2019年锅炉笔记[1]文档格式.doc

1、（2）大直径集中型：下降管的管径一般为325762mm，大直径下降管通过下部的小直径分配支管接至各下联箱，以达到均匀配水的目的。大直径集中型下降管管径大、管子数目少（46根），流动阻力小，并能节约钢材，简化布置，广泛用于高压以上锅炉上。四、联箱汇集、混合、分配工质。 布置：炉外，不受热。联箱由无缝钢管两端焊上平封头构成。材料一般采用碳钢或低合金钢。五、水冷壁锅炉中的主要蒸发受热面。由许多并列的上升管组成，紧贴炉墙形成炉膛四周内壁或布置在炉膛中部。常用水冷壁管子尺寸：425 mm、606 mm、576.5 mm、63.57.5 mm。1、水冷壁的作用： （1） 吸收炉膛中高温火焰和烟气的辐射热量

2、，将水部分变成饱和蒸汽。（2） 使炉墙温度大大下降，因而炉墙结构简化，减轻了炉墙的重量。（3） 降低炉墙附近和炉膛出口处的烟气温度，防止或减少炉膛结渣。2、水冷壁的类型：（1）光管水冷壁 水冷壁的结构要素：管子外径d、管壁厚度、管中心节距s、管中心与炉墙表面之间的距离el 管间相对节距sd：表示管子排列的疏密程度。sd较小，管子排列紧密，对炉墙的保护作用好，炉膛壁面单位面积的吸热量增多。l 管中心与炉墙内表面之间的相对距离ed：ed较大时，炉墙内表面对管子背火面的辐射热增多，但对炉墙和固定水冷壁的拉杆的保护作用下降。a）排列紧密：sd1.11.2，以增加炉墙单位面积的传热量。同时保护炉墙。b）

3、广泛采用敷管式炉墙：水冷壁管一半埋入炉墙至管中心线与炉墙内表面重合。优点：炉墙温度低，可做成薄而轻的炉墙，便于采用悬吊结构。（2）膜式水冷壁：由许多鳍片管沿纵向依次焊接起来，构成整体的受热面，使炉膛内壁四周被一层整块的水冷壁膜严密包围。鳍片管有两种类型：l 轧制而成，称轧制鳍片管。轧制鳍片管的制作工艺复杂；l 在光管之间焊接扁钢制成，称焊接鳍片管。焊接鳍片膜式水冷壁结构简单，但焊接工作量大，每根扁钢有两条焊缝，焊接工艺要求高。l 膜式水冷壁的优点：现代大型锅炉广泛采用膜式水冷壁（a）在相同的炉壁面积下，膜式水冷壁的传热面积比普通光管水冷壁大，能更好的吸收炉膛内的辐射热量。（b）炉膛的严密性良好

4、，适用于正压或负压的炉膛。对于负压炉膛能大大降低漏风系数，改善炉膛燃烧工况。（c）膜式水冷壁机械强度更强，抗炉膛爆炸的能力增加。（d）膜式水冷壁把炉墙与炉膛完全隔离开来，采用无耐火材料的敷管炉墙，使得炉墙的厚度和重量大大减轻，简化了悬吊结构。炉墙蓄热量大大降低，可加快锅炉启动速度。3、卫燃带：在水冷壁管的外侧焊接直径为3-12mm、长20-25mm的圆柱形销钉，在销钉上敷设和固牢耐火塑料，使水冷壁吸热量减少，提高燃烧器区域的烟气温度，以提高着火性能。销钉数目多，焊接工作量大，质量要求高。4、折焰角：锅炉后墙水冷壁的上部将部分管子分叉弯制而成折焰角。采用折焰角：（1）提高火焰在炉内的充满程度，改

5、善炉内燃烧工况；（2）改善屏式过热器的空气动力特性，增加横向冲刷作用；（3）延长了水平烟道长度，便于对流过热器和再热器的布置，使锅炉整体结构紧凑。5、水冷壁的固定：（1）水冷壁与上下联箱直接焊接，通过上联箱上的吊杆将其吊挂在炉顶钢梁上，下联箱由水冷壁悬吊。（2）水冷壁受热可以向下自由膨胀，但限制向水平方向移动，以免造成结构变形。（3）水冷壁穿墙管处留有膨胀空间，在间隙内填充石棉绳等材料防止漏风。B、自然循环的流动特性及安全性一、运动压头自然循环回路的循环推动力称循环运动压头。p 运动压头的三要素：饱和汽及饱和水的密度、上升管中的含汽率、循环回路的高度。p 循环动力由水冷壁吸热产生。p 正常循环

