锅炉原理.docx
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锅炉原理
第六章蒸发设备
6.膜式水冷壁的优缺点
优点：
气密性好、对炉墙保护作用好、辐射传热面积大、现场吊装、较强的抗爆能力；
缺点：
制造检修工作量大、热应力大、人孔等处密封、刚性差。
7.凝渣管束的作用：
8.折焰角的作用：
使炉内火焰分布更均匀，完善高温烟气对炉膛出口受热面的直接冲刷，减小上部死滞区；
折焰角延长了锅炉的水平烟道，可布置更多的对流受热面，提高锅炉参数。
9.蒸发受热面的结渣、析铁、水冷壁的高温腐蚀：
《1》固态排渣煤粉炉的结渣：
原因：
燃烧过程中形成的熔融灰渣在凝固之前接触到受热面，凝结、积聚成坚硬难以清洗的灰渣层；
发生部位：
燃烧器区域、炉膛出口折焰角处、屏式过热器、及其后对流管束入口处、冷灰斗；
结渣危害：
1）传热减弱，锅炉效率下降，经济性变差；
2）被迫负荷降低；
3）过热器损坏；
4）燃烧器喷口结渣破坏空气动力场；
5）水冷壁损坏；
6）下落焦块损坏冷灰斗；
7）阻塞冷灰斗，无法排渣；
影响结渣的因素：
1）煤的灰分特性：
软化温度ST<1200oC,易结渣；灰熔点越低，越易结渣；
灰分成分的影响:
碱性氧化物—Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等。
酸性氧化物—SiO2、Al2O3、TiO3等。
对灰熔点的影响碱性氧化物↑灰熔点↓
酸性氧化物↑灰熔点↑
硅比灰分成分的影响:
碱性氧化物—Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等。
酸性氧化物—SiO2、Al2O3、TiO3等。
对灰熔点的影响碱性氧化物↑灰熔点↓
酸性氧化物↑灰熔点↑
硅比SR，越不易结渣；
碱酸比B/A越小，越不易结渣；
2）炉内空气动力工况：
火焰中心偏移，水冷壁结渣；
燃烧组织不好，死滞漩涡区形成还原性气氛，FeO易与SiO2形成2FeO·SiO2（共晶体，灰熔点下降150~3000C。
3）炉膛的设计特性：
qVqAqr过大，炉温升高，易结渣；
4）锅炉运行负荷：
防止结渣的措施：
【避免炉温过高；防止灰熔点降低】
1）免受热面附近温度过高；
2）防止炉内生成过多还原性气体；
3）做好燃料管理工作；
4）加强运行监视，及时吹灰除渣；
5）做好设备检修工作；
《2》液态排渣炉底析铁：
析铁危害：
1）析铁后熔渣粘度增大，不利于排渣
2）侵蚀炉底耐火涂层
3）与水反应生产H2引起爆炸
4）沉于炉底，停炉后，清除困难
防止析铁：
防止煤粉落入渣池；尽快排走溶渣。
《3》水冷壁的高温腐蚀：
发生区域：
大多发生在燃烧器区域被火焰直接冲刷的水冷壁上。
原因：
1）水冷壁附近烟气中的还原性气体，使灰熔点降低；
2）管壁高温；
减轻水冷壁高温腐蚀措施：
1）改进燃烧，合理的空气动力工况；
2）避免出现管壁局部温度过高；
3）保持氧化性气氛；
4）采用耐腐蚀材料
第七章过热器再热器
第一节过（再）热器的作用及特点
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，并保证在一定负荷变化范围内维持气温的稳定。
过热汽温度为540～555℃间。
2.再热器的作用:
将气轮机高压缸排汽加热到与过热汽温度相仿的温度，然后送回中低压缸继续做功，以提高汽机尾部蒸汽干度。
