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1、一. 自然水循环的工作原理 自然水循环的蒸发系统由汽包、下降管、分配水管、下联箱、上升管、上联箱、汽水引出管 和汽水分离器组成。 自然水循环回路中的下降管布置在炉外不受热，而回路中的上升管为受热管，两种管的上下 端分别与汽包和下联箱相连，共同构成密闭回路，称为水循环回路。锅炉汽包具有较大容积， 上半部为蒸汽空间，下半部为水容积，两者间的分界面称为蒸发面，整个回路的水统称为锅 炉水，锅炉水在水循环回路中循环流动的现象称为水循环。 蒸发系统的工作流程：从省煤器来的给水先进入汽包，经下降管、下联箱送入水冷壁，水在 水冷壁内吸收热量，部分蒸发并形成汽水混合物，进入上联箱汇合后，经汽水引出管引入汽 包，
2、并经其内的汽水分离器进行汽水分离，分离出的饱和蒸气由蒸汽引出管引到过热器，分 离出的水与省煤器来的给水混合后流进下降管，完成一个循环。 在水循环回路中，下降管的工质是饱和水或为欠热水，饱和水或欠热水在上升管中受热并产 生部分饱和蒸汽。由于下降管中水的密度大于水冷壁中汽水混合物的密度，因此在下联箱两 侧产生压力差，此压力差将推动上升管中的汽水混合物向上流动，在下降管中向下流动，形 成自然水循环。 回路中的循环推动力称为运动压头，由于工质流经上升管时为逐渐受热，沿上升管长度方向 各处的含汽率（含汽率即为汽水混合物的干度）是变化的，因此上升管中汽水混合物密度不 同。二. 蒸发受热面蒸发受热面是指水在
3、其中吸热幷汽化的受热面，锅炉炉膛四周炉墙上铺设的受热面称为水冷 壁。在有些锅炉中为了增加蒸发受热面在炉膛中安装的翼型墙或分割屏也属于水冷壁。 水冷壁的作用：水冷壁是锅炉蒸发设备中唯一的受热面，它布置在炉膛内壁四周或部分布置 在炉膛中间。其主要作用有:吸收炉膛辐射热量，使水部分蒸发成饱和蒸汽;保护炉墙， 简化炉墙结构，在炉墙向火表面铺设水冷壁，使炉墙温度大大降低，不会被烧坏，同时还防 止了炉墙结渣；节省金属，降低炉墙造价。水冷壁是以辐射传热为主的受热面，辐射传热 比对流传热强烈的多，故吸收相同的热量可节省金属的用量。三. 汽水循环系统 水循环回路由汽包、下降管、水冷壁下联箱、水冷壁管、水冷壁上联
4、箱及导气管组成。 1，汽包 汽包是自然循环锅炉的重要部件之一，又称锅筒。现代电厂锅炉只有一个汽包，横置于炉外 顶部，不受热，并施以绝热保温。其主要作用有： 接受省煤器来的给水，与下降管，水冷壁等连接组成水循环系统，并向过热器输送饱和 蒸汽。因此汽包是加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽和大致分界点。 汽包中存有一定量的汽、水，因而具有一定的储热能力。在负荷变化时，能起到蓄热器 和蓄水器的作用，可稳定气压，有利于锅炉的运行调节。 汽包可以净化蒸汽及提高蒸汽品质。汽包内装有汽水分离装置、蒸汽清洗装置、排污装 置、锅内加药装置等。 汽包上装有各种表计用来保证汽包安全运行。如压力表、水位计、安全阀、及事
5、故放水 装置等。2，下降管和联箱下降管的作用是将汽包中的水连续不断的送往下联箱供给水冷壁，以维持正常的水循环。其 布置在炉外不受热，并加以保温。材料一般采用20 号锅炉钢。 联箱的作用是汇集、混合、分配工质，其一般由无缝钢管两端焊上平封头构成，联箱上带有 管头，在现场将要连接的管子管头对焊起来。通常水冷壁下联箱底部还装有定期排污装置和 监视膨胀用的膨胀指示，以及蒸汽加热装置。联箱一般不受热，材料常用20 号碳钢，有的亚临界压力锅炉出口联箱采用低合金钢。四. 自然水循环常见故障自然水循环锅炉由于结构设计上的差异和实际运行工况的变化等影响，可能发生一些使水循 环不正常或不安全的情况，主要有水循环停