6、情况下，吸热密度差工质流动运动压头三要素：（1）锅炉高度增加 运动压头（2）下降管水中带汽 运动压头（3）上升管受热增强 运动压头（4）锅炉的工作压力提高 运动压头二、自然循环的可靠性指标：质量流速、循环流速 、质量含汽率、循环倍率设：上升管工质质量流量 G（kg/s）、管子流通断面积 A（m2）、水冷壁的实际蒸发量 D（kg/s）、工质密度 （kg/m3）l 质量流速：工质流过单位流通断面积的质量流量称为质量流速。 G/A kg/（m2s）工质可以是单相水、单相汽、汽水混合物。l 循环流速：循环回路中，按汽包压力下饱和水密度折算的上升管入口处的水流速。循环流速的大小直接反映了管内流动的工质将

7、管外传入的热量和所产生汽泡带走的能力。流速越大，单位时间内进入水冷壁的水量越多，从管壁带走的热量及汽泡越多，对管壁的冷却条件越好。注意：对热负荷较大的上升管，因产汽量大，出口水量少，难以在管壁上维持连续流动的水膜，同时高速的汽水混合物可能撕破较薄的水膜，造成沸腾传热恶化，使金属超温。l 质量含汽率和循环倍率：质量含汽率x D/G：汽水混合物中，蒸汽的质量流量与汽水混合物的总质量流量之比。循环倍率KG/D：在循环回路中，进入上升管的水量G与上升管出口产生的蒸汽量D之比。l 循环倍率K的意义：上升管中每产生1kg的蒸汽，需要进入上升管的循环水量；进入上升管的循环水量需要经过多少次循环才能全部变成蒸

8、汽。l 质量含汽率与循环倍率之间的关系：循环倍率K与上升管出口处汽水混合物的质量含汽率x互为倒数。循环倍率K越大，含汽率x越小，管壁水膜稳定，循环就越安全。l 循环倍率K过大或过小，都对循环的安全不利若循环倍率K值过大，上升管中产汽量太少，运动压头过小，将使循环流速减小，不利于循环的安全。若循环倍率K过小，则含汽率x过大，上升管出口汽水混合物中蒸汽的份额过大，管壁水膜可能被破坏，造成管壁温度过高而烧坏。三、管内流型和传热 （一）汽水两相流的流型 1、单相水流动：水温逐步升高，但未达到饱和温度。2、过冷汽泡状流：水温逐渐升高。3、饱和汽泡状流：已达到饱和温度。沿管长x增大。4、弹状流：沿管子长度

9、，汽弹逐渐增大。工质保持饱和温度。5、环状流：后期，中部汽流量增多，流速升高，蒸汽开始携带水滴，称为带水滴环状流。6、雾状流：管子内壁面水膜被蒸干，成为蒸汽带水滴雾状流动。工质仍为饱和温度。7、单相汽流动：水滴全部蒸干x=l，蒸汽进入过热状态，温度开始上升。（二）管内沸腾传热（三）沸腾传热恶化管壁对工质的放热系数急剧下降，管壁温度迅速升高。1、第一类沸腾传热恶化：由于热负荷过高，核态沸腾转变为膜态沸腾，对流换热系数急剧下降，管壁温度迅速上升，管壁过热烧坏。开始发生第一类传热恶化时所对应的热负荷称为临界热负荷。2、第二类沸腾传热恶化：在含汽率较高的环状流区域：水膜很薄，它可能被蒸干，也可能被速度

