锅炉部分第三章汽水系统

2、循环倍率Ｋ 上升管中循环水量G与产生的蒸汽 量D之比。每kg水经过Ｋ次循环才能完全变成蒸 汽
G K D
K值越大，上升管出口段水含量越高，冷却效 果好，但导致产汽率太小。高压锅炉在8~15； 超高压5~8；
锅炉压力↑汽化潜热↓循环倍率↓
（五）自然循环常见故障
水循环故障 因水循环不正常导致炉管损坏的现象 1、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。 2、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。 3、下降管带汽 下降管的流动阻力↑，密度差↓ 原因：下降管受热产汽、下降管入口带汽、自汽化、 锅炉压力突降引起的自汽化等。
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。
锅炉受热面结构动画
吊挂受热面
2、辐射式过热器
辐射式过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。
汽温特性曲线
汽 温 ， ℃ 2
3
1
负荷，100%
3、半辐射式过热器 布置在炉膛出口处，既吸收炉膛辐射热，又吸收 高温烟气的对流热，又称为后屏式过热器。
汽温特性介于对流和辐射之间，略偏向与对流。 具有较高的热负荷。特别是外圈管子，受热最强， 长度最长，因此阻力大，工质流量小，易发生超温 爆管，为保证其工作安全，可采取如图所示的各项 措施。
（2）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； （3）混流 集中了逆流和顺流布置的优点，既安全， 又经济，多用于高温级受热面。
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。
缺点： （1）水品质要求高； （2）给水泵功率消耗大； （3）对自动调节及控制系统要求高。
四、应用实例
第四节 锅炉水处理
一、锅炉的水质工况 1、给水品质 影响锅水含盐量，影响蒸汽品质。 为防止腐蚀、结垢，保证给水品质合格，必须对 给水品质进行监督。 2、锅水标准 二、给水处理 水处理方法有软化、化学除盐、蒸发除盐。
卧式 易于疏水，但支吊较复杂； 分为单管圈、双管圈和多管圈三种；多采用多管 圈，总压降不应超过10%，最末级过热器质量流速 ρ ω =800～1100㎏/（㎡·s）
根据烟气与蒸汽的相对流向不同，又可分为：
（1）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；
——第三章
汽水系统及设备
自动化工程学院
陈立军
主要内容
• 锅炉水循环
• 锅炉受热面
• 直流锅炉简介
• 锅炉水处理
锅炉的汽水系统由省煤器、汽包、下降管、水冷 壁、过热器、再热器等组成。使水吸热产生合格的 过热蒸汽。 第一节 锅炉水循环
水在蒸发受热面组成的循环回路中流动的过程。 可分为自然水循环和强制水循环。
2、布置 省煤器可以采用水流方向与锅炉前墙垂直或平行 两种布置方式； 垂直：管子短而多，水流速小，便于悬吊，转向室 后墙位置所有的管子都磨损严重； 平行：管子少，流速高，只有几根管子受到磨损； 可以错列或顺列布置： 错列：磨损大，换热系数大； 顺列：磨损轻，换热差；
第三节 直流锅炉简介
一、直流锅炉的工作原理
二、 控制循环锅炉
1、产生原因 循环安全性↓（压力升高；亚临 界；管径变小）； 2、形式 主要依靠低压循环泵的压头进行循环 优点 （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，循环倍率低。
第二节 锅炉受热面
三、 过热器、再热器和省煤器
(一) 过热器
饱和蒸汽→过热蒸汽，提高电厂的循环热效率； 表面式换热器，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
