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1、第二篇锅炉本体检修 第五章锅炉本体设备及系统 锅炉本体设备指完成炉内水循环，并将蒸汽过热的设备和完成燃烧的设备。一般包括水冷壁、汽包、省煤器、过热器、再热器及它们之间的连接管，燃烧设备包括燃烧室、燃烧器、排渣设备、炉门等。 第一节蒸发系统及省煤器 一、汽包及其内部装置 1.汽包的作用及结构 汽包是锅炉的重要部件之一，其作用是： （1）汽包是加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽。 （2）汽包可以储存一定的热量，因此适应负荷的变化较快 。 （3）汽包内部的蒸汽清洗装置、排污装置对蒸汽有一定的清洗作用，可改善汽水品质。汽包的结构如图5-1所示，它是由筒身、封头及内部装置等组成。筒身部分是由钢板卷制焊接
2、而成的圆筒，封头昌由钢板模压而成的，经加工后再与筒身部分焊成一体，通常在封头上留有椭圆形或圆形人孔，以备安装和检修之用。,2.汽水分离装置 汽水分离装置一般是利用自然分离和机械分离的原理进行工作的。所谓自然分离，是利用汽和水的重度差，在重力的作用下，使水汽得到分离。而机械分离则是依靠重力、惯性力、离心力和附着力等使水从蒸汽中得到分离。根据以上工作原理制造的汽水分离装置形式很多，根据其工作过程一般分为两个阶段： （1）粗分离阶段（也称第一次分离）。它的任务是消除汽水混合物的动能，使水汽分离时，水流不致被打成细小水滴。 （2）细分离阶段（也称第二次分离）。利用蒸汽空间的容积，并借重力水滴从蒸汽中分
3、离出来，或用机械分离的作用使经粗分离后蒸汽中残留的较细小的水滴进行二次分离。为使这一过程能有较好的效果，必须保证较低的蒸汽流速，同时使蒸汽沿汽包长度或截面上均匀分布，而不致发生局部流速过高。锅炉汽水分离装置最常用的有：进口挡板、旋风分离器、波形板、多孔板等。,3.蒸汽清洗装置 蒸汽清洗的方法就是使机械分离后出来的蒸汽经过一层清洗水（一般为省煤器来的给水）加以清洗，将其中一部分盐溶解于清洗水中，使蒸汽质量得以改善。 二、水冷壁 （一）水冷壁的作用 水冷壁是蒸发设备中的受热面。一般锅炉都在燃烧室的四周内壁布满水冷壁， （1）水冷壁是锅炉的主要蒸发受热面，将水或饱和水加热成饱和蒸汽，通过导汽管送入过
4、热器。 （2）保护炉墙并防止炉墙及受热面结渣。炉膛火焰温度高达15001600，高温灰很容易粘结在炉墙受热面上，通过水冷壁吸收辐射热可以大降低炉膛出口温度至灰熔点以下。（3）节约金属，降低锅炉造价。水冷壁是锅炉的最好受热面，它接受炉膛的辐射热，其换热效率要远高于接受对流热的其他受热面。因而在同等的热量交换下，相对来说节约了金属，降低了锅炉造价。,（二）水冷壁的类型及结构 水冷壁可分为光管水冷壁、销钉式水冷壁及鳍片管式（膜式）水冷壁。 （1）水管水冷壁。光管水冷壁由普通无缝钢管弯制而成，它在锅炉上布置情况如图5-2所示。水冷壁布置的紧密程度用管子的相对节距s/d表示。当s/d小时，即排列紧密时对
5、炉墙的保护作用好，但管子背面所受炉墙反射热量少，金属利用率相对降低。当s/d大时，即每根水冷壁管的吸热量相对较多，而炉墙温度实际上并不降低，起不到保护炉墙的作用。一般锅炉s/d常采用1.21.25.高参数大容量锅炉光管水冷壁一般趋向于密排，其s/d之值常在1.1左右。当容量增加到一定程度后，炉墙面积可能不够水冷壁敷设，有必要时在炉膛中间，沿炉膛深度布置13排双面爆光水冷壁。,（2）销钉式水冷壁。销钉式水冷壁是在光管水冷壁表面，按照要求焊上很多一定长度的圆钢，其结构如图5-3所示。利用销钉可以敷设和固牢耐火材料形成卫燃带、熔渣池等，以提高着火区和熔渣区的温度，保证着火稳定和顺利流渣。同时利用销钉
