汽包工作原理

汽包介绍
唐有文
一） 汽包及相关问题
图（1） 汽包的结构特点：
1）图（1）为汽包的内部简结构。

设有中间夹层，汽水混合物于汽包两侧引入其中，防止欠热的水与汽包壁接触，并形成温度均匀的汽水混合物夹层，以减少汽包壁温差，增强汽包的运行灵活性和安全可靠性。

汽包的结构要求我们启动时注意其上下壁的温差。

启动过程中其下部先接受水加热，因而温度高于上部，当炉点火产汽时，上部接受凝结放热，使其温度高于下部，温差接受下图（2）约束，以此来保护汽包的安全，以免承受过大应力。

图（2）
3.4
20
MPa
上下壁温差
锅炉汽包压力
2) 给水的补充由两根没于水位以下沿汽包长度方向布置的管子来分配，其两头向中间收缩，以期减少给于汽包水位的波动。

3) 共194只旋风分离器分前后三排，沿汽包长度均布，以保证负荷大幅度变化使水位波动时，能有效地进行汽水分离。

旋风分离器上部斜置一级百叶窗分离器，在汽包顶部布置二级百叶窗分离器。

一二级百叶窗分离器进一步分离蒸汽中的水份，使进入过热器的干度达到99.9%以上。

4）汽包的两封头和下部共有四根大直径下降管，为了防止产生涡流和下降管内带汽，在下降管入口处设有防旋栅格，并控制下降管入口水速在标准允许范围内。

5) 汽包内设置了加药管，连续排污管，蒸汽取样管。

6) 如图（5）示为汽包各管布置。

二）汽包水位测量
图（3）
图（3）示为汽包水位测量筒简图 ，可得如下式（1） ： H =[L(MC-MS)g-ΔP ]/(MW-MS)g （1）
式（1）中含义： MC : 汽包外水密度 MS ：汽包内饱和汽密度 MW ：汽包内饱和水密度
L ：汽水连通管之间的垂直距离 ΔP ：输入差压变送器的差压
1） MS 和MW-MS 与汽包压力基本呈线性关系；MC 与环境温度有关，启炉时温升与压升
影响相抵消，近似为恒值。

可由图（4）示。

p 1
p 2
L
H
M S
M W
M C
图（4）
2） 做为本炉汽包水位测量由下图（5）示出：左右各有一电接点水位计和双色水位计，
锅炉正常运行以就地水位计为准参照电接点水位计作监视手段。

但值得注意的是：由于表计的散热原因，所显示的水位比实际水位要低。

试验表明亚临界自然循环炉的差值约在50~100mm ，我们的锅炉双色水位计设有温度补尝阀（左侧与#1下降管相连，右侧与#4下降管相连），这样可以减少水位读数的误差。

图（5）
5M pa
15M pa
M W -M S
M C -M S
1#下降管
M
加药炉水取样
连排
M
4#下降管
M
炉水取样
双色水位计
电接点水位计
平衡容器
M
M
汽 包
M
M 压力信号
M
平衡容器
M
M
平衡容器双色水位计
电接点水位计
高读压力
压力信号
压力信号
低读压力
3）平衡容器右二左一，取得三个ΔP，另于汽包上取得三个汽包压力值，经f(x)计算得出H 4）作为三冲量的蒸汽流量须经汽温汽压修正，一般取得调节级参数作为修正参量。

作为三冲量的给水流量须经温度修正，同时给水流量应与蒸汽流量相平衡，就得加上过热器的一二级减温水流量。

当于中压缸启动时，投三冲量运行时，有给水流量修正的问题，此时作为蒸汽流量需取中压缸入口与低旁入口的值，给水流量需加上高旁与再热器的减温水流量来修正。

当电泵出口阀打开或负荷大于10%时，汽包水位的控制权自动切到电泵，此时电泵控制的水位是单冲量与三冲量相结合的控制；当负荷大于15%时，可以无扰地切至三冲量。

但中压缸启动经阀切换后，在热态启动时，负荷可以达11%左右，用调节级参数作为蒸汽修正参量则负荷须大于11%，水位三冲量控制是精确的。

，
图（6）
5）图（6）给出给水流量蒸汽流量扰动给汽包水位的影响，①为不考虑水面下汽泡容积变化，②为不考虑给水量与蒸发量的平衡，③为实际汽包水位变化，燃烧扰动类似蒸汽流量扰动给汽包水位的影响变化。

6）作为我们的考虑，对于水位的影响主要关注于启停中，其变化较大。

通过图（6）可以分析，为什么开关旁路，冲转，并网以及燃烧加强时水位的变化有此规律，作为水位须我们有一提前思考，这一点非常重要。

对于锅炉容量增加，汽包的相对水容积减少因而大容量锅炉汽包水位的变化速度是非常快的，有计算表明600MW自然循环汽包炉水位变化200mm 约6~8秒，作为手动操作若是缺少预见那是非常困难的。