水平或尾部竖井烟道中，对流换热，由蛇形管组 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；常采用
（2）膜式水冷壁结构 轧制，焊接 4、水冷壁布置:吊挂式 5、折焰角： •增加了水平烟道的长度； •改善了屏式过热器的冲刷特性 •改善了前角充满度
（7）消耗较多的水泵功率；
（8）启动时要设置启动系统和分离器； （9）节省钢材20%～30%，制造简单，运输方便； （10）启停炉快； （11）蒸发受热面随意布置。
三、直流锅炉优缺点 1、优点 （1）适用于任何压力的锅炉； （2）金属耗量少； （3）制造、安装及运输方便； （4）受热面可自由布置； （5）启、停速度快；
无汽包，给水靠给水泵压头一次通过受热面，产 生蒸汽的锅炉称为直流锅炉。
二、直流锅炉的特点
（1）无汽包；
（2）蓄热能力差，对负荷变化敏感，对控制系统要 求高； （3）汽水密度差不影响工作，可以超临界； （4）没有排污，对给水品质要求高； （5）热水段、蒸发段和过热段不分界，产生水动力 特性不稳定；
（6）应防止膜态沸腾；
（三）上升管中的 流动 单相水→气泡流 →弹状流→环状流 →液环状滴流→雾 状流→单相汽 雾状流型：汽流 中虽仍有一些水 滴·但冷却作用不 够→传热恶化
（四）自然循环工作可靠性主要指标 1、循环流速 流速。即 水在饱和温度下进入上升管入口水的
G o A
是判断水循环安全性的重要指标之一。流速越大， 进入的水多，带走的热量、产生的汽泡就多，冷却 效果好，管壁不超温， 但并不是流速越高越好。
包括蒸发受热面、过热以及水的预热受热面。
一、锅炉蒸发设备（水→蒸汽） 包括汽包、下降管、水冷壁、联箱及连接管道。 （一）汽包 1、汽包结构
长圆筒的密闭承压容器，开有很多管孔，300MW锅 炉直径约1.8m，壁厚15cm，长约22m。
2、汽包的作用 （1）工质加热—蒸发—过热的连接枢纽； （2）蓄水、蓄汽容积，及一定蓄热能力，适应负荷 骤变能力； （3）汽水分离和排污装置，保证蒸汽品质； （4）压力表、水位表、事故放水门、安全阀等附件， 控制汽包压力，监视水位，保证安全运行。
（二）水冷壁
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蒸发受热面（辐射式）
1、水冷壁主要作用
(1) 吸收热量，将水变成汽水混合物；
(2) 烟温降低到灰的软化温度以下，保护炉墙并防 止结渣，提高运行的安全性和可靠性； (3) 辐射受热面节省钢材，降低锅炉造价； (4) 使炉墙的厚度可以减小，重量减轻，简化了炉 墙结构。
2、水冷壁的结构
1、光管式水冷壁；
(三)锅炉排污
蒸汽蒸发→杂质浓度↑ →加药→沉积在低处→ 排污。分为连排和定排两种。
（1）连续排污（表面排污）连续不断地从锅筒水 位面附近将浓度最大的炉水排出，降低炉水中的含 盐量和碱度；
（2)定期排污（间断排污或底部排污） 定期从水 循环系统的最低点排放部分炉水。其主要目是排除 水中的沉渣、铁锈。
一般流程： 给水→澄清和过滤→阳离子交换器→排气器→阴 离子交换器→一级除盐→阴阳离子混合交换器→二 级除盐→储水箱→除氧气除氧→锅炉 三、直流锅炉的水质工况 比汽包炉要求高 1、给水品质指标 2、水处理一般方法
以一台蒸发量为1000吨／时的直流锅炉为例：每 千克给水所含的盐分不超过0.05毫克，即为干净自 来水（每千克约含盐0.1～0.7克）所含盐分的万分 之一左右，甚至比医用蒸馏水的含盐量还少。即使 这样，在一年运行期中还会有几百公斤的盐分进入 锅炉。当然，最终留在锅炉中的仅是一部分。许多 国家都制订有各类锅炉的给水质量标准。
2）旋风分离器 离心力作用（粗分离）；
3)波形板分离器（百叶窗）由许多波形钢板组装而 成，属细分离装置；
4）顶部多孔板（均汽板） 孔板的节流作用，细分 离；沿汽包长度分布均匀，降低流速，避免带水。
波形板
（二）蒸汽清洗
减少蒸汽的溶解性携带
