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1、第五章 锅炉受热面及工作特点,蒸发受热面 过热器和再热器 省煤器和空预器,工质在锅炉中的吸热是通过布置各种受热面来完成的。由于受热面所处的烟温区域不同，受热面所起的作用也不同。,锅炉受热面的典型布置形式,12-水冷壁 13-屏式过热器 14-高温过热器 19-再热器 20-低温过热器 23-省煤器 27-空预器,工质进入锅炉后，给水需经过预热蒸发过热、再热送出锅炉，过程中给水经历了三种不同的加热状态，针对三种加热状态，锅炉设置了三种不同的受热面： 水的预热：省煤器 水的蒸发：蒸发受热面，主要是水冷壁 蒸汽的过热：过热器 其他受热面还包括： 汽轮机高压缸排汽再热：再热器 空气的预热：空预器。 以
2、上五种受热面即为现代电站锅炉的主要受热面。一般水冷壁布置在炉膛四周的炉墙上，过热器和再热器布置在水平烟道内，省煤器和空预器布置在尾部烟道内。,蒸发受热面及系统（水冷壁）,一、水冷壁的作用： 水冷壁是布置在炉膛四周以辐射换热为主的蒸发受热面，管内工质一般为汽水混合物。其作用如下： 1. 吸收炉内火焰辐射热，使水加热并蒸发为饱和蒸汽。 2. 保护炉墙，减少熔渣和高温对炉墙的破坏。 3. 使炉膛出口烟温降到允许值，避免对流受热面结渣。 4. 强化传热，减少锅炉总受热面面积，降低金属耗量。 5. 减轻炉墙重量，便于采用悬吊结构。,二、水冷壁的结构： 水冷壁可分为光管式、膜式、销钉式、内螺纹管式等。 光
3、管水冷壁：光管水冷壁是由内外壁均光滑的一排无缝钢管组成，一般是贴近炉墙内壁、相互平行的垂直布置，上端与锅筒或上集箱连接，下端与下集箱连接。,护板 绝热层 耐火层 管子,光管水冷壁,特点：制造安装简单，但对炉墙保护作用小，炉膛漏风严重。现代大型锅炉使用较少，小型锅炉仍有使用。,2. 膜式水冷壁：各光管之间用鳍片或扁钢焊接成一组管屏，四壁连成一个整体。现代大型锅炉多采用此结构。膜式水冷壁有两种结构，一种是光管与扁钢的焊接，另一种是轧制鳍片管焊接。,特点： 炉膛气密性好，漏风小，降低排烟温度，提高锅炉效率。 保护炉墙免受高温烟气冲刷，减轻炉内结渣。 辐射受热面积大，鳍片成本较低，可降低受热面金属耗量
4、。 无需耐火层，只需轻型绝热层，减轻炉墙重量，利于悬吊布置。,光管扁钢膜式水冷壁,轧制鳍片管膜式水冷壁,绝 热 层,2. 膜式水冷壁：各光管之间用鳍片或扁钢焊接成一组管屏，四壁连成一个整体。现代大型锅炉多采用此结构。膜式水冷壁有两种结构，一种是光管与扁钢的焊接，另一种是轧制鳍片管焊接。,特点： 炉墙蓄热量少，炉膛升温快，缩短启停时间，利于负荷调节。 防止水冷壁管壁超温，相邻管子可辅助冷却。 刚性较好，增强炉膛抗爆能力。 设计及制造工艺较复杂。,光管扁钢膜式水冷壁,轧制鳍片管膜式水冷壁,绝 热 层,3. 销钉式水冷壁：为保证燃烧器区域高温，利于低挥发分煤的着火燃烧，可在光管式或膜式水冷壁管上焊接
5、销钉，用于敷设卫燃带。销钉可使铬矿砂耐火材料与水冷壁牢固连接。,销钉光管水冷壁卫燃带,销钉膜式水冷壁卫燃带,1-水冷壁管 2-销钉 3-铬矿砂耐火材料,4. 内螺纹管水冷壁：为确保水冷壁安全可靠，在炉内高热负荷区域的水冷壁管多采用内螺纹管。工质在管内流动时产生强烈的扰动，把液体压向壁面，强迫汽泡脱离管壁被旋转向上的水带走，破坏汽膜，加强汽水混合物对管壁的放热，增强冷却效果。采用内螺纹管可有效防止膜态沸腾产生，避免传热恶化和管壁超温。,内螺纹管水冷壁,三、自然循环锅炉蒸发受热面： 自然循环工作原理：蒸发受热面内的工质，依靠下降管中的水与上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差进行循环。 过
