锅炉的构造

建筑设备热源与冷源主编：王丽陈志佳单元2锅炉的构造炉墙、钢架、吹灰器4锅炉辅助受热面33单元2锅炉的构造汽包及其内部装置汽包又叫锅筒，是锅炉最重要的受压元件，其作用为：（1）接受锅炉给水，同时向蒸汽过热器输送饱和蒸汽，连接上升管和下降管构成循环回路，是加热、蒸汽与过热三个过程的连接枢纽。（2）锅筒中储存一定量的饱和水，具有一定的蒸发能力，储存的水量愈多，适应负荷变化的能力就愈大。（3）锅筒内部安装有给水、加药、排污和蒸汽净化等装置，以改善蒸汽品质。2.1.1汽包的作用与构造单元2锅炉的构造锅筒是由钢板焊接而成的圆筒形容器，由筒体和封头两部分组成。工业锅炉筒体长度为2～7m，筒体直径为0.8～1.6m，壁厚为12～16mm。锅筒两端的封头是用钢板冲压而成，并焊接在筒体上。在封头上开有椭圆形人孔，人孔盖板是用螺栓从汽包内侧向外侧拉紧的。锅炉按锅筒分类，有双锅筒锅炉和单锅筒锅炉。双锅筒锅炉有一个上锅筒，一个下锅筒。上下锅筒由对流管束连接起来。单锅筒锅炉只有一个上锅筒。2.1汽包及其内部装置单元2锅炉的构造锅筒由上升管与下降管连接起来组成自然循环回路。上锅筒内汇集了循环回路中的汽水混合物，常设有汽水分离装置，给水分配管。为了改善锅炉水的品质，有的锅炉还设有连续排污管和加药管。下锅筒内则有定期排污装置。图2.1为一般蒸汽锅炉上锅筒的内部装置示意图。2.1汽包及其内部装置单元2锅炉的构造锅炉给水一般均含有少量杂质，随着锅炉水的不断蒸发和浓缩，锅炉水杂质的相对含量会越来越高，即锅炉水含盐浓度增大。又由于受热面各上升管进入上锅筒的汽水混合物具有很高动能，会冲击蒸发面和汽包内部装置，引起大量的锅炉水飞溅。这些质量很小的水珠很容易被流速很高的蒸汽带走。于是蒸汽携带了含盐浓度较高的锅炉水而被污染，即蒸汽品质恶化了。品质恶化的蒸汽会在蒸汽过热器或换热设备及阀门内结垢，这样不仅影响设备的传热效果，而且影响设备的安全运行。因此，保持蒸汽的洁净，降低蒸汽的带水量是非常重要的。2.1汽包及其内部装置2.1.2汽水分离装置单元2锅炉的构造对于低压小容量的锅炉，由于对蒸汽品质要求不高，且上锅筒的蒸汽负荷较小，可以利用上锅筒中蒸汽空间进行自然分离或装设简单的汽水分离装置。对于较大容量的锅炉，单纯采用汽水的自然分离已不能满足要求，需要在上锅筒内装设汽水分离装置。汽水分离装置形式很多，按其分离的原理可分为自然分离和机械分离两类。自然分离是利用汽水的密度差，在重力作用下使水、汽得以分离。机械分离则是依靠惯性力、离心力和附着力等使水从蒸汽中分离出来。目前，供热锅炉常用的汽水分离装置有水下孔板、挡板、匀汽孔板、集汽管、蜗壳式分离器、波形板及钢丝网分离器等多种。2.1汽包及其内部装置单元2锅炉的构造在上锅筒水面以下设置开有许多小孔的钢板，称水下孔板，如图2.2所示。水下孔板应用于汽水混合物自水空间引入上锅筒的锅炉。2.1汽包及其内部装置图2.2水下孔板2.1.2.1水下孔板单元2锅炉的构造当汽水混合物被引入锅筒汽空间时，在汽水引入管的管口可装设挡板，如图2.3所示，以形成水膜和削减汽水流的功能。蒸汽在流经挡板间隙时因急剧转弯，又可从汽流中分离出部分水滴，起着汽水的粗分离作用。2.1汽包及其内部装置2.1.2.2挡板图2.3挡板单元2锅炉的构造汽水混合物的引入速度不宜过大，否则易把水膜冲碎成细小水滴，不利于分离。