分析下集箱两侧的平衡：假设Hs热水、下降管水以及锅筒内 部的水具有相同的密度，那么：
Pg H s H q g Pxj Pg H s g H q q g Pss
' '
' 即 H q g q Pxj Pss • 上式左侧是由于密度差引起的压头差，称为运动压 头；右侧是流动总阻力；当水循环稳定的时候两者 恰好平衡。 • 由于运动压头取决于上升管含汽段高度和密度差， 因此增大循环回路高度、加强上升管受热都可以提 高运动压头；对于高压锅炉，由于密度差很小，因 此组织自然循环比较困难，应多提高回路高度或者 干脆使用强制循环。

在循环回路不同高度的工质，由于水柱重量的差异造成压力 有所不同；越是靠近下集箱上升管管段其压力较锅筒压力越 高。
• 由于压力越高饱和温度越高，因此即使此时锅筒内 部已经达到饱和压力，但是在上升管处对应其压力 仍然是未饱和的，需要继续吸热才能够达到沸点， 也就是说必须上升 Hs后方可沸腾。实际上锅筒进入 Q 下降管的水不一定饱和，即具有欠焓（欠热），所 以Hs这一段是肯定存在的。 如图，上升管内部的水向上流动，边受热边降压， 在Q点开始汽化达到饱和温度；Q点以后，压力继 续降低汽化强烈，工质含汽量越来越高，Q点以后 的区段称为汽水混合物段Hq。因此总高度就是加热 段与汽水混合段之和H=Hs+Hq
自然水循环的可靠性指标
• 循环流速w0 • 循环倍率K
• 自然循环的自补偿能 力
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 3600 ' f ss • 循环流速的大小直接反映管内水流将管外热量与管内蒸 汽带走的能力；循环流速越大，工质放热系数越大，带 走的热量越多，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
H g P P
自然水循环的影响因素
• 1. 锅炉的工作压力
• 2. 上升管的热负荷 • 3. 循环回路的高度 • 4. 循环回路的阻力
– 工作压力越低，汽水密度差越大，使运动压头增加，克服循环 阻力的能力越大
– 热负荷越高，上升管中工质的含汽量就越多，工质的平均密度 越小，下降管和上升管的工质密度差越大
• 其物理意义是单位质量的水在循环回路中全部汽化所 需要循环的次数。K越大，x越小，表示上升管出口汽 水混合物中水的份额越大，冷却越好。
• 循环倍率随着压力的提高水的汽化潜热降低，因此在 受热相同的情况下压力越高K越小；蒸发量大的锅炉， 上升管受热长度较长且热负荷较大，因此K较小。供热 锅炉压力一般较低，其循环倍率较大（50～200）， 一般无需考虑循环倍率低的问题。 • 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。 • 蒸汽锅炉自然循环倍率全部大于1；热水锅炉自然循环 则可能大于也可能小于1，这是热水锅炉的特点之一。
• 锅炉中的自然水循环
给水从锅筒进入不受热的下降 管，经过集箱分配到炉内受 热上升管束；在上升管内水 受热并部分汽化，汽水混合 物由于密度较小向上流动回 到锅筒；形成自然循环。 任何一台蒸汽锅炉都是由若 干自然循环回路组成。
ΔPxj
ΔPss Hq
H
A Hs A
Pg H s Hq g Pxj Pg H s g Hq h g Pss
预防措施


一般多采用加大下降管截面积和 引出管截面积的方法来减少循环 阻力，防止循环停滞与倒流。 根本办法就是减少或避免并联的 各上升管受热的不均匀性
Hq g h Pxj Pss
2、汽水分层

发生于水平或者微倾斜的上升管段，特别是流速较低的时候 会出现汽水分层现象；多发生于炉顶、前后拱的受热面。
3.循环回路特性曲线
• 该特性曲线表示在一定热负荷下有效压头Syx、阻力ΔPxj 以及流量（或相应循环流速）之间的关系。 • 下降管阻力ΔPxj是循环流速w0的函数，后者增加引起前 者的增大。对于上升管而言，热负荷一定时增大循环流 速将使管内含汽率减小，汽水混合物密度增大，并使克 服下降管阻力的有效压头下降。当有效压头与阻力平衡 时，交点就是水循环工作点A。
第七章 锅炉水 循环及蒸汽净化
• 水循环：在锅炉中，给水进入汽锅后就按一定 的循环路线流动不已。 • 水：被加热、汽化，产生蒸汽 • 受热面：靠水循环及时将高温烟气传给的热量 带走，使壁温保持在金属的允许工作范围内， 从而保证蒸发受热面能长期可靠地工作。 • 汽水分离：把汽水混合物中的汽和水分离开
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； • 循环倍率定义：K=G/D；x=1/K是上升管含汽率也就是 干度。
危害