10、较高的汽流撕破，管壁得不到水冷却，其放热系数明显下降，管壁温度迅速上升，管壁过热烧坏。第二类沸腾传热恶化是由于含水欠缺造成的，又称“蒸干”传热恶化。开始发生第二类传热恶化对应的含汽率称为临界含汽率。亚临界压力锅炉水冷壁出口质量含汽率较大，接近临界含汽率，有可能发生第二类传热恶化。3、防止沸腾传热恶化的措施：1、降低受热面的局部热负荷炉膛上部布置屏式过热器，可降低炉膛较高区域的水冷壁吸收的火焰辐射传热强度，从而使蒸汽含量较高的上升管的热负荷下降，避免管内壁水膜被“蒸干”。2、保证较高的质量流速较高的质量流速，可减小管内工质的质量含汽率x，从而有效地推迟和防止出现沸腾传热恶化。3、采用特殊的水冷壁

11、管内结构使用内螺纹管。四、自然循环的安全性分析：（一）水冷壁安全工作的条件：水冷壁在正常情况下，管内壁处于核态沸腾换热，其放热系数为104-105kw/（m2），管壁金属与工质的温差只有20-30 ，低于金属的许用温度。水冷壁工作足够安全。水冷壁安全工作的条件：1、保持管内工质一定的流速；2、在管内壁维持一层连续流动的水膜，即控制质量含汽率在一定的限度内（ XXj ） 。Xj界限含汽率 Kj界限循环倍率循环回路工作循环倍率应大于界限循环倍率：KKjl 循环流速与质量含汽率的关系：上升管受热 产汽量 x 运动压头，同时上升管的流动阻力。循环流速的变化取决于运动压头和流动阻力中变化较大的一个。l

12、在热负荷增加的开始阶段：质量含汽率X较小，运动压头流动阻力。此时，x ；当循环流速升至一个最大值后，继续增加热负荷：X 汽水混合物的容积流量 流动阻力运动压头。此时， x。与最大循环流速对应的上升管质量含汽率，称为界限含汽率，界限含汽率的倒数为界限循环倍率。l 自然循环的自补偿能力：自然循环回路中，当xKjx）时：热负荷 上升管受热 循环流速和循环水量 有利于对水冷壁的冷却。自然循环的这种特性称为自补偿能力。若热负荷 上升管受热 ，当xxj （或KKj）时，循环流速和循环水量 失去自补偿能力，使工质对管壁的冷却变差，管子易超温破坏。自补偿能力对自然循环的安全工作有利。为了保证自然循环工作的安全

13、，锅炉应始终工作在自补偿能力的范围内。 自然循环锅炉界限循环倍率和推荐循环倍率 汽包压力10-1214-1617-19锅炉蒸发量160-420185-670800界限循环倍率53 2.5推荐循环倍率7-155-84-6四、自然循环的安全性分析 （二） 循环停滞和倒流循环停滞：并联的蒸发管屏或管束中各管受热不均时，受热最弱管中循环流速很低，只能补充该管蒸发量，即G=D时，此时称为循环停滞。管内工质不流动，汽泡易聚集在水冷壁管的弯头和焊缝处，形成大汽泡，造成汽塞，使汽塞处的管子局部过热导致传热恶化。循环倒流：并联的蒸发管屏或管束中各管受热严重不均时，在并联工作的上升管之间形成自然循环回路。受热最弱

14、的水冷壁管内的水作下降流动，形成倒流管。循环倒流速度较低，由于受到管内蒸汽的浮力作用，汽泡的绝对速度降低，甚至等于零。此时会发生汽泡堆集在水冷壁管的某一高度，产生汽塞，使汽塞处的管子过热或发生疲劳破坏。防止发生循环停滞和倒流的措施：减小并列水冷壁管的受热不均匀、减小流动阻力。l 减小并列水冷壁管的受热不均匀：（1）改善炉角边管的受热情况。炉内温度沿炉膛宽度和深度分布不均匀 ，中间高于两边。炉角和炉膛下部受热最弱。（2）按受热情况划分循环回路。按照每面墙上水冷壁的受热情况将水冷壁划分成若干个循环回路。（3）水冷壁管积灰或结渣将增大受热不均：运行中坚持定期吹灰；努力防止结渣的形成，结渣后应及时清除

