锅炉设备 第五讲 锅炉汽水系统 汽水系统 2 直流锅炉 v直流锅炉没有汽包，工质一次通 过蒸发部分，即循环倍率为1直 流锅炉的另一特点是在省煤器、水 冷壁和过热器之间没有固定不变的 分界点，水在受热蒸发面中全部转 变为蒸汽，沿工质整个行程的流动 阻力均由给水泵来克服 3 汽水系统的作用 v合格的除盐水，通过给水管道进 入锅炉，吸收燃料燃烧放出的化学 能变成蒸汽蒸汽继续加热产生势 能在汽轮机内再由势能转换成动能 从而做功 4 汽水系统主要设备 v省煤器、联箱、水冷壁、汽 水分离器、连接球体、大气式 扩容器、减温器、集水箱、顶 棚过热器、包墙过热器、分隔 屏过热器、末级过热器、低温 再热器、高温再热器 5 省煤器 6 一、省煤器的作用和分类 Ø省煤器是利用锅炉尾部烟气热量加热锅炉 给水的热交换设备省煤器是汽水系统中 的承压部件，其主要作用是： 1）节省燃料 2）吸收排烟余热，降低排烟温度，提高 锅炉效率 3）经过省煤器提高了水温，减小了因温 差而引起的热应力 7 二、省煤器的结构和工作原理 8 （一）基本结构和工作原理 v钢管省煤器是由许多并列的蛇形管和进出 口联箱组成 v其工作原理是：烟气在管外自上而下横向 冲刷管束，将热量传递给管壁；水在管内 自下而上流动，吸收管壁放出的热量，使 水的温度升高。
这种方式既可以形成逆流 传热，节约金属用量；也便于疏水和排气 ，以减轻腐蚀；另外，烟气自上而下流动 ，还有利于吹灰 9 光管省煤器 10 H型省煤器 11 肋片式省煤器 12 鳍片管省煤器 13 膜式省煤器 14 （三）省煤器的支吊方式 （2）悬吊管式结构 v 省煤器的管卡是挂在悬 吊管上的，由于管排同 悬吊管固定在一起，结 构较紧凑、复杂，因此 倒排、换管都较为复杂 ，检修难度大 15 四、联箱 Ø 现代锅炉都采用圆形联箱，实际上是直径 较大、两端封闭的圆管，可用来连接两部 分相同或不同管数和管径的管子，起汇集 、混合和均匀分配工质的作用圆形联箱 通常用轧制的无缝钢管两端焊上弧形封头 或平封头制成 Ø联箱一般布置在炉外不受热，其材料常用 20号碳钢 16 17 18 水冷壁 19 水冷壁 1、作用: v吸收炉膛辐射热量，使水部分蒸发成饱 和蒸汽 v保护炉墙，简化炉墙结构，还可防止炉 墙结渣 v节省金属，降低锅炉造价 20 （1）光管水冷 壁：由普通无缝钢管焊制而成 （2）销钉水冷壁 （3）膜式水冷壁 v光管焊扁钢结构，鳍片管焊扁钢结构它得到 了广泛的应用 v优点：能充分保护炉墙，良好的气密性，可节 省钢材，简化炉墙结构，便于组装和安装。
同 时可制成双面水冷壁，两面受热 （4）内螺纹水冷壁 v亚临界锅炉，热负荷高，易发生膜态沸腾，采 用内螺纹管可以破坏膜态沸腾，冷却效果好 21 3、后水冷壁结构 v后水冷壁采用了折焰角结构，部分管子弯成折焰角， 也有全部弯成折焰角 22 温度/℃ 压力/bar 亚临界 超临界 水分子密度与压力、温度关系 23 垂直水冷壁垂直水冷壁 + + 内螺纹管内螺纹管螺旋水冷壁螺旋水冷壁 + + 内螺纹管内螺纹管 负荷变化负荷变化 和煤种变和煤种变 化适应性化适应性 对比对比 炉膛水冷壁型式炉膛水冷壁型式 节流圈为针对锅炉某一负荷、某一煤 种而设计由于节流圈的固有特性， 对所有负荷进行流量合理分配、调节 较为困难；机组运行一段时间，节流 圈将不可避免地结垢，偏离设计值 对煤种变化、炉膛结渣等所引起的炉 膛热负荷变化适应性较差 采用较高质量流速设计，且进口不需装设节流圈， 螺旋管圈水冷壁的传热、流量分配和介质出口温度 等不会受到燃烧器、磨煤机切换等工况的影响 对煤种变化、炉膛结渣以及机组负荷变化所引起的 吸热量的变化适应性好，变负荷、变压运行能力强 24 螺旋管圈+内螺纹管 漩涡效果 重力作用 管子内表面充满了液体 25 1.螺旋管圈水冷壁 v 对于超临界变压运行锅炉，螺旋 管圈水冷壁是首先应用于超临界 变压运行锅炉的水冷壁型式。
