鍋爐水循環(huán)

鍋爐運(yùn)行時，只有使受熱面所吸收的火焰及高溫?zé)煔獾臒崃坎粩啾凰蛘羝麕ё?，使受熱面金屬得到一定的冷卻，鍋爐才能有效而安全地工作。因此，鍋爐中的水或汽水混合物，必須在閉合回路中持續(xù)而有規(guī)律地循環(huán)流動。

鍋爐的水循環(huán)分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)兩種。自然循環(huán)是依靠熱水部分汽水混合物的密度小于不受熱部分水的密度，從而形成壓力差（流動壓頭），促進(jìn)鍋水流動。強(qiáng)制循環(huán)是利用水泵的推動作用，強(qiáng)迫鍋水流動。

一般蒸汽鍋爐普遍采用自然循環(huán)。對于熱水鍋爐，盡管采暖系統(tǒng)幾乎都采用強(qiáng)制循環(huán)，但在鍋爐中兩種循環(huán)方法均可采用，自然循環(huán)是依靠出水與回水之間的密度差來形成的，強(qiáng)制循環(huán)是利用網(wǎng)路中的循環(huán)水泵實(shí)現(xiàn)的。

由于鍋爐結(jié)構(gòu)不同，自然循環(huán)至少應(yīng)有一條循環(huán)回路，也可以有幾條循環(huán)回路。如圖2所示是自然循環(huán)鍋爐單回路的水循環(huán)示意圖。鍋筒和下集箱由左右兩根爐管連通，其中左管位于爐膛內(nèi)吸收熱量，管中的水有一部分被汽化，成為汽水混合物，由于密度較小而向上流人鍋筒；右管位于爐墻外部受熱，管中是溫度較低的水，由于密度大而向下流入下集箱。因此，左管稱為上升管，右管稱為下降管，整個回路在鍋爐運(yùn)行中循環(huán)不息。

如圖3所示是自然循環(huán)鍋爐多回路的水循環(huán)示意圖。水冷壁管和兩組對流管束都為上升管，它們合用一組下降管，從而分別構(gòu)成三條水循環(huán)回路。

鍋爐運(yùn)行時，水和汽水混合物在閉合的回路中持續(xù)而有規(guī)律地循環(huán)流動，受熱面從火焰和高溫?zé)煔庵形盏臒崃?，不斷地被流動的水或汽水混合物帶走，保證受熱面金屬得到冷卻，這就叫鍋爐水循環(huán)。

鍋爐水循環(huán)按其循環(huán)方式可分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)兩種。自然循環(huán)是依靠受熱部分汽水混合物的密度小于不受熱部分水的密度，從而形成壓力差（流動壓頭），促使鍋爐水流動。強(qiáng)制循環(huán)是利用水泵的推動作用，強(qiáng)迫鍋爐水流動。

在常溫下水是無色無味透明的液體，具有一定的體積，但沒有固定的形狀。水隨著溫度的變化，可變成蒸汽，也可變成冰。水在攝氏零度以下，液態(tài)可變成固態(tài)，這種固態(tài)稱為冰或雪，如果溫度高于攝氏零度，固態(tài)會變成液態(tài)。如果再不斷加熱，水會開始沸騰，液態(tài)又會變成氣態(tài)，稱為蒸汽。蒸汽可分飽和蒸汽和過熱蒸汽。

1、飽和蒸汽和過熱蒸汽的特性

在一定壓力下，飽和蒸汽的溫度是恒定的，不同的壓力對應(yīng)一個不同的飽和蒸汽溫度值。知道工作壓力，查水蒸氣性質(zhì)表即可得到飽和蒸汽溫度。飽和蒸汽的品質(zhì)不高，或多或少帶有小水滴，要想得到理想的蒸汽品質(zhì)，就必須對飽和蒸汽繼續(xù)加熱，提高蒸汽的干度和溫度，使飽和蒸汽變?yōu)檫^熱蒸汽。只有裝置過熱器的鍋爐，才能將飽和蒸汽通過過熱器繼續(xù)加熱成為過熱蒸汽。

