水冷壁内汽液两相流

1、七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 1 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 2 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 3 大容量锅炉大容量锅炉沿炉膛周界热负荷分布不沿炉膛周界热负荷分布不 均均，水冷壁中间部位较两边高，燃烧器区，水冷壁中间部位较两边高，燃烧器区 域附近热负荷最大，炉膛四角和下部受热域附近热负荷最大，炉膛四角和下部受热 最弱，水冷壁吸热不均，造成水循环故障。最弱，水冷壁吸热不均，造成水循环故障。 将水冷壁设计成若干个独立的循环回路将水冷壁设

2、计成若干个独立的循环回路 SG1025/18.1 SG1025/18.1锅炉水冷壁根据炉膛水平锅炉水冷壁根据炉膛水平 截面热负荷分布曲线共分为截面热负荷分布曲线共分为3232个循环回路。个循环回路。 前、后、两侧各前、后、两侧各6 6个回路，四个炉角各个回路，四个炉角各2 2个个 回路回路 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 4 后水冷壁上部后水冷壁上部作成一个作成一个折焰角折焰角，同时拉出部同时拉出部 分管束作为分管束作为后墙悬吊管，后墙悬吊管，折焰角以一定的角度折焰角以一定的角度 向后上方延伸形成水平烟道，然后垂直向上形向后上方延伸形成水平烟

3、道，然后垂直向上形 成成排管排管与上集箱连接，可增加水平烟道长度，与上集箱连接，可增加水平烟道长度， 改善炉膛出口烟气的空气动力特性，增长烟气改善炉膛出口烟气的空气动力特性，增长烟气 流程，强化烟气的混合流程，强化烟气的混合 水冷壁上部通过水冷壁上部通过上集箱上集箱固定在支架上，下部固定在支架上，下部 则悬挂着则悬挂着下集箱下集箱，可自由膨胀可自由膨胀 燃烧器区域布置燃烧器区域布置卫燃带卫燃带，以提高炉膛温度，以提高炉膛温度 在四面墙的高热负荷区域在四面墙的高热负荷区域采用了内螺纹管，采用了内螺纹管， 以保证水冷壁工作的安全性以保证水冷壁工作的安全性 七台河职业学院 2021-6-25Prin

4、ciples of BoilerPage 5 来自省煤器的来自省煤器的给水给水经经汽包汽包分别进入分别进入4 4个大直个大直 径集中径集中下降管下降管，其下端分别接一个，其下端分别接一个分配器分配器，并，并 通过通过9696根根供水管供水管与与3232个个下集箱下集箱相连。然后经相连。然后经3232 组组648648根根膜式水冷壁、折焰角、后墙水冷壁悬膜式水冷壁、折焰角、后墙水冷壁悬 吊管、水平烟道底部、后墙排管吊管、水平烟道底部、后墙排管向上流动，水向上流动，水 被逐渐加热形成被逐渐加热形成汽水混合物汽水混合物，通过，通过2626个个上集箱上集箱 106106根根导汽管导汽管被引入汽包，进行

5、汽水分离被引入汽包，进行汽水分离 饱和蒸汽饱和蒸汽由由1818根连接管引入顶棚过热器进口根连接管引入顶棚过热器进口 集箱；集箱； 饱和水饱和水留在汽包下部，连同不断送入汽包的留在汽包下部，连同不断送入汽包的 给水一起进入下降管给水一起进入下降管 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 6 2 1 TT wbb q 影响水冷壁壁温的因素：影响水冷壁壁温的因素： 管内工质温度；管内工质温度； 水冷壁管外烟气热负荷；水冷壁管外烟气热负荷； 水冷壁管的导热系数；水冷壁管的导热系数； 管内工质的对流放热系数。管内工质的对流放热系数。 七台河职业学院 2021-

