第10章-锅炉的水循环课件

西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所第第10章章锅炉的水循环锅炉的水循环锅炉性能优劣取决于锅内过程和炉内过程能否良好锅炉性能优劣取决于锅内过程和炉内过程能否良好配合。组织良好的锅内过程，就是组织管内工质的合配合。组织良好的锅内过程，就是组织管内工质的合理流动，在各种参数条件下都能够使工质从火焰或烟理流动，在各种参数条件下都能够使工质从火焰或烟气吸收足够的热量，并且要确保管壁得到充分冷却。气吸收足够的热量，并且要确保管壁得到充分冷却。水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面的闭合回路中作水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面的闭合回路中作有规律的、连续的流动过程称为有规律的、连续的流动过程称为水循环水循环。依靠机械的力量依靠机械的力量(水泵水泵)便汽水产生循环称为便汽水产生循环称为强制循强制循环环。依靠水和汽水混合物的密度差形成的汽水循环称。依靠水和汽水混合物的密度差形成的汽水循环称为为自然循环自然循环。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所11.1 流型及流动参数流型及流动参数11.1.1 锅炉水循环方式锅炉水循环方式锅筒是特征锅筒是特征水质要求低，易水质要求低，易调节；临界以下，调节；临界以下，P高金属耗多，驱高金属耗多，驱动力下降动力下降也称辅也称辅助或控助或控制循环制循环管布置灵活，管布置灵活，循环泵工作循环泵工作条件差条件差各种压力可用，各种压力可用，超临界惟一。超临界惟一。阻力大阻力大强制与直流强制与直流的结合产物的结合产物西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所下下降降管管布布置置在在炉炉外外不不受受热热。由由上上升升管管组组成成的的水水冷冷壁壁布布置置在在炉炉膛膛内内的的四四周周，紧紧贴贴炉炉墙墙。上上升升管管中中的的汽汽水水混混合合物物向向上上流流动动，进进入入锅锅筒筒，在在锅锅筒筒中中经经汽汽水水分分离离(explain explain whywhy)，汽汽水水混混合合物物中中的的汽汽进进入入蒸蒸汽汽空空间间，由由蒸蒸汽汽引引出出管管引引出出。而而水水则则进进入入水水空空间间，与与送送入入锅锅筒筒的的给给水水混混合合再再进进入入下下降降管管，再再次次进进行循环。行循环。10.1自然循环的基本概念自然循环的基本概念1.循环流动与流型循环流动与流型目前我国生产的工业锅炉普遍采用自然循环。锅炉的自然循目前我国生产的工业锅炉普遍采用自然循环。锅炉的自然循环回路由锅筒、下降管、水冷壁及联箱组成。如图所示。环回路由锅筒、下降管、水冷壁及联箱组成。如图所示。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所在冷态下，锅筒的下半部和钢管内部都是水在冷态下，锅筒的下半部和钢管内部都是水(图中图中a)，此时锅筒两侧水管里的水温相同，水是静止此时锅筒两侧水管里的水温相同，水是静止不动的。不动的。如如果果两两边边钢钢管管中中间间加加以以隔隔墙墙(图图中中b)，同同时时对对左左侧侧钢钢管管加加热热，随随着着水水温温升升高高，管管内内水水开开始始流流动动，水水温温越越高高，流流动动越越快快。当当管管内内水水达达到到沸沸点点，部部分分水水开开始始汽汽化化，管管内内便便形形成成带带汽汽泡泡的的汽汽水水混混合合物物。由由于于汽汽水水混混合合物物的的重重度度大大大大低低于于右右侧侧管管内内水水的的重重度度，因因而而形形成成重重度度差差。此此重重度度差差，迫迫使使在在连连通通器器一一侧侧重重度度较较小小的的汽汽水水混混合合物物不不断断上上升升，而而重重度度大大的的水水不断下降，这就形成了自然循环。不断下降，这就形成了自然循环。