3.在对流过热器前，要布置大量的对流管束
中压锅炉——过热器直接布置在炉膛出口少量凝渣管束之后；
高压锅炉——必须把一部分过热器受热面布置在炉内（辐射式、半辐射式过热器）
第二节过（再）热器结构型式气温特性
1.结构型式：
按传热方式分为：
对流、辐射和半辐射式三种；
2.对流式过（再）热器在对流烟道内吸收对流热。
（蛇形管+连箱连接）
根据烟气、蒸汽相对流向分为逆流、顺流、混合流三种
顺流：
温压最小、耗材多，安全（高汽温对低烟温）；
优缺点：
逆流：
温压最大、耗材少，安全性差；
混流：
介于两者之间；
根据结构型式分为立式和卧式：
立式：
疏水困难、支吊容易；
卧式：
疏水容易、支吊困难；
根据管圈数分为单管圈、双管圈、多管圈：
大容量锅炉——多管圈，可降低蒸汽流速；
根据管子布置结构分为顺列和错列
αs<αc，但顺列吹灰容易，错列吹灰困难。
总原则：
高温水平烟道立式顺列；低温竖直烟道卧式错列。
对流式过（再）热器
质量流速问题：
为保护金属管道，工质应有一定的质量流速。
质量流速增大，对金属的冷却能力增强，但同时也增大了流动阻力。
一般，过热器内允许压降<10%Pgr,再热器内压降<0.2~0.3MPa。
因此，过热器内工质质量流速ρw＝800～1100kg/（m2.s）
再热器内工质质量流速ρw＝250～400kg/（m2.s）
烟气速度问题：
因此：
烟速上限受磨损限制，与煤中Ay，灰分特性，及烟温有关。
炉膛出口之后水平烟道中，烟温较高，灰软，磨损较轻，烟速可在10～12m/s，
而在烟温较低时，一般情况下烟速小于9m/s。
3.辐射式和半辐射式过热器
在炉膛内吸收辐射热。
注意的问题：
工作条件恶劣（可采用的措施：
布置在炉膛上部、作低温受热面、高质量流速）
半辐射式也叫屏式过热器）
前屏：
布置在炉膛上部（大屏、分割屏）
特点：
热负荷高、热偏差大，流动阻力大，工质流量小，易发生超温现象；
防超温措施：
管子较短的长度、较大的管径、内外圈交叉
作用：
降低炉膛出口烟温，减少烟气扰动和旋转，改善过（再）热蒸汽的气温特性。
后屏：
布置在炉膛出口；
前屏横向节距s1比后屏大；
4.为什么要分级、分段？
原则是什么？
为了减小过热器的热偏差，可以将过热器受热面分成几级，并在各级之间用中间集箱进行充分的混合。
因为在同样热偏差的情况下，分级以后，由于每一级中工质的平均焓增减小，而使焓增偏差的绝对值减小，因而使热偏差的影响减小。
将过热器分级后，在蒸汽过热的过程中，随着蒸汽温度增加，其比热容不断下降，因而在最末级过热器中，工质的比热容最小，使得在同样热偏差的条件其温度偏差最大，而最末级过热器的工质温度又最高，工作条件最差，因而末级过热器的焓增更要小些，这样对减小末级过热器汽温调节的惯性也有好处。
（为什么要分级分段？
（来源于网络））
分级分段的原则要求：
a、单级焓增小于60～100KCal/kg。
b、各级中气温选择应与采用的钢材许用温度吻合（气温超过400℃需采用
合金钢，否则可采用20＃碳钢）。
c、考虑气温调节的反应速度。
5.减温器布置问题
减温器的作用：
在一定负荷变动范围内，保证气温稳定。
原理：
采用热量交换降低蒸汽焓值。
布置方式：
地点的选择？
？
？
。
末级过热器焓增一般小于30～70KCal/kg。
6.过、再热器的汽温特性
汽温特性－－汽温与锅炉负荷的关系
第三节热偏差
1、热偏差φ：
