【文章內(nèi)容簡介】 水循環(huán)：在鍋爐中，水在由鍋筒、下降管、聯(lián)箱和水冷壁組成的系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)不已。流動(dòng)過程中，水通過蒸發(fā)受熱面被加熱、汽化；而受熱面則依靠水循環(huán)將高溫?zé)煔鈧鬟f的熱量帶走，并使壁面溫度保持在金屬能夠承受的工作溫度范圍內(nèi)。上述鍋內(nèi)水的循環(huán)流動(dòng)過程，就是水循環(huán)。 自然循環(huán)（ natural circulation）：如圖，在下集箱兩側(cè)分別是下降管和水冷 壁上升管，由于下降管中的冷水密度大于上升管中汽水混合物的密度，因此，將產(chǎn)生重力差，該壓差就可以推動(dòng)汽水混合物沿上省管向上流動(dòng)，同時(shí)水沿下降管向下流動(dòng)。上述循環(huán)流動(dòng)過程無需外力，僅依靠密度差就可完成，故稱為自然循環(huán)。 強(qiáng)制循環(huán)：若上述流動(dòng)是在水泵等外力的驅(qū)動(dòng)下完成，則為強(qiáng)制循環(huán)。直流鍋爐就是強(qiáng)制循環(huán)。 鍋筒下半部分是飽和水，上半部分是蒸汽，因此在下降管中，隨著水向下流動(dòng)，因靜壓提高，會(huì)逐漸變?yōu)檫^冷水。但密度變化不大。 在上升管靠近下集箱的管段，其壓力較鍋筒 壓力高，是未飽和水，需要吸熱才能夠達(dá)到沸點(diǎn)，也就是說，水必須上升 Hs 后方可沸騰。如圖，上升管內(nèi)部的水向鍋爐復(fù)習(xí)整理 20 上流動(dòng)，邊受熱邊降壓，在 Q 點(diǎn)開始汽化達(dá)到飽和溫度； Q 點(diǎn)以后，壓力繼續(xù)降低，汽化程度越來越強(qiáng)，工質(zhì)含汽量越來越高， Q 點(diǎn)以后的區(qū)段是汽水混合物段，高度為 Hq。因此下集箱至鍋筒之間的總高度就是加熱段與汽水混合段之和，即 H=Hs+Hg。 假設(shè) Hs 段的熱水、下降管中的水以及鍋筒內(nèi)部的水具有相同的密度，那么存在： 上式左側(cè)是由于密度差引起的壓頭差，稱為運(yùn)動(dòng)壓頭；右側(cè)是流動(dòng)總阻力；當(dāng)水循環(huán)穩(wěn)定的時(shí)候兩者恰好平衡 。 。 循環(huán)回路的特性曲線可用于分析一定熱負(fù)荷時(shí)，有效壓頭、下降管阻力和水流量之間的關(guān)系。 對(duì)于固定的循環(huán)回路，下降管阻力與流速有關(guān)，流速越大，阻力越大；對(duì)于上升管來說，流速增大，管內(nèi)含汽率減小，平均密度降低，有效壓頭下降。只有在上述兩者區(qū)的平衡時(shí)，即兩曲線的交點(diǎn) A，才是穩(wěn)定的工作點(diǎn)。 （ 1）膜態(tài)沸騰：當(dāng)蒸發(fā)管熱負(fù)荷低于某臨界值時(shí)，為核態(tài)沸騰，若? ? ssqqsgxjqsg PgHgHPPgHHP ????????? ???? 39。39。ssxjqq PPgH ?????????? ? ??? 39。鍋爐復(fù)習(xí)整理 21 提高熱負(fù)荷，管內(nèi)壁氣泡數(shù)目增多，擾動(dòng)加強(qiáng)，對(duì)流換熱系數(shù)增大，壁面溫度升高不大。 但是，若熱負(fù)荷大于臨界值，管壁汽化核 心急劇增多，氣泡形成速度將大于氣泡脫離管壁的速度，會(huì)在壁面形成連續(xù)汽膜，呈膜狀沸騰，換熱系數(shù)急劇下降，傳熱惡化，壁溫急劇上升。 （ 2） 蒸干：在蒸發(fā)管上部，當(dāng)含汽率達(dá)到一定程度時(shí)，將呈環(huán)狀流型。此時(shí)，壁面水膜很薄，局部水膜可能被氣流撕裂、或者局部水膜被蒸干，管壁不能得到水的冷卻，壁溫驟增，傳熱惡化。 防止措施：加大下降管截面積和引出管截面積。加裝內(nèi)螺紋管 ，采用高而適宜的流量流速，循環(huán)倍率大于界限循環(huán)倍率，減少爐內(nèi)熱偏差等。 K 及其意義 自然循環(huán)回路中，進(jìn)入上升管的水并未全部變?yōu)檎羝?，上升管出口的蒸汽?僅占入口水量的一部分。 因此，引入循環(huán)倍率 K 定義為：循環(huán)回路中，進(jìn)入上升管的水量 G 與上升管出口蒸汽量 D 的比值，即 K=G/D。 K 與質(zhì)量含汽率χ互為倒數(shù)。 循環(huán)倍率越大，上升管內(nèi)含汽率越小，管壁水膜越穩(wěn)定，對(duì)管壁的冷卻效果越好。因此常用循環(huán)倍率來衡量水循環(huán)安全性 界限循環(huán)倍率是界限含汽率的倒數(shù)。自然循環(huán)鍋爐，要保證循環(huán)倍率始終大于界限循環(huán)倍率 Kjx。增大循環(huán)倍率的措施通常是增大下降管總截面積和保證上升管受熱長度與直徑之比不過大。 鍋爐復(fù)習(xí)整理 22 0 與上升管含汽率χ 的關(guān)系： 鍋爐熱負(fù)荷較低情況下，產(chǎn)汽量少，上升管含汽率χ低，循環(huán)流速ω 0 低。隨著熱負(fù)荷的提高， χ 增大，運(yùn)動(dòng)壓頭將提高，但同時(shí)上升管阻力也會(huì)增大，循環(huán)流速ω 0 的變化趨勢取決于上述兩者之間的關(guān)系。 若χ 不太大，運(yùn)動(dòng)壓頭將大于流動(dòng)阻力，循環(huán)流速提高。在χ 增大到一定程度后，由于流動(dòng)阻力與流速的平方成正比，將出現(xiàn)阻力大于運(yùn)動(dòng)壓頭的情況，循環(huán)流速將降低。 （ 1）同一壓力級(jí)別下，蒸發(fā)量越大，水冷壁面積要相應(yīng)增加，但其增長幅度尤其是上升管流 通截面積的增長幅度要低于蒸發(fā)量的增加幅度。而為了維持一定的循環(huán)流速，循環(huán)水量 G 需要與上升管流通截面積同步增長。因此，循環(huán)水量的增長幅度也小于蒸發(fā)量的增加幅度。所以，循環(huán)倍率會(huì)逐漸降低。 （ 2）蒸發(fā)量相同情況下，若壓力提高，水的汽化潛熱將減小，水冷壁面積也要相應(yīng)減小，上升管截面積減小。為了維持穩(wěn)定的循環(huán)流速，循環(huán)水量 G 相應(yīng)降低。所以隨著鍋爐壓力提高，循環(huán)倍率要降低。 ： 鍋爐復(fù)習(xí)整理 23 最大循環(huán)流速所對(duì)應(yīng)的含汽率。稱為界限含汽率。 ： 上升管中，在含汽率小于界限含汽率范圍內(nèi)。若 受熱增強(qiáng)，循環(huán)水量與循環(huán)流速隨之提高，這種特性稱為循環(huán)回路的自補(bǔ)償性。 ：☆☆☆☆ （ 1）如果個(gè)別上升管受熱嚴(yán)重不良，則產(chǎn)生的有效壓頭將不足以克服公共下降管的阻力，從而使循環(huán)流速趨近于零，這種現(xiàn)象就是“循環(huán)停滯”。此時(shí) K=1。 （ 2）若某根上升管受熱極差并有可能出現(xiàn)有效運(yùn)動(dòng)壓頭小于阻力時(shí)，將產(chǎn)生“倒流”；此時(shí)該上升管變成了受熱的下降管。 （ 3）當(dāng)汽水混合物在于水平或者微傾斜的上升管段內(nèi)流動(dòng)時(shí)，因汽水密度不同，水將傾向于在底部流動(dòng)，汽傾向于在上部流動(dòng)，在流速較低的時(shí) 候，管內(nèi)汽水就會(huì)出現(xiàn)分界面，即所謂的汽水分層現(xiàn)象。 （ 4）如果入口處阻力過高，將產(chǎn)生局部壓降，則鍋筒內(nèi)的飽和水在進(jìn)入下降管的時(shí)候因壓力降低而汽化產(chǎn)生氣泡，造成下降管帶汽。 防治措施：（ 1）將每面墻的水冷壁按受熱強(qiáng)度不同劃分為若干獨(dú)立的循環(huán)回路，使并聯(lián)管總長度、受熱管長度和形狀盡量相近似，保證受熱均勻。 （ 2）提高循環(huán)回路高度以保證運(yùn)動(dòng)壓頭，并設(shè)法降低循環(huán)阻力。 （ 3）上升管盡量與鍋筒水空間連接，避免自由水面與蒸汽帶水；減少上升管彎頭數(shù)量；上集箱蒸汽引出管要盡量減小流動(dòng)阻力；上升管盡量不要水平布置，傾 斜布置傾角不應(yīng)小于 15 度；上升管在保證阻鍋爐復(fù)習(xí)整理 24 力的同時(shí)要采用小管徑。 （ 4）下降管結(jié)構(gòu)盡量簡單以便減小阻力，不設(shè)中間集箱、不用串聯(lián)管、不允許水平管與銳角彎頭；盡可能從鍋筒底部引出；下降管入口與上升管出口要保持一定距離并用隔板隔開；下降管要放置爐外不受熱；下集箱下降管與上升管的連接要盡量保證 90 度交角并避免軸線重合。 （ 5）上下鍋筒之間的對(duì)流管束，要注意將容易產(chǎn)生循環(huán)停滯和倒流的管子布置在煙氣溫度較低的區(qū)域。 蒸汽污染的原因有兩個(gè)： （ 1）鍋爐給水含有一定的鹽分，隨著水的蒸發(fā)，鹽分在 汽包內(nèi)濃縮，使得鍋水內(nèi)的雜質(zhì)較給水高很多。當(dāng)飽和蒸汽從鍋水中逸出時(shí)，會(huì)攜帶含鹽水滴，造成蒸汽污染。蒸汽攜帶是中低壓鍋爐蒸汽污染的主要原因。 （ 2）在高壓鍋爐中，除蒸汽攜帶外，蒸汽還會(huì)直接溶解某些鹽類，這是蒸汽污染的第二個(gè)原因。 控制蒸汽污染的措施： （ 1）采用排污或加藥等措施，控制鍋水品質(zhì)； （ 2）進(jìn)行給水處理，提高給水品質(zhì)； （ 3）在汽包內(nèi)安裝汽水分離裝置，減少蒸汽攜帶； （ 4）利用蒸汽清洗設(shè)備，減少蒸汽內(nèi)的溶解鹽分。 ： 課本 P178180 課件 P32 鍋爐復(fù)習(xí)整理 25 原因：汽包底部是 水空間，上部是汽空間。當(dāng)蒸汽從分界面進(jìn)入汽空間時(shí)，具有一定的速度，可能會(huì)濺起水滴。 較大的水滴動(dòng)能大、上升高度大，若汽空間高度不高，則有可能被蒸汽攜帶；而細(xì)小的顆粒質(zhì)量小，也有可能被蒸汽攜帶。 影響因素： 鍋爐負(fù)荷：負(fù)荷增加時(shí)，蒸汽在汽包內(nèi)上升速度增加，水滴被吹起的高度提高，所帶起的水滴數(shù)量增加，蒸汽濕度越大 蒸汽空間高度：指汽水分界面到蒸汽引出口的垂直高度。氣流的攜帶作用只能使飛濺大顆粒上升一段距離，如果蒸汽空間足夠高，則蒸汽帶水減少；在一定高度以后，蒸汽含濕趨向平穩(wěn)，因此這 個(gè)高度也不需要太高，一般 ~ 米。 鍋水含鹽量：隨著循環(huán)的進(jìn)行，鍋水逐漸濃縮，含鹽量增大；同時(shí)水分子之間結(jié)合力增強(qiáng)，生成氣泡變小，鍋水含汽率增加并促使水位膨脹上升；并且浮至水面的汽泡不易破裂，形成泡沫層。