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所汽液两相流的流型汽液两相流的流型 垂直管内汽液两相流体主要流型垂直管内汽液两相流体主要流型图图11-2 受热垂直上升受热垂直上升管汽液两相流流型管汽液两相流流型 图图11-3 受热垂直上升管中沸腾时的两相流流型随热流密度增加而变化的示意图受热垂直上升管中沸腾时的两相流流型随热流密度增加而变化的示意图1汽泡状沸腾开始线；汽泡状沸腾开始线；2汽泡状沸腾终止线；汽泡状沸腾终止线；3蒸干线；蒸干线；4过热蒸汽线过热蒸汽线 西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所水平管内汽液两相流体主要流型水平管内汽液两相流体主要流型图图11-4 受热水平蒸发管汽液两相流流型受热水平蒸发管汽液两相流流型西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所正常情况下，垂直管内蒸汽形成的汽泡，呈乳状悬浮在水中，同水一正常情况下，垂直管内蒸汽形成的汽泡，呈乳状悬浮在水中，同水一起向上流动起向上流动(图图a)。当管壁附近流动阻力较大时，汽泡趋于阻力较小当管壁附近流动阻力较大时，汽泡趋于阻力较小的管子中间部分，呈柱状上升的管子中间部分，呈柱状上升(图图b)。当循环流速较小甚至停滞时，当循环流速较小甚至停滞时，即产生图即产生图c中的流动情况。中的流动情况。图图中中a、b两两种种流流动动，使使吸吸热热的的管管璧璧能能及及时时将将热热量量传传给给炉炉水水，也也使使本本身身不不断断得得到到冷冷却却。所所以以，炉炉内内火火焰焰温温 度度 虽虽 然然 很很 高高(可可 高高 达达1300C以以上上)，但但管管壁壁温温度度仍然在允许范围内。仍然在允许范围内。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所水水循循环环好好的的锅锅炉炉，炉炉水水的的升升温温和和汽汽化化快快，从从点点火火到到达达到到证证常常运运行行的的时时间间就就短短，反反之之，水水循循环环不不好好的的锅锅炉炉，从从点点火火到到达达到到正正常常运运行行的的时时间间就就长长。所所以以改改善善锅锅炉炉水水循循环环，是是保保证证锅锅炉炉安安全全、经经济济运运行行的关键之一。的关键之一。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所2运运动动压压头头：图图2-3中中，当当左左侧侧钢钢管管加加热热时时，便便形形成成循循环环流流动动。如如果果在在下下联联箱箱中中加加一一块块隔隔板板(见见图图1-1截截面面)，把把左左右右两两管管隔隔开开，此此时时两两侧侧将将受受到到不不同同的的压压力力，即即可可产产生生压压力力差差，这这个个压压力力差差叫叫运运动动压压头头。如如果果将将隔隔板板拿拿掉掉，水水开开始始流流动动，水水流流动动的的方方向向是是从从冷冷管管到到热热管管。冷冷管管整整个个管管里里的的水水向向下下流流动动，把把它它叫叫下下降降管管；热热管管里里的的汽汽水水混混合合物物向向上上流流动动，叫叫上上升升管管。炉炉水水由由锅锅筒筒到到下下降降管管，经经下下联联箱箱到到上上升升管管，形形成成汽汽水水混混合合物物再再回回到锅筒，构成一个循环回路。到锅筒，构成一个循环回路。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所3有有效效压压头头：流流体体受受热热后后产产生生的的运运动动压压头头，用用来来克克服服上上升升管管和和下下降降管管的的全全部部阻阻力力损损失失。因因此此，运运动动压压头头克克服服了了上上升升臂臂阻阻力力损损失失后后，剩剩余余的的压压头头去去克克服服下下降降管管内内的的阻阻力力损损失失。这这部部分分克克服服下下降降管管阻阻力力损损失失的的压压头，叫有效压头。头，叫有效压头。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所4循循环环流流速速：锅锅炉炉水水冷冷壁壁或或对对流流管管簇簇工工作作的的目目的的是是，有有足足够够的的水水流流经经这这些些受受热热面面，把把热热量量带带走走。管管内内工工质质流流速速高高，工工质质放放热热系系数数大大，就就能能更更好好地地把把管管壁壁传传来来的的热热量量带带走走，反反之之，如如果果工工质质不不流流动动或或流流动动很很慢慢，不不能能把把管管壁壁热热量量很很快快带带走走，管管壁壁温温度度就就会会升升高高，以以致致过过热热烧烧坏坏。因因此此，锅锅炉炉水水循循环环的的好好坏坏，常常用用循循环环流流速速来来判判断断。进进入入上上升升管管的的水水流流量量(容容积积流流量量)，除除以以上上升升管管流流通通截截面面积积所所得得的的值值，即即为循环流速。为循环流速。