工业锅炉6章-锅炉水循环及汽水分离

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 亚临界压力以下
特点
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（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。 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。
（五）自然水循环常见的故障
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
汽包 下降管 组成
细分（二次分离）： 蒸汽携带的细微水滴分离
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防止贴筒水膜 被撕破
汽水混合物切向进入旋转 原理 水滴抛向筒壁并沿筒壁流下
蒸汽由中心上升
水稳定地流入汽包水容积中 防止水向下排出时将蒸汽带出
旋风分离器
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顶部孔板
波形板（百叶窗）
进口挡板
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（二） 蒸汽清洗
清洗原理 利用含盐低的清洁给水与含盐量高的蒸汽接触 蒸汽中溶解的盐分转移到清洁给水中
厚度130~200mm（汽包压力、直径） 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
开孔
封头开孔
椭圆或圆形人孔→安装和检修
布置
横置炉外 不受热、保温
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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
膜式水冷壁
焊制鳍片膜式水冷壁
轧制鳍片膜式水冷壁 销钉水冷壁 销钉膜式水冷壁
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
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2. 结构
焊制鳍片膜式水冷壁 轧制鳍片膜式水冷壁
光管
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（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。
（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。
喷淋 清洗装置 水膜 钟罩 穿层 平板
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清洗水量↑→蒸汽品质↑ 清洗前蒸汽品质↓→清洗后蒸汽品质↓ 水层厚度↓→清洗不充分→蒸汽品质↓ 影响因素 蒸汽流速↑→蒸汽带水
蒸汽流速↓→汽水接触变差→蒸汽品质↓（1.5m/s） 清洗水pH↑→硅酸分配系数↓→蒸汽品质↑
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（三）锅炉排污 定义：含盐浓度高的炉水排出炉外 分类 连续排污 定期排污 汽包液面（盐分） 下联箱（沉淀物）（8小时一次）
2. 结构
膜式水冷壁
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2. 结构
销钉
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内螺纹水冷壁管
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（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
下降管 将汽包中的水送往下联箱
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不设置蒸汽清洗装置
汽包下Leabharlann Baidu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
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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℃）
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（一）汽水分离
消除汽水混合物的动能（防止水滴粉碎）
基本思路
蒸汽沿空间水平截面均匀分布（降低蒸汽上升速度） 从蒸汽中分离细微水滴（利用密度差） 重力分离
分离原理
惯性分离 离心分离
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粗分（一次分离）：
挡板：惯性分离
汽水混合物分离
水下孔板：重力分离
旋风分离器：离心分离和重力分离
分离装置
波形板：水膜分离、离心分离和重力分离 顶部均汽板：重力分离
循环泵
水冷壁（上升管） 联箱 循环推动力：循环泵＋密度差
特点
亚临界压力
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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
1. 作用
维持正常的水循环
联箱：工质集中混合（汇集）＋均匀分配（分配） 108~159mm 小直径分散下降管 数量多（40根以上） 流动阻力大
2. 分类
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
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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
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（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
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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
与受热面和管道连接
增加蓄热能力
1. 作用
汽水分离 改善蒸汽品质

汽水分离、蒸汽清洗、排污等
安全附件保证锅炉安全运行
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2. 结构
筒身：钢板卷制

圆筒形容器 封头：钢板模压 上半部：蒸汽空间→蒸汽净化装置

内部 下半部：水容积→汽水分离装置
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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）
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 （3）杂质危害 气体
阀门：失灵，漏汽 汽轮机：喷嘴和叶片粗糙 腐蚀 CO2参与沉积
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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
（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 （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
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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
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蒸汽压力 （MPa） 5.9~15.6 15.7~18.3 > 18.3
含盐量（Na+） （μg/kg） ≤5 ≤5 ≤3
二氧化硅SiO2 （μg/kg） ≤20 ≤20 ≤10
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2. 蒸汽污染的原因
（1）杂质来源
蒸发
给水含杂质 汽包炉SiO2<20μg/L 直流炉SiO2<15μg/L 机械携带 （2）污染原因 选择性携带
炉水杂质↑
饱和蒸汽携带含盐浓度较大的锅水水滴
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
冲击水面 冲击部件 相互冲击
汽水混合物 进入汽空间
汽水混合物 进入水容积
汽泡穿层 汽泡破裂
水滴飞溅 进入汽空间
溅出水滴
进入汽空间
饱和蒸汽带水
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b. 选择性携带原因