工业锅炉6章-锅炉水循环及汽水分离资料
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常见的水循环故障有循环停滞、循环倒流、下降管带 汽。
1．循环停滞 原因：密度差等于回路阻力 2．循环倒流 原因：汽包引入管重位差大于回路压差 3．下降管带汽 原因：下降管受热；下降管入口自汽化；水进入下降
管时带汽；压力降低锅水自汽化
二. 控制循环
组成
汽包 下降管 循环泵 水冷壁（上升管） 联箱
特点
循环推动力：循环泵＋密度差 亚临界压力
8
与自然循环锅炉不同，采用低压头循环泵、内螺 纹管水冷壁技术。
➢ 思考：循环泵、内螺纹管作用？
循环泵增大循环流动的动力；内螺纹管预防水冷 壁内发生膜态沸腾。
第二节 锅炉受热面
下降管、水冷壁和过热器连接中枢 省煤器给水→进入 汽水混合物→引入 饱和蒸汽→过热器
选择性携带
饱和蒸汽带水 蒸汽溶盐
饱和蒸汽具有直接溶解盐的能力
蒸汽对不同盐分的溶解能力不同
38
a. 机械携带原因
汽水混合物 进入汽空间
冲击水面 冲击部件 相互冲击
汽水混合物 进入水容积
汽泡穿层 汽泡破裂
水滴飞溅
溅出水滴
进入汽空间
进入汽空间
饱和蒸汽带水
39
b. 选择性携带原因
（1）原因：蒸汽具有直接溶解盐分的能力 选择性：不同盐分在蒸汽中的溶解能力不同
盐类：钠盐＋SiO2（主要杂质）+碱类
气体：O2、N2、CO2、NH3 （少量） 过热器：流动阻力增加，超温
盐类
阀门：失灵，漏汽 汽轮机：喷嘴和叶片粗糙
腐蚀
气体
CO2参与沉积
35
1. 蒸汽品质
（4）蒸汽品质要求
《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》GB/T 12145-2008
蒸汽压力 （MPa） 5.9~15.6
工业锅炉
第六章 锅炉的水循环及蒸汽品质
第一节 锅炉水循环 1. 自然循环的基本原理
汽包 组成 下降管
水冷壁（上升管） 联箱
循环推动力：两侧密度差 特点
亚临界压力以下
2
（二）自然水循环的运动压头
1． 运动压头：自然循环回路的循环推动力叫 做循环运动压头，等于回路各部分的总压头。
2． 运动压头的三要素：饱和汽和饱和水的密 度、上升管中的含汽率、循环回路的高度。
1. 作用
与受热面和管道连接
增加蓄热能力 汽水分离
汽水分离、蒸汽清洗、排污等
改善蒸汽品质
安全附件保证锅炉安全运行
10
2. 结构
圆筒形容器
筒身：钢板卷制 封头：钢板模压
内部
上半部：蒸汽空间→蒸汽净化装置 下半部：水容积→汽水分离装置
11
2. 结构
长25~28m（锅炉容量、宽度） 尺寸 直径1700~1800mm（锅炉容量、汽水分离装置）
联箱：工质集中混合（汇集）＋均匀分配（分配）
2. 分类
108~159mm 小直径分散下降管 数量多（40根以上）
流动阻力大
大直径集中下降管
325~428mm 数量少（6根左右） 流动阻力小
节省钢材
31
二、蒸汽净化
1. 蒸汽品质
（1）含义：单位质量蒸汽含有的杂质，μg/kg
（2）杂质类型 （3）杂质危害
3． 有效压头：运动压头减去上升管侧阻力是 有效压头，在数值上等于下降管侧阻力。
（三）上升管中工质的流 动
