1、西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所第第10章章 锅炉的水循环锅炉的水循环 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。气吸收足够的热量，并且要确保管壁得到充分冷却。 水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面的闭合回路中作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有规律的、连续的流动过程称为水循环
2、水循环。 依靠机械的力量依靠机械的力量(水泵水泵)便汽水产生循环称为便汽水产生循环称为强制循环强制循环。依靠水和汽水混合物的密度差形成的汽水循环称为。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自然循环。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所11.1 流型及流动参数流型及流动参数11.1.1 锅炉水循环方式锅炉水循环方式锅筒是特征锅筒是特征水质要求低，易水质要求低，易调节；临界以下，调节；临界以下，P高金属耗多，驱高金属耗多，驱动力下降动力下降也称辅也称辅助或控助或控制循环制循环管布置灵活，管布置灵活，循环泵工作循环泵工作条件差条件差各种压力可用，各种压力可用，超临界惟一。超临界
3、惟一。阻力大阻力大强制与直流强制与直流的结合产物的结合产物西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所下降管布置在炉外不受热。由上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，汽水混合物向上流动，进入锅筒，在锅筒中经汽水分离在锅筒中经汽水分离(explain explain whywhy)，汽水混合物中的汽进入蒸，汽水混合物中的汽进入蒸汽空间，由蒸汽引出管引出。而汽空间，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
4、进给水混合再进入下降管，再次进行循环。行循环。10.1 自然循环的基本概念自然循环的基本概念1. 循环流动与流型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。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西安交通大学锅炉研究所在冷态下，锅筒的下半部和钢管内部都是水在冷态下，锅筒的下半部和钢管内部都是水(图中图中a)，此时锅筒两侧水管里的水温相同，水是静止此时锅筒两侧水管里的水温相同，水是静止不动的。不动的。 如果两边钢管中间加以隔墙如果两边钢管中间
5、加以隔墙(图中图中b)，同时对左侧同时对左侧钢管加热，随着水温升高，管内水开始流动，水钢管加热，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，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。不断下降，这就形成
6、了自然循环。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所汽液两相流的流型汽液两相流的流型 垂直管内汽液两相流体主要流型垂直管内汽液两相流体主要流型图图11-2 受热垂直上升受热垂直上升管汽液两相流流型管汽液两相流流型 图图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；汽泡状沸腾开始线；2汽泡状沸腾终止线；汽泡状沸腾终止线；3蒸干线；蒸干线；4过热蒸汽线过热蒸汽线 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所水平管内汽液两相流体主要流型水平管内汽液两相流体主要流型图图11-4 受热水平蒸发
7、管汽液两相流流型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，同水一起向上流动起向上流动(图图a)。当管壁附近流动阻力较大时，汽泡趋于阻力较小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，呈柱状上升的管子中间部分，呈柱状上升(图图b)。当循环流速较小甚至停滞时，当循环流速较小甚至停滞时，即产生图即产生图c中的流动情况。中的流动情况。 图中图中a、b两种流动，使两种流动，使吸热的管璧能及时将热量吸热的管璧能及时将热量传给炉水，也使本身不断传给炉水
8、，也使本身不断得到冷却。所以，炉内火得到冷却。所以，炉内火焰温度虽然很高焰温度虽然很高(可高达可高达1300C以上以上)，但管壁温度，但管壁温度仍然在允许范围内。仍然在允许范围内。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所水循环好的锅炉，炉水的升温和汽化快，从点火水循环好的锅炉，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、经济运行以改善锅炉水循环，是保证锅炉安全、经济运行的关键之一。的关键之一。 西安交通大学锅