這都會(huì)造成蒸汽帶水。 蒸汽壓力的影響：壓力提高，汽水密度差減小，汽水分離變?nèi)?；另外高汽壓?duì)應(yīng)著較高的飽和溫度，則分子間運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)、引力減弱，更容易產(chǎn)生細(xì)微水滴顆粒。 汽水分離元件可以分為一次分離元件和二次分離元件。一次分離的任務(wù)是消減汽水混合物的動(dòng)能，將蒸汽與水初步分 離；二次分離的任務(wù)是把蒸汽攜帶的微小液滴分離出來，并使蒸汽從汽包均勻送出。 鍋爐復(fù)習(xí)整理 26 一次分離元件有旋風(fēng)分離器、擋板、立式節(jié)流板、水下孔板等。 二次分離元件有百葉窗、均汽板等。 原因：受鍋爐水處理?xiàng)l件的限制，鍋水內(nèi)總是含有一定量的雜質(zhì)，經(jīng)加藥處理后，會(huì)形成水渣。這些雜質(zhì)并不能全部被蒸汽帶走，而是留在了鍋水中。隨著鍋水的不斷蒸發(fā)，雜質(zhì)濃度提高，會(huì)造成受熱面結(jié)垢，影響運(yùn)行安全，因此需要采取一定措施將含鹽量較高的鍋水排出，并補(bǔ)充清潔的水，鍋爐排污是提高蒸汽品質(zhì)的重要方法之一。 根據(jù)排污的目的不同，分為連續(xù)排污和定期排污兩種： 連續(xù)排污：連續(xù)不斷地從鍋水含鹽量最高的汽水分界面附近，將鍋水排出，并補(bǔ)充清潔的水，以維持鍋水堿度和含鹽量。又稱為表面排污。 定期排污：間斷地將沉積在鍋爐汽水系統(tǒng)較低位置（如水冷壁下集箱、汽包底部等）的不溶性沉渣等雜質(zhì)排出 蒸汽清洗的目的是利用清潔的給水降低溶解在蒸汽中的鹽類。目前使用的清洗裝置采用起泡穿層布置，分為鐘罩式和平孔板式兩種 鐘罩式：由兩塊底盤、一塊孔板組成；底盤之間的縫隙恰好被孔板罩住。蒸汽從底盤縫隙進(jìn)入清 洗裝置，經(jīng)歷兩次轉(zhuǎn)彎，穿過清水層，經(jīng)孔板小孔離開。清水則流入汽包。 平孔板式：清洗水均勻分布在憑孔板之上，蒸汽通過小孔從下進(jìn)入，穿過水層，起泡。對(duì)蒸汽流速有限制，以免造成帶水。 鍋爐復(fù)習(xí)整理 27 ： 堿度（ A）：水中能夠接受氫離子的物質(zhì)的量，如氫氧根、碳酸根等能夠與酸反應(yīng)的物質(zhì)， mmol/L。 相對(duì)堿度：鍋水中游離的 NaOH 和溶解固形物含量之比。 ： （ 1）沉淀軟化：即在原水中加入石灰石。 （ 2）一般也采用向軟水中加酸來降低堿度。 2NaHCO3+H2SO4=Na2SO4+2CO2+2H2O 不過，為了保證給水系統(tǒng)不發(fā)生酸腐蝕，處理后的軟水應(yīng)該仍 然保持一定的殘留堿度（ ~）。 （ 3）氫 鈉離子除堿的原理：將離子交換劑用酸液還原，則形成氫離子交換劑。當(dāng)原水流過氫離子交換劑后，水中的鈣鎂離子被置換。經(jīng)過處理后，水中的碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)變?yōu)樗投趸?，硬度降低的同時(shí)，堿度與鹽分同時(shí)降低； ： （ 1）水中都有一定量的鹽分，而組成這些鹽的陰、陽離子在直流電場的作用下會(huì)分別向相反方向的電極移動(dòng)， 如果在一個(gè)電滲析器中插入陰、陽離子交換膜各一個(gè)，而離子交換膜具有選擇透過性，這樣在兩個(gè)膜的中間隔室中，鹽的濃度就會(huì)因?yàn)殡x子的定向遷移而降低。最后在中間的淡化室內(nèi)達(dá)到脫鹽的目的。 （ 2）其原理是在高于溶液滲透壓的作用下，依據(jù)其他物