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锅炉水循环一、水循环的组成锅炉中吸收火焰和烟气的热量使水转化为饱和蒸汽的受热面称为蒸发受热面。自然循环锅炉的蒸发设备由汽包、下降管、水冷壁、联箱及连接管道等组成。1、下降管和联箱下降管的作用是把汽包中的水连续不断地送往下联箱供给水冷壁，以维持正常的水循环。大中型锅炉的下降管都布置在炉外不受热，并加以保温，减少散热损失。下降管有小直径分散下降管和大直径集中下降管两种。小直径分散下降管的直径一般为108——159mm，它直接与各下联箱连接，由于这种下降管管径小、数量多（40根以上），故流动阻力较大，对循环不利，用于小型锅炉。现在大型锅炉都采用大直径集中下降管，如国产400、670、1000t/h等锅炉都采用这种下降管。大直径下降管的管径一般325——428mm，大直径下降管上部与汽包下部与下降管管座连接，垂直引至炉底，在通过小直径分支管引出接值下联箱。这种下降管的优点是流动阻力小，有利于水循环，并能够节约钢材，简化布置。联箱的作用将进入的工质集中混合并均匀分配出去。通过联箱还可连接管径和管数不同的管子。它一般不受热，由无缝钢管两端焊接弧形封头构成，材料大约为20号碳钢。2、循环泵强制循环锅炉的关键设备是循环泵，它的运行可靠性直接影响到锅炉的安全工作。由于循环泵的工作介质是高温高压的锅水，泵的轴封密封性能是一个十分重要的技术问题。现在控制循环锅炉上广泛采用的是泵与电动机都浸在水中的湿式电机拖动的循环泵，有时也用屏蔽电动机拖动的循环泵。这两种类型电动机拖动的循环泵的共同特特点是电动机与泵共处于一个密封的压力壳体内，所以都称为无轴封循环泵。锅炉的水循环分为自然循环和强制循环两类。一般蒸汽锅炉的水循环为自然循环，而直流锅炉水循环为强制循环，热水锅炉水循环大都为强制循环。强制循环是依靠水泵的推动力作用强迫锅炉水的循环，这便是循环泵在强制循环锅炉中的作用。3、汽包的结构汽包是由钢板制成的长圆筒形容器，它由筒身和两端的封头组成。筒身是由钢板卷制焊接而成；封头由钢板模压制成，焊接与筒身。在封头留有椭圆形或圆形人孔门，以备安装和检修时工作人员进出。在汽包上开有很多管孔，并焊接上管称作管座的短管，通过对焊，可分别拦截给水管、下降管、汽水混合物引入管、蒸汽引出管，以及连续排污管、给水再循环管、加药管和事故放水管等。还有一些连接仪表和自动装置的管座。为了保证汽包能自由膨胀，现在锅炉的汽包都用吊箍悬吊在炉顶大梁上。汽包横置于炉顶外部，不受火焰和烟气的直接加热，并有良好的保温。早期的锅炉有的采用滚柱支撑。汽包的尺寸和材料与锅炉的容量、参数及内部装置的型式等因素有关。汽包的长度应适合锅炉的容量、宽度和连接管子的要求；汽包的内径由锅炉的容量、汽水分离装置的要求来决定；汽包的壁厚由锅炉的压力、汽包的直径与结构以及钢材的强度来决定。锅炉压力越高及汽包直径越大，汽包壁越厚。但汽包壁太厚，使得制造困难、且变工况运行时还会产生较大的热应力。为了限制汽包的壁厚，一方面高压以上的锅炉的内径一般不超过1600mm——1800mm，相应壁厚为80——150mm，另一方面使用强度较高的低合金钢。另外，汽包内部采用合理的结构布置，可减少锅炉启停和变工况运行时汽包产生的热应力，汽包壁厚可相应减小。（1）、汽包的作用汽包在汽包锅炉中具有很重要的作用，其主要作用是：①与受热面和管道连接给水经省煤器加热后送入汽包，锅水由汽包经下降管送入下联箱进入水冷壁加热循环。此外还有一些辅助管道与汽包连接，如加药管、连续排污管、给水再循环管、紧急放水管等。②增加锅炉水位平衡和蓄热能力汽包中存有一定水量，因而具有一定的蓄热能力和水位平衡能力。在锅炉负荷变化时，起到了蓄热器和储水器的作用，可以延缓压力和汽包水位的变化。