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第七章 自然循环锅炉蒸发系统
§1 蒸发设备 §2 自然循环原理 §3 水冷壁内汽液两相流流型及传热 §4 自然循环的可靠性指标及常见问题
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§1 蒸发设备
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一、水冷壁
㈠水冷壁的作用
㈡水冷壁的分类
二、汽包 三、下降管 四、联箱
有较大的辐射受热面积，可降低受热面金属耗量；可工厂预制；
炉墙蓄热能力小，炉膛燃烧室升温快，可缩短锅炉的启停时间。
图7-1 膜式水冷壁的结构 Page 7 （a）光管焊成的膜式水Pr冷inc壁iple；s of（Bobil）er肋片管焊成的膜式水2冷02壁0/3/1
水冷壁的分类
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膜式水冷壁： 两种类型见图7-1。
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§2 自然循环原理
• 三、自然循环的有效压头
• 自然循环在工质稳定流动时，有效压头数值上等 于下降管侧阻力，即：
• •
Syx pxj
（7——8）
• 有效压头和下降管侧阻力不是一个概念，有效压 头是流动的动力，下降管侧阻力是流动的阻力；
• 只是在工质稳定流动时，两者在数量上相等。
• 三、自然循环的有效压头
• 在自然循环系统中运动压头中用来克服下降管系统阻力
的压头称为有效压头，用 Syx 来表示。即：
•
•
Syx Syd ps
（7——7）
• Syx ——自然循环的有效压头；
• Syd ——自然循环的运动压头；
• ps——上升管系统的阻力压降。
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在自然循环锅炉中， 流动阻力是由下降管 和上升管系统的重位 差来克服的。
用来克服水循环回路 总阻力的压头，也就 是自然循环的推动力 称为自然循环的运动
压头。
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1、自然循环的基本概念
自然循环的工作原理 下降管中水与上升管
中汽水混合物间的重位压头差 h'h g 使水
汽包内壁设置弧形衬套5，由沿汽包长 度延伸的挡板构成。
汽水混合物由上部进入汽包，沿弧形衬
套向下流动，均匀加热汽包壁，可减少
汽包上下壁温差及相应的热应力。
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汽包与内部装置
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汽包是长圆筒的密闭承压容器，开有很多管孔。 300MW锅炉直径约1.8m，壁厚15cm，长约22m。
水冷壁主要吸收炉膛 火焰及烟气的辐射热 量，使水冷壁管内的 水汽化为蒸汽。
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自然循环锅炉蒸发设备 主要由汽包、下降管、 水冷壁(上升管)、联箱 及其连接管道组成。 工质在这些蒸发设备组 成的闭合回路中循环流 动，称为水循环。
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§1 蒸发设备
对于蒸汽锅炉，水冷壁主要为蒸发受热面； 对P于age热3 水锅炉或超临界压力P直rin流cip锅les炉of，Boi水ler冷壁主要为加热受热20面20/。3/1
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光管式水冷壁
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膜式(鳍片管)水冷壁
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结构尺寸：606.5mm的轧制鳍片管或 63.57.5mm的焊接鳍片管；
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水冷壁的结构
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内螺纹管水冷壁： 工质在管内流动时产生强烈的扰动。把液体压 向壁面，强迫汽泡脱离管壁被水带走，破坏膜态汽层。
可有效防止膜态沸腾产生，避免管壁超温。用于炉内高热负荷区域 的膜式水冷壁，确保水冷壁安全可靠。
下降管管座：
位于汽包底部，保证下降管入 口上部有最大的水层高度，以 防下降管进口处工质汽化；
下降管入口处装有十字架，以 消除大直径下降管进口产生漏 斗形水面，防止蒸汽进入下降 管，保证锅炉水循环的安全。
汽包的外形，如图7-2所示。
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销钉式(刺管)水冷壁（卫燃带）；
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水冷壁的分类
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对炉墙的保护好，只需保温材料，不用耐火材料，故炉墙重量轻，