6、6-25Principles of BoilerPage 7 水冷壁水冷壁中是汽液两相流动的，且沿着水冷壁向中是汽液两相流动的，且沿着水冷壁向 上流动的过程中汽液混合是不均匀的。通常用上流动的过程中汽液混合是不均匀的。通常用 汽液两相流的质量含汽率汽液两相流的质量含汽率 来表示：来表示： x D x G D G 汽液两相流的质量含汽率：汽液两相流的质量含汽率： 是指单位时间内，流过通道某是指单位时间内，流过通道某 一截面的汽液两相流体总质量一截面的汽液两相流体总质量 中，蒸汽所占的比例份额。中，蒸汽所占的比例份额。 汽液两相流体中蒸汽质量；汽液两相流体中蒸汽质量； 汽液两相流体总质量。汽液两相

7、流体总质量。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 8 单相水单相水气泡流气泡流弹状流弹状流环状流环状流 液环状滴流液环状滴流雾状流雾状流单相汽单相汽 雾状流：汽流中虽仍有一些水滴，但雾状流：汽流中虽仍有一些水滴，但 冷却作用不够，所以导致冷却作用不够，所以导致传热恶化。传热恶化。 垂直上升管中的汽液垂直上升管中的汽液 两相流的流型和传热两相流的流型和传热 汽水混合物在垂直管中作上升运动汽水混合物在垂直管中作上升运动 汽、液两相数量，即质量含汽率汽、液两相数量，即质量含汽率x x 不断变化；汽、液两相间存在相对运不断变化；汽、液两相间存在相对运 动

8、；产生动；产生汽泡趋中效应汽泡趋中效应。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 9 汽汽弹状结构：弹状结构：含汽率含汽率x x 增大，增大，汽泡汽泡 开始合并成弹状大汽泡开始合并成弹状大汽泡，形成阻力，形成阻力 较小的汽弹。较小的汽弹。 汽汽泡状结构：泡状结构：汽水混合物中含汽汽水混合物中含汽 率率x x 较小时，蒸汽呈细小的汽泡，主较小时，蒸汽呈细小的汽泡，主 要在要在管子中心部分管子中心部分向上运动。向上运动。 环状环状结构：结构：含汽率含汽率x x 继续增大，继续增大，汽汽 弹状汽泡汇合成环状弹状汽泡汇合成环状并沿着管子中并沿着管子中 心流动

9、，而水则成环状沿着管壁流心流动，而水则成环状沿着管壁流 动，形成环状或称汽柱状流动结构。动，形成环状或称汽柱状流动结构。 雾状结构：雾状结构：含汽率再增大时，管壁上水膜变薄，汽流将水膜撕破成含汽率再增大时，管壁上水膜变薄，汽流将水膜撕破成 小水滴分布于蒸汽流中被带走，汽与水形成小水滴分布于蒸汽流中被带走，汽与水形成雾状混合物雾状混合物，称为雾状或，称为雾状或 液雾结构。液雾结构。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 10 汽水混合物在水平管中流动汽水混合物在水平管中流动 在浮力与重力作用下，在浮力与重力作用下，管子上部蒸汽多。管子上部蒸汽多。当流

10、速小到一定程度时，当流速小到一定程度时， 形成汽、水形成汽、水分层流动分层流动。管子上部与蒸汽接触，管壁温度升高，可能过。管子上部与蒸汽接触，管壁温度升高，可能过 热损坏；在汽水分层的交界面处，由于汽水波动，产生疲劳损坏。热损坏；在汽水分层的交界面处，由于汽水波动，产生疲劳损坏。 汽汽水混合物流速愈小；含汽率愈大；管子的倾角水混合物流速愈小；含汽率愈大；管子的倾角 愈小，汽水分层愈愈小，汽水分层愈 易发生。易发生。对自然循环锅炉，管子倾角应大于对自然循环锅炉，管子倾角应大于3030 ，以防止发生分层流动。，以防止发生分层流动。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of Bo

11、ilerPage 11 水冷壁管内饱和沸腾可分为水冷壁管内饱和沸腾可分为核态沸腾核态沸腾和和沸腾传热恶化沸腾传热恶化两种工况。两种工况。 核态沸腾：核态沸腾： 汽泡强烈扰动，传热性能良好，管内壁温度接近于水的汽泡强烈扰动，传热性能良好，管内壁温度接近于水的 饱和温度，得到良好的冷却饱和温度，得到良好的冷却 。 沸腾传热恶化：沸腾传热恶化：是指在某些情况下，如果水冷壁管子内壁水膜冷却条件破是指在某些情况下，如果水冷壁管子内壁水膜冷却条件破 坏，管子内壁直接与蒸汽接触，导致工质对管壁的对流放热系数坏，管子内壁直接与蒸汽接触，导致工质对管壁的对流放热系数 急剧下降，急剧下降， 管壁冷却条件恶化，进而

