锅炉循环原理
锅炉原理 自然循环
简单循环回路和复杂循环回路
• 简单循环回路：由一根下降管（或一组结 构基本相同的下降管）与一个管屏（或一 组结构、位置、流动方向和热负荷基本相 同的管屏）连接而成的回路
• 区分独立循环回路。 • 具体计算回路的划分。受热最弱或阻力最
大、受热最强的上升管个别进行计算
上升管区段的划分
• 1。热水段要分开计算，下联箱到沸腾点是 热水段，采用单相流动计算公式
– 燃烧产生的腐蚀性气体对管壁的高温腐 蚀；
– 结渣和积灰导致的对管壁的侵蚀； – 煤粉气流或含灰气流对管壁的磨损。
• 管内的影响因素一般导致管子金属内壁 面上的连续水膜被破坏，出现传热恶化， 引起管壁工作温度超过金属材料的允许 温度。超温严重时管子强度下降，承压 能力下降。这时由于管内的工质压力的 作用，可导致管子局部“鼓包”、裂口， 以致发生爆管事故。
此时，管壁温度迅速上升，多数情况下管 壁过热而烧坏。 开始发生核态沸腾偏离时的热负荷称临界热负荷。
影响临界热负荷的因素分析：
（1）质量流速
质量流速对临界热负荷的 影响有两重性。质量含 汽率不变时，质量流速↑， 汽量↑，临界热负荷↓。 另一方面，质量流速↑， 携带蒸汽的速度↑，临界 热负荷↑。
高压时后者起主要作用。
• 2。热后段是否分出，热后段长度大于上升 管总长度10%，要分开进行计算
原因：汽水混 合物中含汽率 太高所致。
临界含汽率的影响因素：
（1）热负荷
热负荷与临界含汽率关系不大,但临界热 负荷↑，管壁温度↑。
（2）工质压力
工质压力较小时，压力↑，临界含汽率↑； 反之则相反。
（3）质量流速 质量流速，临界含汽率。 （4）管径 管径， 临界含汽率。
※对于超高压及以下的自然循环锅炉，在 循环正常时，由于热负荷和工质含汽率都较低， 不会发生传热恶化。
锅炉原理知识点总结
8.锅炉效率：锅炉效率是指锅炉有效利用热与单位时间内所消耗燃料的输入热量的百分比。
9。锅炉净效率：指扣除了锅炉机组运行时的自用能耗(热耗和电耗)以后的锅炉效率。
10。余热锅炉:指利用各种工业过程中的废气、废料或者废液中的余热及其可燃物质燃烧后产生的热量把水加热到一定工质的锅炉。
烧。层状燃烧就是将燃料置于固定或者挪移的炉排上，形成均匀的、有一定厚度的燃料层，空气从炉排底部通入,通过燃料层进行燃烧反应，采用层状燃烧的锅炉叫层燃炉。
6.流化床锅炉:流化床燃烧方式就是燃料颗粒在大于临界风速(由固定床转化为流化床的风速)的空气流速作用下,在流化床上呈流化状态的燃烧方式。采用流化床燃烧方式的锅炉称为流化床锅炉.
k>>β时，这时的燃烧区域称为扩散燃烧区域.
二、简答题
1、画出自然循环锅炉结构及辅助系统示意图，标出各部份名称，简述气、水系统运动流程
1-元煤斗;2—给煤机;3-磨煤机;4—汽包;5—高温过热器；6—屏式过
热器;7-下降管；8-炉膛水冷壁；9-燃烧器;10—下联箱;11-低温过热器;12—再热器；13-再热蒸汽出口;14-再热蒸汽入口；15-省煤器；16—给水;17—空气预热器18—排粉风机;19—排渣装置;20-送风机;21—除尘器;22—引风机;23—烟囱
62。直流燃烧器：出口气流为直流射流或者直流射流组的燃烧器。
63.旋流燃烧器:出口气流为旋转射流的燃烧器。
64。动力燃烧区：在燃烧过程中，当燃烧反应的温度不高时，化学反应速度不快,此时氧的供应速度远大于化学反应中氧的消耗速度，亦即扩散能力远大于化学反应能力.这时燃烧工况所处区域称为动力燃烧区域。
65。扩散燃烧区：如果影响燃烧过程进行速度的主要因素是扩散,也就是说,此时燃烧反应的温度已经很高,化学反应能力远大于扩散能力，即
锅炉自然循环的原理
锅炉自然循环的原理锅炉自然循环是指在锅炉热交换管内，由于自然对流的存在，热水和冷水在密度差的驱使下，自然形成上升和下降的循环流动。