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所 5循循环环倍倍率率：在在上上升升管管中中每每产产生生1kg的的蒸蒸汽汽，需需要要由由下下端端进进入入钢钢管管的的水水量量为为多多少少kg，也也可可以以说说，进进入入上上升升管管的的水水流流量量与与同同时时产产生生的的蒸蒸汽汽量量的的比比值值即即为为循循环环倍倍率率。循循环环倍倍率率大大，表表示示上上升升管管出出口口段段汽汽水水混混合合物物中中水水的的份份额额大大，这这样样就就能能保保证证管管壁壁有有足足够够的的水水膜膜来来冷冷却却，不不致致过过热热烧烧坏坏。自自然然循循环环锅锅炉的循环倍率，可按表炉的循环倍率，可按表2-4选取。选取。表表2-4自然循环锅炉的循环倍率自然循环锅炉的循环倍率西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所10.2常见的水循环故障常见的水循环故障1循循环环停停滞滞：当当某某根根上上升升管管由由于于管管壁壁结结渣渣而而受受热热较较弱弱，这这时时管管内内的的汽汽水水混混合合物物不不流流动动，或或流流动动很很慢慢(图图2-5)，此此时时管管内内只只有有汽汽泡泡上上升升，而而炉炉水水停停滞滞不不动动，管管内内上上部部，几几乎乎没没有有水水，使使管管壁壁没没有有足足够够的的水水膜膜来来冷冷却却，导导致致管管壁壁烧烧坏坏。当当发发生生循循环环停停滞滞时时，管管内内产产生生的的蒸蒸汽汽量量等等于于进进入入管管内内的的水水量量，循循环环倍倍率率为为1。如如果果上上升升管管从从锅锅筒筒水水面面下下接接入入时时，管管内内随随时时充充满满水水，发发生生循循环环停停滞滞，甚甚至至倒倒转转，也也不不致致发发生生水水管管过过热热烧烧坏坏。当当上上升升管管从从锅锅筒筒水水面面上上接接入入又又发发生生循循环环停停滞滞时时，水水管管上上部部几几乎乎无无水水，水水管管极极易过热烧坏。易过热烧坏。因因此此，自自然然循循环环锅锅炉炉中中，除除非非迫迫不不得得已已的的情情况况，都都将将上上升升管管从从锅锅筒水面以下接入。筒水面以下接入。图2-5 管外壁结渣引起循环停滞及倒流 西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所2自自由由水水面面，上上升升管管从从锅锅筒筒水水面面以以上上接接入入时时，水水面面至至上上升升管管最最高高点点之之间间的的高高度度，使使上上升升管管增增加加一一个个提提升升流流阻阻损损失失。如如果果发发生生循循环环停停滞滞时时，上上升升管管下下端端水水供供应应不不足足，而而管管内内的的水水不不断断蒸蒸发发，钢钢管管上上部部只只有有汽汽，没没有有水水，并并出出现现一一个个水水面面(图图2-6)。这这个个水水面面叫叫做做自自由由水水面面，水水面面附附近近的的管管壁壁，受受汽汽、水水交交替替接接触触，管管壁壁温温渡渡发发生生交交替替变变易易使使管管璧璧强强度度减减弱弱而而造造成成破裂。破裂。图2-6 水循环不正常流动情况 西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所3循循环环倒倒流流：循循环环倒倒流流是是指指原原来来工工质质向向上上流流的的上上升升管管，变变成成工工质质自自上上向向下下流流动动的的下下降降管管(见见图图2-5)，它它发发生生在在上上升升管管或或上上联联箱箱自自锅锅筒筒水水面面以以下下接接入入的的锅锅炉炉中中。此此时时，如如果果自自上上向向下下流流动动的的炉炉水水量量多多，管管壁壁仍仍可可得得到到冷冷却却，而而不不致致过过热热烧烧坏坏。但但当当工工质质倒倒流流时时，流流速速很很低低，流流量量小小，汽汽泡泡有有向向上上流流动动的的趋趋势势，而而水水有有往往下下流流的的趋趋势势，结结果果使使汽汽泡泡处处在在不不上上不不下下的的状状态态(图图2-6a)，这这些些汽汽泡泡附附着着在在管管壁壁上上，就就可可能能导导致致管壁过热而烧坏。管壁过热而烧坏。产产生生循循环环倒倒流流的的原原因因是是，下下降降管管的的流流阻阻过过大大、下下流流水水量量不不能能满满足足上上升升管管的的需需要要，或或者者由由于于循循环环回回路路的的有有效效压压头头升升高高。而而受受热热弱弱的的部部分分上上升升管管流流动动压压头头减减小小，水水流流最最也也逐逐渐渐减减小小，以以至至发发生生倒倒流流，这这时时受受热热弱弱的的上上升升管管便便成成了了下下降降管管。