2、鍋爐水位形成原理

水在連通器內(nèi)，當(dāng)水面上所受的壓力相等時，各處的水面始終保持一個平面，如圖1所示。

鍋爐上的水位表就是利用這一原理設(shè)計的。熱水鍋爐，除蒸汽定壓外整個鍋爐內(nèi)部都充滿了水；而對蒸汽鍋爐需要一定的蒸汽空間，水位要控制在一定的高度。通過觀察上鍋筒的水位表，水位線以下為飽和水，飽和水不斷加熱蒸發(fā)，水位將會逐漸下移，為保持一定的水位，就要給鍋爐補(bǔ)水，保持水位的穩(wěn)定。

自然循環(huán)鍋爐中的水，每經(jīng)過一次循環(huán)，只有一部分水轉(zhuǎn)化為蒸汽。通常將進(jìn)入循環(huán)回路的水量稱為循環(huán)流量，它與該循環(huán)回路中所產(chǎn)生的蒸汽量的比值，稱為循環(huán)倍率，即

循環(huán)倍率=循環(huán)流量/循環(huán)回路中的產(chǎn)氣量

倍率表示在循環(huán)回路中的水，要經(jīng)過多少次循環(huán)才能完全轉(zhuǎn)化為蒸汽，是衡量鍋爐安全運(yùn)行的一項(xiàng)指標(biāo)。水循環(huán)好的鍋爐，受壓部件受熱均勻，熱應(yīng)力小，因此可以加快鍋水升溫和汽化過程，縮短點(diǎn)火至正常供汽的時間。低壓小型鍋爐的循環(huán)倍率均在幾十至二百之間。

熱水鍋爐不產(chǎn)生蒸汽，但為了安全運(yùn)行，必須保證鍋水在受熱面中有一定的流速。

自然循環(huán)的鍋爐，當(dāng)水循環(huán)工況不正常時，會產(chǎn)生循環(huán)停滯與倒流、汽水分層、下降管帶汽等故障。

1、循環(huán)停滯與倒流

在同一循環(huán)回路中，當(dāng)并聯(lián)的各上升管受熱不均勻時，受熱弱的管中汽水混合物的密度，必然大于受熱強(qiáng)的管中汽水混合物的密度。在下降管供水有限的情況下，受熱弱的管內(nèi)可能流速降低，甚至處于停止不動的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為循環(huán)停滯。這時，上升管內(nèi)的蒸汽不能及時被攜帶走，管壁冷卻情況嚴(yán)重惡化，可能造成管壁過熱爆破事故。

當(dāng)并聯(lián)的各上升管受熱嚴(yán)重不均勻時，受熱最強(qiáng)的管中的汽水混合物上升力強(qiáng)，流速過大而產(chǎn)生抽吸作用，致使受熱最弱的管中汽水混合物朝著正常循環(huán)方向相反的方向流動，這

種現(xiàn)象稱為水循環(huán)倒流。這時，如果汽水混合物沿著整個管子截面均勻向下流動，可能還不會發(fā)生事故；但當(dāng)汽泡的上升速度與水的向下流動速度相等時，便會造成汽泡停滯，形成“汽塞”。發(fā)生汽塞的管段會因得不到有效的冷卻而過熱燒壞。

為了避免發(fā)生循環(huán)停滯和倒流故障，除了鍋爐結(jié)構(gòu)合理外，在運(yùn)行操作上盡量使各上升管受熱均勻。例如，要避免在水冷壁上局部嚴(yán)重結(jié)渣和積灰；避免爐墻局部有較大的漏風(fēng)吹到水冷壁管上；保持燃燒穩(wěn)定，盡可能使?fàn)t中火焰分布均勻；定期排污數(shù)量不要過多，排污時間不要過長等。

2、汽水分層

當(dāng)受熱管接近水平布置，管中介質(zhì)流速不高時，由于蒸汽密度小于水的密度，蒸汽便在管子上部流動，水在管子下部流動，這種現(xiàn)象稱為汽水分層。這時，由于蒸汽的導(dǎo)熱性能差，就可能使管子上部的壁溫過高而燒壞。在汽水分界處，由于水面波動，壁溫時高時低，同時又與含鹽量較高的鍋水接觸，因此，容易引起疲勞裂紋和腐蝕。此外，由于水波動，不斷有水滴濺到上部管壁，當(dāng)水分蒸發(fā)后，水中的鹽分就沉枳下來形成水垢，更加促使管子過熱燒壞。