15、，保持受热面清洁。（4）合理组织燃烧。减小炉膛的火焰偏斜，提高炉膛火焰充满程度，保持燃烧稳定。（5）限制最小负荷。在锅炉启动和低负荷运行时，燃烧器投入数量少，炉内火焰充满程度差。燃烧器应对称投入，保持良好的火焰中心位置，改善受热情况。l 减小流动阻力：（1）采用大直径集中下降管。在保持下降管总截面积不变的条件下，采用大直径集中下降管，可以减少下降管的流动阻力，有利于循环正常。（2）增大下降管与上升管的截面比，或汽水引出管与上升管的截面比。增大截面比，表示下降管或汽水引出管总截面积增大，使下降管与汽水引出管的阻力减小，有利于循环正常。（三）下降管带汽下降管内如果工质带汽，将减小管内工质的平均密度

16、，继而减小与上升管的密度差。后果：循环流速降低，增大出现循环停滞、倒流等不正常流动现象的可能。l 下降管带汽的原因：1、汽包中上升管出口与下降管入口距离太近：蒸汽被抽吸进入下降管。下降管入口位置太高：水位波动造成液面突然降低，下降管入口露出水面，蒸汽进入下降管。2旋涡斗带汽：当下降管入口处以上水位较低时，锅水在进入下降管的过程中，由于流动速度的大小和方向突然改变，在入口处将形成旋涡斗。若旋涡斗底部深至进入下降管时，将把汽包上部的蒸汽吸入下降管，造成下降管带汽。下降管入口至汽包水面的高度越小、下降管的进口水速越大、管径越大，越容易形成旋涡斗。3下降管入口处锅水自汽化：当锅水进入下降管时，由于水流

17、速度突然增大 ，同时在下降管进口处有局部阻力，导致压力下降，使下降管进口压力低于汽包压力。4汽包内锅水含汽：汽包内锅水中或多或少的含有部分蒸汽，当蒸汽的上浮速度小于汽包中水的下降速度时，蒸汽就会被带入下降管。采用大直径下降管的亚临界锅炉，由于蒸汽在水中上浮速度低，下降管入口水速较高，容易造成下降管带汽。 l 防止下降管带汽的措施 ：1、采用大直径集中下降管，所有下降管应沿汽包长度均匀分布，并且尽可能从汽包最底部引出，以降低下降管进口处水速和增加其进口处的静压力。2、在下降管入口处加装栅格或十字形板，避免旋涡斗的出现 。3、省煤器来的部分给水直接送到下降管进口附近的区域，以提高锅水的欠焓。4、采

18、用分离效率高的汽水分离装置，以减小锅水中的含汽。5、运行中：维持正常汽包水位（水位过低，造成下降管带汽）；控制负荷变化速度，防止汽压和负荷的突变（负荷突增或汽压突降会造成下降管入口自汽化）。l 自然循环安全性总结：（1）受热最弱管不发生停滞和倒流；（2）受热最强管不发生传热恶化；（3）循环回路流速和循环倍率在推荐范围内，使循环具有自补偿特性；（4）下降管入口不形成漩涡斗。l 运行中应采取哪些措施提高自然水循环安全？减少火焰偏斜；保持水冷壁清洁，及时吹灰打渣；避免锅炉长期低负荷运行；维持正常的汽包水位；防止汽压和负荷突变。l 自然循环锅炉中，影响水循环可靠性因素有哪些？循环停滞、循环倒流、下降管

19、含汽、沸腾传热恶化、负荷和压力的变化速度。C、蒸 汽 净 化 一、蒸汽净化的意义蒸汽的品质：单位质量蒸汽中含杂质的数量。 单位：g/kg mg/kg。蒸汽中的杂质：各种盐类、碱类及氧化物。 多用蒸汽含盐量来表示蒸汽的洁净程度。l 蒸汽含盐对热力设备的主要危害：过热器：蒸汽中的盐分沉积，使管子流通截面减小，流动阻力增大，管子得不到充分冷却；同时，盐垢使管子的热阻增大，传热减弱，从而使管壁温度升高，造成管子过热损坏。阀门：蒸汽中的盐分沉积在蒸汽管道的阀门处，造成阀门漏汽和动作失灵。汽轮机：蒸汽中的盐分沉积在汽轮机的通流部分，造成流动阻力增加，轴向推力和叶片应力增大，甚至引起汽轮机振动；同时，沉积在