当当水水沿沿着着上上升升管管向向下下流流动动时时，也也要要产产生生一一部部分分蒸蒸汽汽泡泡。此此蒸蒸汽汽泡泡要要往往上上流流，即即产产生生两两相相运运动动。如如果果蒸蒸汽汽泡泡的的流流动动速速度趋近于零时，可能附着在某处管壁，引起管壁过热烧坏。度趋近于零时，可能附着在某处管壁，引起管壁过热烧坏。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所4.汽汽水水分分层层：当当汽汽水水温温合合物物在在水水平平或或倾倾斜斜度度小小的的管管中中流流动动时时，受受汽汽水水重重度度差差的的作作用用，蒸蒸汽汽倾倾向向于于在在管管内内上上部部流流动动，炉炉水水倾倾向向于于在在管管内内下下部部流流动动。当当循循环环速速度度很很低低时时，会产生清晰的分界面，这个现象叫汽水分层会产生清晰的分界面，这个现象叫汽水分层(图图2-7)。在在垂垂直直管管里里一一般般不不会会发发生生汽汽水水分分层层。当当汽汽水水混混合合物物流流速速较较大大时时，即即使使在在倾倾斜斜管管段段上上，由由于于汽汽水水相相互互搅搅动动的的作作用用，也也不致产生汽水分层。不致产生汽水分层。当当管管内内出出现现汽汽水水分分层层时时，由由于于处处在在分分界界面面上上部部的的蒸蒸汽汽导导热热系系数数很很小小，管管璧璧得得不不到到冷冷却却，有有可可能能过过热热烧烧坏坏。处处在在分分界界面面下下部部的的管管壁壁，由由于于炉炉水水的的冷冷却却，不不致致烧烧坏坏。处处在在汽汽水水分分界界面面的的管管壁壁，由由于于受受到到汽汽水水交交替替接接触触，易易使使金金属属发发生生疲疲劳劳而造成损坏。而造成损坏。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所10.3 自然循环回路的水动力基本方程自然循环回路的水动力基本方程1.循环回路循环回路一般由下降管、上升管、锅筒、集箱及其他部件所组成。循环回路通常可分为简单回路和复杂回路。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所1.循环回路循环回路图图12-2 复杂循环回路复杂循环回路1一下降管；一下降管；2一引入管；一引入管；3一后墙水冷壁；一后墙水冷壁；4一防渣管；一防渣管；5一引出管；一引出管；6一前墙水冷壁；一前墙水冷壁；7一一侧墙水冷壁侧墙水冷壁图图12-1 简单循环回路简单循环回路并联的一组（根）下降管，并联的一组（根）下降管，一组（根）几何结构尺寸及一组（根）几何结构尺寸及吸热相同的上升管，及其他吸热相同的上升管，及其他部件所组成的独立循环系统部件所组成的独立循环系统 由一系列回路所组成，各由一系列回路所组成，各回路之间相互有联系，共回路之间相互有联系，共用其中的某一环节用其中的某一环节(如上升如上升管，下降管，锅筒管，下降管，锅筒)西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所2.简单回路的水动力基本方程简单回路的水动力基本方程稳定流动条件下，回路中任意一个截面上的作用力是平衡的。上升管压差上升管压差Sss 下降管压差下降管压差Sxj 简单回路的水动力简单回路的水动力基本方程，这种计基本方程，这种计算方法称为压差法算方法称为压差法 运动压头运动压头Syd 总阻力总阻力运动压头是循环回路中产运动压头是循环回路中产生的水循环动力。以该式生的水循环动力。以该式为基础进行水动力计算的为基础进行水动力计算的方法称为运动压头法方法称为运动压头法 有效压头有效压头Syx 下降管的下降管的流动阻力流动阻力 有效压头法有效压头法 西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所3.自然循环的重要特征参数自然循环的重要特征参数循环流速、循环流量、质量含汽率和循环倍率等 循环倍率K是衡量锅炉水循环可靠性的重要指标之一。每根蒸发管、每组管屏，每个循环回路以及整台锅炉都有各自的循环倍率，其数值并不一定相等。循环倍率小意味着上升管中的蒸汽含量大而循环流量小，相应的循环流速w0也就小。当循环倍率小于某一界限值Kjx时，由于水速很低而可能出现传热恶化，甚至循环流速等于零或几乎为零，水循环发生停滞或形成自由水位，从而可能导致蒸发管过烧损坏。