过（再）热器中各并联的管子由于结构、热负荷、工质流量大小不一致引起的工质焓增不同的现象，叫热偏差（受热管中吸热温升的不均匀程度）；
定义式：
φ=ηqηF/ηG（热力不均系数ηq、结构不均系数ηF、流量不均系数ηG）
2.热偏差影响因素：
热力不均系数ηq：
受热面污染（积灰、结渣）；炉内温度场、速度场分布不均；
烟气走廊、屏式受热面的热力不均系数ηq大；
流量不均系数ηG：
1管子连接方式Z型、U型、多管型（ηG：
Z型最大、U型居中、多管连接型最小）
2）热力不均引起流量不均：
ηq变大→ηG变小→φ=ηqηF/ηG变大
结构不均ηF：
管材厚度、长度、弯头数量等。
3.减小过（再）热器热偏差的措施：
分级布置，级间采用中间连箱进行中间混合；
烟道宽度方向进行左右交叉流动；
多管引入、引出；
内外圈交换布置；
减小屏前、管束前的烟气空间的尺寸；
适当均衡管长和吸热量，增大热负荷高的管径；
将分隔屏（前屏）过热器中每片屏分组；
消除炉膛出口烟气的余旋造成的热偏差。
第四节汽温调节
1.运行中汽温影响因素：
1、锅炉负荷（对流特性，D增大，汽温升高；辐射特性，正好相反）
2、过量空气系数（α增大，w增大，汽温升高）
3、给水温度（tgs升高，B下降→汽温降低）
4、污染情况（炉内污染，汽温升高；过热器污染，汽温降低）
5、饱和蒸汽用量（增加，增加）
6、燃烧器运行方式（摆动燃烧器喷嘴向上→汽温升高）
7、燃料种类或成分变化（Qar增大→辐射热增大，对流热减小→汽温降低
煤粉变粗、水、灰增大→汽温升高）
2.蒸汽温度调节方法
1、蒸汽侧调温
表面式减温器：
用锅炉给水冷却蒸汽（两者不直接接触），对水品质无要求；
（常用）喷水式减温器：
蒋降温水（可自制冷凝水）直接喷入过热蒸汽中，使其雾化
（笛形管式、旋涡式、文氏管式）100摄氏度（多级）吸热→降温
汽—汽热交换器：
用过热蒸汽来加热再热蒸汽→降温（管式、筒式）
30—40摄氏度
2、烟气侧调温
烟汽挡板调节：
改变烟气流量→调节蒸汽温度（并联：
再-过；再-省）
摆动燃烧器：
改变燃烧器倾角上、下调节→炉膛辐射传热量Qf与对流Qd比例→汽温调节
（-30o~+30o）
烟气再循环：
将省煤器的烟气（250~350oC）由再循环风机抽送回炉膛；
降低水冷壁的温度，提高对流受热面的吸热量Qd；
再循环率r越大→再热器出口汽温越低；
第八章省煤器空预器
第一节省煤器
1.省煤器的作用
吸收尾部烟气热量，加热锅炉给水；
节省燃料；
改善汽包工作条件：
提高给水温度，减小热应力、延长汽包寿命；
降低锅炉造价。
2.省煤器分类：
按材料分：
钢管省煤器、铸铁省煤器
钢管省煤器：
优点：
强度高，可承受高压、工作可靠；传热性能好；重量轻、体积小，价格低；缺点：
耐腐蚀性差；
按出口参数分：
沸腾式、非沸腾式
中压锅炉——沸腾式：
防止炉温过低高压锅炉——非沸腾式：
防止炉温、出口温度过高而引起结焦；
按结构分：
光管式、鳍片式、膜片管式、螺旋肋片管式
按管子排列方式分：
错列、顺列
错列布置：
传热效果好，结构紧凑、减少积灰；但：
磨损比顺列严重，吹灰困难；
2.省煤器布置方式：
卧式逆流布置（纵式磨损靠近后墙严重）
原因：
有利于停炉排除积水，减轻停炉期间的腐蚀；
有利于改善传热，节约金属；
3.省煤器的支吊方式：
支撑+悬吊
中小型锅炉——支撑
大型锅炉——悬吊
4.省煤器引出管与汽包的连接：
加装套管；
5.省煤器设计中应考虑的问题
