供热锅炉水循环

供热锅炉的水循环

一、水循环的基本概念二、水循环的可靠性指标三、自然循环锅炉的水循环故障四、自然循环回路的合理布置五、自然循环热水锅炉的水循环一、水循环的基本概念分类

强制循环水泵产生循环压头用于高参数电站炉、热水炉

自然循环工质密度差，产生循环压头用于供热的蒸汽炉、电站炉、热水炉作用

1、加热工质：热水（热水锅炉）、蒸汽（蒸汽锅炉）

2、冷却管壁（1）自然循环回路：蒸汽锅炉水冷壁自然循环的机理上升管：布置炉内，受热，部分水汽化汽水混合物锅筒、下降管和下集箱：布置炉外，不受热，工质是水在加热水区段Hs中：水的压力大于锅筒中的压力＋锅水可能具有欠焓：Hs＞0

水一边受热，一边减压汽化点Q（3）循环回路总高度

H=Hs+Hq

含汽区段Hq

中压力继续降低汽化更烈（2）上升管中水的汽化情况水循环运动压头循环回路运动总阻力（4）水循环稳定流动状态下的循环方程式简化假设：1、回路中没有汽水分离器

2、Hs区段加热水的密度等于下降管中水的密度≈锅内饱和水密度ρ’

由集箱A－A截面两侧的力平衡：运动压头的影响因素：1、H：H↗

Hq

↗2、上升管受热：上升管受热强含汽率高

ρq↘3、p：p↗H↗或采用强制循环（5）循环回路的有效压头用以克服的压头↗

水循环好对流蒸发管束的水循环特点（1）受热情况：第一管束最强，第二管束次之，第三管束最弱同一管束中，各排管子的吸热也存在差异（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。高负荷时，第三管束的前几排可能会变成上升管；低负荷时，第二管束的后几排可能会变成下降管二、水循环的可靠性指标保证上升管内有连续水膜冲刷管壁1、循环流速ω0

定义：循环回路中水进入上升管时的流速对于供热锅炉：水冷壁ω0＝0.4～2m/s

对流管束ω0＝0.2～1.5m/sω0↗，αi↗，将管外传入热量和管内产生汽泡带走能力↗，冷却条件↗2、循环倍率K定义：循环回路中由下降管进入上升管的水流量G与同一时间内在上升管中产生的蒸汽量D之比物理意义：单位质量的水在循环回路中全部变成蒸汽,需经循环的次数。上升管的含汽率（汽水混合物干度）的倒数

K太小，则x太大，出口处水量太少，管壁上可能维持不住连续水膜，而且汽水混合物流速高，水膜可能被撕碎

K越高，x越小，水循环愈安全影响循环倍率的因素：上升管热负荷

P↗，汽化潜热r↘，k↘D↗，上升管受热长度H或上升管热负荷↗，k↘供热锅炉

K=50～200

某些油炉采用的双面爆光水冷壁回路：热负荷↗

k↘增大循环倍率的结构措施：加大该回路的下降管总截面积、上升管受热长度与直径之比不宜太长回路循环倍率与全炉循环倍率：各回路由于结构不同，吸热量不同，K不尽相同全炉循环倍率是各回路倍率按吸热量比例的加权平均水循环安全要求每个回路的K值都不太小下降管阻力有效压头两曲线的交点A

水循环的工作点实际

ω03、循环回路的特性曲线：三、自然循环锅炉的水循环故障1、循环的停滞和倒流2、汽水分层3、下降管带汽1、循环的停滞和倒流产生的原因：同一循环回路中，每根上升管的受热强度有差异，受热不均匀炉膛和燃烧设备的结构特性管外挂渣积灰各管受热段长度不同个别上升管受热很差时0循环停滞<0循环倒流循环停滞的特点和危害停滞管中仍产生蒸汽，汽泡因浮力进入锅筒，由停滞管的下口向管内补水，K1；形成自由水面，自由水面以上管段仅有蒸汽缓流，易过热烧坏，水面波动附近壁温波动，产生温差应力；易沉积盐垢，倾斜管段转弯及接头焊缝处会积聚汽泡，沉积水垢（1）当上升管直接接于锅筒的蒸汽空间时：（2）上升管直接接入锅筒水空间或通过上集箱接入锅筒时：停滞管中仍产生蒸汽由停滞管上、下口向管内补水

K1

水或上、或下缓流不会形成稳定的自由水面倾斜管段转弯及接头焊缝处会积聚汽泡，沉积水垢在上升管直接接入锅筒水空间或通过上集箱接入锅筒时可能发生倒流管变成一根受热的下降管倒流速度较大时，能将产生的汽泡向下带走，无危险倒流速度较小时，汽泡停滞积聚“汽塞”烧坏管子循环倒流的特点和危害：加大下降管截面积及引出管截面积，减小循环回路阻力减少或避免并联的上升管受热不均匀性防止循环停滞和倒流的措施：2、汽水分层引起管壁上下温差应力引起管壁在汽水交界面处的交变应力管壁上部结盐

