第五章蒸发受热面
蒸发受热面
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膜式水冷壁的优点
➢炉膛气密性好 ➢降低金属耗量 ➢不用耐火材料，只需轻型绝热材料，减少
炉墙重量。 ➢便于采用悬吊结构 ➢锅炉蓄热能力减小，炉膛升温快，缩短启
动和停炉时间。
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3、内螺纹管
大容量锅炉水冷壁高热负荷区域 应用广泛 抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化的作用
内螺纹管: 在x=0.8时，壁温才开始飞升。充分说明 了内螺纹管具有显著的抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化 的作用。
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4、销钉式水冷壁
无烟煤锅炉减小换热强化着火 液态排渣、旋风炉 渣 顺利流出 ➢ 方法：敷设卫燃带（销钉＋耐火材料）
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1.6水冷壁布置
作用； 3. 将炉膛出口烟气温度冷却到要求的允许值，
避免对流受热面结渣； 4. 强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金
属消耗量； 5. 悬吊炉墙。
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水冷壁材料
45~60mm的无缝钢管 或内螺纹管 Nhomakorabea(高热负荷区域,防止传热恶化) 亚临界：20号钢（便宜）
超临界：铁素体钢：T23(HCM2S)和T24(7CrMoVTiB10-10)
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水冷壁
45~60mm的无缝钢管或内螺纹管，20号优质 锅炉钢 炉内火焰与水冷壁为辐射传热 悬吊结构，向下膨胀
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1.2 水冷壁类型
1．光管水冷壁:由不带鳍片光管组成。 ➢ 小型锅炉广泛应用 ➢ 需要炉墙 ➢ 密封不易
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锅炉原理3—蒸发受热面
锅炉蒸发设备的任务是利用炉膛高温火焰的辐射热加热经省煤器预热后的给水，使水在水冷壁中汽化，从而产生一定数量和品质的饱和蒸汽，送入过热器系统继续加热。
锅炉蒸发设备主要由汽包、下降管、水冷壁、联箱及其连接管道组成。
工质在由这些蒸发设备组成的闭合回路中流动，叫做水循环。
Rankine cycleBrayton cycle在近代动力锅炉中，炉墙上均敷设了水冷壁。
¾中压锅炉的水冷壁是蒸发受热面。
¾高压和超高压锅炉的水冷壁主要是蒸发受热面，但炉膛顶部常布置辐射过热器。
¾直流锅炉中，一部分水冷壁用作加热受热面和过热受热面，但水冷壁仍然主要是蒸发受热面。
¾在超临界压力直流锅炉中，水冷壁是加热水和过热蒸汽。
因此在低于临界压力的各种动力锅炉中，蒸发受热面一般指炉膛水冷壁，传热方式主要是辐射传热。
蒸发受热面炉膛水冷壁——辐射传热 凝渣管束——对流传热 锅炉管束——对流传热12水在回路中循环流动时，下降管侧压差Y xj 等于上升管侧压差Y ssxj xj xj p hg p p Y Δ−=−=ρ12下降管侧ss ss ss p hg p p Y Δ+=−=ρ12上升管侧ss xj ss xj p p hg hg Δ+Δ=−ρρ自然循环的实质：由重位压差造成的循环推动力克服上升系统和下降系统的流动阻力，推动工质在循环回路中改变成为汽流动。
即由于水冷壁管吸热，使水的密度ρxj，并在高度为h的回路中形成了重位压水混合物的密度ρss差。
回路高度越高，且工质密度差越大，形成的循环推动力越大。
工质密度差不仅与压力有关，而且与水冷壁管吸热强度有关。
在正常循环情况下，吸热越多，密度差越大，工质循环流动速度越高；而压力越高，汽、水的密度差降低，工质循环流动速度越低。
ρF构水冷壁的三种类型：光管水冷壁销钉式水冷壁膜式水冷壁焊接的膜式水冷壁、轧制的膜式水冷壁在中小容量锅炉上用得比较广泛的是光管水冷壁。
化工原理蒸发第五章
用以上两个式子进行计算时，必须预知溶液在一 定浓度和温度下的焓。对于大多数物料的蒸发，可 以不计溶液的浓缩热，而由比热求得其焓。习惯上 取0℃为基准，即0℃时的焓为零，则有
h0 c0t0 0 c0t0
h1 c1t1 0 c1t1
hw cwT 0 cwT
代入前面的两式得：
• 自然循环：由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产 生密度差而引起的循环运动 • 强制循环：依靠外力迫使溶液沿一个方向作循环运动
•1
中央循环管式(标准式)
•优点： • 溶液循环好 • 传热效率高 • 结构紧凑、制造方便、操作 可靠 •缺点： • 循环速度低
• 溶液粘度大、沸点高
• 不易清洗 •适于处理结垢不严重、腐蚀性小 的溶液
•直接加热蒸发器