.省煤器中的质量流速和水速=600-800kg/（m2.s）
.烟气流速：
经济烟速8-11m/s；
.结构设计：
管径d：
42-51mm
管子数n
管子横向节距s1；纵向节距s2（s1>s2）
6.省煤器的启动：
在省煤器进口和汽包下部之间装设不受热的在循环管。
第二节空预器
1.空预器的作用（略）
2.空预器的种类：
导热式+蓄热式；
导热式：
板式（漏风大、金耗多，不采用）；管式：
钢管、铸铁、玻璃管式；
钢管式（立式）：
管内烟气，管外空气
优点：
结构简单，制造方便，漏风量小；
缺点：
体积大，耗材多；
回转式空预器优缺点
优点：
1）结构紧凑、传热密度高，管式体积的1/102）重量轻，节省钢材：
蓄热板薄
3）布置灵活4）不易低温腐蚀：
传热元件怱冷怱热
缺点：
1）受热面腐蚀时，不增加漏风量，更换方便
2）漏风大：
转动与静止部件之间7）结构复杂，运行维护工作多，检修较复杂
第三节尾部受热面的布置
1.尾部受热面：
省煤器+空气预热器
2.单级布置：
一级省煤器+一级空气预热器；
降低排烟温度，提高锅炉效率，节省价格较高的省煤器受热面金属，防止低温腐蚀；
在一定的排烟温度（120--160）限制下，采用单极布置，热风温度限制在300度左右；
3.双级布置：
一级省煤器+一级空气预热器+二级省煤器+二级空气预热器；
使省煤器、空气预热器都具有较高的传热温压，增强尾部受热面传热，节省受热面金属；
第四节低温受热面的积灰、磨损、腐蚀
1.低温受热面的积灰
影响因素：
1）、灰粒特性
2）、飞灰浓度
3）、管束排列与冲刷方式：
顺列厚于错列；水平、倾斜管厚于垂直管；
4）、烟速：
烟速越大，越不易积灰；
5）、运行因素：
烟道漏风等
2.低温受热面的飞灰磨损
冲蚀磨损：
当灰粒相对管壁表面的冲击角较小时，对管壁表面产生的是切削作用。
撞击磨损：
当灰粒相对管壁表面的冲击角较大时，或接近于垂直，使管壁表面产生微小的塑性变形或显微裂纹。
烟气横向正面冲刷：
第1排管子，最严重的磨损点发生在30-40度角度内—————
错列：
第1排以后，磨损集中在25-30度的对称点上，最大磨损在第2排管子上；
顺列：
第1排以后，磨损集中在60度的对称点上，最大磨损在第2排管子上；
纵向磨损比横向轻；
磨损因素：
飞灰颗粒动能、飞灰量、飞灰撞击率；
防磨措施：
1.限制烟气流速；（很有效）；
2.降低速度分布不均、飞灰浓度分布不均（加装均匀挡板、装百叶窗式或离心式除尘器）；
3.磨损严重部位加装防磨装置（省煤器：
防磨板、防磨阻流板、防磨罩；空预器：
管内防磨套管）；
4.改善省煤器结构：
（选用大直径的管子；S1/越大越好；顺列；膜式或螺旋肋片是省煤器）；
3.低温腐蚀
露点（酸露点）：
水蒸汽或硫酸蒸汽开始凝结的温度（露点越低越不易发生腐蚀）
低温腐蚀：
当烟温降低或接触到温度较低的金属受热面时，只要温度低于露点，水蒸汽或硫酸蒸汽就会凝结
水蒸汽凝结：
氧腐蚀硫酸蒸汽凝结：
酸腐蚀
措施（低温腐蚀的减轻和防止）：
1.减少烟气中的SO3（燃料脱硫；烟气脱硫；低氧燃烧；烟气再循环）
2.提高受热面壁温（热风再循环；提高空预器入口温度，进口安装暖风器（汽机抽汽）；采用螺旋槽管）
3.其他（采用添加剂降低酸露点；
回转式空预器：
高度方向分段，易更换
采用玻璃管或热管作前置式预热器，提高进入主预热器的风温
采用耐腐蚀材料）
第九章自然循环原理
第一节自然循环的基本原理
1.