9、炉研究所西安交通大学锅炉研究所2运动压头：运动压头：图图2-3中，当左侧钢管加热时，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便形成循环流动。如果在下联箱中加一块隔板(见图见图1-1截面截面)，把左右两管隔开，此时两侧将，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，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，把它叫的水向下流动，把它叫下降管下降管；热管里的汽水；热管里的汽水混合物向
10、上流动，叫混合物向上流动，叫上升管上升管。炉水由锅筒到下。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。回到锅筒，构成一个循环回路。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所3有效压头：有效压头：流体受热后产生的运动压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。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力损失。这部分克服下降管阻力损
11、失的压头，叫有效压头。头，叫有效压头。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所4循环流速：循环流速：锅炉水冷壁或对流管簇工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，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，常用循环流速此，锅炉水
12、循环的好坏，常用循环流速来判断。进入上升管的水流量来判断。进入上升管的水流量(容积流容积流量量)，除以上升管流通截面积所得的值，除以上升管流通截面积所得的值，即为循环流速。即为循环流速。 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所 5循环倍率：循环倍率：在上升管中每产生在上升管中每产生1kg的蒸汽，需的蒸汽，需要由下端进入钢管的水量为多少要由下端进入钢管的水量为多少kg，也可以说，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
13、管壁有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，可按表炉的循环倍率，可按表2-4选取。选取。 表表2-4 自然循环锅炉的循环倍率自然循环锅炉的循环倍率西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所10.2 常见的水循环故障常见的水循环故障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，或流动很慢水混合物不流动，或流动很慢(图图2-5)，此时管内只有汽泡上升，而炉，此时管内只有汽泡上升，而炉水停滞不动，管内上部，几乎
14、没有水，使管壁没有足够的水膜来冷却，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。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。易过热烧
15、坏。因此，自然循环锅炉中，除非迫因此，自然循环锅炉中，除非迫不得已的情况，都将上升管从锅不得已的情况，都将上升管从锅筒水面以下接入。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西安交通大学锅炉研究所2自由水面，上升管从自由水面，上升管从锅筒水面以上接入时，水锅筒水面以上接入时，水面至上升管最高点之间的面至上升管最高点之间的高度，使上升管增加一个高度，使上升管增加一个提升流阻损失。如果发生提升流阻损失。如果发生循环停滞时，上升管下端循环停滞时，上升管下端水供应不足，而管内的水水供应不足，而管内的水不断蒸发，钢管上部只有不断蒸发，钢管上部只有汽，没有水，并出现一个
16、汽，没有水，并出现一个水面水面(图图2-6)。这个水面叫。这个水面叫做自由水面，水面附近的做自由水面，水面附近的管壁，受汽、水交替接触，管壁，受汽、水交替接触，管壁温渡发生交替变易使管壁温渡发生交替变易使管璧强度减弱而造成破裂。管璧强度减弱而造成破裂。图2-6 水循环不正常流动情况 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所3循环倒流：循环倒流是指原来工质向上流的上升管，变循环倒流：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成工质自上向下流动的下降管(见图见图2-5)，它发生在上升管，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，如果自上或上联箱自锅筒水面以下
17、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下的状态(图图2-6a)，这些汽泡附着在管壁上，就可能导致管这些汽泡附着在管壁上，就可能导致管壁过热而烧坏。壁过热而烧坏。 产生循环倒流的原因是，下降管的流阻过大、下流水量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