12、导致管壁金属温度突然急剧升高的现象。管壁冷却条件恶化，进而导致管壁金属温度突然急剧升高的现象。 第一类传热恶化第一类传热恶化（膜态沸腾膜态沸腾）：）： 热负荷很高，管内壁汽化核心急剧热负荷很高，管内壁汽化核心急剧 增加，形成连续的汽膜，对流放热系数增加，形成连续的汽膜，对流放热系数 急剧下降，管壁得不到液体冷急剧下降，管壁得不到液体冷 却超温破坏。特性参数为临界热负荷。却超温破坏。特性参数为临界热负荷。 第二类传热恶化（第二类传热恶化（蒸干蒸干）：热负荷比前者低、但含汽率很高时（出现热负荷比前者低、但含汽率很高时（出现 液雾状），汽流将水膜撕破或因蒸发使水膜部分或全部消失，管壁直接液雾状），汽

13、流将水膜撕破或因蒸发使水膜部分或全部消失，管壁直接 与蒸汽接触而得不到液体的足够冷却，对流放热系数与蒸汽接触而得不到液体的足够冷却，对流放热系数2 2 急剧下降，金属 急剧下降，金属 壁温壁温t tb b 急剧增加，特性参数是工质的临界含汽率。急剧增加，特性参数是工质的临界含汽率。 2 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 12 第二类传热恶化（第二类传热恶化（蒸干蒸干）的特点）的特点： 热负荷热负荷比第一类传热恶化低，其比第一类传热恶化低，其传热方式传热方式为强迫对流，蒸汽为强迫对流，蒸汽流量大，流量大， 流速快，流速快，又有又有水滴撞击和冷却管

14、壁水滴撞击和冷却管壁，工质的放热系数工质的放热系数比比第一类传热恶第一类传热恶 化时高，所以化时高，所以壁温上升值壁温上升值没有第一类传热恶化时那样大。没有第一类传热恶化时那样大。 电厂锅炉常见的传热恶化较多的属于电厂锅炉常见的传热恶化较多的属于第二类传热恶化第二类传热恶化。 两类传热恶化示意见图两类传热恶化示意见图7-5所示。所示。 自然循环大型锅炉在亚临界压力，自然循环大型锅炉在亚临界压力， 因含汽率较高，（锅炉容量增大，因含汽率较高，（锅炉容量增大， 炉膛周界相对减小，水冷壁根数炉膛周界相对减小，水冷壁根数 减少而长度增加），循环倍率较减少而长度增加），循环倍率较 低，有可能出现第二类传

15、热恶化。低，有可能出现第二类传热恶化。 为此，必须采用双面水冷壁或加为此，必须采用双面水冷壁或加 大水冷壁管径。大水冷壁管径。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 13 可设法提高发生传热恶化区段的工质的对流放热系数；可设法提高发生传热恶化区段的工质的对流放热系数； 设法推迟开始设法推迟开始发生传热恶化的地点，使之远离高热负荷区域。发生传热恶化的地点，使之远离高热负荷区域。 通常采用以下两个措施：通常采用以下两个措施： 适当提高管内工质的质量流速；适当提高管内工质的质量流速； 采用内螺纹管，或加装旋流子，采用内螺纹管，或加装旋流子，使流体在管内产

16、生旋转流动或破坏汽膜使流体在管内产生旋转流动或破坏汽膜 边界层，避免传热恶化边界层，避免传热恶化 采用内螺纹管采用内螺纹管 在管子内壁上开出单头或多头螺旋形槽道，当工质在管子内壁上开出单头或多头螺旋形槽道，当工质 在内螺纹管内流动时，发生强烈扰动，将水压向壁面并迫使汽泡脱在内螺纹管内流动时，发生强烈扰动，将水压向壁面并迫使汽泡脱 离壁面被水带走，破坏汽膜层的形成，使管内壁温度降低。离壁面被水带走，破坏汽膜层的形成，使管内壁温度降低。 加装扰流子加装扰流子 扰流子是塞在管中的螺旋状金属薄片。在推迟传热恶扰流子是塞在管中的螺旋状金属薄片。在推迟传热恶 化和降低壁温方面，扰流子可起到与内螺纹管类似的