•将一定比例的燃烧气与空气直 接喷入溶液中，燃烧气的温度 可高达1200～1800℃，由于气、 液间的温度差大，且气体对溶 液产生强烈的鼓泡作用，使水 分迅速蒸发，蒸出的二次蒸汽 与烟道气一同由顶部排出。
•优点：结构简单，不需要固定 的传热面，热利用率高
•适于处理易结垢、易结晶或有 腐蚀性的溶液。 •不适于处理不能被燃烧气污染 及热敏性的溶液。
（1）溶液的沸点升高和杜林规则 在相当宽的压强范围内溶液的沸点与同压 强的下溶剂的沸点成线性关系：
tA t K tw t
0 A 0 w
t A t K (t w t )
0 A 0 w
不同浓度NaOH水溶液的 沸点与对应压强下纯水的 沸点的关系，由图可以看 出，当NaOH水溶液浓度 为零时，它的沸点线为一 条 45 对角线，即水的沸点 线，其它浓度下溶液的沸 点线大致为一组平行直线。
冷凝水
《化工原理》课件—05蒸发
图【5-8】
2-2 液柱静压头引起的沸点变化
以前在计算沸点时均不考虑液柱深度的 影响。但在长管蒸发器中，液柱很高。 液体内部所受的压力大于液面所受的压 力，因此在计算沸点时应考虑这种影响 因素。
随着液柱高度的变化，液体内部的压强 在改变。通常取液柱中点的压强计算溶 液的沸点。
W F (1 xo ) 10000(1 68) 2440kg / h
x1
90
6atm的加热蒸汽的温度和潜热分别为
T=159°C, r=2091kJ/kg
0.2atm的二次蒸汽的潜热为
r´=2355kJ/kg
对于沸点进料，由式【5-9】得
D Wr 2440 2355 2748kg / h
2-1 溶质引起的沸点改变
一、经验公式计算 溶质引起的沸点改变值Δ΄主要与溶液的种类、溶 液中溶质的浓度和蒸发压力有关。
设操作压下溶液的沸点为tA和二次蒸汽温度为 T´，则
Δ΄ =tA- T´ =f Δ΄a 【5-1】
式中： f 为校正系数，无因次 Δ΄a可从手册中查取
Δ΄a是常压下溶液的沸点与纯水的沸点 的差值。
3-1 物料衡算
W,T´,I´
由于蒸发过程中，只有溶剂 蒸发而溶质不挥发。所以对 于稳态过程，对溶质作物料 衡算。图【5-9】
Fxo (F W )x1
【5-5】
因此，可求得蒸发水量W
W F (1 xo ) x1
【5-6】
F,xo,io 蒸发室
D,T,I 加热器
F-W,x1,i1
D,T,i
图【5-9】
1-3-2 降膜蒸发器
若蒸发浓度或粘度较 大的溶液，可用降膜 式蒸发器。原料液由 加热室的顶部进入， 通过分布器均匀地流 入加热管并在重力的 作用下形成下降的膜，
教科版八年级物理教案5.3蒸发
教案：教科版八年级物理5.3蒸发一、教学内容本节课的教学内容源自教科版八年级物理教材第五章第三节，即“蒸发”。
该部分内容主要包括蒸发的概念、蒸发的过程、蒸发的速率以及蒸发与沸腾的异同点。
详细内容如下：1. 蒸发是液体在任何温度下都能发生的缓慢的汽化现象。
2. 蒸发的过程包括蒸发液面的分子获得足够的能量，从液体相转变为气体相。
3. 蒸发的速率受温度、表面积和液体表面上方的空气流动等因素的影响。
4. 蒸发与沸腾的异同点：相同点是都是液体变为气体的汽化现象；不同点是蒸发在任何温度下都能发生，而沸腾需要在特定的温度（沸点）才能发生；蒸发是缓慢的，沸腾是剧烈的。
二、教学目标1. 让学生理解蒸发的概念，掌握蒸发的过程和影响蒸发速率的因素。
2. 使学生能运用蒸发和沸腾的异同点来解释生活中的现象。
3. 培养学生观察、思考和实验的能力，提高学生的科学素养。
三、教学难点与重点重点：蒸发的概念、过程、速率及其影响因素。
难点：蒸发与沸腾的异同点的理解和应用。
四、教具与学具准备教具：多媒体课件、实验器材（如烧杯、酒精灯、玻璃棒等）。
学具：教材、笔记本、实验报告单。
五、教学过程1. 实践情景引入：利用生活中的实例，如晒衣服、湿头发等，让学生观察和思考这些现象与蒸发有什么关系。
2. 知识讲解：（1）蒸发概念的讲解。
（2）蒸发过程的讲解，引导学生理解蒸发是如何发生的。
（3）讲解影响蒸发速率的因素，如温度、表面积和空气流动等。
（4）讲解蒸发与沸腾的异同点，帮助学生区分这两个概念。
3. 例题讲解：选取与蒸发相关的例题，如计算蒸发过程中的热量变化等，引导学生运用所学知识解决问题。
4. 随堂练习：设计一些关于蒸发的问题，让学生现场解答，巩固所学知识。
5. 实验环节：安排学生进行蒸发实验，观察和记录蒸发过程中的现象，培养学生的实验操作能力和观察能力。
六、板书设计板书内容主要包括蒸发的概念、蒸发的过程、蒸发的速率以及蒸发与沸腾的异同点。
七、作业设计1. 描述蒸发和沸腾的异同点，并举例说明。
05-锅炉蒸发受热面
第五章锅炉蒸发受热面概述•锅炉内工质状态变化过程1、水的加热：给水温度→饱和温度（压力不变）2、水的蒸发：饱和水→饱和蒸汽（温度不变）3、蒸汽过热：饱和蒸汽→额定参数下过热蒸汽•受热面类型1、省煤器2、蒸发受热面3、过热器概述概述自然循环锅炉蒸发受热面系统概述1-省煤器2-前墙水冷壁3-右墙水冷壁4-后墙水冷壁5-汽包6-供水管分配器7-左墙水冷壁8-省煤器再循环管9-后墙悬吊管10-集中下降管11-供水管12-汽水混合物引出管概述•省煤器再循环管的作用?•循环倍率1、自然循环锅炉：K=4~102、控制循环锅炉：K=2~5概述直流锅炉蒸发受热面系统1-给水泵2-省煤器3-水冷壁4-分离器5-再循环泵6-过热器概述•锅炉受热面由两大部分组成：炉膛受热面、对流受热面。