锅炉自然循环的原理可以从密度差、温度差和浮力平衡三个方面来解释。
首先，密度差是导致自然循环的根本原因。
根据物理学原理，热水的密度要小于冷水的密度。
当锅炉内的炉膛燃烧燃料，使炉膛和水管受热后，热水的密度降低，容易上升；而冷水的密度增加，容易下降。
这种密度差是自然循环产生的动力。
其次，温度差也是自然循环的重要条件。
由于锅炉内部热交换管燃烧侧的温度较高，而供水侧的温度较低，两者之间存在温差。
这种温差会造成热水上升、冷水下降的趋势，推动了循环的发生。
最后，浮力平衡也是锅炉自然循环的一个重要因素。
当热水受热后，密度减小，上升；冷水受冷后密度增加，下降。
在这个过程中，上升的热水受到管壁和相邻冷水的浮力作用，形成上升运动；而下降的冷水受到上升热水的浮力作用，形成下降运动。
这种浮力的平衡是自然循环持续进行的基础。
综上所述，锅炉自然循环的原理是由于热水和冷水在密度差、温度差和浮力平衡的作用下，形成上升和下降的循环流动。
在具体的锅炉系统中，通常存在锅炉炉膛、水管、烟管等热交换区域。
当炉膛内燃料燃烧产生高温烟气，通过烟管传热到水管内的水，使水受热，形成上升运动，然后经过循环管的下降段走向锅炉底部，与冷的进水混合后形成循环流动。
烟气在经过烟管后，损失了部分热量，降温后排放至大气中。
锅炉自然循环有以下几个特点：第一，自然循环无需辅助设备，不需要泵等能源设备就能实现水的流动。
因此，自然循环具有节能、经济的特点。
第二，自然循环具有简单可靠的特点。
相比较于强制循环，自然循环的工作原理更为简单，运行过程中无需额外的控制和调节。
只有确保锅炉内部的热量传递平衡，自然循环就可以稳定运行。
第三，自然循环一般适用于锅炉功率小、工作压力不高、蒸汽量较小或工作条件相对稳定的情况。
对于工作压力较高的大型锅炉，通常需要配备强制循环设备以增加循环动力。
自然循环锅炉工作原理(一)
自然循环锅炉工作原理(一)自然循环锅炉工作原理什么是自然循环锅炉自然循环锅炉是一种利用水的自然循环来实现传热的热交换设备。
它通常由锅炉本体、烟道系统和水循环系统组成。
自然循环锅炉的工作原理自然循环锅炉的工作原理基于密度差异和热对流传输。
其工作过程可简单概括为以下几个步骤：1.水给水：冷水被自来水管输送到锅炉内，经过供水系统供应。
2.加热：燃料在锅炉内燃烧产生热量，加热锅炉内的水。
燃料可以是煤、天然气、油等不同能源。
3.水循环：当水被加热后，其密度降低，成为热水。
热水由于密度较小，上浮到锅炉上部（顶部水位器的水位下方）。
同时，冷水由于密度较大，下沉到锅炉下部（底部水位器的水位上方）。
4.产生蒸汽：当热水上浮到锅炉上部时，在锅炉内壁受热的作用下，热水吸收了大量的热量并逐渐转化成蒸汽。
5.蒸汽输出：产生的蒸汽通过蒸汽出口离开锅炉，从而被用于供暖、发电或其他工业应用。
6.水回流：冷却后的水从锅炉底部回流至锅炉上部，开始新一轮的循环。
自然循环锅炉的优点和适用范围•简单结构：自然循环锅炉的结构相对简单，易于生产、安装和维修。
•节能环保：由于自然循环锅炉无需外力设备，仅依赖自然循环，因此无需消耗额外能量。
同时，燃烧时产生的废气经过烟道系统进行热能回收，减少能源浪费，降低对环境的负荷。
•适用范围广：自然循环锅炉适用于小型供暖系统、低压蒸汽锅炉、工业生产中的热源等场景。
自然循环锅炉的局限性和改进方向•受限循环：自然循环锅炉的循环能力主要取决于管道的倾斜度和管道内的水流速度。
若管道倾斜度不足或水流速度过慢，可能会导致局部升温，甚至使锅炉热点部位出现沸腾和热点破裂等问题。
•容量受限：由于自然循环锅炉的传热过程依赖于自然对流，因此其热负荷和容量受到一定限制。
•改进方向：为了克服自然循环锅炉的局限性，工程师们正在探索改进设计，如增加水管倾斜度、优化管道内的元件、引入动力设备辅助循环等，以提高自然循环锅炉的性能。