17、作用，在强化和降低壁温方面，扰流子可起到与内螺纹管类似的作用，在强 化传热方面不及内螺纹管。化传热方面不及内螺纹管。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 14 质量流速质量流速 ：单位时间流经单位流通截面的工质质量：单位时间流经单位流通截面的工质质量 2 /,/(. )wG F kgm s 循环流速循环流速ww0 0 上升管开始沸腾处的饱和水的质量流速上升管开始沸腾处的饱和水的质量流速 式中： 上升管入口压力下对应的饱和水密度， ； 容积流量， 0 G w F 一、自然循环的安全指标一、自然循环的安全指标 w F G上升管入口工质的质量流量， ；

18、 上升管流通截面积， ； 2 m /kg s /VG 3 /kg m V 3 /ms 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 15 自然循环的工作原理自然循环的工作原理 下降管中水与上升管下降管中水与上升管 中汽水混合物间的重中汽水混合物间的重 位压头差使水在回路位压头差使水在回路 中产生环形流动，称中产生环形流动，称 为水循环。为水循环。 在自然循环锅炉中，在自然循环锅炉中， 流动阻力是由下降管流动阻力是由下降管 和上升管系统的重位和上升管系统的重位 差来克服的。差来克服的。 用来克服水循环回路用来克服水循环回路 总阻力的压头，也就总阻力的压头，也

19、就 是自然循环的推动力是自然循环的推动力 称为自然循环的运动称为自然循环的运动 压头。压头。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 16 1G K Dx 循环倍率循环倍率K K 循环回路中水流量循环回路中水流量G G与回路中产生的蒸汽量与回路中产生的蒸汽量D D之之 比，即比，即1kg1kg水全部变成蒸汽需在回路中循环多少次水全部变成蒸汽需在回路中循环多少次 一、自然循环的安全指标一、自然循环的安全指标 0 0 G K D 名义名义循环倍率循环倍率K Ko o 按按汽包引出汽包引出的饱和蒸汽量的饱和蒸汽量D Do o计算的循环倍计算的循环倍 率，即

20、率，即 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 17 在在 一定时，锅炉参数一定时，锅炉参数 ， ； 在锅炉参数一定时，在锅炉参数一定时， （即锅炉容量增大），（即锅炉容量增大）， 。 但但 值过小意味着上升管出口处质量含汽率很大值过小意味着上升管出口处质量含汽率很大 ，在炉膛热负荷较高的条，在炉膛热负荷较高的条 件下，容易出现水冷壁沸腾传热恶化，故应保证合适的件下，容易出现水冷壁沸腾传热恶化，故应保证合适的 值。值。 一、自然循环的安全指标一、自然循环的安全指标 ss DF 上升管单位流通截面蒸发量上升管单位流通截面蒸发量 是衡量循环倍率是衡量循环

21、倍率 和循环流速和循环流速 值大小的主要指标。由图值大小的主要指标。由图7-7可以看出：可以看出： s D F 上升管出口的产汽量 上升管的流通截面积 K 0 w ss DF ss DFK K ss DF K 对于亚临界压力自然循环锅炉，在保持对于亚临界压力自然循环锅炉，在保持 一定的条件下，增加一定的条件下，增加水冷壁水冷壁 高度高度，使水冷壁的流通截面积减小，循环倍率会降低，比较有利。，使水冷壁的流通截面积减小，循环倍率会降低，比较有利。 ss DF 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 18 汽包水室凝汽量的影响因素：汽包水室凝汽量的影响因素