•炉膛受热面又称水冷壁，传热方式主要以辐射换热为主。
对于小型工业锅炉，还有部分锅筒表面参与换热。
•炉膛内，进入炉膛的燃料与空气混合后着火燃烧产生的高温火焰和烟气，通过辐射把热量传递给四周的水冷壁管，水在水冷壁管内受热蒸发产生饱和蒸汽。
概述•电站锅炉的对流受热面包括过热器、再热器、省煤器、空气预热器，通过烟气的对流换热（兼有辐射换热），将饱和蒸汽进一步加热为过热蒸汽或再热蒸汽。
•尾部对流受热面有两部分：¾省煤器：将给水在进入锅筒前预先加热到某一温度(通常低于饱和温度或达到饱和温度)。
¾空气预热器：空气在进入炉膛之前被加热到一定温度，以改善炉内的燃烧过程，同时降低排烟温度，提高锅炉的热效率。
一、锅筒•锅筒又称汽包，是用一定厚度的锅炉钢板焊接而成，两端焊有两个封头，形成的一个压力容器。
采用吊箍方式悬吊在炉顶大梁上，横置布置。
•长25~28m，直径1700~1800mm，厚130~200mm。
125t/h干熄焦（中日联/水钢11B50）一、锅筒•工作原理¾锅筒对于一般锅炉来说是必不可少的，它是锅炉中蒸汽与水的汇集场所。
化工原理 第五章 蒸发
第五章蒸发evaporationξ5－1 蒸发过程概述1．蒸发的概念2．蒸发操作的目的3．蒸发流程4．蒸发过程的分类5．蒸发操作的特点ξ5－2 蒸发设备一.常用蒸发器的结构与特点1．循环型蒸发器2．单程型蒸发器3．直接接触传热的蒸发器二.蒸发器的选型1、蒸发器改进与发展2、蒸发器性能的比较与选型ξ5－1 蒸发过程概述(summarize of evaporation process）1．蒸发的概念将含有不挥发溶质的溶液加热沸腾，使其中的挥发性溶剂部分汽化从而将溶液浓缩的过程称为蒸发。
蒸发操作广泛应用于化工、轻工、制药、食品等许多工业中。
2．蒸发操作的目的(purpose of evaporation manipulation）工业蒸发操作的主要目的是：（1）稀溶液的增浓直接制取液体产品，或者将浓缩的溶液再经进一步处理（如冷却结晶）制取固体产品，例如稀烧碱溶液（电解液）的浓缩、蔗糖水溶液的浓缩以及各种果汁、牛奶的浓缩等等；（2）纯净溶剂的制取，此时蒸出的溶剂是产品，例如海水蒸发脱盐制取淡水。
（3）同时制备浓溶液和回收溶剂，例如中药生产中酒精浸出液的蒸发。
工业上被蒸发的溶液多为水溶液，故本章的讨论仅限于水溶液的蒸发。
原则上，水溶液蒸发的基本原理和设备对其它液体的蒸发也是适用的。
3．蒸发流程 (evaporation flow path）按照分子运动学说，当液体受热时，靠近加热面的分子不断地获得动能。
当一些分子的动能大于液体分子之间的引力时，这些分子便会从液体表面逸出而成为自由分子，此即分子的汽化。
因此溶液的蒸发需要不断地向溶液提供热能，以维持分子的连续汽化；另一方面，液面上方的蒸汽必须及时移除，否则蒸汽与溶液将逐渐趋于平衡，汽化将不能连续进行。
【播放动画】液体蒸发过程5-1液体蒸发的简化流程如图片5-1所示，其主体设备—蒸发器由加热室和分离室两部分组成，其中加热室为一垂直排列的加热管束，在管外用加热介质（通常为饱和水蒸汽）加热管内的溶液，使之沸腾汽化。
《化工原理》第5章 蒸发
1.真空蒸发装置
在真空蒸发装置中，除了蒸发器以 外，还应有冷凝器、真空泵等附属 设备。
2.真空蒸发的流程
图5-12为单效真空蒸发流程示意图。
1.蒸发器 2、4.分离器 3.混合冷凝器 5.缓冲罐 6.真空泵 7.真空贮存罐 图5-12 单效真空蒸发流程示意图
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第5章 蒸发
3.真空蒸发的优点 （1）真空蒸发的温度低，适用于处理在高温下易分解、聚 合、氧化或变性的热敏性物料。 （2）蒸发操作的热源可以采用低压蒸汽或废汽，提高了热 能的利用率。 （3）在减压下溶液的沸点降低，使蒸发器的传热推动力增 3 加，所以对一定的传热量，可以相应减小蒸发器的传热面积。 （4）真空蒸发的操作温度低，可减少蒸发器的热损失。 4.真空蒸发的缺点 （1）在减压下，溶液的沸点降低，其粘度则随之增大，从 而导致蒸发器总传热系数的下降。 （2）需要有一套真空系统，并消耗一定的能量，以保持蒸 发室的真空度。
4
第5章 蒸发
5.1.2 蒸发过程的特点
蒸发操作总是从溶液中分离出部分（或全部）溶剂。常见的蒸发过程实际上 是通过传热壁面的传热，使一侧的蒸汽冷凝而另一侧的溶液沸腾，溶剂的汽化速 率由传热速率控制，所以蒸发属于传热过程。但蒸发又有别于一般的传热过程， 具有下述特点： (1)传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽冷凝，另一侧为溶液沸腾，所以属于壁面 两侧流体均有相变化的恒温传热过程。 (2)溶液性质：在蒸发过程中溶液的黏度逐渐增大，腐蚀性逐渐加强。有些溶液在 蒸发过程中有晶体析出、易结垢、易产生泡沫，在高温下易分解或聚合。 (3)溶液沸点的改变：含有不挥发溶质的溶液，其蒸气压较同温度下溶剂的蒸气压 低。换句话说，在相同压强下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，所以当加热蒸汽 的压强一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发溶剂时的温度差。溶液浓度越 高这种现象越显著。 (4)泡沫夹带：溶剂蒸气中夹带大量泡沫，冷凝前必须设法除去，否则不但损失物 料，而且污染冷凝设备。 (5)能源利用：蒸发时产生大量溶剂蒸气，如何利用溶剂的汽化热，是蒸发操作中 要考虑的关键问题之一。
