第三章、锅炉的汽水系统及其设备

K=3～5； （4）采用负荷高、阻力大的分离器，减少数 量，采用较小直径汽包； （5）保持较高质量流速ρ ω ，加装节流圈， 防止水动力特性不稳定和热偏差； （6）循环泵3～4台，其中一台备用，功率消 耗0.2%～0.25%； （7）调节系统比直流锅炉要求低； （8）缩短启动时间，100℃/h; （9）循环泵要求高，成本大；
第二节、 锅炉汽包与水冷壁
一、锅炉蒸发设备： （一）汽包 1、结构： 2、汽包的作用： （1）汽包是工质加热、蒸发、过热的过程的连接枢纽； （2）具有蓄热能力，缓和汽压变动速度，有利于调节； （3）装有汽水分离装置和排污装置，保证蒸汽品质； （4）汽包装设压力表、水位表、事故放水门、安全阀等 附属设备，控制汽包压力，监视水位，保证安全运行。
2、溶解性携带 溶解性携带指由于蒸汽能够溶解盐类而带 盐的现象。 溶解性携带特点：①饱和蒸汽和过热蒸汽 都具有直接溶解某些盐类的能力； ②溶盐 具有选择性； ③溶盐随压力升高而增大。 蒸汽中的溶盐量可用下式表示： a R Sq S ls ， mg/kg 100 式中： a－分配系数，又叫溶解系数，表示 溶解于蒸汽中的某种杂质的含量与此种杂质 在炉水中的含量的比值的百分数。
2、蒸汽清洗 1）基本原理 蒸汽清洗的主要目的是减少蒸汽的溶解性 携带。 2）清洗装置 按照蒸汽与水的接触方式的不同，清洗装 置可分为喷水式、水膜式、穿层式等。 （1）喷水式 这是最简单的清洗方法，清洗效率不高。
（2）水膜式 水膜式清洗是将旋风分离器顶部的百叶 窗倾斜放置。 （3）穿层式 穿层式清洗装置，蒸汽穿过清洗水层时 水层会起泡，所以也称为起泡穿层式。 多采用平板式清洗装置。

现象就称为膜态沸腾。也称为第一类传热恶化。
泡状流动画
弹状流动画
环（柱）状流动画



膜态沸腾一般发生在亚临界参数锅炉水冷壁管 内。 尽管亚临界参数锅炉水冷壁管出口汽水混合物 的质量含汽率一般只达到0.3~0.4，但由于采 用了内螺纹管水冷壁，抑制了膜态沸腾的发生。 环状流水膜被撕破或蒸干而产生膜态沸腾，形 成液雾流（湿蒸汽），导致第二类传热恶化。

一般情况下，对凝汽式发电厂，p＝ （1～2）％；对热电厂，p=（2～5）％。

第三节、过热器、再热器和省煤器
一、过热器、再热器的作用与工作特点 1、过热器的作用：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热 蒸汽，提高电厂的循环热效率。 2、再热器的作用：将汽轮机高压缸的排汽再一次加热，然 后再送到中、低压缸膨胀做功，提高汽轮机末几级干度和 电厂的循环热效率。 3、过热器和再热器的工作特点：吸热多，可占总吸热量的 50%；面积大，约9000㎡；外部烟温高、内部汽温高、冷 却条件差、安全性差；。 4、再热器特点： 1、放热系数小，质量流速ρ ω 小； 2、压力低，对热偏差敏感； 3、进口汽温虽负荷变化，调节幅度大； 4、需要安装旁路； 5、阻力对机组热效率影响大；
内螺纹管结构
三、自然循环工作可靠性主要指标 (1)循环流速ω o定义为：在饱和水状态下进入上升 管入口的水的流速。即
G o ,m/ s F
(2)质量含汽率χ 定义为：上升管中蒸汽所占循环 流量的份额。或汽水混合物中蒸汽所占的份额。即
D0 G
(3)循环倍率Ｋ定义为：上升管中实际产生一公斤 蒸汽需要进入多少公斤水。