汽水分层造成的危害：取决于该管段的受热情况当管段受热时：产生的条件：水平或微倾斜的上升管段、流速低产生的原因：水汽密度不同锅炉中有可能发生汽水分层的受热面炉膛的顶棚管前后拱上的水冷壁油炉冷炉底受热面链条炉两侧的防渣箱影响汽水分层可能性和程度的因素：管子倾角流速

p↗，可能性↗

di

↗，可能性↗下降管最好由防渣箱两头顶入一端不便布置下降管时，此端应有上升管引出水冷壁须由防渣箱顶部引出供热锅炉防止汽水分层的措施：（1）W0≮0.6～0.8m/s一般要求不小于15º

若管子上端受高温，倾角↗对包有耐火泥或耐火砖的后拱水冷壁管，有时仅8～10º，倾角↘（2）保证一定的管子倾角（3）防渣箱要尽量避免流动死角3、下降管带汽产生的原因：（1）下降管入口阻力较大，产生压降，水汽化（2）下降管管口距锅筒水位面太近，上方水面形成漩涡斗而卷吸蒸汽（3）上升管出口和下降管入口距离太近而又无良好的隔离装置（4）下降管受热过强，汽化（1）体积流量↗

ω↗

Δpxj↗（2）ρxj↘运动压头↘产生的危害：

循环流动减弱水循环故障可能性↗四、自然循环回路的合理布置1、循环回路的设计布置2、上升管的布置3、下降管的布置4、对流蒸发管束的布置1、循环回路的设计布置降低循环回路阻力按受热情况划分循环回路使同一回路中各并联管子的总长度、受热管段长度、受热负荷、几何形状尽可能接近，防止受热不均匀性的影响每个循环回路最好是独立的，即有独立的下降管和汽水引出管

保证一定的回路高度，提高运动压头

p＜0.8MPa时，H≮2～3m0.8≤p≤2.5MPa时，H=4～6m

对于快装锅炉等高度受到限制的锅炉加大下降管直径选用低阻力的汽水分离装置#4-14-1/2上升管和汽水引出管都应尽可能在锅筒水空间接入避免产生自由水面必须与下降管入口保持必要的距离，或用隔板有效隔离防止蒸汽带入下降管在锅筒蒸汽空间引入时，应尽量降低此管段最高点与水位间距离降低Δpss

2、上升管的布置（1）如何接入锅筒上升管和汽水引出管不宜有过多急转弯的弯头各上升管一般都不宜有水平管段，上升管受热段倾角≮15º

上升管管径的确定汽水引出管的管径：内径80~150mm、截面积≈上升管截面积的35％（2）管子的结构参数3、下降管的布置（1）减少下降管阻力（2）防止下降管带汽（3）防止上升管供水不均（1）减少下降管阻力形状力求简单不设中间集箱不用不同管径的管段串接不得有水平管段和锐角弯头每一独立回路的下降管数目要少管径80～140mm，截面积≮上升管截面积的25％～30％（2）防止下降管带汽从锅筒引出时，下降管口与锅筒最低水位距离≮下降管径4倍与上升管或汽水引出管之间保持距离或用隔板尽可能从锅底引出不宜受热，一般布置在炉外应包扎绝热材料，减小q5，缩短Hs（3）防止上升管供水不均下降管数目≮2

与下集箱的连接如下图与上升管之间有一接近90º的交角与上升管轴线不重合排污管不与上升管在同一轴线上，或排污管孔上方设置一隔板应与上锅筒水空间相接尽量接近锅筒底部，以免倒流时带进蒸汽尽量减少弯头，减少流动阻力尽量布置在烟温不高区域，尤其管子上部宜布置在烟气流程的末尾以免短时间循环停滞时烧坏4、对流蒸发管束的布置：关键：循环工况有变化的管子五、自然循环热水锅炉的水循环1、自然循环和半自然循环热水锅炉的结构2、自然循环热水锅炉水循环特点3、保证热水锅炉水循环安全的措施1、自然循环和半自然循环热水锅炉的结构（1）DZL1.4-0.7-95/70型自然循环热水锅炉循环回路：两侧水冷壁＋左右集箱组成两个循环回路前墙水冷壁＋前集箱组成一个循环回路左右管束＋左右集箱组成两个循环回路纵向隔板：将锅筒长度方向的上升管和下降管分开形成冷水区和热水区横向隔板：将锅筒前端的下降管和上升管分开在锅筒前端形成冷水区回水引入管：将回水管引入冷水区集水孔板：其节流作用使热水沿长度方向均匀引出集气罐：积聚和排除锅水加热时析出的气体锅内装置：（2）DHL14-1.25(130)(80)-AII型热水锅炉锅内装置：由隔板把省煤器出水直接引入锅筒两端的下降管区域水冷壁：采用自然循环，无上集箱，共6组独立的水循环回路钢管省煤器：分三组管束，采用中间混合联箱，出口联箱由4根连接管引入锅筒比蒸汽锅炉自然循环的压头小得多水的密度随温度变化小锅内水的温升有限自然循环热水锅炉水循环特点保证热水锅炉水循环安全的措施：（1）合理设计循环回路（2）合理配置锅内装置（3）尽可能增大循环回路的高度尽可能使回路结构简单，降低回路的流阻水冷壁垂直布置，尽量直接引入锅筒，而不用上集箱

采用上集箱结构时引出管管径↗，长度↘，弯头数量↘