20、喷嘴和动叶上的盐分会使其壁面粗糙，甚至叶片型线改变，汽轮机效率降低等。l 蒸汽质量标准 ：蒸汽监督的主要项目是：钠和硅的含量。蒸汽中的盐类主要为钠盐，通过测量蒸汽的含钠量可以监督蒸汽的含盐量；硅酸的溶解度最大，高压及以上压力的蒸汽中能溶解硅酸，蒸汽溶解的硅酸会沉积在汽轮机通流部分，形成难溶于水的二氧化硅沉积物，难于清洗去除，对汽轮机的安全经济运行有很大影响。蒸汽压力越高，对蒸汽品质的要求也越高。因为蒸汽压力 蒸汽的比体积 汽轮机的通流截面 叶片上少量盐分的沉积都将影响汽轮机的出力、效率和安全性。二、蒸汽污染的原因蒸汽污染的根源是给水含盐； 蒸汽带水和蒸汽溶盐是蒸汽污染的途径。（一）机械携带（蒸

21、汽带水）蒸汽机械携带的盐量决定于：蒸汽的带水量；炉水的含盐量影响蒸汽带水的主要因素：锅炉负荷、蒸汽压力、蒸汽空间高度、锅水含盐量1、锅炉负荷的影响锅炉负荷增加时，产汽量增加。（1）进入汽包的汽水混合物动能增大，导致大量的锅水飞溅，生成的细小水滴增多；（2）汽包蒸汽空间的汽流速度增大，带水能力增强。结论：锅炉负荷增加，蒸汽带水能力增强。2、蒸汽压力的影响：（1）蒸汽压力越高，汽、水的密度差越小，使汽水分离越加困难，导致蒸汽带水能力增加，较小的蒸汽速度即可卷起水滴；（2）蒸汽压力升高，饱和温度相应升高，水分子的热运动增强，分子相互间的引力减小，汽泡容易破碎成细小的水滴。蒸汽压力越高，蒸汽越容易带水

22、。3、蒸汽空间高度的影响蒸汽空间高度：汽包水面到饱和蒸汽引出管间的距离。当蒸汽空间高度较小时，不仅小水滴容易被蒸汽带走，部分飞溅的大水滴也能进入饱和蒸汽引出管；随着蒸汽空间高度的增加，飞溅起的大水滴未到达蒸汽引出管高度就在重力的作用下落回蒸发面上，蒸汽湿度减小。为了保证汽包有一定的汽空间高度，运行中应严格控制汽包水位。一般汽包正常水位应在汽包中心线以下100200mm处，允许波动范围为50mm。4、锅水含盐量的影响锅水含盐量增多，则蒸汽含盐量也增多。当锅水含盐量增大到临界锅水含盐量时，蒸汽带水量急剧增加，从而使蒸汽含盐量猛增。出现临界锅水含盐量的原因：锅水含盐量增加，使锅水的粘性增大，起泡能力

23、增强，在水面上形成泡沫层；当锅水含盐量达到临界含盐量时，泡沫层急剧膨胀而产生汽水共腾，使蒸汽空间高度迅速减小，蒸汽湿度急剧上升，蒸汽品质恶化。临界含盐量的影响因素很多：锅炉负荷、蒸汽压力、蒸汽空间高度、锅水中盐质的成分等。应使实际锅水含盐量远低于锅水临界含盐量，规定锅水最大允许含盐量。（二）溶解性携带（蒸汽溶盐）高压及以上压力的蒸汽能直接溶解某些盐分而造成蒸汽污染。原因分析：随着压力的提高，蒸汽的密度逐渐接近于水的密度，蒸汽的性质越接近于水的性质。1、蒸汽溶解携带的特点：（1）蒸汽溶盐能力随压力的升高而增强。（2）能够溶于饱和蒸汽的盐，也能溶于过热蒸汽中。（3）高压蒸汽溶盐具有选择性。 第一类

