循環(huán)流化爐鍋爐水循環(huán)過(guò)程

【專(zhuān)家解說(shuō)】：一、工作過(guò)程

　　鍋爐的工作過(guò)程主要包括三個(gè)過(guò)程：燃料的燃燒過(guò)程、火焰和煙氣向水的傳熱過(guò)程和水被加熱、汽化過(guò)程。
1．燃料油的燃燒過(guò)程
　　具有一定壓力、溫度的燃料油，通過(guò)油嘴噴入爐膛，被霧化成細(xì)小的油粒，然后吸收爐內(nèi)熱量逐漸蒸發(fā)分解而變成油氣，再與進(jìn)入爐膛的空氣混合，形成了可燃?xì)饣旌衔??；旌衔锢^續(xù)吸熱，溫度升高，當(dāng)達(dá)到燃料油的著火溫度(燃點(diǎn))即開(kāi)始著火燃燒，并持續(xù)到結(jié)束。
2．火焰和煙氣向水的傳熱過(guò)程
　　傳熱過(guò)程是指燃料燃燒后產(chǎn)生的熱量，通過(guò)鋼管或鋼板等各種受熱面?zhèn)鬟f給工質(zhì)(水)的過(guò)程。它將直接影響到鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。傳熱過(guò)程在爐膛內(nèi)主要以輻射的方式進(jìn)行。在受熱面金屬的外部主要以對(duì)流的方式進(jìn)行。在受熱面金屬的內(nèi)部主要以傳導(dǎo)的方式進(jìn)行。如果傳熱過(guò)程進(jìn)行得不好，燃燒產(chǎn)生的熱量不能被充分有效地利用，就會(huì)造成熱損失的增加和鍋爐熱效率的下降。
3．水被加熱、汽化的過(guò)程
　　水被加熱、汽化的過(guò)程包括水循環(huán)過(guò)程和汽水分離過(guò)程。如果水循環(huán)不暢通，水不能有效地將受熱面?zhèn)鬟f過(guò)來(lái)的熱量帶走，就會(huì)使受熱面超溫而影響安全；如果汽水分離過(guò)程進(jìn)行得不好，則從鍋爐出去的蒸汽中將帶有較多的水分，使蒸汽品質(zhì)變壞，造成過(guò)熱器結(jié)垢爆管。

　　二、水循環(huán)原理

　　鍋爐水循環(huán)是指鍋內(nèi)水和汽水混合物在鍋爐蒸發(fā)受熱面的閉合回路中有規(guī)律地、連續(xù)不斷地流動(dòng)的過(guò)程。
　　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(dòng)壓頭)，促使鍋水流動(dòng)。強(qiáng)制循環(huán)是利用水泵的推動(dòng)作用，強(qiáng)迫鍋水流動(dòng)。工業(yè)鍋爐上，大多采用自然循環(huán)。

　　三、水循環(huán)回路

　　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。
　　圖1—4是常見(jiàn)的自然循環(huán)示意圖。圖中鍋爐水循環(huán)回路是由鍋筒、下降管、下集箱和上升管(即水冷壁)組成的，形成一個(gè)連通器。其中上升管布置在爐膛內(nèi)，受到高溫?zé)彷椛洌苤械乃幸徊糠直黄?，成為汽水混合物。下降管布置在爐墻外不受熱，管內(nèi)流動(dòng)的是水。由于上升管內(nèi)的汽水混合物的密度比不受熱的下降管內(nèi)水的密度為小，于是就產(chǎn)生了一個(gè)流動(dòng)壓頭，形成了圖1—4中箭頭所示的有規(guī)律的、連續(xù)的循環(huán)流動(dòng)回路。

圖1—4 單回路水循環(huán)示意圖
1—上升管 2—鍋簡(jiǎn) 3—蒸汽出口管　　4—給水管 5—下降管 6—下集管

　　四、循環(huán)倍率

　　自然循環(huán)鍋爐中的水，每經(jīng)過(guò)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(chēng)為“循環(huán)流量”，它與該循環(huán)回路中所產(chǎn)生蒸汽量的比值稱(chēng)為“循環(huán)倍率”。即：

　　循環(huán)倍率的大小與循環(huán)回路的阻力、流動(dòng)壓頭以及鍋爐工作壓力、負(fù)荷的變化等因素有關(guān)。
　　水循環(huán)的動(dòng)力來(lái)自下降管與上升管內(nèi)水和汽水混合物的密度差形成的流動(dòng)壓頭。水循環(huán)動(dòng)力可按下式計(jì)算：
水循環(huán)動(dòng)力=循環(huán)高度×(下降管水的密度—上升管汽水混合物的密度)
　　從上式可以看出，使水產(chǎn)生循環(huán)的動(dòng)力大小，決定于循環(huán)回路的高度及上升管中汽水混合物的汽化程度?；芈吩礁?，汽化越強(qiáng)，循環(huán)動(dòng)力越大。循環(huán)的動(dòng)力是用來(lái)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，要使水循環(huán)好，一方面要增加循環(huán)動(dòng)力，另一方面要減小回路中的阻力。

　　五、水循環(huán)故障

　　自然循環(huán)的鍋爐，當(dāng)循環(huán)結(jié)構(gòu)不合理或運(yùn)行不當(dāng)時(shí)，容易出現(xiàn)循環(huán)停滯、循環(huán)倒流、汽水分層、下降管帶汽等故障。
1．循環(huán)停滯
　　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(shí)，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(dòng)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為循環(huán)停滯。這時(shí)，上升管內(nèi)的蒸汽不能及時(shí)被攜帶走，造成管壁過(guò)熱爆管事故。因此，鍋爐的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量使每根管子受熱均勻；使下降管向水冷壁管的配水均勻；以保證水循環(huán)的暢通。
2．循環(huán)倒流
　　當(dāng)并聯(lián)的各上升管受熱嚴(yán)重不均勻時(shí)，受熱最強(qiáng)的管中汽水混合物上升力強(qiáng)，流速過(guò)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與正常循環(huán)方向相反的方向流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為循環(huán)倒流。如當(dāng)汽泡的上升速度與水的向下流動(dòng)速度相等時(shí)，便會(huì)造成汽泡停滯，形成“汽塞”，造成汽塞管段過(guò)熱爆管。
3．汽水分層
　　當(dāng)鍋爐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時(shí)，因蒸汽比水輕，蒸汽便在管子上部流動(dòng)，水在管子下部流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為汽水分層。由于蒸汽的導(dǎo)熱性能差，管子上部容易過(guò)熱燒壞。因此，汽水混合物的上升管或引出管不能水平布置，傾斜度一般不應(yīng)小于12°。
4．下降管帶汽
　　鍋爐在正常運(yùn)行時(shí)，下降管中是不允許出現(xiàn)蒸汽的，否則，水要向下流，汽要向上浮，兩者互相頂撞，既增加了流動(dòng)阻力，又減少了循環(huán)流量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成汽塞，使水循環(huán)停止，造成水冷壁管普遍缺水而燒壞。為此，下降管不宜受熱，應(yīng)接在鍋筒的水空間，盡量接在鍋筒的底部，并保證下降管人口與鍋筒最低水位間的高度不小于下降管直徑的四倍，以免將蒸汽帶入管內(nèi)。

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