蓄热能力是指工况变化时，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。4、水冷壁的作用和结构水冷壁一般布置于炉膛四周，紧贴炉墙形成炉膛周壁，接受炉内火焰和高温烟气的辐射热，从而对工质加热。（1）、水冷壁的作用水冷壁具有以下作用：①炉膛中的高温火焰对水冷壁进行辐射传热，使水冷壁内的工质吸收热量后温度上升。②由于辐射传热量与火焰热力学温度的四次方成正比，而对流传热量只与温度的一次方成正比，水冷壁是以辐射传热为主的受热面，且炉内的火焰温度又很高，故采用水冷壁比采用对流管束节省金属，从而使锅炉的受热面造价降低。③在炉膛内敷设一定面积的水冷壁，大量吸收了高温烟气的热量，可使炉墙附近和炉膛出口处的烟气温度降低到灰的软化温度一下，防止炉墙和受热面结渣，提高锅炉运行的安全和可靠性。④敷设水冷壁后，炉墙的内壁温度可大大降低，保护了炉墙且炉墙的厚度可以减小，重量减轻，简化了炉墙结构，为采用轻型炉墙床在了条件。（2）水冷壁的结构现代锅炉的水冷壁主要有光管式、膜式和销钉式三种类型。①光管水冷壁光管水冷壁系由普通无缝钢管连续排列并按炉膛形状弯制而成，它在炉墙上的布置情况如下图所示水冷壁管排列的疏密程度用管间节距与管子外径的比值表示。当比值增大时，即管子排列较稀时候，炉内火焰从管间穿过水冷壁照射到炉墙上的辐射热增加，管子背面受到炉墙反射的热量亦随之增加，受热面利用率高，单水冷壁对炉墙的保护作用下降；反之，若比值减小，则情况正好相反。②销钉式水冷壁销钉式水冷壁是在光管水冷壁的外侧焊接上很多圆柱形长度为20——25mm、直径为6——12mm的销钉，并在有销钉的水冷壁上敷盖一层耐火材料，形成卫燃带，如上图所示。卫燃带的作用是在燃烧无烟煤、贫煤等着火困难的煤时减少着火区域水冷壁吸热量，提高着火区域内温度，稳定着火和燃烧。对于液态排渣炉，由销钉式水冷壁构成的溶渣池使炉膛下部区域温度提高，便于顺利流渣。③膜式水冷壁现代大中型锅炉普遍采用膜式水冷壁，膜式水冷壁由鳍片管焊接而成。鳍片管有两种类型：一种是在钢厂直接轧制而成，另一种是在光管之间焊接扁钢制成。膜式水冷壁具有如下优点：膜式水冷壁使炉膛具有良好的气密性，适用于正压或负压的炉膛，对于负压炉膛还能较少漏风，降低锅炉的排烟热损失。对炉墙具有良好的保护作用。膜式水冷壁将炉墙和炉膛完全隔开，炉墙接受不到炉膛高温火焰的直接辐射，因而炉墙不用高温耐火材料，只需要轻质保温材料，使炉膛重量减轻很多，炉墙的蓄热明显减少，燃烧室升温和冷却快，使锅炉的启动和停运过程缩短。在相同的炉墙面积下，膜式水冷壁的辐射传热面积比一般光管水冷壁大，用鳍片代替部分管材，因而节约了高价管材。膜式水冷壁可在现场成片吊装，使安装工作量大大减少，加快了锅炉安装进度。膜式水冷壁能承受较大的侧向力，增加了抗炉膛爆炸的能力。膜式水冷壁存在的缺点是：制造、检修工作量大且工艺要求高。运行过程中要求相邻管间温差小。为了防止管间产生过大的热应力，使管壁受到损坏，在锅炉运行过程中相邻管间温差一般不应大于50摄氏度。采用敷管炉墙的膜式水冷壁，由于炉墙外无保护板和框架梁，因此刚性差。为了能承受炉膛爆燃产生的压力及炉内气压的波动，防止水冷壁产生过大的结构变形或损坏，在水冷壁外侧、沿炉膛高度每隔一定距离布置一层围绕炉膛周界的腰带横梁，即刚性梁。二、省煤器和空气预热器1省煤器省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量加热锅炉给水的设备。省煤器是现代锅炉中不可缺少的受热面，一般布置在烟道内，吸收烟气的对流传热，个别锅炉有与水冷壁相间布置的，以吸收炉内高温烟气的辐射热。（1）、省煤器具有如下作用：①节省燃料。