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所10.4 循环回路的压差特性循环回路的压差特性在一定的热负荷及结构特性下，压差S和管内流量G（或质量流速w）的关系称为压差特性或水动力特性，相应曲线称为压差特性曲线或水动力特性曲线。用途：分析自然循环回路的工作原理及其影响因素，确定回路的工作状态。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所1.简单回路的压差特性简单回路的压差特性图图12-3 简单回路的压差特性及工作状态简单回路的压差特性及工作状态西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所2.实际循环回路的压差特性实际循环回路的压差特性图图12-4 上升管压差与吸热量的关系上升管压差与吸热量的关系西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所3.自补偿能力 由运动压头法：由运动压头法：图图12-5 上升管循环流量和吸热量的关系上升管循环流量和吸热量的关系 q较低、较低、x较小、循环倍率较小、循环倍率K较大时，较大时，随着随着q的增加，的增加，的增加大于的增加大于x的增加，的增加，Syd的增加大于总阻力的增加大于总阻力P的增加，的增加，回路中的动力大于阻力，使得循环流回路中的动力大于阻力，使得循环流量量G0相应增加相应增加。当当K大于某一界限循环倍率大于某一界限循环倍率Kjx时，循环回路具有因上时，循环回路具有因上升管吸热量升管吸热量q增加而使循环流量增加而使循环流量G0随之增加的能力，随之增加的能力，称为自然循环回路的自补偿能力。称为自然循环回路的自补偿能力。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所12.1.3 循环回路工作点的确定方法循环回路工作点的确定方法1.确定循环回路工作点的图解法图图126 确定工作点的图解法确定工作点的图解法 西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所2.复杂回路的压差特性曲线和工作点复杂回路的压差特性曲线和工作点其主要步骤为：利用简单回路绘制压差特性曲线的方法，通过计算作出各管组或管子在一定条件下的压差特性曲线；寻找所有回路的共同部分，将各曲线合成，得出整个系统的总特性曲线，并求出回路的总工作点；再按相反的秩序或通过分析，从总工作点反推求得各管组或管子压差特性曲线的工作点。压差特性曲线的合成基于工质的物质平衡和作用于工质上的力平衡两个基本原理。其合成规律为：稳定工况下，串联回路时的流量相等，在相同流量下压差迭加；并联回路的两端压差相等，在相同压差下流量迭加。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所（1）并联回路）并联回路图图12-7 并联回路及其特性曲线并联回路及其特性曲线西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所（2）串联回路）串联回路 图图12-8 串联回路及其特性曲线串联回路及其特性曲线 西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所(3)具有共同引入管不同引出管的复杂回路具有共同引入管不同引出管的复杂回路图图12-9 有共同引入管不同引出管的回路及其特性曲线有共同引入管不同引出管的回路及其特性曲线 西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所10.5 自然循环水动力计算自然循环水动力计算10.5.1 水动力计算的目的和内容水动力计算的目的和内容目的：为锅炉设计或循环系统变动较大的改装锅炉确定最佳的回路结构，校核锅炉受热面的工作可靠性，并提出提高可靠性的措施。内容和原则：确定循环流量或流速，循环倍率，循环回路的各种压差以及可靠性指标；计算时的受热状况，工质流速，压差等参数均为管组或回路的平均值，但在进行安全性校验时，需按条件最差的管子进行；锅炉在通常的负荷变化范围内对水循环特性影响不大，通常只对额定参数进行计算；对结构特性和受热状况基本相同的回路，可选其中一个回路进行计算。所需要的原始数据分回路的结构特性和热力数据两类。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所10.5.2 循环回路的压降计算循环回路的压降计算1.