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1、自 然 循 环 蒸 发 系 统 及 蒸 汽 净 化A、自然循环汽包锅炉的蒸发设备 一、蒸发设备的组成 蒸发设备的作用：吸收炉内燃料燃烧放出的热量，把锅水加热成饱和蒸汽。 自然循环锅炉的蒸发设备包括：汽包、下降管、水冷壁、联箱及连接管道。二、汽包 1、汽包的结构 （1）长圆筒形压力容器，由筒身和两端的封头组成：筒身是由钢板卷制焊接制成，封头用钢板模压制成，焊接在筒身两端。在封头中部留有椭圆形或圆形人孔门，以备安装和检修时工作人员的进出。（2）汽包上的连接管：在汽包上开有很多管孔，并焊上短管，称管座，用以连接各种管子。如：给水管、汽水混合物引入管、下降管、饱和蒸汽引出管、连续排污管等。（3）悬吊结
2、构：用吊箍悬吊在炉顶大梁上。悬吊结构有利于汽包受热温升后自由膨胀。（4）汽包的尺寸和材料：与锅炉的参数、容量及汽包内部装置等因素有关。锅炉压力越高，汽包直径越大，汽包壁越厚。汽包壁太厚，不仅制造困难，而且在运行中由于内外壁温差大会产生较大的热应力。2、汽包的作用 （1）汽包是加热、蒸发、过热三个过程的连接枢钮和大致分界点。（2）汽包具有一定的的蓄热能力，能较快地适应外界负荷变化。 （3）汽包内部装置可以提高蒸汽品质（汽水分离元件、蒸汽清洗装置、加药装置、排污装置）。 （4）汽包外接附件保证锅炉工作安全。（压力表、水位计、事故放水、安全阀、壁温测点）三、下降管 1、作用：把汽包内的水连续不断地通
3、过下联箱供给水冷壁，以维持正常的循环。布置：在炉外，不受热，管外包覆有保温材料。2、材料：下降管材料一般采用碳钢或低合金钢 。 3、类型：小直径分散型和大直径集中型（1）小直径分散型：下降管的直径一般为108159mm，它直接与各下联箱连接。小直径分散型下降管的管径小、管子数目多（40根以上），流动阻力大，对循环不利，一般用在中、小容量锅炉上。（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
4、、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、605 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，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
5、、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）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
6、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，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
7、。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
8、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
9、：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
10、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
11、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，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。工质保持饱和温度。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
12、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
13、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
14、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 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
15、，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，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7-15
16、5-84-6四、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
