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1、第三章、锅炉汽水系统及其设备,第一节、锅炉水循环,一、自然循环的基本原理: 自然循环原理 自然循环是指：在一个闭合的回路中，由于工质自身的密度差造成的重位压差，推动工质流动的现象。 自然循环锅炉的循环回路是由汽包、下降管、分配水管、水冷壁下联箱、水冷壁管、水冷壁上联箱、汽水混合物引出管、汽水分离器组成的。 重位压差是由下降管和上升管(水冷壁管)内工质密度不同造成的。 自然循环推动力的实质是由重位压差造成的循环推动力克服了上升系统和下降系统的流动阻力，推动工质在循环回路中流动。,压力越高，汽、水的密度差降低，工质循环流动速度越低。 二、竖直蒸发管汽水混合物流型与传热 当水冷壁管受热时，而管中心的
2、水不断地向壁面补充，这时的管内沸腾被称为核态沸腾。 锅炉蒸发管内的流型主要分为四类，即泡状流、弹状流、环状流、雾状流。,泡状流动画,弹状流动画,环（柱）状流动画,如果管外的热负荷很高，汽泡就会在管子内壁面上聚集起来，形成完整稳定的气膜，热量通过气膜层传到液体再产生沸腾蒸发，此时管子壁面得不到水膜的直接冷却，就会导致管壁超温，这种现象就称为膜态沸腾。也称为第一类传热恶化。膜态沸腾一般发生在亚临界参数锅炉水冷壁管内。 尽管亚临界参数锅炉水冷壁管出口汽水混合物的质量含汽率一般只达到0.30.4，但由于采用了内螺纹管水冷壁，抑制了膜态沸腾的发生。 环状流水膜被撕破或蒸干而产生膜态沸腾，形成液雾流（湿蒸
3、汽），导致第二类传热恶化。,内螺纹管结构,三、自然循环工作可靠性主要指标 (1)循环流速o定义为：在饱和水状态下进入上升管入口的水的流速。即 (2)质量含汽率定义为：上升管中蒸汽所占循环流量的份额。或汽水混合物中蒸汽所占的份额。即,(3)循环倍率定义为：上升管中实际产生一公斤蒸汽需要进入多少公斤水。 界限循环倍率Kjx， (4)自然循环的一个重要特性是吸热较多的管子中，工质循环流量自动增加，循环流速会自动提高，循环安全性越高，这就是自然循环特有的自补偿特性。,w0 X Xjx(Kjx),(5)上升管单位流通截面蒸发量 300MW亚临界自然循环锅炉Dss/Fss推荐值650800t/(h)，界限
4、值是1300t/(h)。 四、汽水循环系统 汽包、大直径下降管、分配水管、供水管、水冷壁下联箱、水冷壁管、后墙水冷壁吊挂管、后墙排管、水冷壁上联箱、汽水混合物引出管组成的。,五、水循环安全性分析 1、循环倍率 K大于界限循环倍率Kjx，K2.5 影响循环倍率主要因素 （1）上升管单位流通截面积蒸发量Dss/Fss; （2）导气管与上升管的截面比Fyc/Fss ； （3）其他影响因素 2、大量蒸汽在汽包内或下降管内凝结： 蒸发量需增加20%25%,3、运动压头 （1）汽水密度差； （2）回路高度； （3）质量含汽率； 4、亚临界压力下采用内螺纹管可提高循环可靠性 5、循环停滞 在受热弱的水冷壁管
5、中，进入上升管的循环流量仅足以补充蒸发量时，称为循环停滞。,6、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。 7、下降管带汽 下降管入口阻力大、入口旋涡斗、汽包水欠焓、锅炉水带汽、汽包液面高度、下降管受热。 六、控制循环锅炉 1、产生原因：压力升高；亚临界； 2、形式：主要依靠低压循环泵和内螺纹管。,主要依靠循环泵的压头进行循环的锅炉，称为多次强制循环锅炉。 在水冷壁上升管入口处加装节流圈的多次强制循环锅炉，又称为控制循环锅炉。 控制循环锅炉的特点： （1）运动压头可以达到0.250.5MPa，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