当这一管段受热时，会引起上下温差应力以及汽水界 面的交变应力；在上部会结盐垢使壁温升高甚至过热
预防措施
• 一般情况下，随着蒸汽压力的增加，发生汽水分层的可 能性增加。因此要保证循环流速不低于0.6～0.8m/s、 倾角不小于15度、尽量避免流动死角等。
3.下降管带汽
• 正常情况下，下降管入口水流纯粹靠静压进入， 不会汽化；但是如果入口处阻力过高，将产生压 降，则锅筒内的饱和水在进入下降管的时候因压 力降低而汽化产生汽泡，造成下降管带汽，从而 使阻力增加，对水循环不利。 • 另一个原因是下降管管口距离锅筒水面太近，由 于上方水面形成的漩涡而将蒸汽吸入下降管；因 此下降管要尽量连接在锅筒底部或保证入口上方 有一定水位。 • 下降管受热强烈、下降管出口与上升管入口距离 太近并且没有良好的隔离装置也可能造成下降管 带汽。
• 锅炉水循环组织得好坏，汽水分离装置性能的 优劣都直接关系着锅炉工作的可靠性。
• 给水在锅炉内部按照一定的循环路线流动不已。在 流动过程中，水通过蒸发受热面被加热、汽化、产 生蒸汽；而受热面则依靠水循环将高温烟气传递的 热量带走，并使壁面温度保持在金属能够承受的工 作温度范围内，以保证长期稳定的工作。 • 如果水循环组织不良，管内侧的冷却水膜被破坏并 直接与高温蒸气接触，将使换热系数显著降低，壁 面温度大幅度提高，将造成受热面局部过热甚至烧 蚀、严重的时候发生爆管事故。 • 锅筒内是汽水混合物，借助重力与机械分离装置将 蒸汽里面的小水滴分离出来；如果分离效果不佳， 将造成蒸汽带水，这一方面将导致蒸汽过热器内壁 结垢甚至过热烧毁；对于电站锅炉，蒸汽带水将影 响汽轮机的工作，以及蒸汽管网的水击与腐蚀。

用于克服下降管阻力的压头称为有效压头 ' S yx H q g q Pss Pxj 有效压头越大，可以克服的下降管阻力就越大，亦即循环水量 越大，循环越好。

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自然循环的实质：由重位压差造成的循环推动力克服上 升系统和下降系统的流动阻力，推动工质在循环回路中 ' 流动。即由于水冷壁管吸热，使水的密度改变成为汽水 q q xj ss 混合物的密度，并在高度为H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。 工质密度差不仅与压力有关，而且与水冷壁管吸热 强度有关。在正常循环情况下，吸热越多，密度差越大， 工质循环流动速度越高；而压力越高，汽、水的密度差 降低，工质循环流动速度越低。
• 根据蒸发系统工质流动的动力不同分为
自然水循环 强制水循环
1）自然水循环 自然水循环：依靠不受热的下降管和受热的上升管间 工质的密度差作为水循环的动力 自然水循环的回路： 由锅筒、下降管、下集箱、上 升管、上集箱、引出管组成的密闭回路 2）强制水循环——依靠水泵扬程使工质在受热面 内流动的蒸发系统
自然水循环的故障
• 循环停滞和倒流 • 汽水分层 • 下降管带汽
1、循环的停滞与倒流
• 循环回路由并联于锅筒与集箱之间的许多根上升管和 数根下降管组成；由于炉膛结构、管子受热长度以及 积灰等情况的不同，产生受热不均匀性；如果个别上 升管受热严重不良，则产生的有效压头将不足以克服 公共下降管的阻力，从而使循环流速趋近于零，这种 现象就是“循环停滞”。
③
倒流
• 若某根上升管受热极差并使有效运动 压头小于阻力时，将产生“倒流”； 此时该上升管变成了受热的下降管， 如果倒流速度较小，导致气泡的聚集 形成汽塞，引起管子烧坏。 • 对设置水冷壁管上集箱时，不论引出 管引入锅筒汽空间还是水空间，受热 极差的上升管在上、下集箱之间都有 可能形成停滞或倒流现象。
危害 下降管带汽不仅使自身的阻力增加，还迫使循环的运
动压头降低，减弱了水的循环流动，从而增大了循环 停滞、倒流、自由水面等出现的可能性。
' H q g q Pxj Pss
水力工况不稳定对水循环的影响
第一节 锅炉水循环
汽包 上联箱
水冷壁 下降管 下联箱
• 一、锅炉水力系统及循环方式 • 1．锅炉水力系统——工质(水)从进入锅炉到 离开锅炉的流动系统 • 1） 加热系统——从冷水到饱和水 • 2） 蒸发系统——从饱和水到饱和蒸汽 • 3） 过热系统——从饱和蒸汽到过热蒸汽 • 2．水循环方式 • 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