化工原理-蒸发(第五章2)
Q KS T t1
2
二、蒸发器的生产强度
生产强度 单位传热面积上单位时间内蒸发的水量，用
U表示，其单位为kg/（m2∙h），即
U W S
生产强度是评价蒸发器优劣的重要指标。 对于给定的蒸发量而言，生产强度越大，则所 需的传热面积越小，因而蒸发设备的投资越省。
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二、蒸发器的生产强度
图5-16 并流加料的三效蒸发装置流程示意图
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一、并流(顺流)加料法的蒸发流程
优点 后效蒸发室的压强要比前效的低，故溶液
在效间的输送可以利用效间的压强差，而不必 另外用泵。
后效溶液的沸点较前效的低，故前效的溶 液进入后效时，会因过热而自动蒸发(称为自蒸 发或闪蒸)，因而可以多产生一部分二次蒸汽。
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多效蒸发的效数应有一定的限制： ①随着效数增加，温度差损失加大；
②随着效数的增加，虽然(D/W)min不断减小，
但所节省的蒸汽消耗量也越来越少； ③随着效数增加，蒸发强度不断降低，设
备投资费用增大。 最佳效数要通过经济权衡决定，单位生产
能力的总费用最低时的效数即为最佳效数。
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第5章 蒸发
5.3 多效蒸发 5.3.1 多效蒸发的操作流程 5.3.2 多效蒸发的计算（自学） 5.3.3 多效蒸发和单效蒸发的比较 5.3.4 提高加热蒸汽经济性的其他措施
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三、蒸发器的生产能力和生产强度
三效蒸发和单效蒸发的传热速率基本上相 同，因此生产能力也大致相同。
但生产强度不相同，即三效蒸发时的生产 强度(单位传热面积的蒸发量)约为单效蒸发时 的三分之一。
多效蒸发中，加热蒸汽经济性的提高是以 降低蒸发强度为代价换得的。
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四、多效蒸发中效数的限制及最佳效数
化工原理 第五章 蒸发
加热室 D, Ts ,hs
完成液 L，t，h, c
按教材上的符号写： 忽略c p 0，c p1差别，且H ′ − c p1t1 ≈ r ′ D= FcP 0 ( t1 − t0 ) + wr ′ + QL r
三、加热面积A的计算 加热面积 的计算
bdo do do 1 1 = + RO + + Ri + Ko αo λdm di αidi
理论上： 理论上： 一效1kg蒸汽→1kg水 蒸汽→ 一效 蒸汽 水
一、多效蒸发流程
并流流程 逆流流程 按料液与二次蒸汽的走 向分为 错流流程 平流流程
并流流程： 并流流程：
思考： 大小顺序？ 思考：P1、 P2、 P3大小顺序？
P1 > P2 > P3 T1 > T2 > T3
完成液
逆流多效蒸发器
∆tm = Ts − t = Ts − T − ∆
冷却水
证明： 证明：
多效与单效相比，生产能力低、生产强度小。 多效与单效相比，生产能力低、生产强度小。 料液
T
P
单效： 单效：Q = KA∆t m
三效： 三效：Q1 = K1 A ∆t m 1 3 A Q2 = K 2 ∆t m 2 3 A Q3 = K 3 ∆t m 3 3
冷凝水 水 完成液 单效蒸发器
5、蒸发过程总结 、 1）、实质是传热过程 ） 2）、沸点升高，传热温差小于蒸发纯 ） 沸点升高， 溶剂 3）、重视体系特性 ） 结垢、 结垢、结晶 热敏物质 粘度与腐蚀性等
二、单效蒸发器的计算 物料衡算 热量衡算 传热速率方程 沸点升高关系式
单效蒸发器的计算
已知： 已知：F、x0、t0、x 计算内容： 计算内容： L、 W、加热蒸汽量 、加热面积 、加热蒸汽量D、
第五章 蒸发受热面
• 汽包的作用
– 作为给水加热、蒸发和蒸汽过热受热面的连接点；也是循环系统的 重要部件；实现汽水分离。保证循环回路的正常循环和获得优良品 质的蒸汽。 – 汽包容积大，储水多，有一定的蓄热能力，在锅炉负荷变动时具有 一定的缓冲能力，在运行调节中起重要作用。厚壁金属，影响启动 速度。 – 汽包内装有多级汽水分离设备，对来自水冷壁的汽水混合物进行分 离。 – 对循环的锅炉水进行适当的化学处理；进行连续排污。 （定期排污）
能源与环境学院 Energy & Environment
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第二节 汽包锅炉蒸发受热面系统
二、控制循环锅炉
中国 南京
• 蒸发受热面系统的特点（与自然循环锅炉的差异）
– 下降管下端设置了锅炉水的循环泵。循环倍率一般在K＝ 2～5之间，有的还低于2。 – 循环系统回路简单。但加装节流圈。 – 循环泵的设置可使整个循环回路的设计有更多选择的余 地。 • 示例：600MW控制循环锅炉蒸发受热面系统简图