18、压头升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。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。度趋近于零时，可能附着在某处管壁，引起管壁过热烧坏。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅
19、炉研究所4. 汽水分层：当汽水温合物在水平或倾斜度小的管中流汽水分层：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，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会产生清晰的分界面，这个现象叫汽水分层(图图2-7)。在垂直管里一般不会发生汽水分层。当汽水混合物流速较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
20、水分层。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。而造成损坏。西安交通大学锅炉研究所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
21、、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。 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所1. 循环回路循环回路图图12-2 复杂循环回路复杂循环回路1一下降管；一下降管；2一引入管；一引入管；3一后墙水冷壁；一后墙水冷壁；4一防渣管；一防渣管；5一引出管；一引出管；6一前墙水冷壁；一前墙水冷壁；7一一侧墙水冷壁侧墙水冷壁图图12-1 简单循环回路简单循环回路并联的一组（根）下降管，并联的一组（根）下降管，一组（根）几何结构尺寸及一组（根）几何结构尺寸及吸热相同的上升管，及其他吸热相同的上升管，及其他部件所组成的独立循环系统部件所组成的独立循环系统 由一系列回
22、路所组成，各由一系列回路所组成，各回路之间相互有联系，共回路之间相互有联系，共用其中的某一环节用其中的某一环节(如上升如上升管，下降管，锅筒管，下降管，锅筒) 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所xjssssxjPaghPP 2. 简单回路的水动力基本方程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力是平衡的。 ssssxjxjPaghPghP上升管压差上升管压差Sss 下降管压差下降管压差Sxj 简单回路的水动力简单回路的水动力基本方程，这种计基本方程，这种计算方法称为压差法算方法称为压差法 xjssssxjPaghPP 运动压头运动压头Syd 总阻力总阻力运
23、动压头是循环回路中产运动压头是循环回路中产生的水循环动力。以该式生的水循环动力。以该式为基础进行水动力计算的为基础进行水动力计算的方法称为运动压头法方法称为运动压头法 有效压头有效压头Syx 下降管的下降管的流动阻力流动阻力 有效压头法有效压头法 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所3. 自然循环的重要特征参数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锅炉都有各自的循环倍率，其数值并不一定相等。 循环倍率小意味着上升管中的蒸汽含量大而循环流量小，相应的循环流速w0也就小
24、。当循环倍率小于某一界限值Kjx时，由于水速很低而可能出现传热恶化，甚至循环流速等于零或几乎为零，水循环发生停滞或形成自由水位，从而可能导致蒸发管过烧损坏。 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所10.4 循环回路的压差特性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w）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。 用途：分析自然循环回路的工作原理及其影响因素，确定回路的工作状态。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所1.简单回路的压差特性简单回路的压差特性图图12-3 简单回路的压差特性及工作状态简单回路的压差特性及
25、工作状态西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所2.实际循环回路的压差特性实际循环回路的压差特性20ss112wSghZx dlZ图图12-4 上升管压差与吸热量的关系上升管压差与吸热量的关系西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所3.自补偿能力 20 xjss()1102wghZZx 由运动压头法：由运动压头法：图图12-5 上升管循环流量和吸热量的关系上升管循环流量和吸热量的关系 q较低、较低、x较小、循环倍率较小、循环倍率K较大时，较大时，随着随着q的增加，的增加，的增加大于的增加大于x的增加，的增加，Syd的增加大于总阻力的增加大于总阻力P的增加，的增加，回路中的动力大于阻力，