6、程：水由给水泵压送，经省煤器预热后进入汽包。下降管位于炉膛外不受热，管内工质为水，上升管即水冷壁受热，管内工质为汽水混合物，下降管内水的密度大于上升管内汽水混合物的密度，在密度差作用下，推动工质在封闭蒸发系统中循环流动。,自然循环回路,汽包下降管水冷壁（上升管） 汽包,自然循环锅炉水循环系统,1-省煤器 2347-水冷壁 5-汽包 6-供水分配管 8-省煤器再循环管 9-悬吊管 10-集中下降管 11-供水管 12-汽水混合物引出管,自然循环锅炉蒸发受热面系统主要包括：汽包，下降管（集中下降管、分配器、供水管），布置在四面炉墙上的水冷壁及集箱，汽水混合物引出管等。,给水,3. 布置特点： 大容
7、量锅炉沿炉膛周界热负荷分布不均，造成水冷壁吸热不均。而并列管受热不均是造成水循环故障的主要原因。为提高水循环可靠性，将热负荷及结构相近的水冷壁划分成独立的循环回路。每个回路有相应的水冷壁管、上下联箱、供水管和汽水混合物引出管。,某锅炉水冷壁回路划分示意图,1-集中下降管 2-供水管 3-水冷壁下联箱 4-水冷壁管 数字：各下集箱接出水冷壁管数,某锅炉水冷壁回路划分示意图,1-集中下降管 2-供水管 3-水冷壁下联箱 4-水冷壁管 数字：各下集箱接出水冷壁管数,共分为32个循环回路。前、后、两侧各8个回路。来自省煤器的给水经汽包分别进入4个大直径集中下降管，其下端分别接一个分配器，并通过96根供
8、水管与32个下集箱相连。然后经32组648根膜式水冷壁管向上流动，水被逐渐加热形成汽水混合物，再通过上集箱由导汽管引入汽包，进行汽水分离。,3. 水冷壁的固定： 在小容量锅炉中，水冷壁通常采用支撑下集箱的办法来固定，热膨胀向上进行。大型电站锅炉水冷壁与上下集箱直接焊接，采用上部固定下部自由膨胀的方法固定。即将水冷壁的上集箱悬吊在锅炉钢架上，下集箱由水冷壁悬吊着。 凝渣管：布置在炉膛出口具有较大节距的蒸发受热面。早期布置防渣管的目的是让这部分受热面吸收烟气热量，烟温进一步降低，使飞灰凝固，防止布置在其后节距较小的过热器管上结渣，而且凝渣管自身节距较大，结渣可能性较小。凝渣管是由后墙水冷壁在炉膛出
9、口位置拉稀形成。现代大容易电站锅炉中的凝渣管用于联络上联箱至汽包，及悬吊后墙水冷壁，故又称悬吊管。冷灰斗、折焰角也是由水冷壁弯曲得到。,四、控制循环锅炉蒸发受热面： 控制循环工作原理：压力提高，汽水密度差减小，为了保证受热蒸发管内有足够的流量循环，在蒸发系统的下降管系统内加装循环泵8，以增强工质循环流动的推动力。蒸发受热面内的工质循环除了依靠水与汽水混合物密度差外，主要依靠循环泵。,l-汽包；2-下降管；3-汇集联箱；4-循环泵；5-循环泵出口阀；6-循环泵出水管；7-环形联箱（下水包）；11-后墙延伸水冷壁；12-水冷壁出口联箱；13-汽水引出管；14-折焰角 15-省煤器再循环管,2. 过
10、程：大直径集中下降管从汽包底部引出并与汇集联箱连接，循环泵通过吸入短管与汇集联箱相连，循环泵通过出水管与环形下水包（由前、后、左右四侧水包组成）连接。 经由水冷壁管、上集箱和导汽管，回到汽包。下降管中的水通过汇集联箱分配到各循环泵，可均衡循环泵的入口流量，有利于提高循环泵运行的可靠性。,控制循环锅炉水循环系统,3. 特点：采用循环泵使循环回路能克服较大的流动阻力，因此控制循环的蒸发系统有如下特点： 水冷壁可根据锅炉形状自由布置，不必按吸热量不同划分多个回路。 可采用小直径水冷壁管，节省金属耗量；汽包内可采用更高效的汽水分离器，可减小汽包直径。 工质质量流速较高，对管子冷却条件好，循环倍率比自然
11、循环小，一般为25。循环稳定，不易出现循环异常，但可能出现流动不稳定、脉动等。 水冷壁下联箱（环形下水包）内可装置节流圈来调节各水冷壁管的水流量，减小水冷壁的热偏差。 循环泵制约系统可靠性，并使设备制造和运行费用增加。,4. 循环泵： 泵的叶轮2和电动机转子5装在同一主轴4上，置于相互连通的密封压力壳体内，泵与电动机结合成一整体，没有普通电动机之间连接的联轴器结构，没有轴封，从根本上消除了泵泄漏的可能性。 电动机与泵体由主螺栓和法兰进行联接。循环泵完全悬挂在下降管下端，在锅炉热态时可以随下降管一起向下自由膨胀。,2,4,5,五、直流锅炉蒸发受热面： 直流锅炉工作原理：靠给水泵的压头，给水一次通
