锅炉第6章.

蒸发设备第六章本章内容概述汽包水冷壁的作用和结构水冷壁的布置型式蒸发受热面存在的问题及防止措施概述第一节锅炉按水的循环方式分类着重讲述自然循环锅炉中的蒸发设备。它们是在自然循环锅炉蒸发设备的基础上做相应的加、减法自然循环锅炉控制循环锅炉直流锅炉复合循环锅炉其他锅炉与自然循环锅炉的省煤器、过热器没有太大的区别，重要的不同就体现在蒸发设备上一、蒸发设备的组成二、自然循环汽水流程三、自然循环的推动力一、蒸发设备的组成自然循环锅炉的蒸发设备由汽包、下降管、水冷壁、联箱、连接管道等组成。汽包下降管下联箱上联箱水冷壁（上升管）根据水冷壁管中工质流动方向向上，又把水冷壁叫做上升管汽包下降管下联箱水冷壁（上升管）上联箱下降管将汽包中的水连续不断地送往下联箱供给水冷壁，使水循环正常。位于炉外，不受热小直径分散下降管：管径小，流动阻力大，对水循环不利，用于小型锅炉；大直径集中下降管：流动阻力小，有利于水循环，并能节约钢材，简化布置，用于大型锅炉。蒸发设备的构成2006.5.8沈阳工程学院2006.5.8沈阳工程学院联箱作用：将工质汇集/将工质重新分配到其他管道。不受热圆形/方形水冷壁下联箱有定期排污装置蒸发设备的构成二、自然循环锅炉汽水流程进入汽轮机省煤器过热器水冷壁循环回路的推动力何在？自然循环的推动力下降管中为饱和水水冷壁中为汽水混合物二者之间有密度差水由下降管向下流动汽水混合物由水冷壁向上引出三、自然循环的推动力自然循环回路中的循环推动力称作运动压头。用表示定义ydpydxjssPghgh运动压头xjPssPflPhflssxjydPPPP运动压头用于克服下降管，上升管，汽水分离装置的流动阻力。xjP下降管系统的流动阻力ssPflP上升管系统的流动阻力汽水分离器的阻力有效压头P211exjP=PflssxjydPPPP自然循环回路中，工质在稳定流动情况下，有效压头应与下降管系统的阻力相等。压头法运动压头扣除上升管系统阻力，汽水分离装置的阻力之后，剩余部分就称为有效压头。e()ydssflPPPP四、运动压头的影响因素1.含汽率X2.饱和水与饱和汽的密度差3.循环回路的高度1、含汽率对运动压头的影响xss受热上升管ydP欠焓xydPxj下降管2、密度差对运动压头的影响工作压力xxjssssydP循环不安全ydP管壁超温3、回路高度对运动压头的影响hydP含汽段高度汽包第二节汽包的结构圆形筒身、两端封头长度10～26米内径1600～1800毫米壁厚80～100毫米外部接有众多管道内部装炉水处理、汽水分离装置；固定方式：支承、悬吊（防止汽包自由膨胀）汽包汽包汽包1、工质加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，保证锅炉水循环；2、是蒸汽通道与水通道的交汇点。汽包内装有汽水分离器、连续排污装置等，用以汽水分离，保证蒸汽品质；3、汽包内保持一定水量，具有一定储热能力，有利于运行调节；4、汽包筒体上安装有压力表、水位表、事故防水阀、安全阀等，以控制汽包压力、监视汽包水位，保证锅炉安全工作。汽包的作用汽包连接枢纽汽包汽包将省煤器、水冷壁、过热器三种受热面严格分开，保证了送入过热器系统的工质为饱和蒸汽，使过热器受热面界限明确，这也是汽包锅炉和直流锅炉的区别。储热能力储热能力：工况变化，而燃烧条件不变时，锅炉工质及受热面、联箱、连接管道、炉墙等所吸收或放出热量的能力。