26、使得循环流回路中的动力大于阻力，使得循环流量量G0相应增加相应增加 。当当K大于某一界限循环倍率大于某一界限循环倍率Kjx时，循环回路具有因上时，循环回路具有因上升管吸热量升管吸热量q增加而使循环流量增加而使循环流量G0随之增加的能力，随之增加的能力，称为自然循环回路的自补偿能力。称为自然循环回路的自补偿能力。 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所12.1.3 循环回路工作点的确定方法循环回路工作点的确定方法 1. 确定循环回路工作点的图解法图图126 确定工作点的图解法确定工作点的图解法 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所2. 复杂回路的压差特性曲线和工作点复杂回路的压差特
27、性曲线和工作点 其主要步骤为：利用简单回路绘制压差特性曲线的方法，通过计算作出各管组或管子在一定条件下的压差特性曲线；寻找所有回路的共同部分，将各曲线合成，得出整个系统的总特性曲线，并求出回路的总工作点；再按相反的秩序或通过分析，从总工作点反推求得各管组或管子压差特性曲线的工作点。 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。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所（1）并联回路）并联回路图图12-7 并联回路及其特性曲线并联回路及其特性曲线西安交
28、通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所（2）串联回路）串联回路 图图12-8 串联回路及其特性曲线串联回路及其特性曲线 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所(3)具有共同引入管不同引出管的复杂回路具有共同引入管不同引出管的复杂回路图图12-9 有共同引入管不同引出管的回路及其特性曲线有共同引入管不同引出管的回路及其特性曲线 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所10.5 自然循环水动力计算自然循环水动力计算10.5.1 水动力计算的目的和内容水动力计算的目的和内容 目的：为锅炉设计或循环系统变动较大的改装锅炉确定最佳的回路结构，校核锅炉受热面的工作可靠性，并提出提高可靠性的措施。
29、 内容和原则： 确定循环流量或流速，循环倍率，循环回路的各种压差以及可靠性指标； 计算时的受热状况，工质流速，压差等参数均为管组或回路的平均值，但在进行安全性校验时，需按条件最差的管子进行； 锅炉在通常的负荷变化范围内对水循环特性影响不大，通常只对额定参数进行计算； 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。 所需要的原始数据分回路的结构特性和热力数据两类 。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所10.5.2 循环回路的压降计算循环回路的压降计算 1.下降系统压差的计算 单相流体力学问题 2.上升系统压差的计算 单相及两相流体力学问题 各种阻力（摩擦、局部 ）的确定。
30、西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所10.5.3 水动力计算方法和步骤水动力计算方法和步骤 根据热力计算结果及结构数据等 假定循环倍率，计算锅筒水的欠焓 确定工作点 求出循环倍率及锅筒水欠焓，与假定值比较 进行水循环可靠性校验，提出改进措施。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所10.6 自然水循环的可靠性自然水循环的可靠性10.6.1 上升管内工质的流动停滞和倒流上升管内工质的流动停滞和倒流 考察上升管组引入锅筒水空间时的情况。由于并联上升蒸考察上升管组引入锅筒水空间时的情况。由于并联上升蒸发管组的各管均在同一工作点的压差发管组的各管均在同一工作点的压差S0下工作，即下工作，即
31、S0是一是一个常数，则个常数，则 若存在并联管的吸热不均匀性，在锅炉的自补偿能力范围若存在并联管的吸热不均匀性，在锅炉的自补偿能力范围内，当某管受热弱时，该管中工质的平均密度增大，其重内，当某管受热弱时，该管中工质的平均密度增大，其重位压降也增大；位压降也增大； 由于工作点由于工作点S0不变，则该管的流动阻力减小，即流量减小。不变，则该管的流动阻力减小，即流量减小。当该管的重位压降刚好等于当该管的重位压降刚好等于S0时，则偏差管内工质的流速时，则偏差管内工质的流速为零；为零； 当该管的重位压降大于当该管的重位压降大于S0时，则工质的流动改变方向，成时，则工质的流动改变方向，成为受热的下降流动管
32、。为受热的下降流动管。 2hh02wghZvSZ为结构特参数，向上流动为结构特参数，向上流动取正号，向下流动取负号。取正号，向下流动取负号。 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所图图12-13 全压差特性曲线全压差特性曲线由上式可得全压差特性曲线由上式可得全压差特性曲线西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所1. 停滞停滞 当某管内工质的重位压头增加到等于工作点压差时，该管当某管内工质的重位压头增加到等于工作点压差时，该管内流速为零。称为流动停滞。内流速为零。称为流动停滞。 此时，管内水几乎不动，蒸汽靠浮泡流动进入锅此时，管内水几乎不动，蒸汽靠浮泡流动进入锅 筒。即筒。即进口水流量