基本原理 清洁给水与含盐蒸汽接触，盐分扩散至 清水，普遍采用穿层式清洗装置。 穿层式清洗装置，蒸汽穿过清洗水层时水层会起 泡，所以也称为汽泡穿层式，多采用平板式清洗装 置。
2、烟气侧调温 通过改变锅炉内辐射受热面和对 流受热面的吸热量分配比例来调节汽温的方法。 主要有①烟气挡板法（烟气流量）；
②摆动燃烧器（改变火焰中心位置）；
③烟气再循环法（改变吸热平均温度）。 。
四、省煤器 用于加热锅炉给水，尾部竖井内，吸收对流热， 烟温低于600℃； 省煤器特点 1、省煤器吸收尾部烟道中低温烟气的热量，降低锅 炉的排烟温度，提高了锅炉热效率，节省燃料；
过热蒸汽温度和再热蒸汽温度对机组的安全性与经 济性有直接影响。
研究表明：过热器超温10~20℃的状态下长期运行， 会使其寿命缩短一半以上； 而汽温每下降10℃，会使循环热效率相应降低0.5 ％。 运行中通常规定汽温偏离额定值的波动范围为 +5℃~10℃。
汽温调节的方法有两大类：一是蒸汽侧调温，二 是烟气侧调温法。 1、蒸汽侧调温方法
2、省煤器提高了进入锅筒的水温，减少了锅筒壁与 给水的温度差，锅筒热应力降低，提高了寿命； 尾部受热面存在低温腐蚀、积灰、磨损等问题。
（一）省煤器的型式和布置
大容量、高参数锅炉均采用钢管式省煤器，烟气 与水逆向流动，增加传热温差，提高传热效果。 1、型式 工质是否饱和：沸腾式（中、小型锅炉）,非沸 腾式（大型锅炉）； 钢管式，铸铁式；
2、销钉式(刺管)水冷壁（卫燃带）；
3、膜式(鳍片管)水冷壁（普遍采用，分焊接和轧 制）。
光管式水冷壁
销钉式(刺管)水冷壁
膜式(鳍片管)水冷壁
膜式水冷壁主要优点
A 严密性，减少漏风；
B 辐射受热面积增加，节约钢材；
C 墙壁保护好，墙体轻，缩短启停时间；
D 增加管子刚性； E 提高紧固件寿命； F 可成片预制，减少安装工作量；
采用面式减温器、喷水减温器（用于过热汽温调节） 和汽—汽热交换器（用于再热汽温调节）等。
1）面式减温器 管壳式热交换器，调节惯性大，一般用于中小容量 锅炉。
2）喷水减温法
减温水喷入过热蒸汽中
特点：喷水减温法调节灵敏、惯性小，易于实现自 动化，加上调温范围大、设备结构简单。 一般设计采用2~3级喷水减温方式，喷水量约为锅 炉容量的5%~8%。 *喷水减温一般不用在再热器调温 3）汽—汽热交换器 用过热蒸汽加热再热蒸汽。
一、自然循环的基本原理 （一）自然水循环概述 仅仅依靠水和汽水混合物 的重度差而产生的水循环。
循环回路由汽包、下降管、 联箱、上升管（水冷壁）组 成的简单的循环回路。
（二）运动压头 自然循环推动力
S yd H ( s gs ) g
压差克服了系统的流 动阻力，推动工质循环 流动。 压力越高，汽、水的 密度差降低，工质循环 流动速度越低。
蒸汽带盐的危害 ①沉积在过热器内；②沉积在汽轮机； ③沉积在阀 门。 污染原因
①机械性携带（中、低压）；
②溶解性携带（高压以上）；
措施
提高给水品质、加强排污、汽水分离（机械携带↓）、 清洗装置（溶解携带↓）
（一）汽水分离装置 常见的分离设备有多种，其中旋风分离器最常见。 1）进口挡板 （导向挡板）消除汽水混合物的动能， 使水汽初步分离；
（三）下降管 不受热、绝热保温，有分散（细） 和集中（粗）两种。 （四）联箱 汇集、分配给水冷壁，装有定排装置、 监视膨胀指示器及循环泵；
（五）循环泵 无轴封循环泵，用于强制循环 。
二、蒸汽净化
蒸汽品质 蒸汽的洁净程度，即蒸汽中所含杂质 的多少。杂质包括盐类物质、碱类物质和氧化物， 主要是盐类物质，所以通常也把蒸汽对杂质的携带 称为蒸汽带盐。
(二)再热器 汽机高压缸排汽→ 再热→中、低压缸做功，汽轮 机末几级干度↑和电厂循环热效率↑ （6~8%），布 置在过热器后的烟道内。 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、进口汽温随负荷变化，调节幅度大； 4、需要安装旁路； 5、阻力对机组热效率影响大；
(三) 蒸汽温度调节