在压力小于6MPa时，主要考虑机械性携带； 压力大于6MPa时，要考虑硅酸携带； 压力大于12.5MPa时，要考虑第二类杂质的溶解性 携带； 压力大于20MPa时，才考虑第三类杂质的溶解性携 带。

（二）汽包内部装置： 1、汽水分离设备 在现代大型锅炉上，常见的汽水分离 设备有：旋风分离器、百叶窗、顶部多孔板 （均汽板）等。其中旋风分离器是最主要的 汽水分离设备。 1）旋风分离器 （a）非导流式旋风分离器 立置非导流式旋风分离器的结构如图
1’
C
5
6
7 4
3
2’
2
二、结构型式： 按传热方式过热器与再热器可以分为：对流式、辐射式、 半辐射式三类。 1、对流式过热器和再热器 蛇形管组组成； 立式；吊挂方便，积灰较少，应用广泛，但停炉后管内 积水难以排除 卧式；易于疏水，但支吊较复杂，常采用管子吊挂的方 式。

第一类为硅酸（H2SiO3），分配系数最大，在蒸 汽中的溶解能力也就最强。 第二类为NaOH、NaCl和CaCl2，这类杂质的分 配系数比硅酸低得多，即在蒸汽中的溶解能力很差。 第三类为一些难溶于蒸汽的盐分，如Na2SO4、 Na2SiO3、Na3PO4、Ca3(PO4)2、CaSO4和 MgSO4等。
第三章、锅炉汽 水系统及其设备
第一节、锅炉水循环
一、自然循环的基本原理: 自然循环原理 自然循环是指：在一个闭合的回路中，由于工质自身的 密度差造成的重位压差，推动工质流动的现象。 自然循环锅炉的循环回路是由汽包、下降管、分配水管、 水冷壁下联箱、水冷壁管、水冷壁上联箱、汽水混合物引 出管、汽水分离器组成的。 重位压差是由下降管和上升管(水冷壁管)内工质密度不 同造成的。 自然循环推动力的实质是由重位压差造成的循环推动力 克服了上升系统和下降系统的流动阻力，推动工质在循环 回路中流动。
吊挂受热面-省煤器
根据烟气与蒸汽的相对流向，对流过热器和再热器又可分 为： 逆流；传热温压大，传热效果好，减少受热面面积，节约 金属。但蒸汽温度高的管段恰好处在烟气的高温区域，管 子出口端金属壁温高。 顺流；传热温压小，传热效果较差，需要的受热面积大， 消耗金属多。但蒸汽温度低的管段处于烟气的低温区域， 管子出口端金属壁温较低。 排列方式有顺列和错列两种，s1为横向节距，s2为纵向节 距。 在其它条件（如烟气速度和管子排列特性）相同时，烟气 横向冲刷顺列布置受热面管子时的传热系数比冲刷错列布 置时小，但顺列管束管外积灰易被吹灰器清除。
汽包封头
（b）导流式旋风分离器 立置导流式旋风分离器广泛应用于超高参数 的锅炉上。它在筒体内部汽水混合物入口引管 的上半部加装有导流板，形成导流式筒体， （c）涡轮式旋风分离器 涡轮式旋风分离器又叫轴流式旋风分离器。 （d）卧式旋风分离器 卧式旋风分离器主要是借助于离心力进行汽 水分离，在蒸汽的出口处装有钢丝网分离装置 进行进一步的水膜分离。
五、水循环安全性分析 1、循环倍率 K大于界限循环倍率Kjx，K≥2.5 影响循环倍率主要因素 （1）上升管单位流通截面积蒸发量 Dss/Fss; （2）导气管与上升管的截面比Fyc/Fss ； （3）其他影响因素 2、大量蒸汽在汽包内或下降管内凝结： 蒸发量需增加20%～25%
3、运动压头 （1）汽水密度差； （2）回路高度； （3）循环回路阻力； 4、亚临界压力下采用内螺纹管可提高循环 可靠性 5、循环停滞 在受热弱的水冷壁管中，进入上升管的循 环流量仅足以补充蒸发量时，称为循环停 滞。
（一）蒸汽污染的原因 1、机械性携带 机械性携带是指蒸汽由于携带含盐的炉水水 滴而带盐的现象。机械性携带量的大小决定 于携带水滴的多少及炉水的含盐浓度，可由 下式表示： S s S q ls 100 ，mg/kg 式中 Sqs－蒸汽机械携带的盐分，mg/kg； ω －蒸汽的湿度，表示蒸汽中携带的炉 水水滴的质量占蒸汽质量的百分数；
G 1 K D0 x
界限循环倍率Kjx， (4)自然循环的一个重要特性是吸热较多的管子中， 工质循环流量自动增加，循环流速会自动提高， 循环安全性越高，这就是自然循环特有的自补偿 特性。