结论自然循环锅炉是一种简单有效的传热设备，其工作原理基于自然对流和密度差异。
循环流化床锅炉的原理与设计
循环流化床锅炉中的流化过程
循环流化床锅炉中的流化过程包括以下几个特点
• 炉膛内充满颗粒燃料，气流速度较低 • 燃料颗粒与空气充分混合，燃烧效率高 • 流化床内温度分布均匀，传热效果好
流化过程是指固体颗粒在流体中运动，形成类似流体的状态
• 当气流速度达到一定值时，固体颗粒开始悬浮并相互碰撞 • 这种状态有利于燃料的燃烧和热量的传递
循环流化床锅炉的脱硝技术
• 循环流化床锅炉的脱硝技术包括以下几个方面 • 选择性非催化还原（SNCR）技术：通过向炉内喷射氨水，实现NOx的还原 • 选择性催化还原（SCR）技术：通过设置催化剂层，对烟气进行脱硝处理
循05环流化床锅炉的运行与
维护
循环流化床锅炉的启动与停止操作
• 循环流化床锅炉的启动与停止操作需要遵循以下步骤 • 启动前进行设备检查，确保锅炉各部分正常 • 缓慢启动风机，向炉膛内加入燃料，实现燃料的流化 • 启动过程中注意观察炉膛内的温度和压力变化，确保锅炉稳定 运行 • 停止操作时，先停止燃料供应，然后降低风机转速，最后停止 风机运行
循环流化床锅炉的燃烧室设计
• 循环流化床锅炉的燃烧室设计需要考虑以下几个因素 • 燃烧室的尺寸和形状，以满足燃料燃烧和热量交换的需求 • 燃烧室的温度分布，以保证燃料的充分燃烧和热量的有效传递 • 燃烧室的气流组织，以实现燃料与空气的充分混合和燃烧产物 的排放
循环流化床锅炉的传热元件设计
• 循环流化床锅炉的传热元件设计需要考虑以下几个因素 • 传热元件的材料和结构，以满足锅炉温度和压力的要求 • 传热元件的热交换性能，以提高锅炉的热效率和适应性 • 传热元件的耐腐蚀性能，以延长锅炉的使用寿命
循环流化床锅炉的热交换原理
循环流化床锅炉的热交换原理主要依赖于传热元件
锅炉水循环
自然循环锅炉的原理与基本概念一、自然循环原理自然循环是指：在一个闭合的回路中，由于工质自身的密度差造成的重位压差，推动工质流动的现象。
具体地说，自然循环锅炉的循环回路是由汽包、下降管、分配水管、水冷壁下联箱、水冷壁管、水冷壁上联箱、汽水混合物引出管、汽水分离器组成的，如图，重位压差是由下降管和上升管(水冷壁管)内工质密度不同造成的。
而密度差是由下降管引入水冷壁的水吸收炉膛内火焰的辐射热量后，进行蒸发，形成汽水混合物，使工质密度降低形成的。
下图表不了一个简单的自然循环原理的示意图。
自然循环的实质，是由重位压差造成的循环推动力克服了上升系统和下降系统的流动阻力，从而推动工质在循环回路中流动而自然循环锅炉的“循环推动力”实际上是由“热”产生的，即由于水冷带管吸热，使水的密度改变成为汽水混合物的密度，并在高度一定的回路中形成了重位压差。
回路高度越高，且工质密度差越大，形成的循环推动力越大。
而密度差与水冷壁管吸热强度有关，在正常循环情况下，吸热越多，密度差越大、工质循环流动越快。
二、自然循环的基木概念设进人上升管的流量为G，水冷壁的实际蒸发量为D，从汽包引出的蒸汽流量为D0，水冷壁的流通截而为F，则用于描写自然循环的几个主要概念是：(1)循环流速：在饱和水状态下进入上升管入口的水的流速。
(2)循环信率K：上升管中实际产生1Kg蒸汽需要进入多少千克水。
自然循环锅炉水冷壁的安全运行一、影响水冷带安全运行的主要因素锅炉运行中，影响水冷带安全运行的因素很多，既有管内诸多因素的影响，也有管外复杂因素的影响管内的影响因素有：①水质不良导致的水冷带管内结垢与腐蚀；②水冷带受热偏差影响导致的个别或部分管子出现循环流动的停滞或倒流；③水冷带热负荷过人导致的管子内壁面附近出现膜态沸腾；④汽包水位过低引起水冷壁中循环流量不足，其至发生更为严重的“干锅”。
管外的影响因素有：①燃烧产生的腐蚀性气体对管壁的高温腐蚀；②结洁和积灰导致的对管壁的侵蚀；③煤粉气流或含灰气流对管壁的磨损。