22、： 受热面布置；受热面布置； 热量在不同受热面中分配比例；热量在不同受热面中分配比例； 水冷壁入口流量分配的均匀性。水冷壁入口流量分配的均匀性。 省煤器进入汽包的水具有一定的欠焓。省煤器进入汽包的水具有一定的欠焓。 一、自然循环的安全指标一、自然循环的安全指标 汽包水室凝汽量汽包水室凝汽量 ss DFK 将汽包水室中凝结下来的蒸汽量就称为将汽包水室中凝结下来的蒸汽量就称为汽包水室凝汽量。汽包水室凝汽量。 在亚临界压力下，汽水密度差在亚临界压力下，汽水密度差，汽包中汽水分离难度，汽包中汽水分离难度，汽包水室中有部分，汽包水室中有部分 蒸汽无法脱离汽水分界面通过蒸汽空间进入过热器。因此，亚临界压力

23、锅炉蒸汽无法脱离汽水分界面通过蒸汽空间进入过热器。因此，亚临界压力锅炉 汽包水室中存在汽包水室中存在蒸汽的凝结过程蒸汽的凝结过程。进而出现。进而出现水冷壁的实际蒸发量大于从汽包水冷壁的实际蒸发量大于从汽包 引出的饱和蒸汽量。引出的饱和蒸汽量。 D 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 19 对应最大循环流速对应最大循环流速 时的上时的上 升管出口质量含汽率称为升管出口质量含汽率称为界限含界限含 汽率汽率 。与界限含汽率相对与界限含汽率相对 应的循环倍率称为应的循环倍率称为界限循环倍界限循环倍 率率 。它也是对应自然循环它也是对应自然循环 失去自补偿

24、能力（最高循环流速）失去自补偿能力（最高循环流速） 时的循环倍率。时的循环倍率。 二、自然循环自补偿能力二、自然循环自补偿能力 自然循环自补偿能力：自然循环自补偿能力： 是指自然循环锅炉在一定循环倍率范围内，其循环是指自然循环锅炉在一定循环倍率范围内，其循环 流速（或循环水量）随热负荷增加而增大的特性。流速（或循环水量）随热负荷增加而增大的特性。 循环流速循环流速 与锅炉水冷壁的质量含汽率与锅炉水冷壁的质量含汽率 的关系，如图的关系，如图7-8所示：所示：x 0 w max 0 w jx x jx K 对应的质量含汽率对应的质量含汽率X应小于临界质量合汽车应小于临界质量合汽车Xlj 七台河职业

25、学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 20 界限循环倍率和推荐循环倍率界限循环倍率和推荐循环倍率 锅炉压力锅炉压力(Mpa(Mpa) 3.92) 3.925.88 10.25.88 10.211.76 13.7311.76 13.7315.69 16.6715.69 16.6718.6318.63 锅炉蒸发量锅炉蒸发量(t/h(t/h) 35) 35240 160240 160420 400420 400670 800670 800 界限循环倍率界限循环倍率K Kjx jx 10 5 3 2.5 10 5 3 2.5 推荐循环倍率推荐循环倍率 151525

26、725 715 415 48 48 46 6 循环倍率循环倍率K K 衡量锅炉水循环可靠性的指标之一衡量锅炉水循环可靠性的指标之一 K K过大（过大（x x 过小过小) ) ，运动压头太小，运动压头太小，可能出现循环停滞等水循环故障；可能出现循环停滞等水循环故障； K K过小（过小（x x 过大），将失去自补偿能力，造成管壁超温过大），将失去自补偿能力，造成管壁超温 。 回路循环倍率回路循环倍率K K 应大于界限循环倍率应大于界限循环倍率K Kjx jx，运行中随着负荷变化，自然 ，运行中随着负荷变化，自然 水循环具有自补偿能力。若失去自补偿能力，则随着热负荷增加，循水循环具有自补偿能力。若失

27、去自补偿能力，则随着热负荷增加，循 环流速反而减小，受热的管子就有可能因为其中工质流量低而得不到环流速反而减小，受热的管子就有可能因为其中工质流量低而得不到 充分冷却。充分冷却。 亚临界压力自然循环锅炉具有相当良好的自补偿能力，对炉内热偏差能进亚临界压力自然循环锅炉具有相当良好的自补偿能力，对炉内热偏差能进 行有效补偿，从而提高了水冷壁工作的可靠性。行有效补偿，从而提高了水冷壁工作的可靠性。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 21 下降管进口截面上部形成下降管进口截面上部形成涡漩漏斗涡漩漏斗状，蒸汽被吸入下降管中；状，蒸汽被吸入下降管中； 三、