6、滞和倒流、汽水分层、下降管含汽和水冷壁的沸 腾、传热恶化等。1，循环停滞和倒流 在水循环回路中，当并列工作的水冷壁管受热不均匀时，受热弱的管子由于产气量少，汽水 混合物的密度大，使下降管和水冷壁内工质的密度差减小，运动压头下降，水循环推动力也 就减小，因而管内的工质流速降低。当管子受热弱到一定程度，工质流速接近或等于零时， 称为循环停滞，这时管内工质几乎不流动，所产生的少量气泡在水中缓缓地向上流动,热量 的传递主要依靠导热,虽然管子热负荷较低,但因热量不能被及时地带走,管壁仍可能超温。另 外，由于停滞管中的工质不断蒸发而进水量少，工质长期停滞时炉水含盐浓度增大，将造成 管壁结垢和腐蚀。循环倒流
7、发生在具有上下联箱的并列水冷壁管中受热最弱的管子里，这时原来工质向上流动 的水冷壁变成了工质自上而下流动的受热下降管，此时循环流速为负值。一般倒流没有危害， 只有当蒸汽向上的速度与倒流水速相近时，才会使汽包集聚、增大，形成汽塞。汽塞处的管 壁可能造成管子过热或疲劳损坏。由上可见，并列水冷壁管的受热不均匀是造成水循环停滞和倒流的基本原因。而由于结构设 计原因，炉内温度沿炉膛宽度和深度方向的分布是不均匀的，故水冷壁各部位的吸热也就不 同。炉内热负荷的大小与分布决定于物料的流化状态、燃料性质、炉膛截面的形状大小以及 燃烧情况等。2,汽水分层 在水平或微倾斜的蒸发管中,当汽水混合物流速较低时,将使水在
8、管子下部流动,蒸汽在管子 上部流动,形成汽水分层.此时将造成上下部温差热应力和上部管壁的超温、结盐以及在汽水 分界面附近因产生交变热应力造成管子疲劳损坏等。3，下降管含气 当下降管中工质含有蒸汽时，管内工质的平均密度减小，运动压头下降，水循环的推动力减 小。同时因管内工质的容积流速增大，使下降管内的流动阻力增大，因此可能造成水循环停 滞和倒流而影响水循环安全。电厂锅炉下降管含气的主要原因有：旋涡斗带汽、下降管入口炉水自沸腾（汽化）、汽包内 炉水含汽等。4，水冷壁沸腾传热恶化 亚临界压力锅炉在高热负荷区水冷壁可能发生沸腾传热恶化，这时在管内壁上形成汽膜或管 壁直接接触的是蒸汽，从而使管壁的温度急
9、剧升高，可能烧坏管子。五，提高自然水循环安全性的措施为了提高自然水循环的安全性，在结构上应采取的措施如下：1，防止发生循环停滞和倒流的措施减小并列水冷壁管的受热不均匀和流动阻力，可以有效地防止水循环停滞和倒流。为此，电 厂锅炉在结构和和布置上采取如下措施。减小并列水冷壁管的受热不均。1）按受热情况划分循环回路。按照每面墙上水冷壁的受热情况将水冷壁划分成38个循 环回路，使每个回路中管子的受热情况结构尺寸尽可能相近。2）改善炉角边管的受热情况。由于炉膛四角布置的管子受热最弱，因此可采用在四角不布 置管子，或将炉角上34根水冷壁管节距的宽度切成斜角，形成所谓的八角炉膛。3）采用平顶炉结构，从而使两
10、侧墙水冷壁受热区段的高度相等 ，减少了受热不均。 （2）降低循环回路的流动阻力。1）采用大直径集中下降管。 在保持下降管总截面积不变的条件下，采用大直径集中下降管， 可以减少下降管的流动阻力，有利于水循环正常。2）增大下降管截面比或汽水引出管截面比.增大截面比表示下降管或汽水引出管总截面积增 大，使下降管与汽水引出管的阻力减小，有利于水循环正常。2，防止汽水分层的措施 防止汽水分层的措施是在结构上尽可能的不布置水平或倾斜度小于15 度的蒸发管。必须采 用时，则要求汽水混合物应保持较高的速度，使扰动作用大于汽水的重力作用，这样就不会 发生汽水分层。3，防止下降管含汽的措施（1）防止漩涡斗的形成。
11、下降管尽可能从汽包的最低处（即汽包底部）引出，在下降管入 口处加装栅格或十字形板。栅格的钢板有直片形和扇形两种，栅格距下降管入口应保持一定 的距离，且栅格要平行与水流方向。（2）防止发生炉水自沸腾。在结构和布置上可采用大直径集中下降管，且下降管尽可能从 汽包底部引出，以降低下降管进口处水速和增加其进口处的静压力。同时采取将省煤器来的 部分给水直接送到下降管进口附近的区域，以提高炉水的欠焓。（3）减少汽包水室含汽。采用分离效率高的汽水分离装置，以减小炉水中的含汽。另外， 将部分给水直接引到下降管的入口，以提高下降管进口锅水欠焓，有利于减少锅水帯汽。但 对于亚临界压力的锅炉，由于蒸汽在水中的上浮速度较小，又采用大直径集中下降管，下降 管入口水速较大，因此下降管帯汽很难避免。4,防止发生沸腾传热恶化的措施 锅炉结构上采取的措施是,在高热负荷区使用内螺纹管水冷壁.