1．管中汽水两相流的流 型：单相水、汽泡状流、 弹状流、环状流、环状 带液滴流、液雾流、单 相汽。
2．在自然循环锅炉的水 冷壁中，最多是弹状流。
3．传热区域：液体对流 传热、过冷沸腾、饱和 核态沸腾、强制水膜对 流传热、含水不足、蒸 汽对流传热。
焊制鳍片膜式水冷壁 轧制源自文库片膜式水冷壁
外径38~70mm 相对节距1.2~1.5 扁钢厚度5~6mm
销钉水冷壁
销钉式水冷壁
销钉膜式水冷壁
内螺纹（扰流）管水冷壁
工质在管内强烈扰动 推迟膜态沸腾避免管壁超温 用于高负荷区域膜式水冷壁
19
2. 结构
光管
焊制鳍片膜式水冷壁 轧制鳍片膜式水冷壁
20
2. 结构
15.7~18.3
含盐量（Na+） （μg/kg）
≤5
≤5
二氧化硅SiO2 （μg/kg）
≤20
≤20
> 18.3
≤3
≤10
36
2. 蒸汽污染的原因
（1）杂质来源
蒸发
给水含杂质
炉水杂质↑
汽包炉SiO2<20μg/L 直流炉SiO2<15μg/L
饱和蒸汽携带含盐浓度较大的锅水水滴
机械携带 （2）污染原因
厚度130~200mm（汽包压力、直径）
开孔
沿长度开孔，焊管座
连接给水管、下降管、汽水混合物引入管、蒸汽引出管、排污管等
封头开孔
椭圆或圆形人孔→安装和检修
横置炉外 布置 不受热、保温
12
高压和超高压锅炉汽包
1-汽包 2-内置旋风分离器 3-清洗水配水装置 4-蒸汽清洗装置 5-波形板 6-顶部孔板
（四）自然水循环工作的可靠性指标
1．循环流速：水在饱和温度下按上升管入口截 面计算的水流速称循环流速。
2．循环倍率：进入上升管中的循环水量G与上 升管中产生的蒸汽量D之比。计算公式为：
➢ 思考：K值大小对锅炉水循环的影响？ K值越大，对水冷壁的冷却效果好，但过大，
不能满足蒸发率的要求。
（五）自然水循环常见的故障
15
（二）水冷壁
1. 作用
水的蒸发受热面（上升管） 吸收高温火焰辐射热
水→蒸汽 降低炉膛出口烟温→防止结渣 降低炉墙内壁温度
位置：炉膛四周内壁
18
2. 结构
光管
外径50~60mm 相对节距1.05~1
炉膛气密性好 辐射受热面积大，降低金属耗量 炉墙重量轻，便于悬吊 防止管壁超温
膜式水冷壁
（2）特点 压力相关：压力增加→溶解能力增加 蒸汽状态：饱和蒸汽和过热蒸汽均可溶盐
40
3、净化措施 水处理→提高给水品质 汽水分离→降低饱和蒸汽带水（机械携带） 蒸汽清洗→降低蒸汽溶盐（选择性携带） 排污→降低炉水含盐量
膜式水冷壁
21
2. 结构
销钉
23
内螺纹水冷壁管 25
（三）下降管
作用：把汽包中的水连续不断送往下联箱供给 水冷壁，维持水循环。
（四）联箱 作用：汇集、混合、再分配 安装有定期排污装置和膨胀指示器。 （五）循环泵 作用：强化水循环
（三）下降管和联箱
1. 作用
下降管 将汽包中的水送往下联箱 维持正常的水循环
13
不设置蒸汽清洗装置 汽包下部设置汽水混合物夹层
亚临界自然循环锅炉汽包
1-旋风分离器 2-疏水管 3-顶部孔板 4-波形板分离器 5-给水管 6-排污管 7-事故放水管 8-汽水夹套 9-下降管 10-加药管
14
3. 特点
重量和体积大 工作压力高 筒壁温度场不均匀→产生热应力
强度计算选择汽包材料和壁厚 安全阀→限制汽包的工作压力 限制汽包上下壁和内外壁温差（ ≯40~50℃）