下联箱中心两侧产生液柱的重位差
下降管与上升管的密度差→循环推动力（运动压头Pyd）
有效压头Pe是用来克服下降管阻力的；
工质稳定流动时，有效压头与下降管系统阻力相等。
循环推动力的影响因素：
1.饱和水和饱和汽的密度差（压力）【正比】
2.上升管的含气率x【正比】
3.循环回路的高度【正比】
4.上升管入口工质的欠焓【反比】
第二节两相流
1.传热恶化：
放热系数急剧下降，壁温飞升
第一类沸腾传热恶化：
（q>qc）
原因：
管外局部热负荷太高，管壁形成汽膜导致
沸腾传热恶化
发生在：
欠热区、低干度区（x小）、热负荷高区
第二类沸腾传热恶化：
（含气率x>xc）
原因：
工质的含气率过x高→保护管壁的水膜被
蒸干，管内汽水混合中水欠缺；
管壁温度周期性波动；
发生在：
含气率x较大、热负荷不太高的情况下；
第三节 两相流的特性参数及流动阻力
1.两相流流速
质量流速pw—单位时间内流过单位流通截面的工质质量
循环流速w0---循环回路中在饱和温度下按上升管入口截面计算的水速
折算流速---假定流过汽水混合物中某相工质占有管子全部截面时计算所得流速。
蒸汽折算速度和水折算速度。
混合物流速whu---蒸汽折算速度和水折算速度之和
真实流速---分别计算蒸汽和水的流速。
2.含汽率
质量含汽率x=D/G汽水混合物中，流过蒸汽的质量流量D与流过工质总质量流量G之比
容积含汽率---流经管子某一截面的蒸汽容积流量与汽水混合物总容积流量之比。
截面含汽率---管道截面上蒸汽所占截面与管子总截面之比。
3.两相流密度
流量密度---两相流中混合物质量流量与体积流量之比
（不存在，用于计算流动阻力、动量、质量流速等）
真实密度---某段管段中汽水混合物实际存在的密度；
（计算两相流的质量、重位压头和必须考虑非均相流的各项）
4.两相流的流动阻力
流体加速压降
重位压差
摩擦阻力
局部阻力
5.自然循环的可靠性指标
质量流速
循环流速
循环倍率K
自补偿能力和界限含气率xjx
6.蒸汽干度、含气率、循环流速、循环倍率K之间的关系？
？
？
？
答：
蒸汽湿饱和蒸汽中所含干饱和蒸汽的质量比；含气率是指：
汽水混合物中，流过蒸汽的质量流量D与流过工质总质量流量G之比；蒸汽越干，含气率相应也越大；
含气率和循环倍率互为倒数；
当含气率x不太大时，随着x的变大，循环流速也变大；
当x>xjx时，x变大，循环流速反而减小；
xjx左侧具有自补偿能力，锅炉应工作在自补偿范围内；
7.
自然循环常见故障:
循环停滞和倒流、汽水分层、下降管带汽；
下降管带汽：
原因：
下降管受热；下降管入口锅水自汽化；水带汽；锅炉压力突然下降
提高水循环安全性的措施：
（4点）
1）防止蒸发管吸热不均：
按受热情况划分循环回路；改善四角管子受热情况、
采用平炉顶；避免火焰倾斜、保持水冷壁清洁、避免长时间低负荷运行
2）减小下降管阻力：
大直径下降管；
3）减小汽包汽水引出管的阻力：
大直径引出管，增大流通截面积；
4）压力变化速度控制在允许范围内。
第十章蒸汽净化
1.蒸汽品质
指两方面的参数需满足机组工作要求。
第一：
汽温、汽压波动在汽机工作允许范围内；
第二：
蒸汽中杂质含量（含盐量）不允许超过规定界限。
2.蒸汽含盐量的危害：
结垢，产生垢下腐蚀，超温爆管，汽轮机叶片结垢堵塞通流面积，效率下降；
3.蒸汽污染的原因：
4.净化蒸汽的原则措施：
Ø控制锅炉水品质—排污（连续排污+定期排污）
Ø提高给水品质—水处理
Ø减少机械性携带—高效汽水分离设备
Ø减少选择性携带—蒸汽清洗
5.锅水含盐量的影响：
含盐量增加，水表面张力下降，动力粘度增加，汽泡直径减小，汽水分离困难
