第三章、锅炉汽 水系统及其设备
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第一节、锅炉水循环
一、自然循环的基本原理: 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。
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。
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主要依靠循环泵的压头进行循环的锅炉， 称为多次强制循环锅炉。 在水冷壁上升管入口处加装节流圈的多次 强制循环锅炉，又称为控制循环锅炉。 控制循环锅炉的特点： （1）运动压头可以达到0.25～0.5MPa，可 以采用小管径，管壁薄，金属消耗少； （2）可以任意布置蒸发受热面； （3）较高质量流速ρω，循环倍率低
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K=3～5； （4）采用负荷高、阻力大的分离器，减少数 量，采用较小直径汽包； （5）保持较高质量流速ρω，加装节流圈， 防止水动力特性不稳定和热偏差； （6）循环泵3～4台，其中一台备用，功率消 耗0.2%～0.25%； （7）调节系统比直流锅炉要求低； （8）缩短启动时间，100℃/h; （9）循环泵要求高，成本大；
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汽包内部
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汽包检修孔门
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二、水冷壁的类型与结构： 辐射式受热面 1、光管式水冷壁 2、刺管式水冷壁 3、鳍片管（膜式）水冷壁 （1）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； C、墙壁保护好，墙体轻，缩短启停时间； D、增加管子刚性； E、提高紧固件寿命； F、可成片预制，减少安装工作量；
沸腾。
锅炉蒸发管内的流型主要分为四类，即泡 状流、弹状流、环状流、雾状流。
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泡状流动画
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弹状流动画
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环（柱）状流动画
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如果管外的热负荷很高，汽泡就会在管子内壁面 上聚集起来，形成完整稳定的气膜，热量通过气 膜层传到液体再产生沸腾蒸发，此时管子壁面得 不到水膜的直接冷却，就会导致管壁超温，这种
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水冷壁结构动画
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（2）膜式水冷壁结构 轧制，焊接 4、水冷壁布置:吊挂式 5、折焰角：
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锅炉的内部结构布置
➢折焰角作用： ➢增加水平烟道长度，布 置更多受热面； ➢改善烟气对屏式过热器 的冲刷特性； ➢良好的火焰充满程度， 增加气流炉内停留时间；
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现象就称为膜态沸腾。也称为第一类传热恶化。
膜态沸腾一般发生在亚临界参数锅炉水冷壁管内。
尽管亚临界参数锅炉水冷壁管出口汽水混合物的 质量含汽率一般只达到0.3~0.4，但由于采用了内 螺纹管水冷壁，抑制了膜态沸腾的发生。
环状流水膜被撕破或蒸干而产生膜态沸腾，形成 液雾流（湿蒸汽），导致第二类传热恶化。
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内螺纹管结构
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o
G
F
,m/
s
三、自然循环工作可靠性主要指标
(1)循环流速ωo定义为：在饱和水状态下进入上升 管入口的水的流速。即
D0
G
(2)质量含汽率χ定义为：上升管中蒸汽所占循环 流量的份额。或汽水混合物中蒸汽所占的份额。即
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G1 (3)循环倍率ＫK定义为：上升管中实际产生一公斤
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五、水循环安全性分析 1、循环倍率 K大于界限循环倍率Kjx，K≥2.5 影响循环倍率主要因素 （1）上升管单位流通截面积蒸发量 Dss/Fss; （2）导气管与上升管的截面比Fyc/Fss ； （3）其他影响因素 2、大量蒸汽在汽包内或下降管内凝结： 蒸发量需增加20%～25%
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3、运动压头 （1）汽水密度差； （2）回路高度； （3）质量含汽率； 4、亚临界压力下采用内螺纹管可提高循环 可靠性 5、循环停滞 在受热弱的水冷壁管中，进入上升管的循 环流量仅足以补充蒸发量时，称为循环停 滞。
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6、循环倒流 上升管接入汽包水容积时，循环停滞可能 转成循环倒流。 7、下降管带汽 下降管入口阻力大、入口旋涡斗、汽包水 欠焓、锅炉水带汽、汽包液面高度、下降 管受热。 六、控制循环锅炉 1、产生原因：压力升高；亚临界； 2、形式：主要依靠低压循环泵和内螺纹管。
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。
自然循环推动力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，推动工质在循环 回路中流动。
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压力越高，汽、水的密度差降低，工质循 环流动速度越低。
二、竖直蒸发管汽水混合物流型与传热
当水冷壁管受热时，而管中心的水不断地 向壁面补充，这时的管内沸腾被称为核态
蒸汽需要进入多D少0公斤x 水。
界限循环倍率Kjx， (4)自然循环的一个重要特性是吸热较多的管子中，
工质循环流量自动增加，循环流速会自动提高， 循环安全性越高，这就是自然循环特有的自补偿 特性。
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w0XXjx(源自jx)精品课件(5)上升管单位流通截面蒸发量
Dss/Fss3.6K 0' 300MW亚临界自然循环锅炉Dss/Fss推荐值 650～800t/(㎡·h)，界限值是 1300t/(㎡·h)。 四、汽水循环系统 汽包、大直径下降管、分配水管、供水管、 水冷壁下联箱、水冷壁管、后墙水冷壁吊挂 管、后墙排管、水冷壁上联箱、汽水混合物 引出管组成的。
折焰角结构动画
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炉膛结构动画
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锅炉本体结构动画
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过热蒸汽管道
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三、蒸汽净化： 蒸汽品质是指蒸汽中杂质的含量。这些杂 质包括盐类物质、碱类物质和氧化物，其 中绝大部分是盐类物质，所以通常也把蒸 汽对杂质的携带称为蒸汽带盐。 蒸汽带盐的危害： ①沉积在过热器内；②沉积在汽轮机； ③ 沉积在阀门；
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第二节、 锅炉汽包与水冷壁
一、锅炉蒸发设备： （一）汽包 1、结构： 2、汽包的作用： （1）汽包是工质加热、蒸发、过热的过程的连接枢纽； （2）具有蓄热能力，缓和汽压变动速度，有利于调节； （3）装有汽水分离装置和排污装置，保证蒸汽品质； （4）汽包装设压力表、水位表、事故放水门、安全阀等 附属设备，控制汽包压力，监视水位，保证安全运行。