供热锅炉水循环

水的密度随温度变化小 锅内水的温升有限
Hg xj ss pxj pss


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
（1）合理设计循环回路
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↘ 引出管与上升管截面比＞0.8 水冷壁与对流受热面不宜共用一个下联箱 上升管内径≮44mm 层燃炉采用前、后拱时，适当加大下降管和上升管的截面比
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
作用 1、加热工质：热水（热水锅炉）、蒸汽（蒸汽锅炉） 2、冷却管壁 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
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
• 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
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 产生的危害： （1）体积流量↗ ω ↗ Δpxj ↗ （2）ρxj↘ 运动压头 ↘
（2）防止下降管带汽 尽可能从锅底引出 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 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
• 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
防止循环停滞和倒流的措施 ： • 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
2、汽水分层
产生的原因：水汽密度不同 产生的条件：水平或微倾斜的上升管段、流速低 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： • 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
4、对流蒸发管束的布置： 关键：循环工况有变化的管子
• 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
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
锅内装置： • 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
3、循环回路的特性曲线： 下降管阻力 有效压头
p xj f 0
0
p xj
热负荷一定 S yx H q g ' q p ss f 0


0
x
q
'
q
p ss
S yx
两曲线的交点A 水循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
• 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≮2～3m 0.8≤p≤2.5MPa时，H=4～6m • 对于快装锅炉等高度受到限制的锅炉
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
S yx 0
0 0 循环停滞 0 < 0 循环倒流
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
加大下降管直径
选用低阻力的汽水分离装置
降低循环回路阻力
#4-14-1/2
2、上升管的布置 （1）如何接入锅筒
• 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）管子的结构参数 • 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
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 ω 0 定义：循环回路中水进入上升管时的流速
0
G 3600 ' f ss
ω 0↗ ，α i↗ ，将管外传入热量和管内产生汽泡带走能力↗ ， 冷却条件↗ 对于供热锅炉： 水冷壁ω 0 ＝0.4～2m/s 对流管束ω 0 ＝0.2～1.5m/s
（2）DHL14-1.25(130)(80)-A II型热水锅炉
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
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
自然循环热水锅炉水循环特点
比蒸汽锅炉自然循环的压头小得多
S yx 用以克服 p xj 的压头↗ xj 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
自然循环
蒸汽锅炉水冷壁自然循环的机理
（1）自然循环回路：
锅筒、下降管和下集箱 ： 布置炉外， 不受热， 工质是水
上升管：布置炉内，受热， 部分水汽化 汽水混合物
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（2） 上升管中水的汽化情况 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 含汽区段Hq 中 压力继续降低 汽化更烈 （3）循环回路总高度 H=Hs+Hq
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
K
物理意义：
G D
• 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
1 D x K G
• 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
（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：
p g H s H q ' g p xj p g H s ' g H q q g p ss
（2）合理配置锅内装置
使便于组织锅内水的混合、分配
降低下降管入口水温 使上升管出口水温均匀，并增大欠热，防止过冷沸腾
使热水在锅筒长度方向均匀引出
（3）尽可能增大循环回路的高度
适当放大下降管和上升管截面比（≮0.45） 提高循环流动压力
不宜采用集中下降管，避免水力偏差
（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 K 1 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
循环倒流的特点和危害：
• 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
H q g ' q p xj p ss


水循环运动压头
循环回路运动总阻力
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↗