6、传热以冷却耐火塑料，也使熔渣池周围的水冷壁不受高潮腐蚀。因此在液态排渣炉、旋风炉以及某些固态排渣的煤粉炉的喷燃器周围和所采用的卫燃带上，销钉式水冷壁得到广泛使用。由于销钉处在炉膛最高温度区域，对于销钉的材料、尺寸和焊接质量有严格的要求，必须注意，否则容易被烧坏。销钉材料与管子材料相同。尺寸一般为直径912mm，长度为2030mm。销钉式水冷壁由于销钉数量太大，焊接工作量大，质量要求也较高，所以除卫燃带、熔渣池等处使用外，一般不采用。,（3）鳍片管式水冷壁。 现代设计锅炉广泛采用带有鳍片管的膜式水冷壁。膜式水冷壁组成有两种形式。一种是光管之间焊扁钢形成鳍片管，如图5-4（a）所示。另一种是用轧制
7、形成鳍片管焊成，如图5-4（b）所示。目前我国多采用轧制形成鳍片焊管，按一定的管组大小整焊成膜式壁。安装时组与组之间再焊接密封。轧制60鳍片管的鳍片断面为梯形，鳍片宽10mm，根部厚度9mm，顶部厚度6mm。鳍片一般不能过宽，因为宽度增大，鳍端的金属温度也增大；鳍片也不能过厚，否则会使两边金属温差太大，引起太大的金属热应力。因此鳍片几何尺寸必须正确选择，方可保证膜式水冷壁安全可靠地工作。敷管式炉墙的水冷壁，由于炉墙外层无护板和框架梁，因此刚性较差。为了能承受炉膛内可能产生的爆燃压力和炉内正压或负压变化，使管子和炉墙受到较大的推力时不致突起或出现裂纹，所有敷管式炉墙必须围绕炉膛四壁在炉外分层布置
8、刚性梁。刚性梁好似一圈圈腰带，沿炉膛高度每隔34mm框上一圈，将炉墙和管子箍起来，并使之形成具有刚性的平面。常用刚性梁结构型式为搭接式，如图5-5所示。这种结构由于搭板的摆动，可允许刚性梁和水冷壁在水平方向能有相对的位移（留有一定间隙），外层起框紧及抵消压力的作用。当水冷壁 受热向下膨胀时，刚性梁跟着一起向下移动。,（4）凝渣管。又称防渣管或费斯顿管。它是由后墙水冷壁管向上延伸，到上部炉膛出口烟窗处拉稀布置而成。通常错列布置成24排，每排管子的距离较大，其横向相对节距s1/d=46,纵向相对节距s2/d3.5.保持较大节距的目的是形成烟气通道，并进一步冷却成烟气，保持烟气温度低于灰熔点，使烟气
9、 中所携带的飞灰处于凝固状态。因此它本身不易结渣，即使由于运行不正常而结成了一些渣，也不致形成严重的渣瘤，或部分堵塞烟气通道。凝渣管一般可降低烟气温度3050。在高参数全悬吊结构的锅炉中，一般不采用凝渣管，而用装在炉膛出口的屏式过热器所代替。因为这时的炉膛出口即是屏式过热器的入口，这样的屏式过热器就起到了凝渣管的作用。 装有屏式过热器的现代锅炉，大都采用平炉顶结构。这种锅炉的后墙水冷壁上部常做成一个折焰角与中间联箱相接。图5-6为折焰角结构图。折焰角的作用是（1）增加了水平连接烟道的长度，可以在不增加锅炉深度的情况下布置更多的过热器受热面，这就是屏式过热器。（2）改善烟气流冲刷屏式过热器的空气
10、速度场的均匀性，并增加横向冲刷的作用，也增长烟气流程，加强烟气混合，使烟气流沿烟道高度分布趋于均匀。,三、省煤器 （一）省煤器的作用 省煤器是利用排烟余热加热给水的受热面。其作用为：（1）节省燃料。由于省煤器可以降低排烟温度，提高炉效率，故能够节省燃料。（2）改善汽包的工作条件。由于提高了进入汽包的给水温度，降低了给水与汽包的温差，故可以减少汽包的热应力，改善汽包的工作条件。省煤器一般布置在低温对流烟道内，和过热器一样，是由许多并列的蛇形管组成，均为水平布置。,（二）省煤器的结构 钢管式省煤器由一系列并列的蛇形管所组成。蛇形管用外径为2542mm的无缝钢管弯制而成，管子通常为错列或顺列布置。各
11、蛇形管进口端和出口端分别连接到进口联箱和出口联箱上面。在弯制蛇形管时，弯曲半径小些，能使制成的蛇形管管间距减小，布置的省煤器紧凑。但弯曲半径太小时，管子外壁在弯制时减薄严重，会引起管子强度的明显降低。为此，弯管时的弯曲半径至少也不应小于管子直径的1.52.0倍。为了便于检修，省煤器的管组高度有一定限制。当管子为紧密布置时（s2/d1.5），管组高度不超过1m。当管子为紧密布置时过1.5m。如果省煤器高度较大，那就需要将它分成几个管组，管组之间应留高度不小于550600mm的空间，以便检修人员进入工作。省煤器通常布置在对流烟道中，一般将管圈放置成水平以利于排水。而且总是保持水由下向上流动，以便于