6、流速，循环倍率低,K=35； （4）采用负荷高、阻力大的分离器，减少数量，采用较小直径汽包； （5）保持较高质量流速，加装节流圈，防止水动力特性不稳定和热偏差； （6）循环泵34台，其中一台备用，功率消耗0.2%0.25%； （7）调节系统比直流锅炉要求低； （8）缩短启动时间，100/h; （9）循环泵要求高，成本大；,第二节、 锅炉汽包与水冷壁,一、锅炉蒸发设备： （一）汽包 1、结构： 2、汽包的作用： （1）汽包是工质加热、蒸发、过热的过程的连接枢纽； （2）具有蓄热能力，缓和汽压变动速度，有利于调节； （3）装有汽水分离装置和排污装置，保证蒸汽品质； （4）汽包装设压力表、水位表、事
7、故放水门、安全阀等附属设备，控制汽包压力，监视水位，保证安全运行。,汽包内部,汽包检修孔门,二、水冷壁的类型与结构： 辐射式受热面 1、光管式水冷壁 2、刺管式水冷壁 3、鳍片管（膜式）水冷壁 （1）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；,水冷壁结构动画,（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：,折焰角作用： 增加水平烟道长度，布置更多受热面； 改善烟气对屏式过热器的冲刷特性； 良好的火焰充满程度，增加气流炉内停
8、留时间；,折焰角结构动画,炉膛结构动画,锅炉本体结构动画,过热蒸汽管道,三、蒸汽净化： 蒸汽品质是指蒸汽中杂质的含量。这些杂质包括盐类物质、碱类物质和氧化物，其中绝大部分是盐类物质，所以通常也把蒸汽对杂质的携带称为蒸汽带盐。 蒸汽带盐的危害： 沉积在过热器内；沉积在汽轮机； 沉积在阀门；,（一）蒸汽污染的原因 1、机械性携带 机械性携带是指蒸汽由于携带含盐的炉水水滴而带盐的现象。机械性携带量的大小决定于携带水滴的多少及炉水的含盐浓度，可由下式表示： ，mg/kg 式中 Sqs蒸汽机械携带的盐分，mg/kg； 蒸汽的湿度，表示蒸汽中携带的炉水水滴的质量占蒸汽质量的百分数；,Sls 汽包炉水的含盐
9、量，mg/kg 影响蒸汽携带水滴的主要因素为锅炉负荷、 锅炉工作压力、 汽包水位、 炉水含盐量和锅筒内部装置等。 当炉水含盐量增大到某一数值后，蒸汽的含盐量突然急剧增加。此时对应的炉水含盐量叫临界含盐量。临界含量的数值与蒸汽压力、负荷、炉水中的杂质成分、蒸汽空间高度以及汽水分装置等因素有关。,2、溶解性携带 溶解性携带指由于蒸汽能够溶解盐类而带盐的现象。 溶解性携带特点：饱和蒸汽和过热蒸汽都具有直接溶解某些盐类的能力； 溶盐具有选择性； 溶盐随压力升高而增大。 蒸汽中的溶盐量可用下式表示： ， mg/kg 式中： a分配系数，又叫溶解系数，表示溶解于蒸汽中的某种杂质的含量与此种杂质在炉水中的含
10、量的比值的百分数。,对于锅炉，蒸汽污染是由机械性携带和溶解性携带引起的，蒸汽既携带炉水又溶解盐类。因此，蒸汽中某种杂质的总量为： ，mg/kg 式中： k蒸汽的携带系数，表示蒸汽中的含盐量占炉水含盐量的百分数。 影响蒸汽溶解性带盐的主要因素有：杂质的种类、 蒸汽压力、 炉水的含盐量与 PH值等。,第一类为硅酸（H2SiO3），分配系数最大，在蒸汽中的溶解能力也就最强。 第二类为NaOH、NaCl和CaCl2，这类杂质的分配系数比硅酸低得多，即在蒸汽中的溶解能力很差。 第三类为一些难溶于蒸汽的盐分，如Na2SO4、Na2SiO3、Na3PO4、Ca3(PO4)2、CaSO4和MgSO4等。 在压
11、力小于6MPa时，主要考虑机械性携带； 压力大于6MPa时，要考虑硅酸携带； 压力大于12.5MPa时，要考虑第二类杂质的溶解性携带； 压力大于20MPa时，才考虑第三类杂质的溶解性携带。,（二）汽包内部装置： 1、汽水分离设备 在现代大型锅炉上，常见的汽水分离设备有：旋风分离器、百叶窗、顶部多孔板（均汽板）等。其中旋风分离器是最主要的汽水分离设备。 1）旋风分离器 （a）非导流式旋风分离器 立置非导流式旋风分离器的结构如图所示。,汽包封头,（b）导流式旋风分离器 立置导流式旋风分离器广泛应用于超高参数的锅炉上。它在筒体内部汽水混合物入口引管的上半部加装有导流板，形成导流式筒体， （c）涡轮式
