差。因此，锅炉在额定工作压力和额定出力下运行对水循环的稳定性是非常有力的。

3、锅炉间断运行对水循环的影响。采用间断运行方式运行的锅炉，第一会造成锅炉负荷变化起伏较大，第二造成炉膛温度降低，各受热面受热强度变化较大，从以上分析可以看出，运行负荷的变化及受热强度都对锅炉的良好水循环带来不利影响。

4、运行中锅炉受热面附着锈垢对水循环的影响。在锅炉运行中，因锅炉结渣覆盖了水冷壁管的部分受热面，会使这些管子受热减弱，造成管中循环流速降低，甚至发生循环停滞现象。为此，要尽量防止结渣的发生，并及时清除焦渣。

5、运行中气压突变对水循环是非常不利的。如果气压突然升高，由于水的饱和温度相应升高，水冷壁管中瞬间蒸发量降低，原来受热弱的管子中水循环会变慢或停止，可能导致管子