33、进口水流量G与出口蒸发时与出口蒸发时D相等，相等，K=1 。 压差特性曲线在流量压差特性曲线在流量G0D的区间为流动不稳定区域。的区间为流动不稳定区域。因为流量极低时，产生的蒸汽在管内积聚，使平均密度急因为流量极低时，产生的蒸汽在管内积聚，使平均密度急剧减小，重位压降减小而剧减小，重位压降减小而S0不变，即循环动力增加，因此不变，即循环动力增加，因此流量增加；而流量增加后含汽率又减小，平均密度大，重流量增加；而流量增加后含汽率又减小，平均密度大，重位压差增大而使流量又减小，这使得流量一直处于波动状位压差增大而使流量又减小，这使得流量一直处于波动状态。态。 当上升管引入锅筒的蒸汽空间时，循环停滞
34、时将在受热弱当上升管引入锅筒的蒸汽空间时，循环停滞时将在受热弱的上升管中形成自由水面。的上升管中形成自由水面。 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所2. 倒流倒流 当受热上升管内的工质当受热上升管内的工质改变流动方向而向下流改变流动方向而向下流动时，称为动时，称为倒流倒流。不稳不稳定工定工作点作点西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所10.6.2 循环可靠性校验循环可靠性校验 1. 水循环可靠性指标水循环可靠性指标 自然水循环可靠性指标是保证所有的水冷壁管自然水循环可靠性指标是保证所有的水冷壁管子都具有足够流量且得到正常和充分的冷却。子都具有足够流量且得到正常和充分的冷却。 排除
35、危险工况：排除危险工况： 循环停滞或自由水面。循环停滞或自由水面。 循环倒流。循环倒流。 下降管内的工质带汽或汽化。下降管内的工质带汽或汽化。 循环倍率过小，有可能出现沸腾传热恶化。循环倍率过小，有可能出现沸腾传热恶化。 锅炉的水质成分不合格，含盐量过高。锅炉的水质成分不合格，含盐量过高。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所2. 停滞、倒流压差校验停滞、倒流压差校验 不发生停滞的条件 不发生自由水面的条件 不发生倒流的条件 0tz/1.05SS 0tzts/()1.05SSPmax0dl/1.05SS西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所小结 水循环故障总是出现在受热弱的管子中水
36、循环故障总是出现在受热弱的管子中 上升管引入水空间时，停滞时水速为零，上升管引入水空间时，停滞时水速为零，但有一定产汽量但有一定产汽量 上升管引入汽空间时，发生自由水面上升管引入汽空间时，发生自由水面 上升管引入水空间时，可能发生倒流，若上升管引入水空间时，可能发生倒流，若能带走汽泡，工作是安全的，但不允许能带走汽泡，工作是安全的，但不允许 上升管引入汽空间时，不会发生倒流上升管引入汽空间时，不会发生倒流西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所10.6.3 水循环可靠性分析水循环可靠性分析1. 循环可靠性的影响因素循环可靠性的影响因素 （1）压力的影响）压力的影响 低压时低压时(S2)，重
37、位压差小而，重位压差小而流阻大，倒流压差低，停流阻大，倒流压差低，停滞比倒流易发生。压力提滞比倒流易发生。压力提高高(S1)，重位压差增大而流，重位压差增大而流阻减小，在正流量区压差阻减小，在正流量区压差的变化非常有限；而倒流的变化非常有限；而倒流压差增大较多，与低压压压差增大较多，与低压压差曲线间的差距较大，则差曲线间的差距较大，则倒流较易发生。倒流较易发生。 压力提高，汽水间密度差压力提高，汽水间密度差减小，循环倍率和循环流减小，循环倍率和循环流速均下降，且循环倍率的速均下降，且循环倍率的变化幅度比循环流速的变变化幅度比循环流速的变化幅度大。化幅度大。图图1215 压力及热负荷对循环可靠性
38、的影响压力及热负荷对循环可靠性的影响西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所 （2）热负荷的影响）热负荷的影响 由于由于q不均匀，工作在同一不均匀，工作在同一S0下，下，受热最弱管中流量最小，其工作点受热最弱管中流量最小，其工作点最接近停滞压差或最大倒流压差，最接近停滞压差或最大倒流压差，最易发生停滞、自由水位或倒流。最易发生停滞、自由水位或倒流。受热弱管的受热弱管的S1比受热强管曲线比受热强管曲线S2的的工作可靠性要差。工作可靠性要差。 高高q时，倒流曲线比较平缓，甚至时，倒流曲线比较平缓，甚至没有最高点，因此停滞比倒流更易没有最高点，因此停滞比倒流更易发生。当发生。当q降低时，重位压差
39、增加降低时，重位压差增加而流动阻力减小，使得压差曲线向而流动阻力减小，使得压差曲线向上移，向上流动的压差变化较小；上移，向上流动的压差变化较小；而负流量区压差增加很快，且曲线而负流量区压差增加很快，且曲线的弯曲较大，最大倒流压头可能比的弯曲较大，最大倒流压头可能比停滞压头大，即倒流较易发生。停滞压头大，即倒流较易发生。 图图1215 压力及热负荷对循环可靠性的影响压力及热负荷对循环可靠性的影响西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所 （3）回路阻力的影响）回路阻力的影响 循环回路的流动阻力主要包括三部分，循环回路的流动阻力主要包括三部分，下降管的阻力、水冷壁的阻力及汽水下降管的阻力、水冷壁
