循环流化炉锅炉水循环过程

【专家解说】：一、工作过程

　　锅炉的工作过程主要包括三个过程：燃料的燃烧过程、火焰和烟气向水的传热过程和水被加热、汽化过程。
1．燃料油的燃烧过程
　　具有一定压力、温度的燃料油，通过油嘴喷入炉膛，被雾化成细小的油粒，然后吸收炉内热量逐渐蒸发分解而变成油气，再与进入炉膛的空气混合，形成了可燃气混合物。混合物继续吸热，温度升高，当达到燃料油的着火温度(燃点)即开始着火燃烧，并持续到结束。
2．火焰和烟气向水的传热过程
　　传热过程是指燃料燃烧后产生的热量，通过钢管或钢板等各种受热面传递给工质(水)的过程。它将直接影响到锅炉运行的安全性和经济性。传热过程在炉膛内主要以辐射的方式进行。在受热面金属的外部主要以对流的方式进行。在受热面金属的内部主要以传导的方式进行。如果传热过程进行得不好，燃烧产生的热量不能被充分有效地利用，就会造成热损失的增加和锅炉热效率的下降。
3．水被加热、汽化的过程
　　水被加热、汽化的过程包括水循环过程和汽水分离过程。如果水循环不畅通，水不能有效地将受热面传递过来的热量带走，就会使受热面超温而影响安全；如果汽水分离过程进行得不好，则从锅炉出去的蒸汽中将带有较多的水分，使蒸汽品质变坏，造成过热器结垢爆管。

　　二、水循环原理

　　锅炉水循环是指锅内水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面的闭合回路中有规律地、连续不断地流动的过程。
　　锅炉水循环按其循环方式可分为自然循环和强制循环两种。自然循环是依靠受热部分汽水混合物的密度小于不受热部分水的密度，从而形成压力差(流动压头)，促使锅水流动。强制循环是利用水泵的推动作用，强迫锅水流动。工业锅炉上，大多采用自然循环。

　　三、水循环回路

　　由于锅炉结构不同，自然循环至少应有一条循环回路，也可以有几条循环回路。
　　图1—4是常见的自然循环示意图。图中锅炉水循环回路是由锅筒、下降管、下集箱和上升管(即水冷壁)组成的，形成一个连通器。其中上升管布置在炉膛内，受到高温热辐射，管中的水有一部分被汽化，成为汽水混合物。下降管布置在炉墙外不受热，管内流动的是水。由于上升管内的汽水混合物的密度比不受热的下降管内水的密度为小，于是就产生了一个流动压头，形成了图1—4中箭头所示的有规律的、连续的循环流动回路。

图1—4 单回路水循环示意图
1—上升管 2—锅简 3—蒸汽出口管　　4—给水管 5—下降管 6—下集管

　　四、循环倍率

　　自然循环锅炉中的水，每经过一次循环，只有一部分水转化为蒸汽。通常将进入循环回路的水量称为“循环流量”，它与该循环回路中所产生蒸汽量的比值称为“循环倍率”。即：

　　循环倍率的大小与循环回路的阻力、流动压头以及锅炉工作压力、负荷的变化等因素有关。
　　水循环的动力来自下降管与上升管内水和汽水混合物的密度差形成的流动压头。水循环动力可按下式计算：
水循环动力=循环高度×(下降管水的密度—上升管汽水混合物的密度)
　　从上式可以看出，使水产生循环的动力大小，决定于循环回路的高度及上升管中汽水混合物的汽化程度。回路越高，汽化越强，循环动力越大。循环的动力是用来克服水及汽水混合物在下降管、上升管及集箱中的阻力的。因此，要使水循环好，一方面要增加循环动力，另一方面要减小回路中的阻力。

　　五、水循环故障

　　自然循环的锅炉，当循环结构不合理或运行不当时，容易出现循环停滞、循环倒流、汽水分层、下降管带汽等故障。
1．循环停滞
　　在同一循环回路中，当并联的各上升管受热不均匀时，受热弱的管中汽水混合物的密度，必然大于受热强的管中汽水混合物的密度。在下降管供水有限的情况下，受热弱的管内可能流速降低，甚至处于停止不动的状态，这种现象称为循环停滞。这时，上升管内的蒸汽不能及时被携带走，造成管壁过热爆管事故。因此，锅炉的结构应尽量使每根管子受热均匀；使下降管向水冷壁管的配水均匀；以保证水循环的畅通。
2．循环倒流
　　当并联的各上升管受热严重不均匀时，受热最强的管中汽水混合物上升力强，流速过大而产生抽吸作用，致使受热最弱的管中汽水混合物朝着与正常循环方向相反的方向流动，这种现象称为循环倒流。如当汽泡的上升速度与水的向下流动速度相等时，便会造成汽泡停滞，形成“汽塞”，造成汽塞管段过热爆管。
3．汽水分层
　　当锅炉的水冷壁管水平或接近水平布置，管中汽水混合物流速不高时，因蒸汽比水轻，蒸汽便在管子上部流动，水在管子下部流动，这种现象称为汽水分层。由于蒸汽的导热性能差，管子上部容易过热烧坏。因此，汽水混合物的上升管或引出管不能水平布置，倾斜度一般不应小于12°。
4．下降管带汽
　　锅炉在正常运行时，下降管中是不允许出现蒸汽的，否则，水要向下流，汽要向上浮，两者互相顶撞，既增加了流动阻力，又减少了循环流量，严重时会形成汽塞，使水循环停止，造成水冷壁管普遍缺水而烧坏。为此，下降管不宜受热，应接在锅筒的水空间，尽量接在锅筒的底部，并保证下降管人口与锅筒最低水位间的高度不小于下降管直径的四倍，以免将蒸汽带入管内。

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