供熱鍋爐水循環(huán)

供熱鍋爐的水循環(huán)

一、水循環(huán)的基本概念二、水循環(huán)的可靠性指標(biāo)三、自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)故障四、自然循環(huán)回路的合理布置五、自然循環(huán)熱水鍋爐的水循環(huán)一、水循環(huán)的基本概念分類

強(qiáng)制循環(huán)水泵產(chǎn)生循環(huán)壓頭用于高參數(shù)電站爐、熱水爐

自然循環(huán)工質(zhì)密度差，產(chǎn)生循環(huán)壓頭用于供熱的蒸汽爐、電站爐、熱水爐作用

1、加熱工質(zhì)：熱水（熱水鍋爐）、蒸汽（蒸汽鍋爐）

2、冷卻管壁（1）自然循環(huán)回路：蒸汽鍋爐水冷壁自然循環(huán)的機(jī)理上升管：布置爐內(nèi)，受熱，部分水汽化汽水混合物鍋筒、下降管和下集箱：布置爐外，不受熱，工質(zhì)是水在加熱水區(qū)段Hs中：水的壓力大于鍋筒中的壓力＋鍋水可能具有欠焓：Hs＞0

水一邊受熱，一邊減壓汽化點(diǎn)Q（3）循環(huán)回路總高度

H=Hs+Hq

含汽區(qū)段Hq

中壓力繼續(xù)降低汽化更烈（2）上升管中水的汽化情況水循環(huán)運(yùn)動(dòng)壓頭循環(huán)回路運(yùn)動(dòng)總阻力（4）水循環(huán)穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下的循環(huán)方程式簡化假設(shè)：1、回路中沒有汽水分離器

2、Hs區(qū)段加熱水的密度等于下降管中水的密度≈鍋內(nèi)飽和水密度ρ’

由集箱A－A截面兩側(cè)的力平衡：運(yùn)動(dòng)壓頭的影響因素：1、H：H↗

Hq

↗2、上升管受熱：上升管受熱強(qiáng)含汽率高

ρq↘3、p：p↗H↗或采用強(qiáng)制循環(huán)（5）循環(huán)回路的有效壓頭用以克服的壓頭↗

水循環(huán)好對流蒸發(fā)管束的水循環(huán)特點(diǎn)（1）受熱情況：第一管束最強(qiáng)，第二管束次之，第三管束最弱同一管束中，各排管子的吸熱也存在差異（2）上升管和下降管第一、第二管束基本上是上升管，第三管束基本上是下降管。高負(fù)荷時(shí)，第三管束的前幾排可能會(huì)變成上升管；低負(fù)荷時(shí)，第二管束的后幾排可能會(huì)變成下降管二、水循環(huán)的可靠性指標(biāo)保證上升管內(nèi)有連續(xù)水膜沖刷管壁1、循環(huán)流速ω0

定義：循環(huán)回路中水進(jìn)入上升管時(shí)的流速對于供熱鍋爐：水冷壁ω0＝0.4～2m/s

對流管束ω0＝0.2～1.5m/sω0↗，αi↗，將管外傳入熱量和管內(nèi)產(chǎn)生汽泡帶走能力↗，冷卻條件↗2、循環(huán)倍率K定義：循環(huán)回路中由下降管進(jìn)入上升管的水流量G與同一時(shí)間內(nèi)在上升管中產(chǎn)生的蒸汽量D之比物理意義：單位質(zhì)量的水在循環(huán)回路中全部變成蒸汽,需經(jīng)循環(huán)的次數(shù)。上升管的含汽率（汽水混合物干度）的倒數(shù)

K太小，則x太大，出口處水量太少，管壁上可能維持不住連續(xù)水膜，而且汽水混合物流速高，水膜可能被撕碎

K越高，x越小，水循環(huán)愈安全影響循環(huán)倍率的因素：上升管熱負(fù)荷

P↗，汽化潛熱r↘，k↘D↗，上升管受熱長度H或上升管熱負(fù)荷↗，k↘供熱鍋爐

K=50～200

某些油爐采用的雙面爆光水冷壁回路：熱負(fù)荷↗

k↘增大循環(huán)倍率的結(jié)構(gòu)措施：加大該回路的下降管總截面積、上升管受熱長度與直徑之比不宜太長回路循環(huán)倍率與全爐循環(huán)倍率：各回路由于結(jié)構(gòu)不同，吸熱量不同，K不盡相同全爐循環(huán)倍率是各回路倍率按吸熱量比例的加權(quán)平均水循環(huán)安全要求每個(gè)回路的K值都不太小下降管阻力有效壓頭兩曲線的交點(diǎn)A