17、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，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
18、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，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
19、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
20、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
21、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
22、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
23、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
24、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。结论：蒸汽压力越高，蒸汽越容易带水。 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
25、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。结论：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
26、压力、蒸汽空间高度、锅水中盐质的成分等。结论：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
27、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。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
28、。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
29、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；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
30、；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
31、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。（3）波形板分离器 （4）顶部多孔板2、蒸汽清洗：使蒸汽穿过给水层，利用给水和锅水中盐类浓度不同而产生物质交换，以降低饱和蒸汽的溶解性携带。蒸汽清洗使溶解于蒸汽的盐分转移到给水中，从而减少蒸汽溶盐量，清洗后的蒸汽湿度虽有所增加，但由于给水较清洁，蒸汽机械携带的含盐量却减少，所以清洗后蒸汽的总携
32、带显著降低。l 影响清洗效果的因素： 1、清洗水量大，清洗效果好。一般用30%50%的锅炉给水作清洗水, 其余的给水通过旁路引到下降管入口附近，以防止下降管带汽。2、清洗水的品质越高，物质扩散作用越强，清洗效果越好。3、清洗水层厚度太薄时，由于与蒸汽的接触时间短，清洗不充分，而使效果不好；若水层太厚，不但对改善清洗效果不明显，反而会降低分离空间的高度，使蒸汽带水增加。一般水层厚度为4050mm。4、清洗前的蒸汽含盐量越多，清洗后的清洗水含盐量越高，清洗后的蒸汽含盐量也越高。5、对亚临界压力锅炉，由于硅酸的分配系数较大，蒸汽清洗效果较差。主要依靠提高给水品质来保证蒸汽品质，可不用蒸汽清洗装置。3
33、、锅炉排污（1）连续排污：在运行过程中连续不断的排出部分锅水、悬浮物和油脂，以维持一定的锅水含盐量和碱度。位置：在锅水含盐浓度最大的汽包蒸发面附近，即汽包正常水位线以下200300mm处。在连续排污主管上，沿长度方向均匀的开有一些小孔或槽口；或者是在主管上均匀装置一些上端开口的排污支管。排污水经小孔或槽口或管口流进主管，然后通过引出管排走。（2）定期排污：在锅炉运行中，定期排出锅水里的水渣等沉淀物。排污位置：沉淀物聚集最多的水冷壁下联箱底部。l DG1025/18.14型亚临界自然循环锅炉的汽包内部装置 一次分离元件：切向导流式旋风分离器二次分离元件：立式百叶窗分离器（带疏水管）百叶窗上部装有