40、的阻力及汽水引出管道阻力。引出管道阻力。 图图1216 下降管阻力对循环可靠性的影响下降管阻力对循环可靠性的影响 图图1217 水冷壁阻力对循环可靠性的影响水冷壁阻力对循环可靠性的影响图图1218 汽水引出管阻力对循环可靠性的影汽水引出管阻力对循环可靠性的影响响 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所 （4）下降管含有蒸汽的影响）下降管含有蒸汽的影响 下降管含汽，密度减小，重位压头下降，回路下降管含汽，密度减小，重位压头下降，回路运动压头降低；运动压头降低； 变成两相流动而阻力增大。变成两相流动而阻力增大。 当下降管内水速较小时，不易带走蒸汽泡。当下降管内水速较小时，不易带走蒸汽泡。 带
41、汽的可能原因：带汽的可能原因： 进入下降管的水发生自汽化。进入下降管的水发生自汽化。 锅筒水空间含的蒸汽被直接带入下降管。锅筒水空间含的蒸汽被直接带入下降管。 旋涡斗将蒸汽吸入下降管中。旋涡斗将蒸汽吸入下降管中。 下降管受热产生蒸汽。下降管受热产生蒸汽。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所2. 提高水循环可靠性的措施提高水循环可靠性的措施 （1）设计时，必须保证受热弱管的工作点压）设计时，必须保证受热弱管的工作点压差大于停滞、自由水面及最大倒流压差。差大于停滞、自由水面及最大倒流压差。 （2）根据热负荷的强弱划分循环回路。）根据热负荷的强弱划分循环回路。 （3）减小循环回路的流动阻力。
42、）减小循环回路的流动阻力。 （4）防止下降管带汽。）防止下降管带汽。 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所流动压头的大小，决定于水和汽水混合物的重流动压头的大小，决定于水和汽水混合物的重度差与回路的高度。因此，在锅炉设计中，应度差与回路的高度。因此，在锅炉设计中，应避免出现受热死角，同时，又要保证回路的高避免出现受热死角，同时，又要保证回路的高度。当锅炉工作压力在度。当锅炉工作压力在8个大气压以下时，高度个大气压以下时，高度不得小于不得小于2m，当锅炉工作压力在，当锅炉工作压力在13个大气压时，个大气压时，高度不得小于高度不得小于3.5m。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所2
43、增加流动压头，可提高循环流速。因此，增加流动压头，可提高循环流速。因此，在锅炉设计中，要考虑在各种情况下，循环在锅炉设计中，要考虑在各种情况下，循环流速不低于流速不低于0.4 m/s 。一般要求直接引入锅筒。一般要求直接引入锅筒的水冷壁，循环流速应为的水冷壁，循环流速应为0.51.5m/s；有上；有上联箱的水冷壁的循环流速应为联箱的水冷壁的循环流速应为0.21.0 m/s ，小容量锅炉水冷璧的循环流速应为小容量锅炉水冷璧的循环流速应为0.20.8 m/s ；对流管簇要求为；对流管簇要求为0.21.7 m/s 。循环倍。循环倍率是保证水循环正常的重要因素，在设计时率是保证水循环正常的重要因素，在
44、设计时可按表可按表2-4选取。选取。 西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所3. 要减少回路中的阻力，回路布置要合理。例如，上升管或上要减少回路中的阻力，回路布置要合理。例如，上升管或上联箱汽水引出管，要尽可能从锅筒水面以下引入。如果必须超联箱汽水引出管，要尽可能从锅筒水面以下引入。如果必须超过水面时，超出高度尽可能小，以减少循环停滞的可能性。过水面时，超出高度尽可能小，以减少循环停滞的可能性。 要布置足够的下降管，使下降管的总截面积为上升管总截面要布置足够的下降管，使下降管的总截面积为上升管总截面积的积的2030%。下降管应由锅筒的最下方引出。引出管的位置，。下降管应由锅筒的最下方引出
45、。引出管的位置，离锅筒内水面要保证有足够的高度，并应避免蒸汽被抽进下降离锅筒内水面要保证有足够的高度，并应避免蒸汽被抽进下降管的可能。为了避免引出管口的汽塞现象，可将引出管口适当管的可能。为了避免引出管口的汽塞现象，可将引出管口适当加粗，然后，再与下降管连接。加粗，然后，再与下降管连接。 下降管不应受热，从炉墙外接至下联箱，如果放在墙里，要下降管不应受热，从炉墙外接至下联箱，如果放在墙里，要有绝对可靠的保温。有绝对可靠的保温。 上升管应尽量采取垂直布置，在必须倾斜的地方，应避免水上升管应尽量采取垂直布置，在必须倾斜的地方，应避免水平或接近水平布置，倾角一般应大于平或接近水平布置，倾角一般应大于
46、300，最小不得低于，最小不得低于150，以，以避免出现汽水分层现象。避免出现汽水分层现象。 上升管的布置要避免受热不均引起流动不均现象，因此，尽上升管的布置要避免受热不均引起流动不均现象，因此，尽可能将上升管分成多组独立回路，使同一回路中上升智的长度可能将上升管分成多组独立回路，使同一回路中上升智的长度和受热情况尽可能一样。和受热情况尽可能一样。西安交通大学锅炉研究所西安交通大学锅炉研究所 4. 在锅炉运行中，应做到以下几点，尽可在锅炉运行中，应做到以下几点，尽可能保持负荷均匀，汽压稳定，燃烧正常，能保持负荷均匀，汽压稳定，燃烧正常，防止火焰偏斜，保证给水品质，防止受热防止火焰偏斜，保证给水品质，防止受热面结垢；合理排污，按时对受热面进行吹面结垢；合理排污，按时对受热面进行吹灰，合理选择燃料，强化燃烧，避免受热灰，合理选择燃料，强化燃烧，避免受热面结焦等，这些都是保证水循环的重要因面结焦等，这些都是保证水循环的重要因素。素。
