自然循環(huán)鍋爐

第七章自然循環(huán)鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)§1

蒸發(fā)設備§2

自然循環(huán)原理§3

水冷壁內汽液兩相流流型及傳熱§4

自然循環(huán)的可靠性指標及常見問題2/3/20231PrinciplesofBoiler一、水冷壁㈠水冷壁的作用㈡水冷壁的分類二、汽包三、下降管四、聯(lián)箱§1

蒸發(fā)設備自然循環(huán)鍋爐蒸發(fā)設備主要由汽包、下降管、水冷壁(上升管)、聯(lián)箱及其連接管道組成。

工質在這些蒸發(fā)設備組成的閉合回路中循環(huán)流動，稱為水循環(huán)。水冷壁主要吸收爐膛火焰及煙氣的輻射熱量，使水冷壁管內的水汽化為蒸汽。2/3/20232PrinciplesofBoiler一、水冷壁㈠水冷壁的作用㈡水冷壁的分類§1

蒸發(fā)設備懸掛在爐膛四周的水冷壁主要吸收爐膛火焰及煙氣的輻射熱量，使水冷壁管內的水汽化為蒸汽；可以降低爐膛出口煙氣溫度，防止爐膛出口結渣，保護爐膛出口受熱面；還可以起到懸掛爐墻的作用。分兩種：光管壁——廣泛采用敷管式爐墻。

膜式壁（大型鍋爐均采用）對于蒸汽鍋爐，水冷壁主要為蒸發(fā)受熱面；對于熱水鍋爐或超臨界壓力直流鍋爐，水冷壁主要為加熱受熱面。蒸發(fā)受熱面：大型鍋爐中主要是水冷壁。作用使水蒸發(fā)2/3/20233PrinciplesofBoiler光管式水冷壁2/3/20234PrinciplesofBoiler膜式(鰭片管)水冷壁2/3/20235PrinciplesofBoiler銷釘式(刺管)水冷壁（衛(wèi)燃帶）；2/3/20236PrinciplesofBoiler水冷壁的分類對爐墻的保護好，只需保溫材料，不用耐火材料，故爐墻重量輕，便于采用懸吊結構；可防止管壁超溫。

爐膛氣密性好，可減少漏風，降低熱損失，提高鍋爐效率；

有較大的輻射受熱面積，可降低受熱面金屬耗量；可工廠預制；

爐墻蓄熱能力小，爐膛燃燒室升溫快，可縮短鍋爐的啟停時間。膜式壁圖7-1膜式水冷壁的結構（a）光管焊成的膜式水冷壁；（b）肋片管焊成的膜式水冷壁2/3/20237PrinciplesofBoiler膜式水冷壁：兩種類型見圖7-1。結構尺寸：606.5mm的軋制鰭片管或63.57.5mm的焊接鰭片管；水冷壁的分類2/3/20238PrinciplesofBoiler內螺紋管水冷壁：工質在管內流動時產生強烈的擾動。把液體壓向壁面，強迫汽泡脫離管壁被水帶走，破壞膜態(tài)汽層。可有效防止膜態(tài)沸騰產生，避免管壁超溫。用于爐內高熱負荷區(qū)域的膜式水冷壁，確保水冷壁安全可靠。水冷壁的結構2/3/20239PrinciplesofBoiler1、汽包作用2、汽包內部裝置§1蒸發(fā)設備二、汽包2/3/202310PrinciplesofBoiler汽包圖片2/3/202311PrinciplesofBoiler汽包系統(tǒng)2/3/202312PrinciplesofBoiler圖7-2汽包的外形實例2/3/202313PrinciplesofBoiler⑴汽包接受省煤器來的給水，并向過熱器輸送飽和蒸汽，同時它與下降管、水冷壁管連接，組成自然水循環(huán)系統(tǒng)，所以，汽包是加熱、蒸發(fā)、過熱三個過程的連接樞紐，也是這三個過程的分界；⑵增加鍋爐的蓄熱量并蓄水：鍋爐蓄熱量的變化是依靠汽壓的變化來實現(xiàn)的，能緩沖壓力與水位；⑶汽包內裝有各種凈化裝置。如汽水分離裝置、蒸汽清洗裝置、排污及加藥裝置等、從而改善了蒸汽品質。⑷汽包上裝有壓力表、水位計和安全閥等附件，汽包內還裝有事故放水裝置，可保護鍋爐安全。汽包作用