膜 便于采用悬吊结构；可防止管壁超温。 式 炉膛气密性好，可减少漏风，降低热损失，提高锅炉效率； 壁
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§1 蒸发设备
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二、汽包
• 1、汽包作用 • 2、汽包内部装置
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汽包图片
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• 一、自然循环的概念
• 根据锅炉蒸发系统工质流动的工作原理，锅炉
可分为自然循环锅炉和强制流动锅炉。
• 控制循环锅炉和直流锅炉属强制流动锅炉。直
流锅炉是靠给水泵压头使水和汽水混合物在水 冷壁管内强制流动。
• 控制循环是在下降管侧装设炉水再循环泵以推 动工质在循环回路中循环流动；自然循环是靠 下降管和上升管系统中工质密度差所产生的重 位压差来推动工质在循环回路中流动。
在回路中产生环形流动，水循环
简单循环回路压差平衡式 (取向下为正)
H xj g pxj Hi i g ps
式中： H、Hi ——下降管的高度（即循环回路的高度） 及上升管各区段的高度，m；
xj , i ——下降管中工质及上升管各区段工质的 平均密度，kg/m3；
Pxj、Ps——下降管及上升管流动阻力损失，Pa
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蒸发受热面：大型锅炉中主要是水冷壁。作用使水蒸发
一、水冷壁
㈠水冷壁的作用
悬挂在炉膛四周的水冷壁主要吸收炉膛火焰及烟气的辐射热量，使 水冷壁管内的水汽化为蒸汽；可以降低炉膛出口烟气温度，防止炉 膛出口结渣，保护炉膛出口受热面；还可以起到悬挂炉墙的作用。
㈡水冷壁的分类
分两种：光管壁——广泛采用敷管式炉墙。 膜式壁（大型锅炉均采用）
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§2 自然循环原理
汽包锅炉循环回路是由汽包、下降管、联箱、水冷壁（上升管） 所形成的工质流动的封闭线路。
水循环是指锅炉水在循环回路中循环流动的现象。
自然水循环的概念：密度差重位压差循环动力
在炉顶端，有贮水、贮汽的汽包，内有汽水分离装置，炉膛内壁有 彼此紧密排列的水冷壁管，炉膛内的高温火焰将水冷壁管内的水加 热成汽水混合物上升进入汽包，而炉外下降管则将汽包中的低温水 靠自重下降至下连箱与炉内水冷壁管接通，靠炉外冷水下降而炉内 水冷壁管中热水自然上升的锅炉叫自然循环（汽包）锅炉，而当压 力高到16.66~17.64MPa时，水、汽重度差变小，必须在循环回路中 加装循环泵，即称为控制循环锅炉。当压力超过18．62MPa时，应 采用直流锅炉。
• 控制循环锅炉和自然循环锅炉均属汽包锅炉。
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自然循环工作原理
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自然循环的工作原理
下降管中水与上升管 中汽水混合物间的重 位压头差使水在回路 中产生环形流动，称 为水循环。
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汽包作用
枢纽：连接省煤器、蒸发受热面、过热器 蓄能、蓄水：缓冲压力与水位 汽包上装有汽水分离、蒸汽清洗、排污锅内 加药等装置。
汽包上装有压力表、水位计和安全阀等附件，汽 包内还装有事故放水装置，可保护锅炉安全。
某亚临界参数锅炉汽包：
的可靠性，并能节约钢材，简化布置。
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§1 蒸发设备
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四、联箱
•1、联箱的作用 联箱的作用是汇集、混合、分配工质。 •2、下降管的结构
布置在炉外，不受热，是由无缝钢管两端焊接平封头 构成，在联箱上有若干管头与管子焊接相连。 水冷壁下联箱底部还设有定期排污装置、炉底蒸汽加 热装置等。
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汽包与内部装置
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涡轮式旋风分离器6沿汽包长度方向分两排对称布置，对汽水混合物 进行第一次粗分离；
立式波形板（又称顶帽）布置在 分离器的顶部，进行第二次分离；
波形板干燥器3 在汽包顶部沿长 度方向分前后两组（每组两排， 对称布置）呈鸟翼状倾斜的立式， 进行第三次分离。
• •
Syd = xj s gh （7——5）
• h ——循环回路的高度，m；
• s ——上升管中工质的平均密度，kg/m3；
• xj ——下降管中工质的平均密度，kg/m3。
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§2 自然循环原理
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水冷壁