在现代锅炉中，燃料燃烧生成的高温烟气，将热量传递给水冷壁后，烟气温度还是很高，如果不设法利用，将造成很大的热损失。在锅炉尾部装设省煤器，可降低烟气温度，减少排烟热损失，因而节省燃料。③改善汽包的工作条件。由于采用省煤器，提高了进入汽包给水温度，减少了汽包壁与给水间的温差而引起的热应力，从而改善了汽包的工作条件，延长了使用寿命。③降低锅炉造价。由于水的加热是在省煤器中进行的，用省煤器这样的低温材料代替价格昂贵的高温水冷壁材料，从而可降低锅炉造价。（2）、省煤器的类型及特点①按材料分省煤器按使用材料可分为钢管省煤器和铸铁省煤器。目前大中容量锅炉广泛采用钢管省煤器，其优点是：强度高，能承受高压，工作可靠，传热性能好，重量轻，体积小，价格低廉；缺点是：耐腐蚀性差，单现代锅炉给水都经过严格处理，管内腐蚀已得到彻底解决。②按出口参数分类省煤器按出口水温可分为沸腾式省煤器和非沸腾式省煤器。沸腾式省煤器是指出口温度达到饱和温度，并且还有部分水蒸发气话的省煤器。汽化水量一般约占给水量的10%——15%，最多不超过20%，以免省煤器中介质的流动阻力过大。非沸腾式省煤器出口水温低于该压力下的沸点，即未达到饱和状态。③按结构形式分类省煤器按结构形式分为光管式、鳍片式、膜片管式（简称膜式）和螺旋肋片管式四种，结构如下图光管式省煤器的结构如图中a所示，它是由进、出口联箱和许多并列的蛇形管组成。蛇形管与联箱的连接一般用焊接。联箱一般布置在锅炉烟道外面。如果省煤器的受热面较多，总体高度较高，可把它分为几段，每段高度为1——1.5m，段与段之间留出0.6——0.8m高的空间，此外省煤器与其相邻的空气预热器之间应留出0.8——1m高的空间，以便进行检修和消除受热面上积灰。鳍片管省煤器是在光管直段部分的外表面上、下各焊接一条通长的扁钢使烟气侧的外表面得到扩展，增加传热面积和传热效果，如上图b所示。膜片式省煤器与鳍片式省煤器相似，如上图c所示。膜片式省煤器是在两个光管蛇形管直段部分之间焊有连续的扁钢膜片，扁钢膜片厚度为2——3mm。膜片式省煤器的传热效果比光管省煤器好，且在同样传热条件下，前者的金属耗量要少、成本低、磨损轻、运行可靠，比鳍片式省煤器容易吹灰。螺旋管式省煤器是在光管外表面焊上横向肋片，如上图b所示。这类省煤器传热面积增加幅度比鳍片和膜片式大、传热系数高，但是当燃煤灰分粘结性较强时，在设计中应注意积灰问题。④按管子排列方式分类省煤器按蛇形管的排列方式分为错列和顺列两种。错列布置传热效果好，结构紧凑，并能减少积灰，单磨损比顺列布置严重、吹灰困难；顺列布置容易对管子进行吹灰、磨损轻，但积灰严重。2、空气预热器（1）、空气预热器的作用空气预热器是利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需要的空气的设备。空气预热器对锅炉的作用：进一步降低排烟温度，提高锅炉效率；改善燃料的着火与燃烧条件，降低不完全燃烧热损失；节省金属，降低造价。由于炉膛温度提高，因而强化了炉内的辐射换热，在一定的蒸发量下，炉内水冷壁受热面可以布置得少一些，节省金属材料，降低锅炉造价；改善引风机的工作条件。由于排烟温度的降低，改善了引风机的工作条件，同时也降低了引风机电耗。（2）、空气预热器的种类及分类空气预热器按传热方式分为导热式和蓄热式两种。导热式空气预热器是烟气通过传热壁面连续将热量传给空气。蓄热式空气预热器是烟气和烟气交替流过受热面，烟气流过时将热量传给受热面并积蓄起来，随后空气流过时，受热面将热量传给空气。导热式空气预热器分为铸铁管式和管式两种，蓄热式空气预热器主要为回转式。根据所用材料，管式空气预热器又可分为铸铁管式、钢管式和玻璃管式空气预热器等。板式空气预热器因漏风量大、金属耗量多而一般不被采用。目前电厂锅炉常用的空气预热器有钢管式和回转式两种。