2/3/202314PrinciplesofBoiler汽包作用

某亞臨界參數鍋爐汽包：汽包內壁設置弧形襯套5，由沿汽包長度延伸的擋板構成。汽水混合物由上部進入汽包，沿弧形襯套向下流動，均勻加熱汽包壁，可減少汽包上下壁溫差及相應的熱應力。樞紐：連接省煤器、蒸發(fā)受熱面、過熱器蓄能、蓄水：緩沖壓力與水位汽包上裝有汽水分離、蒸汽清洗、排污鍋內加藥等裝置。汽包上裝有壓力表、水位計和安全閥等附件，汽包內還裝有事故放水裝置，可保護鍋爐安全。2/3/202315PrinciplesofBoiler汽包與內部裝置

下降管管座：位于汽包底部，保證下降管入口上部有最大的水層高度，以防下降管進口處工質汽化；下降管入口處裝有十字架，以消除大直徑下降管進口產生漏斗形水面，防止蒸汽進入下降管，保證鍋爐水循環(huán)的安全。汽包的外形，如圖7-2所示。汽包是長圓筒的密閉承壓容器，開有很多管孔。300MW鍋爐直徑約1.8m，壁厚15cm，長約22m。2/3/202316PrinciplesofBoiler2/3/202317PrinciplesofBoiler汽包筒體上部有：飽和蒸汽引出管管座1，汽水混合物引入管管座2；汽包筒體下部有：給水管管座連續(xù)排污管管座12事故放水管管座汽包與內部裝置

2/3/202318PrinciplesofBoiler

渦輪式旋風分離器6沿汽包長度方向分兩排對稱布置，對汽水混合物進行第一次粗分離；

波形板干燥器3

在汽包頂部沿長度方向分前后兩組（每組兩排，對稱布置）呈鳥翼狀傾斜的立式，

進行第三次分離。

立式波形板（又稱頂帽）布置在分離器的頂部，進行第二次分離；汽水混合物經三次分離，水經疏水管4引至汽包水容積，蒸汽通過頂部布置的多孔板進行均流，由飽和蒸汽引出管將蒸汽引至爐頂過熱器。汽包與內部裝置

2/3/202319PrinciplesofBoiler汽包的安全運行汽包的應力：包括機械應力和熱應力——汽包的強度計算汽包的超壓保護：在汽包和過熱器出口裝置100%容量的安全閥或汽輪機旁路三用閥（機組啟停、蒸汽溢流、超壓保護）。汽包的運行保護：在鍋爐進水、啟動、停運和負荷變化時都可能發(fā)生過大的汽包上下壁、內外壁溫差并產生相應的熱應力。運行中必須限制汽包上下、內外壁溫差。2/3/202320PrinciplesofBoiler1、下降管的作用鍋爐下降管的作用是把汽包內的水連續(xù)不斷地通過下聯(lián)箱供給水冷壁，保證水冷壁中有連續(xù)流動的工質，確保水冷壁的安全運行，同時維持正常的水循環(huán)。2、下降管的布置現(xiàn)代大機組鍋爐大都采用4～6根大直徑集中型下降管，以減小下降管系統(tǒng)的流動阻力，以提高自然循環(huán)的可靠性，并能節(jié)約鋼材，簡化布置。§1蒸發(fā)設備三、下降管2/3/202321PrinciplesofBoiler1、聯(lián)箱的作用聯(lián)箱的作用是匯集、混合、分配工質。2、下降管的結構布置在爐外，不受熱，是由無縫鋼管兩端焊接平封頭構成，在聯(lián)箱上有若干管頭與管子焊接相連。水冷壁下聯(lián)箱底部還設有定期排污裝置、爐底蒸汽加熱裝置等。§1蒸發(fā)設備四、聯(lián)箱2/3/202322PrinciplesofBoiler水冷壁2/3/202323PrinciplesofBoiler主給水系統(tǒng)2/3/202324PrinciplesofBoiler§2