34、均汽孔板：减少饱和蒸汽引出的流量不均。省煤器来的给水：直接送到下降管进口附近的区域，以提高锅水的欠焓。汽包内下半部采用内夹套：与旋风分离器入口连通箱相连的密封夹层，将省煤器来的给水与汽包内壁隔开，使汽包壳体上下壁温尽量保持一致。过热器与再热器A.过热器和再热器的作用和工作特点一、过热器和再热器的作用过热器：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。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。目前我国超高压及以上机组采用一次中间再热系统。再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右；再热蒸汽流量为主蒸汽流量的80%左右；再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相同。问题：1、为什么大型机组都采用中间再热？
35、2、为什么再热压力、再热流量和再热温度作上述选择？二、过热器和再热器的工作特点1、过热器和再热器是锅炉受热面中金属工作温度最高、工作条件最差的受热面，对材质要求高。管内工质：蒸汽 管外工质：高温烟气传热性能差，管壁温度高。l 过热器和再热器的材料取决于其工作温度：（1）当金属管壁温度不超过500 时，可采用普通碳钢；（2）当金属温度更高时，必须采用合金钢或奥氏体钢。l 由于钢材的限制，现今绝大多数电站锅炉的过热蒸汽和再热蒸汽温度被限制在540-555。个别国家如日本等，需从国外进口燃料，为提高效率而采用较好的合金钢，大容量电站锅炉的过热蒸汽和再热蒸汽温度达到570 。l 根据过热器和再热器管内
36、工质温度和所处区域的热负荷大小，各级过热器和再热器均采用不同的钢材，以保证其安全和经济。l 为降低锅炉造价，尽量避免用更高级别的合金钢，各级过热器和再热器金属管子的工作温度都接近其极限温度。若在超过其设计工作温度10-20 下长期运行，将严重影响其寿命。故：在运行中应保持汽温稳定，波动不应超过额定温度的-10+5 的范围。注意受热面的超温现象（钢材的工作温度超过其许用温度）。2、过热器、再热器的阻力（压力降）不能太大。过热器和再热器大都布置在较高烟温区域，为保证冷却效果，须使管内工质有较高的流速。工质流速 阻力 工质的压力降。l 对于过热器：工质的压力降 要求汽包的工作压力 （1）给水泵功率消
37、耗（2）汽包、下降管、导汽管等承压部件壁厚 材料和制造成本一般要求：整个过热器内工质的压力降不超过其工作压力的10%。l 对于再热器：工质的压力降 再热器出口的蒸汽压力进入汽轮机中低压缸的蒸汽做功能力。一般要求：再热器内工质的压力降不超过其工作压力的10%。3、高热负荷区的过热器与再热器工质流速高l 与水冷壁和省煤器相比，过热器和再热器管壁的冷却条件差。为使管壁金属得到有效冷却，避免烧损和爆管事故，必须使管内蒸汽具有较高流速。但高流速会产生大压力降。l 综合考虑管壁冷却和压力降的两因素，建议过热器和再热器内工质的质量流速分别采用：对流过热器低温段：=400-700kg/(m2s) 对流过热器高
38、温段：=700-1100kg/(m2s)半辐射式屏式过热器：=800-1200kg/(m2s) 辐射式过热器：=1000-1500kg/(m2s)对流再热器：=250-400kg/(m2s) 辐射再热器： =1000-1200kg/(m2s)4、过热器和再热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而变化l 过热器和再热器有相当部分布置在水平烟道和尾部竖井烟道内，传热以对流换热方式为主。l 当锅炉负荷变化时，受热面内、外工质和烟气流速都发生变化，导致蒸汽吸热量变化。l 对于再热器：负荷变化时，进口蒸汽温度也同时改变，故再热汽温随负荷的变化幅度更大。5、过热器和再热器管间的烟气流速受多种因素影响l 管间烟速过
39、低传热性能差、且易积灰。一般要求：额定负荷时管间烟速不低于6m/s。l 烟速：（1）传热系数传热效果 （2）冲刷能力积灰（3）烟气对管壁的磨损 （4）通风电耗l 水平烟道靠近炉膛出口处：烟温高飞灰软对管壁的磨损可采用较高烟速。（10-12m/s）l 尾部竖井烟道中：烟温降至600-700 ，飞灰无粘性，变硬，对管壁的磨损应采用较低烟速。（9m/s）（传热性能、受热面积灰、飞灰磨损、烟气流动阻力）6、过热器和再热器布置受锅炉参数影响随压力的升高，过热蒸汽和再热蒸汽的吸热分额增大，使过热器和再热器在锅炉总受热面中所占比例增大。通常高压以上锅炉，均采用复杂的过热器和再热器系统。（1）采用合适的组合方