下降系统压差的计算单相流体力学问题2.上升系统压差的计算单相及两相流体力学问题各种阻力（摩擦、局部）的确定。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所10.5.3 水动力计算方法和步骤水动力计算方法和步骤根据热力计算结果及结构数据等假定循环倍率，计算锅筒水的欠焓确定工作点求出循环倍率及锅筒水欠焓，与假定值比较进行水循环可靠性校验，提出改进措施。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所10.6 自然水循环的可靠性自然水循环的可靠性10.6.1 上升管内工质的流动停滞和倒流上升管内工质的流动停滞和倒流考察上升管组引入锅筒水空间时的情况。由于并联上升蒸考察上升管组引入锅筒水空间时的情况。由于并联上升蒸发管组的各管均在同一工作点的压差发管组的各管均在同一工作点的压差S0下工作，即下工作，即S0是一是一个常数，则个常数，则 若存在并联管的吸热不均匀性，在锅炉的自补偿能力范围若存在并联管的吸热不均匀性，在锅炉的自补偿能力范围内，当某管受热弱时，该管中工质的平均密度增大，其重内，当某管受热弱时，该管中工质的平均密度增大，其重位压降也增大；位压降也增大；由于工作点由于工作点S0不变，则该管的流动阻力减小，即流量减小。不变，则该管的流动阻力减小，即流量减小。当该管的重位压降刚好等于当该管的重位压降刚好等于S0时，则偏差管内工质的流速时，则偏差管内工质的流速为零；为零；当该管的重位压降大于当该管的重位压降大于S0时，则工质的流动改变方向，成时，则工质的流动改变方向，成为受热的下降流动管。为受热的下降流动管。Z为结构特参数，向上流动取为结构特参数，向上流动取正号，向下流动取负号。正号，向下流动取负号。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所图图12-13 全压差特性曲线全压差特性曲线由上式可得全压差特性曲线由上式可得全压差特性曲线西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所1.停滞停滞当某管内工质的重位压头增加到等于工作点压差时，该管当某管内工质的重位压头增加到等于工作点压差时，该管内流速为零。称为流动停滞。内流速为零。称为流动停滞。此时，管内水几乎不动，蒸汽靠浮泡流动进入锅此时，管内水几乎不动，蒸汽靠浮泡流动进入锅 筒。即进筒。即进口水流量口水流量G与出口蒸发时与出口蒸发时D相等，相等，K=1。压差特性曲线在流量压差特性曲线在流量G0D的区间为流动不稳定区域。的区间为流动不稳定区域。因为流量极低时，产生的蒸汽在管内积聚，使平均密度急因为流量极低时，产生的蒸汽在管内积聚，使平均密度急剧减小，重位压降减小而剧减小，重位压降减小而S0不变，即循环动力增加，因此不变，即循环动力增加，因此流量增加；而流量增加后含汽率又减小，平均密度大，重流量增加；而流量增加后含汽率又减小，平均密度大，重位压差增大而使流量又减小，这使得流量一直处于波动状位压差增大而使流量又减小，这使得流量一直处于波动状态。态。当上升管引入锅筒的蒸汽空间时，循环停滞时将在受热弱当上升管引入锅筒的蒸汽空间时，循环停滞时将在受热弱的上升管中形成自由水面。的上升管中形成自由水面。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所2.倒流倒流当受热上升管内的工质当受热上升管内的工质改变流动方向而向下流改变流动方向而向下流动时，称为动时，称为倒流倒流。不稳不稳定工定工作点作点西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所10.6.2 循环可靠性校验循环可靠性校验1.水循环可靠性指标水循环可靠性指标自然水循环可靠性指标是保证所有的水冷壁管自然水循环可靠性指标是保证所有的水冷壁管子都具有足够流量且得到正常和充分的冷却。子都具有足够流量且得到正常和充分的冷却。排除危险工况：排除危险工况：循环停滞或自由水面。循环停滞或自由水面。循环倒流。循环倒流。下降管内的工质带汽或汽化。下降管内的工质带汽或汽化。循环倍率过小，有可能出现沸腾传热恶化。循环倍率过小，有可能出现沸腾传热恶化。锅炉的水质成分不合格，含盐量过高。锅炉的水质成分不合格，含盐量过高。