运行人员时刻不能疏忽的工作，我们的汽包中心线为0位，有±100mm,±200mm两挡。

高位一般由热化学来确定，下限由水循环安全性来决定。

通过连排或定排来控制汽包水位，本炉的定排开启受汽压5Mpa限制，若是不行则应通过燃烧率的调整。

作为监视上下壁温差的温度测点分布于下图（7）示：分别取上下平均值的差值作参考量来监视。

温差的控制主要表现在饱和温度的变化率的控制，起压后这取决于压力变化,而压力控制更容易掌握。

图（7）
图（7）温度热电偶上下相对，两侧靠近给水管边。

图（8）
图（8）是饱和温度允许的增长率，从图可知启始温升对应111℃
/h(1.85℃/min)，这相对于汽包的初始压力和初始温度来讲，总的温升量也是受限的。

二）水循环及相关问题
图（1）图（1）为侧墙水冷壁的下集箱
图（2）图（2）为后墙水冷壁的走向
图（3）
图（3）为前墙
一） 本炉水循环系统采用集中供水，分散引入，引出方式。

根据炉膛热负荷分布和结构特点，水冷壁划分为28个循环回路。

前水冷壁与后水冷壁沿锅炉宽度各分成6和12个回路，两侧水冷壁各分成5个回路。

水冷壁采用膜式全焊结构，由钢管和扁钢制成。

共有水冷壁管996根，为防止膜态沸腾，提高水循环的可靠性，在炉膛高负荷区采用了内螺纹管以防止水冷壁发生传热恶化。

为改善炉内高温烟气的充满度，在炉膛出口处由后水冷壁弯成折焰角，伸入炉膛1/3（5486mm ）深度。

其上部的后水冷壁分成两路，一路为后水冷壁吊挂管，由89根管组成，管子垂直向上进后水冷壁上集箱，另一路由178根管组成，其为水平烟道膜式全焊底包覆，到尾部烟道人口处向上延伸成
水平烟道后部凝渣管，最后进入后水冷壁后屏上集箱。

炉水由2根φ660.4×60mm （汽包下部）和2根φ558.8×50mm （两封头下部）的大直径下降管引到标高7M 的水冷壁下集箱位置，经118根供水管分配到每个水冷壁下集箱。

经水冷壁管加热成汽水混合物进入水冷壁上集箱，由184根管导入汽包内前后隔仓并分配到每个旋风分离器。

二） 本炉是自然循环汽包炉，其主要特点有：
图（8）
下降管
上升管
M 1M 2
H
图（8）示意了运动压头的产生, 得下式：
Syd=H(M1-M2)g
M1:汽包压力温度下的水密度。

M2 :受热之下的计算密度。

H：压高。

1）从式可知Syd的产生关键是（M1-M2）的大小。

而（M1-M2）是受热而形成，不需要任何外力，这是自然循环一大看重点。

2）自补偿能力强。

当循环回路的吸热增强时，运动压头的增加幅度大于流动阻力的增值，而使水量增加，称为自补偿能力。

对于强制炉，其也有自补偿能力，只是没有自然循环的自补偿能力强，其主要受限于上升管入口处的节流圈。

3）压力适用范围较广。

随着锅炉容量增大，汽包内压力也相应增大，（M1-M2）是减少了，同时流动阻力明显增大，但有计算与经验表明汽包内压力达20.2MPa循环是可靠的能保证锅炉安全运行。

4）容量适应范围广。

由于采用内螺纹管技术，防止了膜态沸腾，自然循环炉就其本身来讲容量适应范围就极广，但受制于运输与安装，目前有875MW机组（2780t/h的锅炉，汽包压力20.5Mpa）。

5）低负荷适应性良好。

对自然循环锅炉水循环的长期理论与实践的研究，可以认为，只要锅炉在最高负荷和压力下水循环是安全可靠的，通常在低负荷时，且热负荷偏差不是过大时，不会出现停滞，倒流或膜态沸腾，即使起动初期，个别管子出现停滞，倒流，由于热负荷极低，也不会有危险，尤其是超高压以上锅炉，低负荷的适应性更好。

循环水量随负荷下降略有下降，循环倍率大大提高，增加了安全性。

6)金属消耗较多。

但总体的来讲与控制锅炉及直流锅炉相比有着限制，控制锅炉其蒸发系统布置比较自由；启停快；先循环后点火，水冷壁膨胀均匀；熄火后保持循环，蒸发系统得以强制冷却，利于事故处理；容许较低循环倍率；金属消耗较少；对于控制锅炉来讲热负荷分布对其蒸发系统设计影响较大，循环泵及其系统必须安全可靠。

自然循环锅炉其压力在亚临界及以下，启动时必须对汽包水位加以控制，才能保证其运行安全。

三）影响水循环可靠性的因素：
1）对亚临界和超高压炉有可能出现水冷壁管内传热恶化。

2）上升管出口接到汽包水位以下时，出现自由水面。

3）循环倒流。

4）下降管内工质大量带汽或汽化，使循环减弱，导致循环停滞或传热恶化。

5）在水平或微倾斜的管，工质流速不高时，可能出现汽水分成层。