12、排除其中的空气，避免引起局部的氧气腐蚀。烟气从上向下流动，既有自吹灰作用，又保持烟气相对于水的逆向流动，增大传热温差。如果省煤器为双级布置，那么在第一级省煤器的出口联箱和第二级省煤器的进口联箱之间应有互相交叉的连接管，以减少水在平等蛇形管中的温度偏差。在省煤器蛇形管与进出口联箱连接处，大量管子穿过炉墙。管子穿墙部位的炉墙一般用耐火混凝土浇成，管子和炉墙（耐火混凝土）之间留有间隙，使炉墙不受管子热膨胀的影响。为了保证这部分炉墙的密封性，必须装设可靠的密封结构。,第二节过热、再热系统 一、过热器 1.过热器的作用及分类 蒸汽过热器的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度和压力的过热蒸汽，以提高电厂的
13、热循环效率及汽轮机工作的安全性。过热器按其传热的方式不同可划分为：对流过热器、辐射式过热器和半辐射式过热器。 2.过热器的结构及布置 （1）对流过热器。安置在对流烟道内主要吸收烟气对流放热的过热器，叫做对流过热器。在中小型锅炉中，一般采用纯对流过热器；而在高参数大容量锅炉中，则多采用较为复杂的过热系统，然而对流过热器仍然是其中的主要部分。在烟道截面一定的情况下，要保持适当的蒸汽流速和烟气流速，可以增加或减少管圈的重叠数。图5-7所示（b）、（c）所示的双重管圈和三重管圈，可以增加蒸汽流通截面一倍或两倍，也可以使蒸汽流速相应减少二分之一或三分之二。一般管圈数目不超过三圈，否则容易引起蒸汽流量分配
14、不均，造成温度偏差。按蒸汽与烟气的流动方向，可以将对流过热器分为顺流、逆流、双逆流以及混合流四种。,逆流布置的过热器温差大，传热效果好，因而可以减少受热面，节省金属。但是管壁温度较高，容易使金属过热，安全性较差。双逆流或混流布置的过热器，集中了逆流和顺流的优点，保证了过热器入口管壁的安全条件。其温差虽较逆流低，但比顺流高，安全又经济，因此获得了广泛的应用。按照管子放置的方向，过热器可分为垂直式或水平式两种。我国设计的锅炉，水平烟道中的对流过热器都是垂直布置的，而当低温对流过热器布置在垂直烟道中时则采用水平布置。水平布置过热器的优点是不易积水，疏水排汽方便，但是容易积灰、结焦，影响传热；而且它的
15、支吊件全部放在烟道内，容易烧坏，需要较好的材料 。立式过热器（见图5-8）支吊简单方便，而且安全，积灰、结焦可能性也小。这种过热器联箱在炉顶墙外，而管子吊在联箱上，炉内只要少量管夹固定管排即可。其缺点是疏水不易排出，停炉时管内积水容易腐蚀管壁金属。另外升火时，若管内空气排秒尽，容易烧坏管子。,（2）辐射式过热器。布置在炉膛，直接吸收炉膛辐射热量的过热器，称为辐射式过热器。辐射式过热器的布置方式很多，除了可以布置成前屏式过热器外，还可以布置在燃烧室四壁，称为壁式过热器；布置在炉顶的称为顶棚过热器。在自然循环汽包锅炉中，通常可以垂直地布置在炉膛壁面上，这样可以较容易地与炉膛中蒸发受热面配合排列，或
16、者布置在炉膛四壁的任何一面上。但是炉膛内受热面的热负荷很高，使得管壁温度很高，特别是升火过程中，没有蒸汽来冷却管壁，很容易使管壁超温。为了保证安全，必须采用外界引起蒸汽等特殊措施，这样就使系统和升火过程更为复杂。布置在炉膛上部的过热器可不受火焰中心的强烈辐射，对工作、安全有好处，但这又会使得炉墙下部的水冷壁的高度缩短，影响水循环的安全。因此我国设计的自然循环汽包锅炉一般不采用壁式过热器。顶棚过热器的吸热量很小，其主要作用是构成轻型平炉顶。顶棚管是单排管，其节距s/d1.25.在顶棚管上敷设耐火材料和保温材料就形成炉顶。,(3)半辐射式过热器。半辐射式过热器布置在炉膛出口处，半辐射式过热器一方面吸收烟气的对流传热，一方面又吸收炉膛中管间烟气的辐射传热。半辐射式过热器都做成挂屏型式，所以称为屏式过热器。屏式过热器是悬吊在炉膛上部，位于燃烧室出口。为了防止结渣，相邻管屏间有较大的距离，一般为5001500mm。屏式过热器的联箱置于炉外，管子吊在联箱上，每片屏间并联管数为1530根，一般管间相对节距s/d=1.1.为了固定屏间距离，可