图5-1 自然循环锅炉水和蒸发系统 1－省煤器；2－前墙水冷壁；3－右墙水冷壁；4－后墙水冷壁；5-汽包；6－供 水管分配器； 7－左墙水冷壁；8－省煤器再循环管；9－后墙悬吊管；10－集中 能源与环境学院 12 －汽水混合物引出管。 下降管；11－供水管；12 Energy & Environment
汽包锅炉蒸发受热面系统组成：汽包－下降管（或下降管加循 环泵）－水冷壁下联箱－水冷壁(上升管) －水冷壁上联箱－ 汽水引出管－汽包汽水分离器。
能源与环境学院 Energy & Environment
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第三节 汽包锅炉水冷壁
一、水冷壁的作用
中国 南京
作为蒸发受热面，用于吸收炉内高温火焰的辐射 热，使进入管内的工质（水）产生蒸汽。 二、水冷壁的结构形式
第五章-1 锅炉受热面的作用及结构解析
第三节 省煤器及空气预热器
省煤器和空气预热器在尾部烟道的布置 管式空气预热器
省煤器和空气预热器在尾部烟道的布置 回转式空气预热器
一、 省煤器
省煤器的作用：
1、降低排烟温度，减少排烟热损失，节约燃料； 2、减少蒸发受热面，降低锅炉造价：
以管径小、管壁薄、价格较低的省煤器代替管径大、 管壁厚、价格较高的水冷壁 换热好(低温、强制流动、逆流布置)
下降管
作用：把汽包内的水连续不断地通过下联 箱供给水冷壁，以维持正常的循环。
布置在炉外不受热 有小直径分散型和大直径集中型两种
联箱
作用：汇集、混合、分配工质。 布置在炉外不受热 由无缝钢管两头焊接平封头构成。
汽包
汽包的作用
是加热、蒸发、过热三个过程 的连接枢纽和大致分界点；
具有一定的蓄热能力，能较快 适应外界负荷变化；
过热器及再热器的形式
根据布置位置与传热方式，分为对 流式、半辐射式、辐射式三种。 供热锅炉采用的都为对流式过热器， 由蛇形管构成。
根据放置形式分为立式、卧式。对 流式过热器目前多为立式，支吊简 单可靠，不易积灰，但疏水排气性 差。
根据蒸汽和烟气的流向，分顺流、 逆流、混流，多采用混流。
过热器中流动的工质温度最高，放 热系数小，工作条件最差；为了避 免使用贵重金属并保证传热温差， 供热锅炉的过热器一般布置在烟温 900℃左右的烟道中。
3、提高了给水温度，减少给水与汽包壁的温差，降低热 应力，延长使用寿命。
省煤器分类及布置特点
1、按制造材料：钢管式、铸铁式(压力 < 4 MPa) 2、按水的预热程度：非沸腾式、沸腾式(中压)
沸腾式：其出口水温不仅可达到饱和温度，而且可使 部分水汽化，汽化水量一般约占给水量的10％～15％， 最多不超过20％，以免省煤器中介质的流动阻力过大。 非沸腾式：其出口水温比相应压力下的饱和温度低。 3、错列减少积灰、换热强、磨损大 顺列利于吹灰、换热弱、磨损小
锅炉原理-第五章锅炉受热面及工作特点
过热器与再热器的结构形式
过热器和再热器的作用与特点
工作特点 外部烟温高：大约在600～1400℃。 内部汽温高：一般在320 ～ 540℃，近年出口汽温 可达560 ～ 620℃。 冷却条件差：亚临界压力下的蒸汽密度比水小，蒸 汽与管壁间的对流放热系数小，冷却能力差；提高蒸 汽流速，可使蒸汽冷却能力增强，但会增大压降，降 低蒸汽的做功能力。 安全裕度小：壁温高，管子的工作温度接近允许使 用温度。
能有效防止炉壁结渣
悬吊敷管炉墙（炉墙全部重量靠水冷壁支承）
主蒸发受热面（直流锅炉除外）
水冷壁
水冷壁的结构
水冷壁分光管壁、膜式壁两种 膜式壁炉膛气密 性好,可减少漏风,降低热损失,提高锅炉效率；有较 大的辐射受热面积，可降低受热面金属耗量；炉墙 重量轻，便于采用悬吊结构；锅炉蓄热能力减少， 有利负荷调节，锅炉启停快。
（a）（b）
直流锅炉水冷壁
UP型垂直上升管屏水冷壁
一次上升型（a）
特点：系统简单，流动阻力小；相邻 管屏外侧管间壁温差较小；可采用全悬吊 结构；水力特性较为稳定；但对锅炉负荷 适应性较差，金属耗量大
上升 - 上升型（ b ） 炉膛下部高热负 荷区域布臵两个串联回路，用于提高管内 工质质量流速以避免流动异常和传热恶化
气量的方法（如分隔烟道挡板）调节汽温
蒸汽温度调节
喷水减温方法
喷水减温器是将清洁度
很高的水直接喷入过热蒸
汽中以降低汽温（大锅炉 直接由水泵出口取水） 喷水减温装臵通常安装 在过热器连接管道或联箱 中
蒸汽温度调节
喷水减温方法
主要有旋涡式、笛形管
（多孔喷管）式两种
结构简单，惯性小，调
节灵敏，易于自动化，可
大连工业大学化工原理第五章蒸发(陈)
结构： 旋转刮板， 夹套式加热室 优点： 适用于粘度较高， 易结晶、易结垢物料。
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三、直接接触传热的蒸发器
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浸没燃烧蒸发器
优点： 传热效果好，热利用率高， 无固定加热面，结构简单， 适用于易结晶、结垢和具有腐蚀性物料的蒸发。
缺点： 料液不允许被烟气污染不适用 喷嘴易损坏
冷凝器压强下纯水沸点 （℃）
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t1 TK