40、式，既能获得较大的传热温差、节省受热面面积，又能获得较平稳的汽温特性。（2）根据过热器和再热器管内工质温度和所处区域的热负荷大小，正确采用不同的钢材，以保证其安全和经济。7、在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器、再热器需要采取保护措施。l 过热器和再热器的工作特点1、过热器和再热器是锅炉受热面中金属工作温度最高、工作条件最差的受热面，对材质要求高。2、过热器、再热器的阻力（压力降）不能太大（限制流速）。3、高热负荷区的过热器与再热器工质流速高。4、过热器和再热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而变化。5、过热器和再热器管间的烟气流速受多种因素影响（传热性能、受热面积灰、飞灰磨损、烟气流动阻力）。6
41、、过热器和再热器布置受锅炉参数影响。7、在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器、再热器需要采取保护措施。 l 过热器与再热器运行的主要原则：(1) 防止受热面金属温度超过材料的许用温度；(2) 在较大的负荷范围内能通过调节维持过热器与再热器的额定汽温；(3) 防止受热面管束积灰、磨损和腐蚀。 B、过热器与再热器的型式和结构： 根据传热方式不同，过热器分为：对流式 辐射式 半辐射式l 过热器：高温段采用对流型，低温段采用辐射型或半辐射型，以降低受热面管壁钢材温度。l 再热器： 再热蒸汽压力较低，蒸汽密度较小，放热系数较低，受热面管壁金属温度比过热器更高。 以对流为主，部分低温蒸汽段可采用辐射型。
42、 一、对流过热器 ：1、布置：布置在对流烟道中，以对流换热方式为主吸收烟气的热量。 2、结构：由进、出口联箱及许多并列的蛇形管组成，联箱一般布置在炉墙外，并进行保温以减小散热损失。l 单管圈、双管圈、多管圈：并列蛇形管的数目主要取决于管内蒸汽的质量流速。蒸汽的质量流速则是综合考虑管子的壁温情况和过热器允许的压力降两因素决定。l 对流过热器低温段：烟温低，热负荷低，一般蒸汽质量流速取值低。=400-700kg/(m2s)l 对流过热器高温段：烟温高，热负荷高，一般蒸汽质量流速取值高。=700-1100kg/(m2s)l 蛇形管束结构：顺列和错列错列：传热系数高，但管间易结渣，吹扫困难，支吊不方便
43、。顺列：传热性能比错列差，但有利于防止结渣和减轻磨损，烟气流动阻力小。国产锅炉的对流过热器，一般在高温水平烟道中采用立式顺列布置，在垂直烟道中采用卧式错列布置。目前大容量锅炉的对流管束趋向于多采用顺列布置，以便于支吊、避免结渣、减轻磨损。3、烟气与管内蒸汽的相对流动方向 l 顺流布置：（1）平均温差最小，传热性能最差；（2）安全性好。常用在过热器的高温级。l 逆流布置：（1）平均温差最大，传热性能最好；（2）安全性差。常用在低温级。l 双逆流和混合流：既利用了逆流布置传热性能好的优点，又将蒸汽温度的最高端避开了烟 气的高温区。改善了蒸汽高温段管壁的工作条件。常用于整个过热器系统的最后一级。4、
44、放置方式l 水平烟道内：立式布置。优点：（1）支吊结构简单，用多个吊钩吊挂，支承在炉顶钢梁上；（2）膨胀自由；（3）蛇形管不易积灰。缺点：（1）停炉后管内积水较难排出，造成停炉期间的腐蚀；（2）启动初期升温时由于工质流量不大，通汽不畅易形成汽塞导致管子过热。l 竖直烟道内：卧式布置。优点：停炉时管内存水排出简便；缺点：（1）容易积灰；（2）支吊结构复杂，先支承在定位板上，再通过吊杆吊在炉顶钢梁上。通常用省煤器的引出管作为悬吊管。二、辐射过热器 布置位置：炉膛上部，直接吸收炉膛辐射热。 因辐射传热强度大，可减少金属耗量。l 因所处区域的热负荷很高，辐射过热器工作条件恶劣，布置和运行时应注意以下问
45、题：（1）布置在热负荷稍低的炉膛上部至炉顶的区域，远离热负荷最高的火焰中心区。 （2）选取较高的管内工质质量流速，提高管内对流换热系数，使管壁得到足够的冷却。（3）为防止管壁超温，通常作为低温段受热面，以较低温度的蒸汽流过，改善管子的工作条件。（4）在锅炉启动时管内必须有足够的蒸汽流量来冷却管壁。l 因启动时工质流量小，但火焰温度与满负荷时相差不多，很高的热负荷易将管子烧坏。冷却蒸汽可来自邻炉，也可采用自生的蒸汽。辐射过热器的形式1、顶棚过热器：布置在炉膛顶部，一般采用膜式受热面结构。主要目的是用来构成轻型平炉顶，使炉顶结构简化。热负荷较小，吸热量较少。2、壁式过热器：结构与水冷壁相似，受热面垂直布置在炉膛上部的墙上，集中布置在某一区域或与水冷壁管间隔布置。3、包墙管式过热器：布置在水平烟道、转向室和垂直烟道内壁。贴墙壁的烟气流速低，所吸收的对流换热量很少，主要吸收辐射热。l 壁式、顶棚、包墙管式过热器均采用膜式受热面结构：（1）简化炉墙结构，减轻重量；（2）提高炉墙的严密性，减少炉膛漏风量。4、屏式过热器： 布置在炉膛上部靠近前墙处为前屏过热器。由进出口联箱和管屏组成。联箱布置在炉顶外，整个管屏通过联箱吊挂在炉顶钢梁上，受热时可自由向下膨胀。l 屏式过热器：（1）有效降低炉膛出口烟温，防止对流受热面管束