锅炉的工作原理及工作特性
锅炉的工作原理及工作特性锅炉是一种将液体（通常是水）加热至产生蒸汽或者热水的设备。
它在工业生产和日常生活中广泛应用，用于供暖、发电、蒸馏和加热等领域。
本文将详细介绍锅炉的工作原理和工作特性。
一、锅炉的工作原理锅炉的工作原理基于热能传递和能量守恒定律。
当燃料（如煤、油、天然气等）在锅炉燃烧室中燃烧时，产生的热能通过传热面传递给工作介质（水或者蒸汽），使其升温或者沸腾。
锅炉主要由燃烧室、传热面、水循环系统和控制系统等组成。
1. 燃烧室：燃烧室是燃料燃烧的空间，通常采用燃料喷嘴或者燃烧器将燃料喷入其中。
燃料与空气混合后，在适当的燃烧条件下发生燃烧反应，产生高温燃烧气体。
2. 传热面：传热面是将燃烧产生的热能传递给工作介质的部份，通常包括锅炉管道、炉墙和烟气余热回收器等。
燃烧产生的高温烟气通过传热面与工作介质接触，将热能传递给工作介质。
3. 水循环系统：水循环系统是锅炉中水和蒸汽的循环流动系统。
它包括进水系统、蒸汽系统和排污系统。
进水系统将冷水引入锅炉，经过加热后转化为蒸汽或者热水，然后通过蒸汽系统或者热水系统输送到需要的地方。
排污系统用于排放锅炉中的污水和杂质。
4. 控制系统：控制系统用于监测和控制锅炉的运行状态，保证锅炉的安全和高效运行。
它通常包括燃烧控制、水位控制、压力控制和温度控制等功能。
二、锅炉的工作特性1. 热效率高：锅炉的热效率是指燃料转化为热能的效率。
锅炉的热效率高，能更充分地利用燃料的能量，减少能源浪费。
现代高效锅炉的热效率可达到90%以上。
2. 蒸汽产量大：锅炉的蒸汽产量是指单位时间内产生的蒸汽量。
蒸汽产量的大小直接影响到锅炉的功率和使用范围。
普通来说，锅炉的蒸汽产量越大，其功率越高，适合范围越广。
3. 压力稳定：锅炉的压力稳定性是指在工作过程中锅炉内部的压力变化情况。
压力稳定性好的锅炉能够保证供暖或者发电等过程的稳定性和安全性。
4. 温度控制精确：锅炉的温度控制精确性是指锅炉在工作过程中能够精确控制工作介质的温度。
自然循环原理——锅炉原理PPT课件
• 当雾状流蒸汽中水滴全部被蒸干以后，形成单相的过热蒸汽 流动，放热系数进一步减小，管壁温度进一步上升。
SCHOOL OF ENERGY AND POWER ENGINEERING, SHANDONG UNIVERSITY
• 有卷吸的环状流动阶段：环状流的液膜变薄，管子壁面上 的热量很快通过液膜传递到液膜表面，此时在管子壁面上不再 产生汽泡，蒸发过程转移的液膜表面进行。放热系数略有提高 ，管壁温度接近流体温度。
1 蒸发管内的流型与传热的关系
• 单相液体流动阶段：在管子入口处，为过冷水对流传热，放热 系数基本不变。 • 过冷沸腾阶段：汽泡状流动的初级阶段。壁面温度大于饱和温 度，在壁面上产生小汽泡，而管子中心流体温度尚未达到饱和温 度，汽泡被带到水流中很快凝结而消失，放热系数增大。 • 汽泡状流动的后期和环状流动阶段：由于不断吸热，管内的水 流达到饱和温度在壁面上产生的蒸汽不再凝结，壁面上不断产生 汽泡，又不断脱离壁面，水流中分散着许多小汽泡，此时饱和核 态沸腾开始，并一直持续到环状流动阶段结束。管内放热系数变 化不大，管壁温度接近流体温度。
第九章 自然循环原理
SCHOOL OF ENERGY AND POWER ENGINEERING, SHANDONG UNIVERSITY
第一节 自然循环原理
一 自然循环原理
定义：在一个闭合的回路中，由于工质自身的密度差造成的重 位压差，推动工质流动的现象。 自然循环锅炉的循环回路是由锅筒、下降管、分配水管、水冷 壁下联箱、水冷壁管、水冷壁上联箱、汽水混合物引出管、汽水 分离器组成的，如图所示； 重位压差是由下降管和上升管(水冷壁管)内工质密度不同造成 的；而密度差是由下降管引入水冷壁的水吸收炉膛内火焰的辐射 热量后，进行蒸发，形成汽水混合物，使工质密度降低形成的。