28、下降管带汽三、下降管带汽 下降管入口水自汽化：下降管入口水自汽化： 汽包中的水进入下降管时，因汽包中的水进入下降管时，因流阻和加速流阻和加速产生压降使进口处发生自汽化；产生压降使进口处发生自汽化； 水室带汽：水室带汽： 下降管入口形成旋涡斗：下降管入口形成旋涡斗： 下降管带汽或汽化，工质下降管带汽或汽化，工质 密度减小，运动压头下降密度减小，运动压头下降 汽包汽包水容积内所含蒸汽水容积内所含蒸汽被带入下降管中；下降管被带入下降管中；下降管受热受热产生蒸汽。产生蒸汽。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 22 四、自然循环的主要故障四、自然循环的主

29、要故障 受热最弱上升管中出现循环停滞、倒流等水循环故障；受热最弱上升管中出现循环停滞、倒流等水循环故障； 受热最强上升管中发生沸腾传热恶化；受热最强上升管中发生沸腾传热恶化； 水平管或倾斜管中循环流速太低而出现汽水分层；水平管或倾斜管中循环流速太低而出现汽水分层； 下降管中出现带汽或汽化现象。下降管中出现带汽或汽化现象。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 23 自然循环锅炉蒸发受热面金属安全工作的条件：自然循环锅炉蒸发受热面金属安全工作的条件：是保证管子内壁有是保证管子内壁有 连续水膜覆盖，且不出现以下情况：连续水膜覆盖，且不出现以下情况： 受

30、热最弱上升管不出现流动停滞、倒流、汽水分层等水循环故障；受热最弱上升管不出现流动停滞、倒流、汽水分层等水循环故障； 受热最强上升管不发生沸腾传热恶化；受热最强上升管不发生沸腾传热恶化； 下降管不出现带汽或汽化现象。下降管不出现带汽或汽化现象。 自然循环锅炉在压力低于自然循环锅炉在压力低于11MPa11MPa或受热管局部热负荷低于或受热管局部热负荷低于400kw/m400kw/m2 2时时, , 一般不会出现传热恶化，一般不会出现传热恶化，正常水力工况破坏正常水力工况破坏是蒸发管过热的主要原因。是蒸发管过热的主要原因。 自然循环大型锅炉在亚临界压力，因含汽率较高，（锅炉容量增大，自然循环大型锅炉

31、在亚临界压力，因含汽率较高，（锅炉容量增大， 炉膛周界相对减小，水冷壁根数减少而长度增加），循环倍率较低，炉膛周界相对减小，水冷壁根数减少而长度增加），循环倍率较低， 有可能出现第二类传热恶化。为此，必须采用双面水冷壁或加大水冷有可能出现第二类传热恶化。为此，必须采用双面水冷壁或加大水冷 壁管径。壁管径。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 24 四、自然循环的主要故障四、自然循环的主要故障 汽水混合物在水平或倾斜管中流动时，当流速小到一定程度时，就汽水混合物在水平或倾斜管中流动时，当流速小到一定程度时，就 会发生水在下面汽在上面流的现象，严重时

32、会出现一个清晰的分界面，会发生水在下面汽在上面流的现象，严重时会出现一个清晰的分界面， 这种现象叫做这种现象叫做汽水分层汽水分层。 汽水分层的危害：汽水分层的危害：出现汽水分层现象时，管壁上部温度可能高于下部，上出现汽水分层现象时，管壁上部温度可能高于下部，上 下管壁之间存在温差而产生大的热应力。同时，由于管内水的起伏波动，在下管壁之间存在温差而产生大的热应力。同时，由于管内水的起伏波动，在 汽水交界处产生交变热应力，并破坏保护层，造成管壁腐蚀，这是检修中判汽水交界处产生交变热应力，并破坏保护层，造成管壁腐蚀，这是检修中判 断汽水分层的重要特征。断汽水分层的重要特征。 汽水分层的影响因素汽水分