6.蒸汽压力的影响：
压力增大，汽水密度差减小，汽水分离困难；
压力增大，饱和水温度升高，分子运动加强，相互间引力减小，水表面压力减小（更易破
面张力减小，水易破裂成细水滴。
裂被带走）
运行中压力骤降，导致蒸汽大量带水，出现虚假水位。
（水位假升高，此时应加水）
第十一章控制流动锅炉————直流锅炉
1.控制循环锅炉：
工作在亚临界或超临界（压力）状态下；
2.低循环倍率锅炉：
K~1.5
特点：
（优点）：
取消汽包；循环泵功率小；传热好
（缺点）：
汽水分离效率低；水位及汽温调节困难
【3】直流锅炉
没有汽包，由许多并联管子、联箱连接而成；（对水质要求很高）
工质流动的流动有水泵压头推动（强制流动）；
直流锅炉的循环倍率K=1；
原理：
右图
直流锅炉的工作特点：
1）加热、蒸发、过热没有固定界限；
2）热惰性小，调节更灵敏；
3）不能连续排污（无汽包）；
4）会流动不稳定、脉动；
5）膜态沸腾（第一类沸腾传热恶化）；
6）要求较高的给水压头；
7）启动时，管内要有足够的水量，以保护受热面；
8）不构成循环，无汽水分离问题。
直流锅炉的优缺点：
优点：
1）适用于各种压力；
2）节省钢材；
3）无汽包，制造、安装和运输方便；
4）受热面可自由布置；
5）起停速度快。
缺点：
1）给水品质要求高；
2）给水功率消耗大；
3）对自动调节系统要求高。
没有汽包但有汽水分离器————亚临界锅炉；
没有汽包也没有汽水分离器———超临界锅炉；
直流锅炉的流动特性
1）两相流体的水动力不稳定性（提高工作压力;减小欠焓;增加加热区段阻力;加装呼吸联箱）;
2）并联管圈的流体脉动现象（提高质量流速;增大加热段与蒸发段的阻力比值;提高工作压力）;
3）热偏差（节流圈;中间联箱或混合器;合理组织燃烧工况）;
第十二章 锅炉布置
1.锅炉典型布置方案：
2.布置影响因素：
蒸汽参数：
（见右图）
锅炉容量：
容量增大，锅炉容积和内表面积增大幅度不同，容积增大速度高于面积增大速度，致使布置水冷壁的面积不够，需布置较多的屏式受热面。
容积增长速度远大于线形尺寸增长速度，会出现双管圈、多管圈布置的过热器。
燃料性质
水分（M）：
水分增大，需要较高热风温度，空预器尺寸增大。
灰分（A）：
灰分髙，需采用防磨设计（可采用塔型布置）。
挥发分（V）：
挥发分高，矮胖型；反之，瘦高型、卫燃带、高温热风。
硫分（Ｓ）：
硫分含量高，需在设计时格外注意
（Ｈ２Ｓ还原性气氛易结渣；高温腐蚀；低温腐蚀）
热空气温度对省煤器、空预器布置的影响：
决定了尾部受热面单双级布置。
（３５００Ｃ）；
3.锅炉主要设计参数的选择
（一）炉膛热强度（热负荷）
•容积热强度qv
•截面热强度qA越接近无烟煤，应选qA的上限；越接近烟煤，应选qA的下限
•燃烧区域壁面热强度qrqr越大，火焰越集中，温度越高；但过高，易结渣
•炉膛壁面热强度qlb
（二）炉膛主要尺寸
指锅炉的宽度a、深度b和高度h。
根据热强度值计算。
（三）炉膛出口烟温
取决于辐射、对流换热的比例，最佳比值：
出口烟温为1250℃，但实际上受灰分变形温度及NOx、SOx生成量的影响，一般低于1200℃。
（四）排烟温度
排烟温度根据燃料价格、金属耗量的经济比较，结合给水温度、燃料水分、硫分及省煤器和空预器金属价格比等因素综合设计。
（五）热空气温度：
主要取决于燃料性质、燃烧方式、排渣方式。
（六）工质质量流速
（七）烟气速度上限受限于“磨损”；下限受制于“积灰”；
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