为减慢抵达挡板时的流速，挡板与管口之间应保持有不小于两倍引入管管径的距离。两挡板间应有合适的空隙截面，以便此处蒸汽速度保持在1.5～4.5m/s。此外，挡板与汽水流动方向的夹角α应小于45°，以平稳地消除动能，否则会使汽冲破水膜而成水滴飞溅。2.1汽包及其内部装置单元2锅炉的构造匀汽孔板与水下孔板工作原理基本相似，是借小孔节流作用使锅筒汽空间各处负荷均匀。通常孔板均匀开孔，如图2.4所示，孔径可取8～10mm，孔间间距不宜大于50mm。蒸汽穿孔流速为13～27m/s，工作压力高时，流速可取低值。为了增加锅筒汽空间重力分离效果，孔板尽量装得高些，以增加蒸汽空间的有效分离高度，但要注意孔板顶上空间的纵向蒸汽流速w1不宜过大，一般控制在低于穿孔流速wk的一半，即w1＜12wk。2.1汽包及其内部装置2.1.2.3匀汽孔板单元2锅炉的构造如果锅筒顶部蒸汽引出管数目很少，为使锅筒汽空间负荷分配均匀，则可采用不均匀开孔的孔板。显然，远离蒸汽引出管的部位应多开孔，靠近引出管的部位应少开孔。2.1汽包及其内部装置单元2锅炉的构造在小型锅炉中，蒸汽引出管有时只有一根，为了均匀汽流又简化结构，可采用集汽管分离汽水，包括缝隙式集汽管和抽汽孔集汽管，如图2.5所示。2.1汽包及其内部装置2.1.2.4集汽管图2.5集汽管(a)抽汽孔集汽管；(b)缝隙式集汽管单元2锅炉的构造缝隙式集汽管是在管侧面开一条连续的等腰梯形缝，沿锅筒长度方向装置在汽空间的顶部，缝宽沿管内汽流方向逐渐减小，以保证均匀集汽。抽气孔集汽管与缝隙式集汽管一样，装于汽空间顶部，长度不宜小于锅筒长度的2/3，所开的小孔孔径一般取8～12mm。集汽管装置构造简单，分离效果较差，常用于对蒸汽品质要求不高的小型锅炉。2.1汽包及其内部装置单元2锅炉的构造蜗壳式分离器是一种利用离心分离原理的装置，如图2.6所示。蒸汽由分离器上部切向进入蜗壳后，经小孔折入内装的集汽管，再由集汽管汇集到蒸汽引出管引出。由于蒸汽切向进入的离心作用，使水滴粘附于壁面上流入疏水管中排入水空间。蜗壳分离器的总长度不小于上锅筒直段长度的2/3。由于蒸汽在蜗壳内经过多次转弯，受离心力的作用，分离效果较好。一般用于蒸发量较小、对蒸汽品质要求较高的锅炉。2.1汽包及其内部装置2.1.2.5蜗壳式分离器单元2锅炉的构造波形板分离器由多块波形板相间排列组成，有水平式和竖立式两种，如图2.7所示。波形板分离器适用于装有蒸汽过热器或对蒸汽品质要求较高的锅炉。2.1汽包及其内部装置2.1.2.6波形板分离器图2.7波形板分离器（a）水平式波形板分离器;（b）竖立式波形板分离器单元2锅炉的构造～1.2mm的钢板压成，边框用2～3mm的钢板制作，每组波形板大小以能通过锅筒上的人孔为限。相邻两块波形板的间距为10mm，水平布置时，其长度要求超过锅筒直段长度的2/3，竖立式布置时，应尽可能使蒸汽在汽空间的行程长些。饱和湿蒸汽在波形板组成的曲折通道中通过时，水滴受惯性力的作用被甩到波形板上，靠重力下流达到汽水分离的目的。波形板的底部应加装疏水管，且应延伸至锅筒最低水位以下。波形板应与匀汽孔板配合使用，蒸汽先经波形板再经匀汽孔板，为获得较好的分离效果，波形板的上沿与匀汽孔板之间应保持一定距离，一般取30～40mm。