v 炉膛水冷壁采用螺旋管圈＋垂 直管圈方式【即下部炉膛的水冷 壁采用螺旋管圈（内螺纹管）， 上部炉膛的水冷壁为垂直】，保 证质量流速符合要求 v 水冷壁采用全焊接的膜式水冷 壁 v 水冷壁采用一次中间混合联箱 来实现螺旋管至垂直水冷壁管的 过渡 26 27 28 2.过渡段水冷壁 v 螺旋水冷壁前墙、两侧墙出口管全部抽出炉外 v 后墙出口管则是4抽1根管子直接上升成为垂直水冷壁后墙 凝渣管，另3根抽出到炉外 v 抽出炉外的所有管子均进入24根螺旋水冷壁出口集箱，由 22根连接管从螺旋水冷壁出口集箱引入位于锅炉左右两侧 的两个混合集箱（Φ444.5×95，SA335P12）混合后， 再通过22根连接管从混合集箱引入到24根垂直水冷壁进 口集箱，然后由垂直水冷壁进口集箱引出光管形成垂直水 冷壁管屏，垂直光管与螺旋管的管数比为3：1 v 这种结构的过渡段水冷壁可以把螺旋水冷壁的荷载平稳地 传递到上部水冷壁 29 30 31 锅炉启动系统 给水控制阀 锅炉给水泵 除氧器 疏水扩容器 冷凝水净化器 冷凝水泵 高加 省煤器 水 冷 壁 储水罐 启动分离器 水位控制阀 启动排污 低温过热器 屏式过热器 高温过热器 高温再热器 高压缸 中压缸 低压缸 冷凝器 高压旁路阀 疏水阀 喷水 喷水 低压旁路阀 HPIP 低温再热器 喷水 喷水 L P 喷水 启动循环泵 再循环管路水位控制阀 低加 32 启动系统 v 启动系统的功能及组成超临界直流锅炉启动系统的主 要功能是建立冷态、热态循环清洗，建立启动压力和启动 流量，以确保水冷壁安全运行：最大可能地回收启动过程 中的工质和热量，提高机组的运行经济性：对蒸汽管道系 统暖管。
v 启动系统主要由启动分离器及其汽侧和水侧的连接管 道、阀门等组成，有些启动系统还带有启动循环泵、热交 换器和疏水扩容器 v 启动分．离器的功能与自然循环锅炉的汽包一样，起 到分离汽和水的作用，但是它只是在锅炉启动过程中水冷 壁出口工质还没有全部变为蒸汽之前起作用，当水冷壁出 口工质全部变为蒸汽，它将失去分离作用 33 v启动系统的设备 v汽水分离器、连接球体、 610阀、大气式扩容器、集 水箱、疏水泵 34 610阀 v 在锅炉25％BMCR负荷实现干/湿态转变（循环转直流） 后，才允许锅炉向上继续升温升压，否则会将造成361阀 后参数（压力、温度、流速）过高而致使361阀后管道出 现损伤 v 361阀暖管管路 v 指省煤器出口连接管→361阀→储水罐的管路，主要目的 是对361阀及储水罐至361阀管道进行暖管，以防止361 阀及储水罐至361阀管道出现热冲击对阀门和管道产生疲 劳伤害 35 大气式扩容器 v将锅炉的疏放水进行降 压、汽水分离汽经管路 排大气，水经集水箱回收 水泵回收 36 清洗 v冷态清洗 v汽水分离器Fe≤100μg/l、结束清洗 v热态清洗 v当汽水分离器进口温度达到190℃，手动开启分 离器水位控制阀，开始热态清洗，联系化学值班 员取样化验分离器出口水质。
v分离器排水Fe≤50μg/l、硬度为零时，热态清 洗结束 37 v过热器 v再热器 38 一、过热器和再热器的作用与工作特点 （一）过热器和再热器的作用 v 过热器：将饱和蒸汽加热成具有一定过热度的过热蒸汽 v 再热器：将汽轮机高压缸排汽加热成具有一定温度的再热蒸汽 （二）过热器和再热器的工作特点 1．工质温度高、传热性能差，处于高温烟气段，金属壁温高，达到金属使用极 限 2．再热器受热面工作条件更差 v（1）中压蒸汽放热系数比高压蒸汽小（1/5），导致管壁金属温度高； v（2）中压蒸汽比热小，对热偏差更加敏感； v（3）阻力损失要求严格； v（4）启动中及汽轮机甩负荷时的保护问题； 3．锅炉参数提高，容量增大，锅炉各受热面数量和位置发生变化，过热受热面 向炉膛移动（辐射式过热器），工作条件更差； 4．设计或运行不当，很容易引起受热面金属超温，长期超温会造成爆管，工质 泄漏，停机，是锅炉故障最多的部件之一 39 二、过热器与再热器的型式和结构 v再热器与过热器的结构相似，故重点 介绍过热器 v过热器构成：联箱与并列的受热面管 组连接构成 40 二、过热器与再热器的型式和结构 过热器分类： （1）根据传热方式分： 对流、辐射和半辐射式。