24、盐分为硅酸（H2SiO3、H2SiO5、H4SiO4等），在蒸汽中的溶解能力最强。 第二类盐分为氯化钠（NaCl）、氯化钙（CaCl2） 和氢氧化钠（NaOH）等。 第三类盐为一些难溶于蒸汽的盐分，如硫酸钠（Na2SO4）、硫酸钙（CaSO4）、硫酸镁（MgSO4）、硅酸钠（Na2SiO3）、磷酸钠（Na3PO4） 和磷酸钙等。2、硅酸在蒸汽中的溶解特性：硅酸在蒸汽中的溶解度最大；硅酸以分子形式溶解在蒸汽中。锅水中的硅酸和硅酸盐在不同的条件下能相互转化，转化方向取决于锅水的pH值。Na2SiO3 + 2H2O 2NaOH + H2SiO3提高锅水碱度（增大PH值），反应向左移动，可提高蒸汽品质

25、。为减少锅水中的硅酸含量，改善蒸汽品质，应使锅水中的PH值大些。但PH值过大，不仅使锅水泡沫增多，蒸汽机械携带剧增，而且还会引起金属的碱性腐蚀。锅水的PH值一般为1011。3、硅酸沉积的部位：硅酸易溶于高压蒸汽，一般不会沉积在过热器中。随蒸汽带入汽轮机，由于蒸汽膨胀做功，压力降低，蒸汽溶盐能力相应降低，硅酸逐渐析出，形成难溶于水的SiO2，沉积在汽轮机低压部分叶片上。很难用水清洗干净，严重时将迫使汽轮机停机，进行机械清理。对于高压以上锅炉，应严格控制硅酸在蒸汽中的含量。三、提高蒸汽品质的途径1、减少蒸汽带水量：采用高效的汽水分离装置；2、减少蒸汽溶盐：适当控制炉水碱度及采用蒸汽清洗；3、控制锅

26、水含盐量：采用良好的化学水处理设备和系统，并采用锅炉排污，以尽可能提高给水品质。1、汽水分离：重力分离利用汽和水的密度不同，在蒸汽向上流动时，一部分重力大的水滴会被分离出来。离心分离利用汽水混合物作旋转运动时产生的离心力进行分离，水滴的密度大，离心力也大，这样水滴会脱离汽流而被分离出来。惯性分离利用汽水混合物改变流向时产生的惯性力进行分离，密度大的水滴，惯性力大， 水滴会脱离汽流被分离出来。水膜分离汽水混合物中的水滴，能粘附在金属壁面，形成水膜流下而被分离。l 汽水分离装置 汽包内的汽水分离过程，一般分为两个阶段：粗分离阶段（一次分离）：消除进入汽包的汽水混合物的动能，并将蒸汽和水进行初步分离

27、；细分离阶段（二次分离）：把蒸汽中携带的细小水滴分离出来，并使蒸汽从汽包上部均匀引出。一次分离元件：进口挡板、旋风分离器、卧式旋风分离器、螺旋臂式分离器、以及涡流分离器等；二次分离元件：波形板分离器、顶部多孔板（均汽板）等。（1）进口挡板为了防止汽水混合物直接冲击到挡板，打碎水滴或撕破水膜，造成蒸汽二次携带，影响分离效果，装设挡板时应注意：a、汽流中心线与挡板间的夹角应小于45；b、管口到挡板的距离S应不小于2倍管径，即S2d；c、管子出口的汽水混合物流速和挡板出口的汽流速度不能太高。（2）锅内旋风分离器锅内旋风分离器的主要优点：a、不仅能消除汽水混合物的动能，避免冲击，而且能有效利用汽水混合物的动能进行汽水分离；b、分离出的蒸汽从上部顶帽通过，流入汽包汽空间，不会引起汽包水容积膨胀，故能在锅水含盐浓度较高的情况下工作；c、旋风分离器沿汽包长度均匀布置，使汽流分布较均匀，避免局部蒸汽流速较高的现象发生；d、不承受内压力，可用薄钢板制成，加工容易，金属耗量小。锅内旋风分离器装在汽包内，高度受到限制，一般用作粗分离设备，与其它分离设备配合用。锅内旋风分离器的单只出力受汽水混合物入口流速和蒸汽在筒内上升速度的限制，需要的旋风分离器的数量较多，给拆装检修工作带来不便。