三、单效蒸发计算（calculation of single effect ）
• 计算内容：①蒸发水量Ｗ（物料衡算） ②加热蒸汽消耗量Ｄ（热量衡算） ③蒸发器传热面积Ａ（传热速率方程）
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1. 物料衡算
设：蒸发过程没有溶质的损失
）
循环速度低，易积污垢， 清洗不便
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二次蒸汽
• 列文式
蒸发室
改 进 优 点
加热室与降液管分开 增设沸腾室 循环速度高
挡板 沸腾室
料 液
延缓积垢 可处理有结晶析出的溶液 加热室
蒸汽
完 成 液
降 液 管
缺点: 静压引起的温差损失大 设备庞大，造价高
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• 外挂加热室式
改进： 降低了设备高度 便于清洗、更换 存在问题： 静压引起的温 差损失大
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四、辅助设备（subsidiary）
防止 液沫 夹带
除沫器
冷凝器 冷凝二次 蒸汽，排 出不凝气 疏水器
防止蒸 汽排出
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除沫器
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疏水器：
作用： 排出凝结水， 但不让蒸汽排出 种类： 机械式， 热膨胀式， 热动力式
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第三节 单效蒸发
（single effect evaporation ） 一、溶液的沸点（boiling point of solution）
第五章蒸发受热面
第五章蒸发受热面
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内螺纹管结构
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第五章蒸发受热面
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壁环形下联箱）、水冷壁、汽水引出管。
• 问题5：控制循环锅炉中水冷壁内工质流动动力是 什么？
• 循环泵提供的压头、系统中的汽水密度差。其中以 循环泵提供的压头为主。
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第五章蒸发受热面
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2. 控制循环锅炉蒸发受热面系统与自然循环锅炉蒸 发受热面系统区别。
（1）控制循环设置有循环泵，提高了流动动力，提 高了循环回路的可靠性。循环水泵电耗大，采用低 循环倍率2-5，自然循环锅炉循环倍率4-10。
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第五章蒸发受热面
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§5.1 锅炉汽水工质吸热量的分配 • 问题1：送入锅炉汽水系统的工质是什么状
态？送出锅炉汽水系统的工质是什么状态？
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第五章蒸发受热面
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• 给水（低于临界压力时为未饱和水；超临界 压力下为水）；
• 过热蒸汽
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第五章蒸发受热面
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水汽化过程
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1.系统组成： • 水冷壁（布置在炉膛四周，在每面炉墙上分
为多个并联的回路，有联箱和受热面组成） • 下降管（大直径，底部设有分配器） • 供水管 • 水冷壁引出管（汽水混合物引出管） • 汽包。
化工原理第5章 蒸发
三、几个基本概念：
1.生蒸汽：即新鲜加热蒸汽。 生蒸汽： 生蒸汽 2.二次蒸汽：蒸出的蒸汽。 二次蒸汽： 二次蒸汽 3.单效蒸发：将二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操 单效蒸发： 单效蒸发 作。 4.多效蒸发：将二次蒸汽引到下一蒸发器作为加热蒸汽，作 多效蒸发： 多效蒸发 为加热蒸汽以利用其冷凝热，这种串联蒸发操作称为多效 蒸发。 。 5.生产能力：单位时间内蒸发的水分量，即蒸发量。 生产能力： 生产能力 6.生产强度：单位传热面积的蒸发量，即单位时间、单位传 生产强度： 生产强度 热面积蒸发的水份量 [ kg ]