水循環(huán)的工作點(diǎn)實(shí)際

ω03、循環(huán)回路的特性曲線：三、自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)故障1、循環(huán)的停滯和倒流2、汽水分層3、下降管帶汽1、循環(huán)的停滯和倒流產(chǎn)生的原因：同一循環(huán)回路中，每根上升管的受熱強(qiáng)度有差異，受熱不均勻爐膛和燃燒設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性管外掛渣積灰各管受熱段長度不同個(gè)別上升管受熱很差時(shí)0循環(huán)停滯<0循環(huán)倒流循環(huán)停滯的特點(diǎn)和危害停滯管中仍產(chǎn)生蒸汽，汽泡因浮力進(jìn)入鍋筒，由停滯管的下口向管內(nèi)補(bǔ)水，K1；形成自由水面，自由水面以上管段僅有蒸汽緩流，易過熱燒壞，水面波動(dòng)附近壁溫波動(dòng)，產(chǎn)生溫差應(yīng)力；易沉積鹽垢，傾斜管段轉(zhuǎn)彎及接頭焊縫處會(huì)積聚汽泡，沉積水垢（1）當(dāng)上升管直接接于鍋筒的蒸汽空間時(shí)：（2）上升管直接接入鍋筒水空間或通過上集箱接入鍋筒時(shí)：停滯管中仍產(chǎn)生蒸汽由停滯管上、下口向管內(nèi)補(bǔ)水

K1

水或上、或下緩流不會(huì)形成穩(wěn)定的自由水面傾斜管段轉(zhuǎn)彎及接頭焊縫處會(huì)積聚汽泡，沉積水垢在上升管直接接入鍋筒水空間或通過上集箱接入鍋筒時(shí)可能發(fā)生倒流管變成一根受熱的下降管倒流速度較大時(shí)，能將產(chǎn)生的汽泡向下帶走，無危險(xiǎn)倒流速度較小時(shí)，汽泡停滯積聚“汽塞”燒壞管子循環(huán)倒流的特點(diǎn)和危害：加大下降管截面積及引出管截面積，減小循環(huán)回路阻力減少或避免并聯(lián)的上升管受熱不均勻性防止循環(huán)停滯和倒流的措施：2、汽水分層引起管壁上下溫差應(yīng)力引起管壁在汽水交界面處的交變應(yīng)力管壁上部結(jié)鹽

汽水分層造成的危害：取決于該管段的受熱情況當(dāng)管段受熱時(shí)：產(chǎn)生的條件：水平或微傾斜的上升管段、流速低產(chǎn)生的原因：水汽密度不同鍋爐中有可能發(fā)生汽水分層的受熱面爐膛的頂棚管前后拱上的水冷壁油爐冷爐底受熱面鏈條爐兩側(cè)的防渣箱影響汽水分層可能性和程度的因素：管子傾角流速

p↗，可能性↗

di

↗，可能性↗下降管最好由防渣箱兩頭頂入一端不便布置下降管時(shí)，此端應(yīng)有上升管引出水冷壁須由防渣箱頂部引出供熱鍋爐防止汽水分層的措施：（1）W0≮0.6～0.8m/s一般要求不小于15o

若管子上端受高溫，傾角↗對包有耐火泥或耐火磚的后拱水冷壁管，有時(shí)僅8～10o，傾角↘（2）保證一定的管子傾角（3）防渣箱要盡量避免流動(dòng)死角3、下降管帶汽產(chǎn)生的原因：（1）下降管入口阻力較大，產(chǎn)生壓降，水汽化（2）下降管管口距鍋筒水位面太近，上方水面形成漩渦斗而卷吸蒸汽（3）上升管出口和下降管入口距離太近而又無良好的隔離裝置（4）下降管受熱過強(qiáng)，汽化（1）體積流量↗

ω↗

Δpxj↗（2）ρxj↘運(yùn)動(dòng)壓頭↘產(chǎn)生的危害：

循環(huán)流動(dòng)減弱水循環(huán)故障可能性↗四、自然循環(huán)回路的合理布置1、循環(huán)回路的設(shè)計(jì)布置2、上升管的布置3、下降管的布置4、對流蒸發(fā)管束的布置1、循環(huán)回路的設(shè)計(jì)布置降低循環(huán)回路阻力按受熱情況劃分循環(huán)回路使同一回路中各并聯(lián)管子的總長度、受熱管段長度、受熱負(fù)荷、幾何形狀盡可能接近，防止受熱不均勻性的影響每個(gè)循環(huán)回路最好是獨(dú)立的，即有獨(dú)立的下降管和汽水引出管

