蒸汽锅炉的水循环

一、介质在蒸汽锅炉中的流动特点

对应蒸汽锅炉中水的预热、汽化及蒸汽过热三个阶段，水汽介质的流动体现出不同的特点：

预热阶段主要是在预热受热面（省煤器）中完成的，介质的流动是单相一次性强制流动，即介质全部是液态的水，介质流经省煤器仅一次而不回返重复。流动的动力则是锅炉给水泵的压头。

过热阶段是在过热受热面（过热器）中完成的，介质的流动也是单相一次性强制流动，即介质全部是蒸汽，一次性地在受热中流经过热器，流动的动力则是锅筒蒸汽压力。

汽化阶段是在蒸发受热面（水冷壁、对流管束）中完成的，介质的流动是双相循环流动，所谓双相指介质是汽水混合物，水在循环流动中不断汽化。循环流动因动力不同分为自然循环和强制循环两种，大多数蒸汽锅炉蒸发系统的水循环是自然循环。

二、自然循环及其形成

锅炉水循环中，依靠水和汽水混合物的密度差维持的循环叫自然循环；依靠回路中循环水泵的压头维持的循环叫强制循环。正常的水循环可保证锅炉蒸发受热面的可靠冷却，是锅炉安全运行的基本条件之一。

自然循环是最常见的锅炉水循环方式。水管锅炉的水循环在循环回路中进行；锅壳锅炉的水循环没有确定的循环回路，在锅壳水空间内进行。

自然循环是这样形成的：在锅筒和集箱之间，连接有很多受热的管子和少数不受热的管子，组成封闭的循环回路。受热管通常是水冷壁，在研究水循环时称为上升管；不受热的管子称下降管。上升管中一部分水因受热而汽化，管内汽水混合物的密度要比下降管中水的密度小。由于上升管与下降管在锅筒与集箱间连通，上端有共同的自由水面，从水面沿上升管及下降管至集箱有共同的高度，这就在上升管和下降管中因密度差而产生一个压力差，推动上升管中的汽水混合物向上运动，下降管中的水向下运动，开成了循环。上升管与下降管的压力差叫运动压头。

三、常见水循环故障

1.停滞 循环回路中个别上升管内水及汽水混合物流速极低，入口只有少量水进入，管内只有汽泡缓慢上升，进入上升管的水量等于上升管产生的蒸汽量，这种现象叫停滞。

在同一回路并联上升管受热不均的情况下，停滞通常发生在受热弱的管子中。出现停止现象时，上升管内进水量很少，水基本停滞不动，冷却条件差，往往导致管壁超温爆破。

2.倒流 倒流也产生在并联上升管系统内受热弱的上升管中，工质由上升流动变成了下降流动。

由于受热，水在倒流中汽化，因而倒流管中也是工质的以双相流动。在倒流管中有可能形成“汽塞”，即蒸汽滞留在管内某一位置，造成该部位沉盐结垢或过热爆管。

3.汽水分层 当上升管水平布置或与水平面夹角过小时，如果管中工质流速过低，就会出现汽水分层现象，即蒸汽在管子上部流动，水在管子下部流动，汽水两相间有时会出现明显的分界面。

汽水分层流动时，管子上部没有水膜冷却，可能导致爆管；在汽水两相界面处，壁温经常波动，会导致金属疲劳破坏。

锅炉水循环发生故障会危及锅炉安全运行，且常会重复发生同类故障。保证正常可靠的水循环是锅炉安全的基本要求。

四、在运行管理上防止水循环故障的措施

为防范水循环故障，除须在锅炉设计中采用严格的结构设计措施，比如回路分组，减小各上升管间的受热差异，减小流动阻力，保证一定的回路高度等，在运行管理方面的主要措施是：

1.注意保持炉膛内的燃烧和火焰分布均匀，以减小各上升管间的吸热不均。

2.防止在水冷壁管上积灰或结渣。

3.防止炉墙开裂、保温层脱落造成炉膛热量的散失及水冷壁管的吸热不均。

4.防止下降管的保温层或绝热层脱落，避免下降管受热汽化或散热降温。

5.防止对流管束的挡火墙或隔烟墙损坏造成烟气短路，从而减少吸热和影响水循环。

6.防止上升管及下降管结垢，造成流阻增大及上升管吸热减少。

7.防止锅筒水位过低使筒内蒸汽进入下降管。

8.正确进行排污操作，尽量减少排污对水循环的干扰。