锅炉原理 第9章 自然循环原理及计算课件.ppt

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1、第九章自然循环原理及计算热能与动力工程第一节自然循环原理与基本概念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12-1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。下降管侧上升管侧水在回路中循环流动时，下降管侧压差Yxj等于上升管侧压差Yss自然循

2、环的实质：由重位压差造成的循环推动力克服上升系统和下降系统的流动阻力，推动工质在循环回路中流动。即由于水冷壁管吸热，使水的密度xj改变成为汽水混合物的密度hu，并在高度为H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。工质密度差不仅与压力有关，而且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，工质循环流动速度越高；而压力越高，汽、水的密度差降低，工质循环流动速度越低。二自然循环的基本概念循环流速w0:在饱和水状态下进入上升管入口的水的流速。质量含汽率x:上升管中蒸汽所占循环流量的份额。或汽水混合物

3、中蒸汽所占的份额。循环倍率Ｋ:上升管中实际产生一公斤蒸汽需要进入多少公斤水名义循环倍率K0：按锅筒引出的饱和蒸汽量计算的循环倍率锅筒水室凝汽量D亚临界锅炉锅筒水室中存在着蒸汽的凝结过程，使水冷壁的实际蒸发量大于从锅筒引出的饱和蒸汽量。在锅筒水室中被凝结的蒸汽量就称为锅筒水室凝汽量，记作D。由于凝汽量的存在，水冷壁中的质量含汽率应按实际蒸发量计算。凝汽量与循环流量的比值被称为凝汽率xnq凝汽率与锅炉压力和负荷有关一台容量为1025T/H的亚临界参数锅炉，最大凝汽量达到290t/h之多，锅筒水室中存在的凝汽过程，使得MCR负荷时水冷壁中实际的蒸发量比

4、名义蒸发量大6.8％，水冷壁中的质量含汽率由0.24增大到0.31，由此引起循环系统的实际循环倍率小于名义循环倍率。国内的推荐数据：当p=18.6MPa时，xnq=0.042。第二节自然循环锅炉水冷壁的安全运行一影响水冷壁安全运行的主要因素水质不良导致的水冷壁管内结垢与腐蚀，水冷壁受热偏差或管内流动阻力的影响，导致个别或部分管子出现循环流动的停滞或倒流；水冷壁热负荷过大导致的管子内壁面附近出现膜态沸腾；锅筒水位过低引起水冷壁中循环流量不足，甚至发生更为严重的“干锅”；燃烧产生的腐蚀性气体对金属管子外壁面的高温腐蚀；结渣和积灰导致的对金属管壁的侵蚀；煤

5、粉气流或含灰气流对金属管壁的磨损。停滞倒流膜态沸腾水的冷却汽的冷却连续水膜被破坏爆管超温传热恶化二蒸发管内的停滞、倒流和膜态沸腾1.循环停滞水冷壁分成几至以至几十个独立的水循环回路。炉膛中温度场分布不均；上升系统的结构偏差和流量分配偏差；虽然管屏进出口联箱的压差是相同的，但每根管子的流动速度可能不同。受热弱的管子中，工质密度大，当这根管子的重位压头接近于管屏的压差时，管屏的压差只能托住液柱，而不能推动液柱的运动。这时，管内就出现了流体的停滞现象。从循环特性，停滞现象：循环流速w0→0，但w0≠0；即循环流量G=D，但G≠0；停滞管的压差等于下降管的压

6、差，即Ytz=Yxj，但停滞管的流动阻力ptz→0。后果：汽泡聚集弯头和焊缝处，并可能形成大汽泡，造成蒸汽塞，管子局部就会过热超温。当存在自由水面时，管子上半部是汽，下半部是水。管子上部就会过热超温；自由水面：进入上升管的循环流量微小，以至在管子微弱吸热后被蒸发成汽泡。后果：当自由水面的位置波动时，还会引起管子的疲劳应力水循环停滞导致水冷壁管传热恶化；主要发生在受热弱的管子上。由于受热不均，有的管中工质向上流，有的管中工质向下流。工质向下流的管子就叫“倒流管”。倒流现象：本来应该是工质向上流的上升管，变成了工质向下流的下降管。倒流现象的本质：倒流管

7、的压差大于同一片管屏或同一回路的平均压差，即Ydl＞Yhl。从而迫使工质向下流动。2.倒流在倒流管中，水向下运动，而汽泡由于受到浮力向上运动。当倒流速度较慢且等于汽泡向上运动的速度时，向下流的水带不走汽泡，造成汽泡不上不下的状态，引起汽塞，发生传热恶化，以至使管子出现局部过热超温。当管内工质倒流速度很快时，管子仍能得到良好冷却，不出现局部超温。当汽水混合物引出管从汽包汽空间引入时，不会出现倒流。当水冷壁受热不均比较严重时，受热最差的管子有时可能出现停滞，有时可能出现倒流，所以同一根管子出现停滞和倒流以及向上流动的机会并不是固定的，而是随管外吸热状态和

8、管内工质密度的变化而变化的。核态沸腾：水冷壁管受热时，在管子内壁面上开始蒸发，形成许多小汽泡。如果此时管外的