保證一定的回路高度，提高運(yùn)動(dòng)壓頭

p＜0.8MPa時(shí)，H≮2～3m0.8≤p≤2.5MPa時(shí)，H=4～6m

對于快裝鍋爐等高度受到限制的鍋爐加大下降管直徑選用低阻力的汽水分離裝置#4-14-1/2上升管和汽水引出管都應(yīng)盡可能在鍋筒水空間接入避免產(chǎn)生自由水面必須與下降管入口保持必要的距離，或用隔板有效隔離防止蒸汽帶入下降管在鍋筒蒸汽空間引入時(shí)，應(yīng)盡量降低此管段最高點(diǎn)與水位間距離降低Δpss

2、上升管的布置（1）如何接入鍋筒上升管和汽水引出管不宜有過多急轉(zhuǎn)彎的彎頭各上升管一般都不宜有水平管段，上升管受熱段傾角≮15o

上升管管徑的確定汽水引出管的管徑：內(nèi)徑80~150mm、截面積≈上升管截面積的35％（2）管子的結(jié)構(gòu)參數(shù)3、下降管的布置（1）減少下降管阻力（2）防止下降管帶汽（3）防止上升管供水不均（1）減少下降管阻力形狀力求簡單不設(shè)中間集箱不用不同管徑的管段串接不得有水平管段和銳角彎頭每一獨(dú)立回路的下降管數(shù)目要少管徑80～140mm，截面積≮上升管截面積的25％～30％（2）防止下降管帶汽從鍋筒引出時(shí)，下降管口與鍋筒最低水位距離≮下降管徑4倍與上升管或汽水引出管之間保持距離或用隔板盡可能從鍋底引出不宜受熱，一般布置在爐外應(yīng)包扎絕熱材料，減小q5，縮短Hs（3）防止上升管供水不均下降管數(shù)目≮2

與下集箱的連接如下圖與上升管之間有一接近90o的交角與上升管軸線不重合排污管不與上升管在同一軸線上，或排污管孔上方設(shè)置一隔板應(yīng)與上鍋筒水空間相接盡量接近鍋筒底部，以免倒流時(shí)帶進(jìn)蒸汽盡量減少彎頭，減少流動(dòng)阻力盡量布置在煙溫不高區(qū)域，尤其管子上部宜布置在煙氣流程的末尾以免短時(shí)間循環(huán)停滯時(shí)燒壞4、對流蒸發(fā)管束的布置：關(guān)鍵：循環(huán)工況有變化的管子五、自然循環(huán)熱水鍋爐的水循環(huán)1、自然循環(huán)和半自然循環(huán)熱水鍋爐的結(jié)構(gòu)2、自然循環(huán)熱水鍋爐水循環(huán)特點(diǎn)3、保證熱水鍋爐水循環(huán)安全的措施1、自然循環(huán)和半自然循環(huán)熱水鍋爐的結(jié)構(gòu)（1）DZL1.4-0.7-95/70型自然循環(huán)熱水鍋爐循環(huán)回路：兩側(cè)水冷壁＋左右集箱組成兩個(gè)循環(huán)回路前墻水冷壁＋前集箱組成一個(gè)循環(huán)回路左右管束＋左右集箱組成兩個(gè)循環(huán)回路縱向隔板：將鍋筒長度方向的上升管和下降管分開形成冷水區(qū)和熱水區(qū)橫向隔板：將鍋筒前端的下降管和上升管分開在鍋筒前端形成冷水區(qū)回水引入管：將回水管引入冷水區(qū)集水孔板：其節(jié)流作用使熱水沿長度方向均勻引出集氣罐：積聚和排除鍋水加熱時(shí)析出的氣體鍋內(nèi)裝置：（2）DHL14-1.25(130)(80)-AII型熱水鍋爐鍋內(nèi)裝置：由隔板把省煤器出水直接引入鍋筒兩端的下降管區(qū)域水冷壁：采用自然循環(huán)，無上集箱，共6組獨(dú)立的水循環(huán)回路鋼管省煤器：分三組管束，采用中間混合聯(lián)箱，出口聯(lián)箱由4根連接管引入鍋筒比蒸汽鍋爐自然循環(huán)的壓頭小得多水的密度隨溫度變化小鍋內(nèi)水的溫升有限自然循環(huán)熱水鍋爐水循環(huán)特點(diǎn)保證熱水鍋爐水循環(huán)安全的措施：（1）合理設(shè)計(jì)循環(huán)回路（2）合理配置鍋內(nèi)裝置（3）盡可能增大循環(huán)回路的高度盡可能使回路結(jié)構(gòu)簡單，降低回路的流阻水冷壁垂直布置，盡量直接引入鍋筒，而不用上集箱

采用上集箱結(jié)構(gòu)時(shí)引出管管徑↗，長度↘，彎頭數(shù)量↘