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所2.停滞、倒流压差校验停滞、倒流压差校验不发生停滞的条件 不发生自由水面的条件 不发生倒流的条件 西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所小结水循环故障总是出现在受热弱的管子中水循环故障总是出现在受热弱的管子中上升管引入水空间时，停滞时水速为零，上升管引入水空间时，停滞时水速为零，但有一定产汽量但有一定产汽量上升管引入汽空间时，发生自由水面上升管引入汽空间时，发生自由水面上升管引入水空间时，可能发生倒流，若上升管引入水空间时，可能发生倒流，若能带走汽泡，工作是安全的，但不允许能带走汽泡，工作是安全的，但不允许上升管引入汽空间时，不会发生倒流上升管引入汽空间时，不会发生倒流西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所10.6.3 水循环可靠性分析水循环可靠性分析1.循环可靠性的影响因素循环可靠性的影响因素（1）压力的影响）压力的影响低压时低压时(S2)，重位压差小而，重位压差小而流阻大，倒流压差低，停流阻大，倒流压差低，停滞比倒流易发生。压力提滞比倒流易发生。压力提高高(S1)，重位压差增大而流，重位压差增大而流阻减小，在正流量区压差阻减小，在正流量区压差的变化非常有限；而倒流的变化非常有限；而倒流压差增大较多，与低压压压差增大较多，与低压压差曲线间的差距较大，则差曲线间的差距较大，则倒流较易发生。倒流较易发生。压力提高，汽水间密度差压力提高，汽水间密度差减小，循环倍率和循环流减小，循环倍率和循环流速均下降，且循环倍率的速均下降，且循环倍率的变化幅度比循环流速的变变化幅度比循环流速的变化幅度大。化幅度大。图图1215 压力及热负荷对循环可靠性的影响压力及热负荷对循环可靠性的影响西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所（2）热负荷的影响）热负荷的影响由于由于q不均匀，工作在同一不均匀，工作在同一S0下，下，受热最弱管中流量最小，其工作点受热最弱管中流量最小，其工作点最接近停滞压差或最大倒流压差，最接近停滞压差或最大倒流压差，最易发生停滞、自由水位或倒流。最易发生停滞、自由水位或倒流。受热弱管的受热弱管的S1比受热强管曲线比受热强管曲线S2的的工作可靠性要差。工作可靠性要差。高高q时，倒流曲线比较平缓，甚至时，倒流曲线比较平缓，甚至没有最高点，因此停滞比倒流更易没有最高点，因此停滞比倒流更易发生。当发生。当q降低时，重位压差增加降低时，重位压差增加而流动阻力减小，使得压差曲线向而流动阻力减小，使得压差曲线向上移，向上流动的压差变化较小；上移，向上流动的压差变化较小；而负流量区压差增加很快，且曲线而负流量区压差增加很快，且曲线的弯曲较大，最大倒流压头可能比的弯曲较大，最大倒流压头可能比停滞压头大，即倒流较易发生。停滞压头大，即倒流较易发生。图图1215 压力及热负荷对循环可靠性的影响压力及热负荷对循环可靠性的影响西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所（3）回路阻力的影响）回路阻力的影响循环回路的流动阻力主要包括三部分，循环回路的流动阻力主要包括三部分，下降管的阻力、水冷壁的阻力及汽水下降管的阻力、水冷壁的阻力及汽水引出管道阻力。引出管道阻力。图图1216 下降管阻力对循环可靠性的影响下降管阻力对循环可靠性的影响 图图1217 水冷壁阻力对循环可靠性的影响水冷壁阻力对循环可靠性的影响图图1218 汽水引出管阻力对循环可靠性的影响汽水引出管阻力对循环可靠性的影响 西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所（4）下降管含有蒸汽的影响）下降管含有蒸汽的影响下降管含汽，密度减小，重位压头下降，回路下降管含汽，密度减小，重位压头下降，回路运动压头降低；运动压头降低；变成两相流动而阻力增大。变成两相流动而阻力增大。当下降管内水速较小时，不易带走蒸汽泡。当下降管内水速较小时，不易带走蒸汽泡。带汽的可能原因：带汽的可能原因：进入下降管的水发生自汽化。进入下降管的水发生自汽化。锅筒水空间含的蒸汽被直接带入下降管。锅筒水空间含的蒸汽被直接带入下降管。旋涡斗将蒸汽吸入下降管中。