锅炉负荷增加，燃烧未及时调整汽压下降，饱和温度也下降原压力下饱和水及金属壁等温度随着下降放出蓄热，加热锅水产生附加蒸汽汽压回升汽包汽包的安全运行由于汽包工作压力高，温度场不均匀容易产生热应力。在运行过程中，必须限制汽包的工作压力。为了防止汽包工作压力超过限值，在汽包上和过热器出口装置100%容量的安全阀。在锅炉进水、启停和符合变化过程中必须限制汽包的上下壁、内外壁温差。一般要求锅炉在进水、启停和正常运行过程中汽包上下壁、内外壁温差不得超过40~50℃。汽包水冷壁第三节水冷壁的作用三大作用：（1）通过辐射传热，水变成汽水混合物；（2）保护炉墙，便于采用轻型炉墙；（3）可使炉膛出口烟温冷却到灰的软化温度以下，防止结焦。水冷壁的结构类型主要有三种类型：光管式膜式销钉式水冷壁的结构水冷壁光管水冷壁现代大型锅炉光管水冷壁的结构特点：（1）水冷壁管紧密排列，其相对节距s/d=1~1.1。（2）敷管式炉墙：有一半水冷壁埋入炉膛，炉墙温度低，节省高温耐火材料和保温材料。s/d越小，排列越紧密，水冷壁吸收到的辐射热越多，也冷却了烟气，增加了单位炉壁面积的辐射传热量，对炉膛的保护好。销钉式水冷壁销钉长为20~25mm，直径为6~12mm。并覆盖有耐火材料——“卫燃带”。卫燃带的作用：在燃用劣质煤时，减少着火区域水冷壁吸收量，提高着火区域炉内温度，稳定着火和燃烧。2006.5.8沈阳工程学院水冷壁膜式水冷壁两种类型见图结构尺寸：606.5mm的轧制鳍片管63.57.5mm的焊接鳍片管；膜式水冷壁的优点能用全部面积吸收炉膛辐射热；节省金属材料；气密性良好，适用于正压或负压的炉膛，对于负压炉膛能减少漏风，降低排烟热损失；不用高温耐火材料，使炉墙厚度减轻，简化了炉墙的悬吊结构；能承受较大的侧向力，增加了抗爆能力；安装工作量减小。膜式水冷壁的缺点①制造、检修工作量大且工艺要求高②运行过程中要求相邻管间温差小。一般不应大于50℃。③有足够的膨胀延伸自由；④炉外无护板和框架梁，刚性差。对于现代大型电站锅炉，为保证炉膛良好的气密性，水冷壁普遍采用膜式水冷壁。内螺纹管水冷壁可有效防止膜态沸腾产生，避免管壁超温。用于炉内高热负荷区域的膜式水冷壁，确保水冷壁安全可靠。工质在管内流动时产生强烈的扰动。把液体压向壁面，强迫汽泡脱离管壁被水带走，破坏膜态汽层。锅炉的膜态沸腾水冷壁在受热时，靠近管的内壁处的工质首先开始蒸发产生大量小气泡，正常情况下这些气泡因及时被带走，位于水冷壁管中心的水不断补充过来冷却管壁。但若管外受热很强，管内壁产生气泡的速度远大于气泡被带走的速度，气泡就会在管内壁聚集起来形成所谓的“蒸汽垫”，使管壁得不到及时冷却。内螺纹管结构刚性梁沿炉膛高度每隔2.5~3m布置一层，它布置在水冷壁上。作用：使炉墙能承受炉膛爆燃产生的压力及炉内压力的波动，防止水冷壁和炉墙产生过大的结构变形或损坏。水冷壁第四节水冷壁的布置形式1、自然循环锅炉水冷壁布置2、直流锅炉水冷壁布置1、自然循环锅炉水冷壁布置炉膛四周：大部分垂直布置炉膛底部和上部：少部分水冷壁管是倾斜布置的前后墙水冷壁炉底部分向内收缩形成漏斗形冷灰斗；大容量锅炉后墙水冷壁管被弯曲成折焰角：使火焰分布更加均匀，改善高温火焰的冲刷程度，减少了炉膛上部的死滞区。水冷壁：上部固定，下部自由膨胀（热负荷产生热膨胀）大容量锅炉热负荷分布①沿炉膛周界热负荷分布不均；②水冷壁中间部位较两边高；③燃烧器区域附近热负荷最大；④炉膛四角和下部受热最弱。水冷壁吸热不均，造成水循环故障。将水冷壁设计成若干个独立的循环回路。