自然循環(huán)原理根據鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)工質流動的工作原理，鍋爐可分為自然循環(huán)鍋爐和強制流動鍋爐。控制循環(huán)鍋爐和直流鍋爐屬強制流動鍋爐。直流鍋爐是靠給水泵壓頭使水和汽水混合物在水冷壁管內強制流動?？刂蒲h(huán)是在下降管側裝設爐水再循環(huán)泵以推動工質在循環(huán)回路中循環(huán)流動；自然循環(huán)是靠下降管和上升管系統(tǒng)中工質密度差所產生的重位壓差來推動工質在循環(huán)回路中流動。

控制循環(huán)鍋爐和自然循環(huán)鍋爐均屬汽包鍋爐。一、自然循環(huán)的概念2/3/202325PrinciplesofBoiler自然循環(huán)工作原理自然循環(huán)的工作原理下降管中水與上升管中汽水混合物間的重位壓頭差使水在回路中產生環(huán)形流動，稱為水循環(huán)。在自然循環(huán)鍋爐中，流動阻力是由下降管和上升管系統(tǒng)的重位差來克服的。用來克服水循環(huán)回路總阻力的壓頭，也就是自然循環(huán)的推動力稱為自然循環(huán)的運動壓頭。

2/3/202326PrinciplesofBoiler

簡單循環(huán)回路壓差平衡式(取向下為正)

自然循環(huán)的工作原理下降管中水與上升管中汽水混合物間的重位壓頭差使水在回路中產生環(huán)形流動，水循環(huán)1、自然循環(huán)的基本概念H、Hi——下降管的高度（即循環(huán)回路的高度）及上升管各區(qū)段的高度，m；——下降管中工質及上升管各區(qū)段工質的平均密度，kg/m3；Pxj、Ps——下降管及上升管流動阻力損失，Pa式中：2/3/202327PrinciplesofBoiler§2

自然循環(huán)原理汽包鍋爐循環(huán)回路是由汽包、下降管、聯(lián)箱、水冷壁（上升管）所形成的工質流動的封閉線路。水循環(huán)是指鍋爐水在循環(huán)回路中循環(huán)流動的現(xiàn)象。自然水循環(huán)的概念：密度差重位壓差循環(huán)動力

在爐頂端，有貯水、貯汽的汽包，內有汽水分離裝置，爐膛內壁有彼此緊密排列的水冷壁管，爐膛內的高溫火焰將水冷壁管內的水加熱成汽水混合物上升進入汽包，而爐外下降管則將汽包中的低溫水靠自重下降至下連箱與爐內水冷壁管接通，靠爐外冷水下降而爐內水冷壁管中熱水自然上升的鍋爐叫自然循環(huán)（汽包）鍋爐，而當壓力高到16.66~17.64MPa時，水、汽重度差變小，必須在循環(huán)回路中加裝循環(huán)泵，即稱為控制循環(huán)鍋爐。當壓力超過18．62MPa時，應采用直流鍋爐。2/3/202328PrinciplesofBoiler§2

自然循環(huán)原理在自然循環(huán)鍋爐中，流動阻力是由下降管和上升管系統(tǒng)的重位差來克服的。用來克服水循環(huán)回路總阻力的壓頭，也就是自然循環(huán)的推動力稱為自然循環(huán)的運動壓頭，用來表示。即：

（7——5）

——循環(huán)回路的高度，m；——上升管中工質的平均密度，kg/m3；——下降管中工質的平均密度，kg/m3。

二、自然循環(huán)的運動壓頭2/3/202329PrinciplesofBoiler§2

自然循環(huán)原理在自然循環(huán)系統(tǒng)中運動壓頭中用來克服下降管系統(tǒng)阻力的壓頭稱為有效壓頭，用來表示。即：

（7——7）

——自然循環(huán)的有效壓頭；——自然循環(huán)的運動壓頭；——上升管系統(tǒng)的阻力壓降。

三、自然循環(huán)的有效壓頭2/3/202330PrinciplesofBoiler§2

自然循環(huán)原理自然循環(huán)在工質穩(wěn)定流動時，有效壓頭數值上等于下降管側阻力，即：