鍋爐水循環指水和汽水混合物在鍋爐蒸發受熱面中的循環流動，分為自然循環和強制循環兩種。自然循環指依靠水和汽水混合物的密度差維持的循環；強制循環指依靠迴路中水泵的壓頭維持的循環。正常的水循環可以保證鍋爐蒸發受熱面及時可靠的冷卻，是鍋爐安全運行的基本條件之一。
基本介紹
- 中文名：鍋爐水循環
- 外文名：Boiler water cycle
- 種類：鍋爐水循環
- 作用：保證鍋爐蒸發受熱面
- 類別：鍋爐
- 故障：循環停滯與倒流
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基本信息
鍋爐運行時，水和汽水混合物在閉合的迴路中持續而有規律地循環流動，受熱面從火焰和高溫煙氣中吸收的熱量，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。
鍋爐水循環按其循環方式可分為自然循環和強制循環兩種。自然循環是依靠受熱部分汽水混合物的密度小於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。強制循環是利用水泵的推動作用，強迫鍋爐水流動。
性質
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，液態可變成固態，這種固態稱為冰或雪，如果溫度高於攝氏零度，固態會變成液態。如果再不斷加熱，水會開始沸騰，液態又會變成氣態，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，飽和蒸汽的溫度是恆定的，不同的壓力對應一個不同的飽和蒸汽溫度值。知道工作壓力，查水蒸氣性質表即可得到飽和蒸汽溫度。飽和蒸汽的品質不高，或多或少帶有小水滴，要想得到理想的蒸汽品質，就必須對飽和蒸汽繼續加熱，提高蒸汽的乾度和溫度，使飽和蒸汽變為過熱蒸汽。只有裝置過熱器的鍋爐，才能將飽和蒸汽通過過熱器繼續加熱成為過熱蒸汽。
2、鍋爐水位形成原理
水在連通器內，當水面上所受的壓力相等時，各處的水面始終保持一個平面，如下圖所示。
鍋爐水位形成原理鍋爐上的水位表就是利用這一原理設計的。熱水鍋爐，除蒸汽定壓外整個鍋爐內部都充滿了水；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，水位將會逐漸下移，為保持一定的水位，就要給鍋爐補水，保持水位的穩定。
基本原理
鍋爐運行時，只有使受熱面所吸收的火焰及高溫煙氣的熱量不斷被水或蒸汽帶走，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，必須在閉合迴路中持續而有規律地循環流動。
鍋爐的水循環分為自然循環和強制循環兩種。自然循環是依靠熱水部分汽水混合物的密度小於不受熱部分水的密度，從而形成壓力差（流動壓頭），促進鍋水流動。強制循環是利用水泵的推動作用，強迫鍋水流動。
一般蒸汽鍋爐普遍採用自然循環。對於熱水鍋爐，儘管採暖系統幾乎都採用強制循環，但在鍋爐中兩種循環方法均可採用，自然循環是依靠出水與回水之間的密度差來形成的，強制循環是利用網路中的循環水泵實現的。
水循環迴路
由於鍋爐結構不同，自然循環至少應有一條循環迴路，也可以有幾條循環迴路。如下圖所示是自然循環鍋爐單迴路的水循環示意圖。鍋筒和下集箱由左右兩根爐管連通，其中左管位於爐膛內吸收熱量，管中的水有一部分被汽化，成為汽水混合物，由於密度較小而向上流人鍋筒；右管位於爐牆外部受熱，管中是溫度較低的水，由於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，整個迴路在鍋爐運行中循環不息。
單迴路的水循環示意圖如下圖所示是自然循環鍋爐多迴路的水循環示意圖。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，從而分別構成三條水循環迴路。
多迴路的水循環示意圖循環倍率
自然循環鍋爐中的水，每經過一次循環，只有一部分水轉化為蒸汽。通常將進入循環迴路的水量稱為循環流量，它與該循環迴路中所產生的蒸汽量的比值，稱為循環倍率，即
循環倍率=循環流量/循環迴路中的產氣量
倍率表示在循環迴路中的水，要經過多少次循環才能完全轉化為蒸汽，是衡量鍋爐安全運行的一項指標。水循環好的鍋爐，受壓部件受熱均勻，熱應力小，因此可以加快鍋水升溫和汽化過程，縮短點火至正常供汽的時間。低壓小型鍋爐的循環倍率均在幾十至二百之間。
熱水鍋爐不產生蒸汽，但為了安全運行，必須保證鍋水在受熱面中有一定的流速。
循環故障
自然循環的鍋爐，當水循環工況不正常時，會產生循環停滯與倒流、汽水分層、下降管帶汽等故障。
1、循環停滯與倒流
在同一循環迴路中，當並聯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，必然大於受熱強的管中汽水混合物的密度。在下降管供水有限的情況下，受熱弱的管內可能流速降低，甚至處於停止不動的狀態，這種現象稱為循環停滯。這時，上升管內的蒸汽不能及時被攜帶走，管壁冷卻情況嚴重惡化，可能造成管壁過熱爆破事故。
當並聯的各上升管受熱嚴重不均勻時，受熱最強的管中的汽水混合物上升力強，流速過大而產生抽吸作用，致使受熱最弱的管中汽水混合物朝著正常循環方向相反的方向流動，這
種現象稱為水循環倒流。這時，如果汽水混合物沿著整個管子截面均勻向下流動，可能還不會發生事故；但當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。
為了避免發生循環停滯和倒流故障，除了鍋爐結構合理外，在運行操作上儘量使各上升管受熱均勻。例如，要避免在水冷壁上局部嚴重結渣和積灰；避免爐牆局部有較大的漏風吹到水冷壁管上；保持燃燒穩定，儘可能使爐中火焰分布均勻；定期排污數量不要過多，排污時間不要過長等。
2、汽水分層
當受熱管接近水平布置，管中介質流速不高時，由於蒸汽密度小於水的密度，蒸汽便在管子上部流動，水在管子下部流動，這種現象稱為汽水分層。這時，由於蒸汽的導熱性能差，就可能使管子上部的壁溫過高而燒壞。在汽水分界處，由於水面波動，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，由於水波動，不斷有水滴濺到上部管壁，當水分蒸發後，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小於15°。
3、下降管滯汽
當鍋爐正常運行時，下降管是不允許出現蒸汽的。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，又減少了循環流量。如果下降管中夾帶蒸汽量較多，會形成汽塞，使水循環停止，嚴重影響鍋爐安全運行。
為了避免發生下降管滯汽故障，在鍋爐結構上儘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，以免鍋水進入下降管時形成氣穴將蒸汽抽帶進去。上升管與下降管的管口應有一定距離，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。此外，下降管應儘量不受熱或少受熱，如將水冷壁系統的下降管布置在爐牆外面，將鍋爐給水布置在下降管的進口附近，以降低下降管的進口水溫。