自然循环锅炉水冷壁布置举例后水冷壁上部作成一个折焰角，同时拉出部分管束作为后墙悬吊管，折焰角以一定的角度向后上方延伸形成水平烟道，然后垂直向上形成排管与上集箱连接，可增加水平烟道长度，改善炉膛出口烟气的空气动力特性，增长烟气流程，强化烟气的混合。水冷壁上部通过上集箱固定在支架上，下部则悬挂着下集箱，可自由膨胀。燃烧器区域布置卫燃带，以提高炉膛温度。在四面墙的高热负荷区域采用了内螺纹管，以保证水冷壁工作的安全性。2、直流锅炉水冷壁布置直流锅炉特点：无汽包；给水依次经过省煤器、蒸发受热面和过热器。水冷壁的布置形式：P135①水平围绕管圈型——螺旋管圈型②垂直多管屏型——垂直管圈型③回带管圈型螺旋管圈型水冷壁螺旋管圈型水冷壁由若干根水冷壁组成管带，沿炉膛四面倾斜上升，无水平段，各管带均匀地分布在炉膛四壁，任一高度上管带的受热几乎完全相同螺旋管圈型水冷壁的特点沿炉膛四周热负荷不均匀管圈内工质可保证足够高的质量流速，以减轻传热恶化的影响。工质焓值较高的管带后段，可以布置在炉内热负荷较低区域，对防止管壁超温有利。大锅炉宽管带，各管间热偏差较大；支吊困难适用于超临界和亚临界压力，燃料适应性广。1/4UP型垂直上升管屏水冷壁UP型垂直上升管屏包括一次上升和上升-上升。一次上升型（a）给水一次流经全部四面墙水冷壁管屏，没有下降管，管屏沿高度分为上、中和下部三个辐射区，各区段之间设有混合器，用以消除平行管子间的热偏差。特点：系统简单，流动阻力小；相邻管屏外侧管间壁温差较小；可采用全悬吊结构；水力特性较为稳定；但对锅炉负荷适应性较差，金属耗量大。上升-上升型（b）炉膛下部高热负荷区域布置两个串联回路，用于提高管内工质质量流速以避免流动异常和传热恶化。（a）（b）在炉膛折焰角以上采用垂直上升管屏，以便采用全悬吊结构；炉膛上部热负荷较低，两相邻垂直管屏外侧管子的管壁温差较小，不至于造成膜式水冷壁损坏。在炉膛高热负荷区采用螺旋管圈型水冷壁，以减小炉内热偏差。2、直流锅炉水冷壁布置4/4蒸发受热面存在的问题及其防止措施第五节主要问题固态排渣炉的结渣液态排渣炉的炉底析铁水冷壁的高温腐蚀固态排渣煤粉炉的结渣现象：燃烧过程中形成的熔融灰渣在凝固之前接触到受热面，则会粘结在上面，并积聚和发展成一层硬结且难于清除的灰渣层.结渣的部位燃烧器区域、炉膛出口折焰角处、屏式过热器、冷灰斗.1.结渣的危害①受热面吸热减少，炉温升高，水冷壁高温腐蚀；燃烧工况恶化；燃料消耗量增加；②炉膛出口烟温及排烟温度升高,过热蒸汽超温；降低锅炉出力和效率；炉膛结渣，煤耗量增加；③大块焦渣自行脱落时可能压灭炉膛火焰，导致熄火，并会砸坏冷灰斗水冷壁管，造成设备损坏；④造成烟通的局部堵塞，增加烟道阻力和引风机的负荷，使厂用电增大。2、影响水冷壁结渣因素煤质特性煤灰熔点温度ST低，灰粒向水冷壁运动过程中没有凝固，易形成结渣。高灰粘度的煤灰一旦在炉内形成结渣，会自动加剧。炉内温度与空气动力场切圆直径偏大，火焰偏斜、贴壁或冲墙形成炉内局部结渣燃烧器区域壁面热负荷qrrqrr较大，燃烧器区域释放的热量大，炉温高，易引起炉内结渣卫燃带敷设卫燃带的炉膛炉温较高，易在粗糙卫燃带壁面上形成结渣2/33.防止结渣的措施1234防止炉内生成过多的还原性气体防止受热面附近温度过高加强运行监视，及时吹灰除渣做好燃料管理工作5做好设备检修工作1.掌握自然循环锅炉、控制循环锅炉蒸发设备的构成2.掌握汽包的作用，了解汽包的基本结构3.掌握水冷壁结渣的影响因素及防止措施