最常用的为杜林法则 杜林法则，即一定浓度的某种溶液的沸点为相 杜林法则 同压强下标准液体的沸点的线性函数。由于不同压强下水的 沸点可水蒸汽表查得，故一般取纯水为标准液体。根据杜林 法则，以溶液的沸点tA 纵坐标，以同压强下水的沸点tW为横 坐标，只要已知某溶液在两个压强下的沸点值，并查出这两 个压强下纯水的沸点，即可作图得一直线，其直线方程为：
DH + Fh0 = ( F − W )h + WH '+ Dhw + Q损
（1） （2）
Q = D( H − hw) = F (h − h0 ) + W ( H '−h) + Q损
D：加热蒸气的消耗量，kg/s H：加热蒸气的焓，J/kg h0 ：料液的质量焓，J/kg hw：冷凝水的质量焓，J/kg h ：完成液的质量焓，J/kg H’ ：二次蒸气的质量焓，J/kg Q损 ：蒸发器的热损失，W Q ：蒸发器的热流量，W
（四）按操作方式 1．间歇蒸发：它又可分为一次进料、一次出料和连续进 料、一次出料两种方式。排出的蒸浓液通常称为完成液。在整 个操作过程中，蒸发器内的溶液浓度和沸点均随时间而变化， 因此传热的温度差、传热系数等各参数均随时间而变，达到一 定溶液浓度后将完成液排出。 2．连续蒸发：连续进料、完成液连续排出。一般大规模 生产中多采用连续蒸发。
[工学]化工原理课件天大版第五章 蒸发
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h
预热室
降膜加 热室
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3、直接接触式蒸发器
浸没燃烧蒸发器
优点：
因是直接触接传热，故它的传热
效果很好，热利用率高。由于不需
要固定的传热壁面，故结构简单，
特别适用于易结晶、结垢和具有腐
蚀性物料的蒸发。
缺点：
若蒸发的料液不允许被烟气所污
染，则该类蒸发器一般不适用。而
加热蒸汽
D ,Ts, R
称为温度差损失。
P
P t
冷凝水
△ = t -T-----传热温度差损失
h
完成液 单效蒸发器
冷却水
P
水
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• 引起传热温差损失△的原因：
（1） 溶液沸点升高（与同压力下纯溶剂相比） ------杜林规则
溶液含有不挥发的溶质，在相同条件下，其蒸 汽压比纯水的低，所以溶液的沸点就比纯水的高， 两者之差称为因溶液的蒸汽压下降引起的沸点升高。 溶液的沸点升高主要与溶液类别、浓度及操作压强 有关，一般由实验测定。
水
QKA 3TsT11T1T22T2T3
优点：热阻影响小，传热系数大， 停留时间短，一般为数秒或几十秒， 故可适应于高粘度（如栲胶、蜂蜜等 ）和易结晶、结垢、含固体、热敏性 的物料。
缺点：结构复杂，动力消耗大，处 理量很小且制造安装要求高。
刮板
h
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4）升、降膜式蒸发器
升膜加 热室
升降膜式蒸发器将 升膜和降膜蒸发器装在 了一起，料液先经升膜 蒸发器上升，然后由降 膜蒸发器下降。
式中 T— —操作压强下二次蒸汽的温度，℃
r— —操作压强下二次h蒸汽的汽化潜热，J/kg。 23
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• K=1/X〃
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• 问题4：自然循环锅炉中水冷壁内工质流动 动力是什么？
• 下降管内水和水冷壁内管内汽水混合物的密 度差。
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水汽化过程
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一、工质在锅炉内的三个加热过程 1.水的加热—水的预热设备—省煤器 2ห้องสมุดไป่ตู้水的汽化（水的蒸发）—水的蒸发（汽化）设备—
蒸发设备 • 汽包炉蒸发设备由汽包、下降管、水冷壁、联箱和
连接管等组成； • 直流锅炉蒸发设备即水冷壁。 3. 蒸汽过热—蒸汽过热设备—过热器、再热器
上部垂直水冷壁
直流锅炉水冷 壁过渡段
螺旋水冷壁出口集箱
垂直水冷壁进口集箱 螺旋水冷壁出口集箱
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垂直水冷壁进口集箱 下部螺旋水冷壁
垂直段 水冷壁 刚性梁
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螺旋水冷壁刚性 梁
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表5-1 不同参数等级下工质吸热比例
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、
图0-3
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图5-3
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三、水冷壁