2.1汽包及其内部装置单元2锅炉的构造由一层或数层钢丝网和拉网钢板间隔排列而成的一种分离器，如图2.8所示。这种分离器与汽流的接触面积很大，汽流中水滴易于吸附在钢丝网上，达到汽水分离的目的。这种分离器结构简单，阻力较小，适用于无除氦设备的小型锅炉上。钢丝网宜用不锈钢丝制成，否则腐蚀较快，氧化物易堵住网孔。2.1汽包及其内部装置2.1.2.7钢丝网分离器单元2锅炉的构造蒸汽锅炉的给水大多由上锅筒引入。给水管的作用是将锅炉给水沿锅筒长度方向均匀分配，避免过于集中在一起，从而破坏正常的水循环。同时为避免给水直接冲击锅筒壁，造成温差应力，给水管将水注入给水槽中，如图2.9所示。给水管的位置应略低于锅筒的最低水位，给水管上开有直径为8～12mm的小孔，孔间中心距为100～200mm。2.1汽包及其内部装置2.1.3上锅筒给水装置单元2锅炉的构造给水均匀引入蒸发面附近，可使蒸发面附近锅炉水含盐量降低，消除蒸发面的起沫现象，从而减少蒸汽带水的含盐量。2.1汽包及其内部装置单元2锅炉的构造连续排污装置的作用是排走含盐浓度较高的锅炉水，使之含盐量降低，以防止锅炉水起沫，造成汽水共腾。通常在蒸发面附近沿上锅筒纵轴方向安装一根连续排污钢管，如图2.10所示。在排污管上装设许多上部有锥形缝的短管，缝的下端比最低水位低40mm，以保证水位波动时排污不会中断。2.1.4连续排污装置2.1汽包及其内部装置单元2锅炉的构造配水管的作用是将锅炉回水分配特定位置以保证锅炉正常的水循环。对于没有锅炉管束的锅炉，配水管将回水分配到冷水区，通常为锅筒的两端，而对于带有锅炉管束的锅炉，配水管将回水均匀地分配到各下降区。给水分配管的结构一般是将分配管的端头堵死，在管侧面开孔，开孔方向正对下降管入口。2.1汽包及其内部装置2.1.5热水锅炉上锅筒内部装置2.1.5.1配水管单元2锅炉的构造自然循环热水锅炉是靠水的密度差循环的。为了在锅筒内形成明显的冷、热水区，使锅炉回水尽量少与热水混合，防止热水直接进入下降管，通常在热水锅炉锅内不同位置上加装隔水板。2.1汽包及其内部装置2.1.5.2隔水板单元2锅炉的构造对于汽、水两用锅炉，热水引出管一般在上锅筒最低水位下50mm的热水区呈水平布置。而对于自然循环热水锅炉，一般是从上锅筒热水区垂直引出，并在引出管前加集水管，以使抽出的热水沿锅筒长度方向比较均匀。在集水管上沿圆周方向均匀开有直径为8～12mm的小孔。2.1汽包及其内部装置2.1.5.3热水引出管单元2锅炉的构造所示，由锅筒、下降管、联箱和水冷壁管构成水循环回路。布置在炉膛内的水冷壁管受到火焰和高温烟气辐射的热量加热后，管内水的温度迅速升高，一部分水汽化，在管内形成汽水混合物。布置在炉墙外侧下降管中的水，由于不受热，它的密度ρs就大于汽水混合物的密度ρqs。对于A—A截面来说，下降管一侧的水压为ρsgH，水冷壁一侧汽水混合物的压力为ρqsgH。显然，下降管一侧的压力大于水冷壁一侧的压力。二者之差称为流动压头。Δρ=gH(ρs-ρqs)2.2.1水循环单元2锅炉的构造在流动压头的作用下，水从下降管向水冷壁管（上升管）不断地循环流动，这种现象称为自然循环。蒸汽锅炉中普遍采用自然循环。当利用水泵的压力来完成锅炉水流动时，如某些热水锅炉和大型蒸汽锅炉（直