（2）根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向分： 逆流、顺流和混合流 （3）根据对流受热面的放置方式分：立式、卧式 （4）根据管子排列方式分：顺列、错列 （5）根据管圈数分：单管圈、双管圈、多管圈 （6）根据结构分： 屏式过热器、末级过热器、对流过热器 41 （一）对流式过热器 v对流过热器布置在对流烟道中，以对流传热为主，吸 收烟气的热量它由进出口联箱，及许多并列的蛇形 管组成， 蛇形管与联箱之间通过焊接连接联箱一 般布置在炉墙外，并进行保温以减小散热损失烟气 在管外横向冲刷蛇形管，并将热量传给管壁；蒸汽在 蛇形管内纵向流动，吸收管壁传入的热量 v对流过热器区的烟气流速受传热性能、飞灰磨损和受 热面积灰等诸多因素制约，烟气流速高，则传热性能 好，受热面积灰轻，但管子磨损严重；反之，烟气流 速低，则管子磨损轻，但传热性能降低和受热面容易 积灰 42 高温过热器 43 v 按烟气与管内蒸汽的相对流动方向，对流过热器可分为顺 流、逆流、双逆流和混合流等四种布置方式，如上图所示 44 （二）辐射式过热器 v 辐射过热器是指布置在炉膛内部，以吸收炉膛辐射热为主 的过热器根据布置方式分屏式过热器、墙式过热器和顶 棚过热器等三种形式。
v 1）屏式过热器由进出口联箱和管屏组成，做成一片一片“ 屏风”形式的受热面，管屏沿炉宽相互平行地悬挂在炉膛 上部靠近前墙处（所以又称为前屏过热器 v 联箱布置在炉顶外，整个屏通过联露吊挂在炉顶钢架上， 屏式过热器对炉膛上升的烟气能起到分隔和均流的作用， 故也有的称之为分隔屏或大屏现代大型锅炉的前屏过热 器屏的片数一般较少，故屏间横向节距大（2500～ 3500mm） 45 组装好的屏式过热器 46 v 3）顶棚过热器布置在炉膛顶部，一般采用膜式受热面结 构由于它处于炉膛顶部热负荷较小，故吸热量较少 采用顶棚过热器的目的主要是用来构成轻型平炉顶，即在 顶棚上直接敷设保温材料而构成炉顶，使炉顶结构简化 47 （三）半辐射式过热器 v 半辐射过热器布置在炉膛出口处，它既接受炉膛的辐射热 量，又吸收烟气对流热半辐射过热器也采用挂屏形式， 又称后屏过热器 v 半辐射过热器的热负荷很高，而且并列各管的结构尺寸和 受热条件相差较大，造成管问壁温可能相差80～90℃， 为保证其安全工作，除了采取与辐射过热器相类似的安全 措施此外，还应将烟气流速控制在5～6m／s 左右 48 （四）包覆墙式过热器 v 在大型锅炉的水平烟道、转向室和垂直烟道内壁，一般都 布置有包覆墙过热器。
由于靠近炉墙处的烟气温度和烟气 流速都较低，因此包覆墙过热器的辐射和对流吸热量都很 少这样布置包覆墙过热器的主要作用便于采用敷管式炉 墙、以简化烟道炉墙的结构和重量，为悬吊结构创造了条 件；同时提高了炉墙的严密性减少了烟道漏风 49 50 三、过热器的汽温特性 v 对流过热器的汽温特性是： 出口汽温随锅炉负荷的增大 而升高；反之，锅炉负荷减 小则出口汽温降低，如图所 示曲线a v 辐射过热器的汽温特性与对 流过热器相反、，即锅炉负 荷增大时，出口汽温降低； 反之，锅炉负荷减小时，出 口汽温升高，如图中曲线 b 所示 v 对于“辐射一半辐射一对流”组 合式过热器，若配合和布置 恰当可以获得比较平稳的汽 温特性其汽温特性与半辐 射过热器相似 51 再热器 v作用为了提高大型发电机组循环 热效率，广泛采用中间再热循环 从锅炉过热器出来的主蒸汽在汽轮 机高压缸作功后，送到再热器中再 加热以提高温度，然后送入汽轮机 中压缸继续膨。