旋涡斗将蒸汽吸入下降管中。下降管受热产生蒸汽。下降管受热产生蒸汽。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所2.提高水循环可靠性的措施提高水循环可靠性的措施（1）设计时，必须保证受热弱管的工作点压）设计时，必须保证受热弱管的工作点压差大于停滞、自由水面及最大倒流压差。差大于停滞、自由水面及最大倒流压差。（2）根据热负荷的强弱划分循环回路。）根据热负荷的强弱划分循环回路。（3）减小循环回路的流动阻力。）减小循环回路的流动阻力。（4）防止下降管带汽。）防止下降管带汽。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所流流动动压压头头的的大大小小，决决定定于于水水和和汽汽水水混混合合物物的的重重度度差差与与回回路路的的高高度度。因因此此，在在锅锅炉炉设设计计中中，应应避避免免出出现现受受热热死死角角，同同时时，又又要要保保证证回回路路的的高高度度。当当锅锅炉炉工工作作压压力力在在8个个大大气气压压以以下下时时，高高度度不不得得小小于于2m，当当锅锅炉炉工工作作压压力力在在13个个大大气气压压时时，高度不得小于高度不得小于3.5m。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所2增加流动压头，可提高循环流速。因此，增加流动压头，可提高循环流速。因此，在锅炉设计中，要考虑在各种情况下，循环在锅炉设计中，要考虑在各种情况下，循环流速不低于流速不低于0.4m/s。一般要求直接引入锅筒。一般要求直接引入锅筒的水冷壁，循环流速应为的水冷壁，循环流速应为0.51.5m/s；有上；有上联箱的水冷壁的循环流速应为联箱的水冷壁的循环流速应为0.21.0m/s，小容量锅炉水冷璧的循环流速应为，小容量锅炉水冷璧的循环流速应为0.20.8m/s；对流管簇要求为；对流管簇要求为0.21.7m/s。循。循环倍率是保证水循环正常的重要因素，在设环倍率是保证水循环正常的重要因素，在设计时可按表计时可按表2-4选取。选取。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所3.要要减减少少回回路路中中的的阻阻力力，回回路路布布置置要要合合理理。例例如如，上上升升管管或或上上联联箱箱汽汽水水引引出出管管，要要尽尽可可能能从从锅锅筒筒水水面面以以下下引引入入。如如果果必必须须超超过水面时，超出高度尽可能小，以减少循环停滞的可能性。过水面时，超出高度尽可能小，以减少循环停滞的可能性。要要布布置置足足够够的的下下降降管管，使使下下降降管管的的总总截截面面积积为为上上升升管管总总截截面面积积的的2030%。下下降降管管应应由由锅锅筒筒的的最最下下方方引引出出。引引出出管管的的位位置置，离离锅锅筒筒内内水水面面要要保保证证有有足足够够的的高高度度，并并应应避避免免蒸蒸汽汽被被抽抽进进下下降降管管的的可可能能。为为了了避避免免引引出出管管口口的的汽汽塞塞现现象象，可可将将引引出出管管口口适适当当加粗，然后，再与下降管连接。加粗，然后，再与下降管连接。下下降降管管不不应应受受热热，从从炉炉墙墙外外接接至至下下联联箱箱，如如果果放放在在墙墙里里，要要有绝对可靠的保温。有绝对可靠的保温。上上升升管管应应尽尽量量采采取取垂垂直直布布置置，在在必必须须倾倾斜斜的的地地方方，应应避避免免水水平平或或接接近近水水平平布布置置，倾倾角角一一般般应应大大于于300，最最小小不不得得低低于于150，以以避免出现汽水分层现象。避免出现汽水分层现象。上上升升管管的的布布置置要要避避免免受受热热不不均均引引起起流流动动不不均均现现象象，因因此此，尽尽可可能能将将上上升升管管分分成成多多组组独独立立回回路路，使使同同一一回回路路中中上上升升智智的的长长度度和受热情况尽可能一样。和受热情况尽可能一样。西西安安交交通通大大学学锅锅炉炉研研究究所所4.在在锅锅炉炉运运行行中中，应应做做到到以以下下几几点点，尽尽可可能能保保持持负负荷荷均均匀匀，汽汽压压稳稳定定，燃燃烧烧正正常常，防防止止火火焰焰偏偏斜斜，保保证证给给水水品品质质，防防止止受受热热面面结结垢垢；合合理理排排污污，按按时时对对受受热热面面进进行行吹吹灰灰，合合理理选选择择燃燃料料，强强化化燃燃烧烧，避避免免受受热热面面结结焦焦等等，这些都是保证水循环的重要因素。这些都是保证水循环的重要因素。