（一）作用：吸收炉内辐射热量，将工质蒸发为汽水混合 物；降低烟气温度，保证炉膛出口烟气温度在合适的范 围。
（二）布置方式：每面墙由多个水冷壁管屏并列构成，其 中的每个管屏由进口联箱、受热面管组、出口联箱组成。
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（三）型式：
1.光管：
2.膜式： 3.销钉式：在水冷壁管子表面焊销钉，固定并冷却卫燃带。
4.内螺纹管：在水冷壁管内壁形成多道凹槽，可强化流体 和壁面传热，降低管子壁温，推迟传热恶化的发生。
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内螺纹管结构
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P1 P2
P P1 P2 gh
P Pld
以稳定的速度循环流动。
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2.水冷壁回路
• 为减轻热偏差的影响，将每面墙水冷壁分为 若干回路。
• 图5-2
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• 问题2：亚临界参数锅炉炉膛内的屏式过热器为什 么远多于高压锅炉？
• 随着压力升高，过热吸热量比例增大，蒸发吸热量 比例减少，过热器布置量增大，水冷壁吸热不能满 足维持炉膛出口烟温的要求，故需要在炉膛内增加 屏式过热器补充吸热。
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二、不同参数等级下工质吸热比例
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二、控制循环锅炉蒸发受热面系统 1.系统组成：汽包、下降管、循环泵、供水包（水冷
壁环形下联箱）、水冷壁、汽水引出管。
• 问题5：控制循环锅炉中水冷壁内工质流动动力是 什么？
• 循环泵提供的压头、系统中的汽水密度差。其中以 循环泵提供的压头为主。
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第二篇 锅炉受热面
第五章 蒸发受热面
本章主要内容： 1.不同压力下工质汽化过程？ 2.不同压力下锅炉蒸发受热面组成？ 3.锅炉蒸发受热面各个组成设备的作用、类型。 4.直流锅炉水冷壁系统构成。
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第五章 蒸发受热面
按照锅炉是否有汽包可将锅炉分为两类： • 汽包炉—自然循环锅炉、控制循环锅炉 • 直流锅炉
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§5.1 锅炉汽水工质吸热量的分配 • 问题1：送入锅炉汽水系统的工质是什么状
态？送出锅炉汽水系统的工质是什么状态？
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• 给水（低于临界压力时为未饱和水；超临界 压力下为水）；
• 过热蒸汽
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• 压力升高，蒸发吸热比例减少、水的加热吸 热比例减少、过热吸热比例增加。
• 不同参数下锅炉受热面布置变化大。
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§5.2汽包锅炉蒸发受热面系统 一、自然循环锅炉蒸发受热面系统
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1.系统组成： • 水冷壁（布置在炉膛四周，在每面炉墙上分
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1025t/h 亚临界参 数锅炉布 置图
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高压 锅炉 受热 面布 置图
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冷灰斗
直流锅炉水 冷壁结构
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2. 控制循环锅炉蒸发受热面系统与自然循环锅炉蒸 发受热面系统区别。
（1）控制循环设置有循环泵，提高了流动动力，提 高了循环回路的可靠性。循环水泵电耗大，采用低 循环倍率2-5，自然循环锅炉循环倍率4-10。
（2）循环泵压头大，可简化循环系统，减少水冷壁 回路数量，使用节流圈调节流量偏差。
（3）循环泵可克服较大阻力，减小水冷壁管径，节 省金属，汽包采用较小尺寸。
为多个并联的回路，有联箱和受热面组成） • 下降管（大直径，底部设有分配器） • 供水管 • 水冷壁引出管（汽水混合物引出管） • 汽包。
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• 问题3：工质离开水冷壁时为何种状态？ • 汽水混合物。
• 含汽率（干度）：汽水混合物中，蒸汽流量 占总流量的比例，以X表示。