1．循环停滞 原因：密度差等于回路阻力 2．循环倒流 原因：汽包引入管重位差大于回路压差 3．下降管带汽 原因：下降管受热；下降管入口自汽化；水进入下降
管时带汽；压力降低锅水自汽化
二. 控制循环
组成
汽包 下降管 循环泵 水冷壁（上升管） 联箱
特点
循环推动力：循环泵＋密度差 亚临界压力
8
与自然循环锅炉不同，采用低压头循环泵、内螺 纹管水冷壁技术。
➢ 思考：循环泵、内螺纹管作用？
循环泵增大循环流动的动力；内螺纹管预防水冷 壁内发生膜态沸腾。
第二节 锅炉受热面
下降管、水冷壁和过热器连接中枢 省煤器给水→进入 汽水混合物→引入 饱和蒸汽→过热器
选择性携带
饱和蒸汽带水 蒸汽溶盐
饱和蒸汽具有直接溶解盐的能力
蒸汽对不同盐分的溶解能力不同
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a. 机械携带原因
汽水混合物 进入汽空间
冲击水面 冲击部件 相互冲击
汽水混合物 进入水容积
汽泡穿层 汽泡破裂
水滴飞溅
溅出水滴
进入汽空间
进入汽空间
饱和蒸汽带水
39
b. 选择性携带原因
（1）原因：蒸汽具有直接溶解盐分的能力 选择性：不同盐分在蒸汽中的溶解能力不同
盐类：钠盐＋SiO2（主要杂质）+碱类
气体：O2、N2、CO2、NH3 （少量） 过热器：流动阻力增加，超温
盐类
阀门：失灵，漏汽 汽轮机：喷嘴和叶片粗糙
腐蚀
气体
CO2参与沉积
35
1. 蒸汽品质
（4）蒸汽品质要求
《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》GB/T 12145-2008
蒸汽压力 （MPa） 5.9~15.6
工业锅炉
第六章 锅炉的水循环及蒸汽品质
第一节 锅炉水循环 1. 自然循环的基本原理
汽包 组成 下降管
水冷壁（上升管） 联箱
循环推动力：两侧密度差 特点
亚临界压力以下
2
（二）自然水循环的运动压头
1． 运动压头：自然循环回路的循环推动力叫 做循环运动压头，等于回路各部分的总压头。
2． 运动压头的三要素：饱和汽和饱和水的密 度、上升管中的含汽率、循环回路的高度。
1. 作用
与受热面和管道连接
增加蓄热能力 汽水分离
汽水分离、蒸汽清洗、排污等
改善蒸汽品质
安全附件保证锅炉安全运行
10
2. 结构
圆筒形容器
筒身：钢板卷制 封头：钢板模压
内部
上半部：蒸汽空间→蒸汽净化装置 下半部：水容积→汽水分离装置
11
2. 结构
长25~28m（锅炉容量、宽度） 尺寸 直径1700~1800mm（锅炉容量、汽水分离装置）
联箱：工质集中混合（汇集）＋均匀分配（分配）
2. 分类
108~159mm 小直径分散下降管 数量多（40根以上）
流动阻力大
大直径集中下降管
325~428mm 数量少（6根左右） 流动阻力小
节省钢材
31
二、蒸汽净化
1. 蒸汽品质
（1）含义：单位质量蒸汽含有的杂质，μg/kg
（2）杂质类型 （3）杂质危害
3． 有效压头：运动压头减去上升管侧阻力是 有效压头，在数值上等于下降管侧阻力。
（三）上升管中工质的流 动
1．管中汽水两相流的流 型：单相水、汽泡状流、 弹状流、环状流、环状 带液滴流、液雾流、单 相汽。