w0
X Xjx(Kjx)
(5)上升管单位流通截面蒸发量
Dss / Fss 3.6

0'
K
300MW亚临界自然循环锅炉Dss/Fss推荐值 650～800t/(㎡·h)，界限值是 1300t/(㎡·h)。 四、汽水循环系统 汽包、大直径下降管、分配水管、供水管、 水冷壁下联箱、水冷壁管、后墙水冷壁吊挂 管、后墙排管、水冷壁上联箱、汽水混合物 引出管组成的。
Sls －汽包炉水的含盐量，mg/kg
影响蒸汽携带水滴的主要因素为①锅炉负荷、 ②锅炉工作压力、 ③汽包水位、 ④炉水含 盐量和⑤锅筒内部装置等。 当炉水含盐量增大到某一数值后，蒸汽的 含盐量突然急剧增加。此时对应的炉水含盐 量叫临界含盐量。临界含量的数值与蒸汽压 力、负荷、炉水中的杂质成分、蒸汽空间高 度以及汽水分装置等因素有关。
对于锅炉，蒸汽污染是由机械性携带和溶 解性携带引起的，蒸汽既携带炉水又溶解 盐类。因此，蒸汽中某种杂质的总量为： a k s R Sq Sq Sq Sls Sls 100 100 ， mg/kg 式中： k－蒸汽的携带系数，表示蒸汽中 的含盐量占炉水含盐量的百分数。 影响蒸汽溶解性带盐的主要因素有：①杂 质的种类、 ②蒸汽压力、 ③炉水的含盐 量与④ PH值等。
6、循环倒流 上升管接入汽包水容积时，循环停滞可能 转成循环倒流。 7、下降管带汽 下降管入口阻力大、入口旋涡斗、汽包水 欠焓、锅炉水带汽、汽包液面高度、下降 管受热。 六、控制循环锅炉 1、产生原因：压力升高；亚临界； 2、形式：主要依靠低压循环泵和内螺纹管。
主要依靠循环泵的压头进行循环的锅炉， 称为多次强制循环锅炉。 在水冷壁上升管入口处加装节流圈的多次 强制循环锅炉，又称为控制循环锅炉。 控制循环锅炉的特点： （1）运动压头可以达到0.25～0.5MPa， 可以采用小管径，管壁薄，金属消耗少； （2）可以任意布置蒸发受热面； （3）较高质量流速ρ ω ，循环倍率低

布置在高烟温区的过热器和再热器一般易产生粘结性 积灰，为便于蒸汽吹灰器清除积灰，及支吊方便，都以 顺列方式布置。 在尾部竖井中，烟温较低，为增强传热，布置在其中 的低温过热器和低温再热器一般采用错列布置。 2、辐射式过热器和再热器 辐射式过热器和再热器布置在炉膛壁面上或炉膛上方， 直接吸收炉膛辐射热。 辐射式过热器和再热器的另一种型式是屏式结构。 由焊在联箱上的许多U型管紧密排列成管屏组成，所以 称之为屏式过热器和屏式再热器。