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（1）什么是自然循环锅炉？ （2）什么是循环倍率？ （3）自然循环的常见故障？ （4）锅炉按工质在蒸发受热面中的流动方式可分为？ （5）什么是强制流动锅炉？ （6）强制流动锅炉包括？ （7）画出自然循环锅炉工作原理示意图，并标注名称。
过热器
D
省煤器 混 合 器
G zx
水 冷 壁
G
再循环泵
3、课堂练习
（1）指导学生根据课堂所讲授的知识，画出锅 炉循环原理图 ①提要求：写出循环原理并注明各设备名称 ②给素材：锅炉自然循环原理图 ③老师详细说明锅炉自然循环原理 ④学生讨论后回答，老师给予指导 ⑤小结
4、课后作业 （1）扩充知识 布置：负荷循环锅炉 （2）课后练习 布置： ①自然循环原理 ②循环倍率 ③自然循环常见故障及防止
强制循环锅炉的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ点
1. 由于增加了水泵的推动力,工质流量可以人为地控制,水 流量可以小些,即循环倍率K可以小一些。
2. 可采用小直径水冷壁。
3 可采用小直径旋风分离器,因而可以减小汽包直径。也可 采用内夹层汽包。
直流锅炉的工作原理
（一）工作原理
在给水泵压头作用下，工质顺次通过预热，蒸发， 过热各受热面，而被预热，蒸发，过热到所需要的 温度。简言之，直流锅炉是工质一次通过各受热面， 没有循环的强制流动锅炉。
锅炉循环原理
1、案例分析
（1）案例：家用太阳能热水器的工作过程：经阳光照射，太阳 能转化成热能，水吸热，水温升高，密度减小，热水向上 运动，而比重大的冷水下降。热水始终位于上部，即水箱 中。当打开厨房或洗浴间的任何一个水龙头时，热水器内 的热水便依靠自然落差流出，落差越大，水压越高。 （2）组织学生就案例进行讨论：太阳能热水器的水循环原理是 怎样的？ （3）归纳总结学生的讨论结果，引入新课锅炉循环原理。
给水 泵
省煤器
水冷壁
过热器
直流锅炉工作过程特点
◆直流锅炉循环倍率 K=1； ◆没有汽包，金属耗量少，制造、安装方便； ◆工质一次通过，强迫流动； ◆受热面无固定界限，可灵活布置； ◆适合任何压力，更适用于超高压以上锅炉； ◆启动、停炉过程中，不受汽包应力限制，可提高 启动和停炉速度； ◆给水品质要求高； ◆给水泵压头较高，电耗增加。
2、知识讲授
（1）自然循环原理 （2）自然循环可靠性指标 （3）自然循环常见故障及防止 （4）强制循环锅炉
汽包
下降管
h
上升管
烟气
下联箱
自然循环的安全性
（一）自然循环故障 (受热弱的管子) 1、停滞形成蒸汽塞 致使工质不流动。 2、倒流上升管的水自 上往下流的速度与 汽泡上升速度相等。 3、下降管带汽会使 循环推动力减小， 从而出现停滞、倒 流。
炉膛水冷壁：
• 下部螺旋盘绕上升
从水冷壁进口到折焰
角下一定距离。 上部垂直上升 • 均为膜式结构 • 两者间由过渡水冷壁
转换连接。
控制循环锅炉
复合循环锅炉
复合循环锅炉的主要技术是:直流锅炉系统+循环 泵，解决直流锅炉低负荷运行时，水冷壁中因工 质流量降低导致管子冷却不足和水动力不稳定的 问题。 部分负荷复合循环锅炉：锅炉负荷达到70%MCR以 上时，循环泵停止工作，锅炉进入纯直流运行， 循环管路中无工质通过。 低倍率循环锅炉：在全负荷范围内水冷壁中有再 循环工质通过。
自由水面 不 会 倒 流
会 倒 流
防止下降管水带汽的措施
◆加装大直径下降管加装十字栅； ◆采用高效的汽水分离器，以减少 锅水中的含汽。
提高自然循环安全性措施
1）减少受热不均； 2）确定合适的上升管吸热量； 3）确定合适的上升管高度和截面积； 4）减少旋风分离器阻力； 5）减少下降管阻力。