12、过锅炉各受热面产生蒸汽。给水经省煤器加热后，流经蒸发受热面，在其中全部蒸发汽化为蒸汽，蒸汽在过热器中加热为过热蒸汽。因此直流锅炉循环倍率K=1，并且不存在汽包。 特点：没有汽包，不构成循环，工质靠水泵压头作强制流动，炉膛水冷壁可自由布置。直流锅炉水冷壁形式主要有螺旋管圈式和立式管屏式两种。,1-给水泵 2-省煤器 3-水冷壁 4-汽水分离器 5-再循环泵 6-过热器,直流锅炉蒸发受热面系统,在超临界和超超临界压力下，不存在汽水两相共存现象，水的蒸发热为零。但当负荷变动时现代火电机组多采用变压运行，即随负荷降低，锅炉压力也降低。当锅炉压力低于临界压力时，出现汽水两相共存区，因此在水冷壁和过热器之
13、间需设置汽水分离器和再循环泵。,螺旋管圈式水冷壁：由若干根水冷壁组成管带，也可焊接为膜式水冷壁，每根管子围绕四面炉墙倾斜盘旋上升，无水平段，各管带均匀分布在炉膛四壁，任一高度上管带的受热几乎完全相同。,管子长度大，管间热负荷均匀， 热偏差小。 管内工质可保证较高的质量流 速，减轻传热恶化。 制造和安装工艺复杂，支吊困难。 水泵功耗大。 适用于超临界和亚临界压力锅炉。,立式管屏式水冷壁：制造工艺简单，可借助水冷壁管本身进行支吊，但管间热偏差大，因此多采用内螺纹管并加装节流圈。立式管屏式水冷壁可分为一次垂直上升型和多次垂直上升型。,(a),一次垂直上升型：给水一次流经全部四面墙水冷壁管屏，没有下降
14、管，管屏沿高度分为上、中和下部三个辐射区，各区段之间设有混合器，用以消除平行管子间的热偏差。特点：系统简单，流动阻力小；相邻管间热偏差相对较小；可采用全悬吊结构；但负荷较小时质量流速较小，可能造成传热恶化。或采用小管径保证流速，但使水冷壁刚性和承载能力变差。,节流圈,(a) (b),b. 多次垂直上升型：炉膛下部高热负荷区布置多个串联回路，炉外加设下降管，形成多次垂直上升管屏。可保证水冷壁内足够高的工质质量流速，避免传热恶化，管径也不至过小。在上部较低热负荷区仍采用一次垂直上升管屏。特点：可保证高热负荷区有较高的质量流速，达到充分冷却的目的；可避免采用刚度差的小直径管；工质流程长，系统阻力较大
15、，水泵功耗较大；相邻两屏内工质的含汽率不同，管间壁温差大，使各屏热膨胀不同。应尽量减少管屏串联的次数。,下部螺旋管圈式水冷壁,上部立式管屏式水冷壁,联箱连接,直流锅炉水冷壁典型布置方式,直流锅炉的炉膛以折焰角部位为大致分界，将水冷壁划分为下辐射区和上辐射区。上辐射区内温度水平和热负荷较低，一般采用结构简单的一次垂直上升型水冷壁，以便采用全悬吊结构，并且热偏差较小，不会造成膜式水冷壁的损坏。下辐射区为燃烧区，烟温水平和热负荷都很高，多采用螺旋管圈式水冷壁，以减小热偏差保护管子。上下辐射区水冷壁之间采用联箱连接。,蒸 汽 的 净 化 蒸汽品质及要求 蒸汽污染原因 汽水分离及蒸汽清洗装置 锅炉水质工
16、况及处理 锅筒汽水分离元件的选择及布置,蒸汽品质及要求,一、蒸汽污染对热力设备的危害 蒸汽含盐过多时将严重影响锅炉和汽轮机等热力设备的安全运行。带有杂质的蒸汽进入过热器内，一部分杂质就会沉积在管壁上，形成盐垢，盐垢会增加管子的流动阻力和管壁传热的热阻，使管壁温度升高，甚至使管子破裂；另一部分杂质仍存在蒸汽中，随蒸汽进入汽轮机内，在汽轮机内蒸汽压力是逐步降低的，因蒸汽压力降低而使杂质析出，沉积在汽轮机的流通部分（喷管、叶片），使流通截面减小或变形，会降低汽轮机的效率，甚至影响汽轮机的出力；同时流动阻力增加，轴向推力和叶片应力增大；若转子积盐不均匀还会引起振动，造成事故。因此要限制蒸汽携带的杂质量，进行蒸汽净化。,蒸汽品质及要求,二、蒸汽质量标准 为了保证锅炉、汽轮机等热力设备长期安全经济的运行，我国火力发电厂水汽质量标准对蒸汽的含盐量提出了明确的要求。 表51列出了电厂锅炉的蒸汽质量标准。 为防止汽轮机沉
