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自然循环和蒸发受热面,12自然循环和蒸发受热面,12-1基本概念,一、汽包，水冷壁，蒸发管束,1、汽包具有较大的容积、其中下半部分为水，上半部分为汽，两者之间分界面叫蒸发面，汽包内有汽水分离器和水位平衡装置。汽包的作用一方面是将许多管束连接在一起，另一方面是其中储存大量的水和汽能适应短时间的负荷变动，稳定汽压；另外使汽水初步分离，改善蒸汽品质。,Simpledrum,Drum,1saturatedsteam2ironmeshseperator3feed4influx5water-steammixture6inletofcyclone7cyclone8recirculatingpipe9overflowpipe10downcomer11shapebaffle12medicineinjection13emergencydrain14blowdown,2、锅炉炉膛内的高温火焰向周围大量辐射热量，在炉膛内墙上装设许多水管，称为水冷壁管。为维持受热面中的良好沸腾放热，受热管中的工质要有足够大的流速。低于临界压力的一般采用自然循环方式，在超临界压力时要用泵来推动工质，称为强制循环。3、吸收火焰或烟气的热量使水产生蒸汽的受热面称为蒸发受热面。水冷壁管就是吸收辐射热的蒸发受热面。4、在汽包、下降管、下联箱、上升管回路中的水称为锅炉水；不到系统压力下的饱和温度的水称为欠热水。,简单自然循环回路,二、自然循环原理,自然循环面的推动力称为运动压头,运动压力,取决于,将来应用于克服下降管、上升管和汽水分离器中的流动阻力，即,如果把下降管中的阻力分开计算，并用称为自然回路中的有效压头,一、管中汽水两相流的流型在两相流垂直向上的流动时，由于粒性力的作用。中心流速最大，同时由于气泡的浮力，汽泡比水的速度大，又由于水对汽泡的外侧的阻力，使气泡发生旋转运动，把汽泡推向管中心，这样在上升两相流中汽泡上升较快并集中在管子中心部位。与此相反在下降的两相流中，汽泡下降速度慢，并相对集中在管子截面的外圈，流速愈小，这种现象愈明显，严重时会发生汽水分层现象。,12-2汽水混合物的流型和传热,两相流型和传热模型,二、管中汽水两相流的传热,蒸发管中工质的温度变化不大，但低速和流型结构对放热系数的影响却很大。金属管的壁温取决于某些参数的组合，如压力，质量流速，热负荷，含汽率和管径等。热负荷增大时，过冷饱和核态沸腾区的放热系数增大，蒸干点出现在更低的含汽率处，会更早的出现传热恶化区。,12-5简单回路水循环计算,一、压头计算,二、加热水段高度计算,在计算水循环是要求出开始沸腾的管子截面，只有含汽段才产生运动压头。进入汽包水的欠焓为,汽包蒸汽在水中的凝结焓增,，在下降管中焓增,。这样水在上升管开始受热时的欠焓为,加热水段h1每米垂直高度吸热,三、下降管进口水的欠焓,部分汽被水液化。,汽包的热平衡方程式,或,设K为循环倍率，则,则上式可转化为,对于下列情况欠焓可以为零沸腾式省煤器分段蒸发锅炉的盐段全部给水进入蒸汽清洗装置下降管带汽湿蒸汽放热大于下降管入口水欠焓进入汽包的汽水混合物有一半以上蒸汽进入水容积,四、循环倍率,循环倍率进入上升管工质总量与上升管出口汽量之比叫做循环倍率,K随x的增大而减少。锅炉的工作压力越高，饱和水同饱和汽的密度差越小，为使回路有足够的循环流速，就必须设法增大x值；而x过大，会使回路流动阻力增大过快，反而使循环流速下降。另外，为防止换热忽然恶化，受热最强管子的x应限制在0.4以下，即k值要大于2.5。锅炉在额定功率下的经验公式为,六、循环流速,在进行上述计算时须先假设循环流速和循环水流量。因此要渐近计算随着循环流速（循环流量G的增大，下降管流动阻力逐渐增大，上升管中混合物密度增大，故有效压头减少，在稳定工况下故二者的交点可确定G和Syx。,12-6循环安全检查,循环流速是蒸发管安全工作的重要指标，由结构，水吸力不均造成质量偏差。在自然循环锅炉中，偏差管是指受热弱的管子，生成蒸汽量少，循环流速低。在强制循环锅炉中，偏差管是指受热最强的管子，生成蒸汽多，流动阻力损失大。正常水力工况破坏是蒸发管过热的主要原因，破坏性工况有循环停滞，自由水位和循环倒流,在循环回路中，个别上升管受热情况非常不良，因受热微弱而产生的流动压头不足以克服公共下降管的阻力，以使趋于零的现象。自由水面,4．汽水分层在循环回路中，水平或微倾斜上升管段，由于水、汽密度的不同，当流动工况差时（流速低时），会出现汽水分层现象。采取措施1）w0不小于0.60.8m/s;2）水平倾角不小于155．下降管带汽在循环回路中，由于下降管入口阻力过大，易造成炉水自汽化或上锅筒水位过低造成下降管入口形成漩涡卷吸蒸汽等原因使下降管带汽，上升管水量不够，造成事故。,三、,,,GD,,12-7提高循环安全性的措施,一、减少并联管子的吸热不均自然循环锅炉的水冷管由许多并联的蒸发管组成，这里的受热最强，管子的吸热不均是造成事故的主要原因。可能造成的事故是循环停滞或倒流，受热强的管子可能发生换热恶化。造成吸热不均的原因有炉子结构燃料和燃烧情况燃烧器的布置积灰和结渣锅炉运行工况,合理布置燃烧器（四角布置）把并联管子分成几个独立的循环回路（3-5个）将炉角上的1-2根管子取消，或将炉膛设计成八角形防止积灰和结渣,改善措施,二、关于蒸发管近代锅炉的蒸发管即是水冷壁管，吸收炉内热量使烟气温度降到对流烟道内不结渣的温度。,三、关于下降管和汽水导管,设法降低汽水导管和下降管中的流动阻力，可以提高循环流速ω0和循环倍率，有利于蒸发管的安全工作。增加管径，减少管子长度和弯头均能有效地降低流动阻力2、下降管带汽或水在下降中汽化，将破坏正常的水循环。在下降管中如汽压突然降低，水可能汽化，因此为保证水循环的安全，汽压降低的速度应有一定的限制。,
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