33、层的影响因素：流速越低，管子内径越大，蒸汽含量增加，越容易发流速越低，管子内径越大，蒸汽含量增加，越容易发 生分层；压力增加，汽水分层的范围扩大。生分层；压力增加，汽水分层的范围扩大。 汽水分层的解决措施汽水分层的解决措施：在直流锅炉中，提高流速来防止汽水分层；同时，增在直流锅炉中，提高流速来防止汽水分层；同时，增 大管子的倾角使分层流动的范围缩小。在自然循环锅炉中，则应避免采用水大管子的倾角使分层流动的范围缩小。在自然循环锅炉中，则应避免采用水 平管。平管。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 25 并联的上升管组在共同的压差并联的上升管组在共

34、同的压差p ps s 下运行。当管组中各管受热不均下运行。当管组中各管受热不均 匀时，受热弱的管中含汽率少，运动压头小，可能发生水循环故障：匀时，受热弱的管中含汽率少，运动压头小，可能发生水循环故障： 上升管引入汽包水空间：上升管引入汽包水空间：当受热弱的管中水流量等于蒸发量（即当受热弱的管中水流量等于蒸发量（即G=DG=D） 时，将出现时，将出现循环停滞循环停滞现象。现象。 上升管引入汽包汽空间：上升管引入汽包汽空间：发生循环停滞时管中工质无法到达上升管的最发生循环停滞时管中工质无法到达上升管的最 高点，出现高点，出现自由水面自由水面。自由水面以下区域，产生少量蒸汽，以上的区域为。自由水面以

35、下区域，产生少量蒸汽，以上的区域为 里是缓慢流动的蒸汽。里是缓慢流动的蒸汽。 上升管引入汽包水空间上升管引入汽包水空间 ：当管组压差当管组压差p 小于受热弱管子液柱重小于受热弱管子液柱重 H sg 时，受热时，受热 弱的管中的水就自上往下流，称为弱的管中的水就自上往下流，称为倒流。倒流。 循环停滞及自由水面的危害：循环停滞及自由水面的危害：汽泡通过基本静止的水面上浮，管子弯头汽泡通过基本静止的水面上浮，管子弯头 处蒸汽积累，出现处蒸汽积累，出现自由水面自由水面时，水面以上管壁与蒸汽接触，均使冷却能力时，水面以上管壁与蒸汽接触，均使冷却能力 下降，管子易超温爆管；下降，管子易超温爆管；自由水面自

36、由水面上下波动，还会引起疲劳破坏。上下波动，还会引起疲劳破坏。 倒流的危害：倒流的危害：当水的倒流速度与汽泡上浮速度相等，即汽泡处于上、下当水的倒流速度与汽泡上浮速度相等，即汽泡处于上、下 波动状态波动状态而形成而形成蒸汽塞蒸汽塞时，管子超温。时，管子超温。 七台河职业学院 2021-6-25Principles of BoilerPage 26 减小并联管子吸热不均减小并联管子吸热不均，保持炉内温度场均匀保持炉内温度场均匀 设计时将整面水冷壁设计时将整面水冷壁划分为若干个独立的循环回路；划分为若干个独立的循环回路；采用四角布置采用四角布置 燃烧器；将炉膛四角上燃烧器；将炉膛四角上 1 12 2根管子取消或将炉膛设计成八角形根管子取消或将炉膛设计成八角形 运行中运行中避免火焰偏斜；防止水冷壁管积灰和结渣；限制最小负荷，避免火焰偏斜；防止水冷壁管积灰和结渣；限制最小负荷， 避免因部分燃烧器停用造成更大的吸热不均避免因部分燃烧器停用造成更大的吸热不均 沿高度方向采用多个小功率燃烧器；减小炉内热偏差，沿高度方向采用多个小功率燃烧器；减小炉内热偏差，避免局部避免局部 热负荷过高热负荷过高 降低汽水导管和下降管中的流动阻力，提高循环流速和循降低汽水导管和下降管中的流动阻力，提高循环流速和循 环倍率环倍率 可采用增加管子的流通截面