為了避免發(fā)生汽水分層故障，汽水混合物的上升管或引出管不能水平布置，而且傾斜角度一般不應(yīng)小于15°。

3、下降管滯汽

當(dāng)鍋爐正常運(yùn)行時，下降管是不允許出現(xiàn)蒸汽的。否則，鍋水要向下流，汽泡要向上浮，兩者互相頂撞，既增加了流動阻力，又減少了循環(huán)流量。如果下降管中夾帶蒸汽量較多，會形成汽塞，使水循環(huán)停止，嚴(yán)重影響鍋爐安全運(yùn)行。

為了避免發(fā)生下降管滯汽故障，在鍋爐結(jié)構(gòu)上盡量將下降管接在鍋筒底部，至少在最低水位以下4倍管徑處，以免鍋水進(jìn)入下降管時形成氣穴將蒸汽抽帶進(jìn)去。上升管與下降管的管口應(yīng)有一定距離，或在其間裝置隔板，避免從上升管流出的蒸汽被抽入下降管內(nèi)。此外，下降管應(yīng)盡量不受熱或少受熱，如將水冷壁系統(tǒng)的下降管布置在爐墻外面，將鍋爐給水布置在下降管的進(jìn)口附近，以降低下降管的進(jìn)口水溫。

《鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及其應(yīng)用》可供熱能工程、電廠熱能與動力工程、建筑環(huán)境設(shè)備與工程等相關(guān)專業(yè)人員、工程設(shè)計人員閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的選修教材或參考書。作者在多年從事鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)水動力不穩(wěn)定性、鍋爐水循環(huán)、鍋爐水動力特性、直流鍋爐水動力調(diào)整和鍋爐水循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷的理論和試驗(yàn)研究工作中，做出了具有創(chuàng)造性的成果，《鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及其應(yīng)用》即為這些研究成果的總結(jié)。

《鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及其應(yīng)用》共10章，介紹了鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測的研究背景和意義及其技術(shù)的發(fā)展，鍋爐自然水循環(huán)在線監(jiān)測對象和方法，鍋爐自然水循環(huán)可靠性的理論模型，鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動不穩(wěn)定性試驗(yàn)和理論研究。

鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)水動力特性，鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測系統(tǒng)，鍋爐水循環(huán)試驗(yàn)，鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)改進(jìn)和直流鍋爐水動力調(diào)整方法研究與實(shí)踐。

前言

第1章 緒論

第2章 鍋爐自然水循環(huán)在線監(jiān)測對象和方法

第3章 鍋爐自然水循環(huán)可靠性的理論模型

第4章 鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動不穩(wěn)定性試驗(yàn)研究

第5章 鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)流動不穩(wěn)定性的理論研究

第6章 鍋爐蒸發(fā)管內(nèi)水動力特性

第7章 鍋爐水循環(huán)在線監(jiān)測系統(tǒng)

第8章 鍋爐水循環(huán)試驗(yàn)

第9章 鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)的改進(jìn)

第10章 直流鍋爐水動力調(diào)整方法研究與實(shí)踐

卡吉斯熱水鍋爐水循環(huán)

整個供暖期及熱水鍋爐切斷電源后3分鐘內(nèi)必須保證鍋爐水循環(huán)正常進(jìn)行，以散去鍋爐內(nèi)的余熱。

為了保證熱水鍋爐正常、安全地運(yùn)行，爐內(nèi)的水溫不可超過30℃（尤其在循環(huán)泵剛啟動時）。

回水溫度不可低于40℃（燃?xì)忮仩t）或30℃（燃油鍋爐），以防止煙氣凝結(jié)。

系統(tǒng)水每年必須更換一次。

熱水鍋爐必須配有相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)，尤其是獨(dú)立的供暖系統(tǒng)。分流泵使鍋爐溫度不會激增，尤其防止獨(dú)立的供暖系統(tǒng)發(fā)生反復(fù)的溫度激增。功率30KW以上的鍋爐必須安裝分流泵（分流泵的安裝見圖1）。

卡吉斯熱水鍋爐水處理

水質(zhì)不同需采取相應(yīng)的水處理措施并由水處理技術(shù)人員進(jìn)行。如果在硬水區(qū)，請注意系統(tǒng)排水及注水時應(yīng)反復(fù)進(jìn)行水處理。系統(tǒng)水必須保持清潔無沉淀及雜質(zhì)。由于系統(tǒng)水中含有固體雜質(zhì)及腐蝕性物質(zhì)而造成的鍋爐管道阻塞不在保修范圍內(nèi)。管道阻塞將導(dǎo)致鍋爐損壞及裂縫。