12、旋风分离器 涡轮式旋风分离器又叫轴流式旋风分离器。 （d）卧式旋风分离器 卧式旋风分离器主要是借助于离心力进行汽水分离，在蒸汽的出口处装有钢丝网分离装置进行进一步的水膜分离。,2)百叶窗分离器 百叶窗分离器由许多波形钢板组装而成，各波形板之间的间隙为10mm左右。 百叶窗分离器属于锅筒中的细分离装置。它有水平和立式两种型式。为了使波形板分离器前的蒸汽负荷均匀，波形板分离器往往与顶部多孔板配合使用。多孔板布置在波形板分离器的上方。 3）顶部多孔板 顶部多孔板又叫均汽板，它是利用孔板的节流作用，起到一定的细分离作用。,2、蒸汽清洗 1）基本原理 蒸汽清洗的主要目的是减少蒸汽的溶解性携带。 2）清洗
13、装置 按照蒸汽与水的接触方式的不同，清洗装置可分为喷水式、水膜式、穿层式等。 （1）喷水式 这是最简单的清洗方法，清洗效率不高。,（2）水膜式 水膜式清洗是将旋风分离器顶部的百叶窗倾斜放置。 （3）穿层式 穿层式清洗装置，蒸汽穿过清洗水层时水层会起泡，所以也称为起泡穿层式。多采用平板式清洗装置。,3、锅炉排污 排污方法有两种：即连续排污和定期排污。 连续排污也叫表面排污，它是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。 定期排污又叫间断排污或底部排污。是定期从锅炉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。,连续排污扩容器,排污量Dpw占锅炉额
14、定蒸发量D的百分比称为排污率p，即： 一般情况下，对凝汽式发电厂，p（12）；对热电厂，p=（25）。,第三节、过热器、再热器和省煤器,一、过热器、再热器的作用与工作特点 1、过热器的作用：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽，提高电厂的循环热效率。 2、再热器的作用：将汽轮机高压缸的排汽再一次加热，然后再送到中、低压缸膨胀做功，提高汽轮机末几级干度和电厂的循环热效率。 3、过热器和再热器的工作特点：吸热多，可占总吸热量的50%；面积大，约9000；外部烟温高、内部汽温高、冷却条件差、安全性差；。 4、再热器特点： 1、放热系数小，质量流速小； 2、压力低，对热偏差敏感； 3、进口汽温虽负荷
15、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；,冷灰斗,燃烧器,水冷壁,壁式过热器,顶棚过热器,折焰角,分隔屛过热器,后屛过热器,屛式再热器,末级再热器,末级过热器,低温过热器,省煤器,空气预热器,锅炉受热面结构动画,T 1 1 C 5 6 7 4 3 2 2 S,二、分类及布置 （一）分类 1、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。 2、对流式过热器和再热器 蛇形管组组成； 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 卧式；易于疏水，但支吊较复杂，常采用管子吊挂的方式。,吊挂受热面-省煤器,3、根据烟气与蒸汽的相对流向分类：
16、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。 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。 4、按管子排列方式分类： 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。,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。 （二）辐射式过热器和再热器 辐射式过热器和再热器布置在炉膛壁面上