2．在自然循环锅炉的水 冷壁中，最多是弹状流。
3．传热区域：液体对流 传热、过冷沸腾、饱和 核态沸腾、强制水膜对 流传热、含水不足、蒸 汽对流传热。
焊制鳍片膜式水冷壁 轧制源自文库片膜式水冷壁
外径38~70mm 相对节距1.2~1.5 扁钢厚度5~6mm
销钉水冷壁
销钉式水冷壁
销钉膜式水冷壁
内螺纹（扰流）管水冷壁
工质在管内强烈扰动 推迟膜态沸腾避免管壁超温 用于高负荷区域膜式水冷壁
19
2. 结构
光管
焊制鳍片膜式水冷壁 轧制鳍片膜式水冷壁
20
2. 结构
15.7~18.3
含盐量（Na+） （μg/kg）
≤5
≤5
二氧化硅SiO2 （μg/kg）
≤20
≤20
> 18.3
≤3
≤10
36
2. 蒸汽污染的原因
（1）杂质来源
蒸发
给水含杂质
炉水杂质↑
汽包炉SiO2<20μg/L 直流炉SiO2<15μg/L
饱和蒸汽携带含盐浓度较大的锅水水滴
机械携带 （2）污染原因
厚度130~200mm（汽包压力、直径）
开孔
沿长度开孔，焊管座
连接给水管、下降管、汽水混合物引入管、蒸汽引出管、排污管等
封头开孔
椭圆或圆形人孔→安装和检修
横置炉外 布置 不受热、保温
12
高压和超高压锅炉汽包
1-汽包 2-内置旋风分离器 3-清洗水配水装置 4-蒸汽清洗装置 5-波形板 6-顶部孔板
（四）自然水循环工作的可靠性指标
1．循环流速：水在饱和温度下按上升管入口截 面计算的水流速称循环流速。
2．循环倍率：进入上升管中的循环水量G与上 升管中产生的蒸汽量D之比。计算公式为：
➢ 思考：K值大小对锅炉水循环的影响？ K值越大，对水冷壁的冷却效果好，但过大，
不能满足蒸发率的要求。
（五）自然水循环常见的故障
15
（二）水冷壁
1. 作用
水的蒸发受热面（上升管） 吸收高温火焰辐射热
水→蒸汽 降低炉膛出口烟温→防止结渣 降低炉墙内壁温度
位置：炉膛四周内壁
18
2. 结构
光管
外径50~60mm 相对节距1.05~1
炉膛气密性好 辐射受热面积大，降低金属耗量 炉墙重量轻，便于悬吊 防止管壁超温
膜式水冷壁
（2）特点 压力相关：压力增加→溶解能力增加 蒸汽状态：饱和蒸汽和过热蒸汽均可溶盐
40
3、净化措施 水处理→提高给水品质 汽水分离→降低饱和蒸汽带水（机械携带） 蒸汽清洗→降低蒸汽溶盐（选择性携带） 排污→降低炉水含盐量
膜式水冷壁
21
2. 结构
销钉
23
内螺纹水冷壁管 25
（三）下降管
作用：把汽包中的水连续不断送往下联箱供给 水冷壁，维持水循环。
（四）联箱 作用：汇集、混合、再分配 安装有定期排污装置和膨胀指示器。 （五）循环泵 作用：强化水循环
（三）下降管和联箱
1. 作用
下降管 将汽包中的水送往下联箱 维持正常的水循环
13
不设置蒸汽清洗装置 汽包下部设置汽水混合物夹层
亚临界自然循环锅炉汽包
1-旋风分离器 2-疏水管 3-顶部孔板 4-波形板分离器 5-给水管 6-排污管 7-事故放水管 8-汽水夹套 9-下降管 10-加药管
14
3. 特点
重量和体积大 工作压力高 筒壁温度场不均匀→产生热应力
强度计算选择汽包材料和壁厚 安全阀→限制汽包的工作压力 限制汽包上下壁和内外壁温差（ ≯40~50℃）