电站锅炉_第八章

1、大型机组锅炉典型的汽包和汽包内部装大型机组锅炉典型的汽包和汽包内部装 置置 蒸汽净化和汽包内部装置蒸汽净化和汽包内部装置 汽包汽包 第八章第八章 汽包及其内部装置汽包及其内部装置 锅炉原理锅炉原理 课件课件 汽汽 包包 汽包启动应力汽包启动应力 汽包启动应力是指锅炉启动、停运与变负荷过程中汽包壁的应 力。包括工质压力引起的机械应力，汽包壁温度不均匀引起的热 应力及汽包与内部介质重量等引起的对加应力。其中热应力包括 汽包上、下侧温差和汽包内、外壁温产生的热应力。 汽包壁很厚，汽包启动应力（由机械应力、热应力及对加应力组 成）很大，须引起足够重视并采取相应措施。 汽包内外壁的温差由下式计算 式中

2、w加热介质的温升速度； 热扩散率； 一般规定汽包上、下壁金属温差 t=（t上-t下）/250。 汽包启动应力汽包启动应力 汽包启动应力是指锅炉启动、停运与变负荷过程中汽包壁的应 力。包括工质压力引起的机械应力，汽包壁温度不均匀引起的热 应力及汽包与内部介质重量等引起的对加应力。其中热应力包括 汽包上、下侧温差和汽包内、外壁温产生的热应力。 汽包壁很厚，汽包启动应力（由机械应力、热应力及对加应力组 成）很大，须引起足够重视并采取相应措施。 汽包内外壁的温差由下式计算 式中 w加热介质的温升速度； 热扩散率； 一般规定汽包上、下壁金属温差 t=（t上-t下）/250。 汽包壁温度场 2 2 x a

3、 w t 汽汽 包包 汽包的安全性分析汽包的安全性分析 汽包壁很厚，在锅炉启动时，汽包上下壁温度差别很大，须汽包壁很厚，在锅炉启动时，汽包上下壁温度差别很大，须 给予足够的重视并采取相应的措施加以控制：给予足够的重视并采取相应的措施加以控制： 严格控制汽包温差锅炉进水水温0.2% 蒸汽净化和汽包内部装置蒸汽净化和汽包内部装置 汽包内蒸汽流速不仅与负荷有关，还与汽包结构尺 寸有关，常用蒸发面负荷Rm和蒸汽空间负荷Rk两个指标 来实现汽包的合理设计。 蒸发面负荷蒸发面负荷: :指单位时间通过单位蒸发面积的蒸汽容积。 蒸汽空间负荷：蒸汽空间负荷：指单位时间通过单位蒸汽空间的蒸汽容 积。 式中 D锅炉

4、蒸发量。kg/h； 饱和蒸汽比体积，m3/kg； A汽包中蒸发面的面积，m2； V汽包蒸汽空间容积，m3。 A D Rm V D Rk 蒸汽净化和汽包内部装置蒸汽净化和汽包内部装置 蒸发面负荷Rm愈大，蒸汽平均上升速度越高，带水能力越 强。蒸汽空间负荷Rk越大，蒸汽在汽包汽空间停留时间越短 ，水滴来不及分离就被蒸汽带走。Rk的推荐值如下表所示。 表8-3 蒸汽空间负荷Rk的推荐值 汽包压力（汽包压力（MPa）4.310.815.2 蒸汽空间负荷蒸汽空间负荷 m3/ m3h8001000350400250300 蒸汽净化和汽包内部装置蒸汽净化和汽包内部装置 u 工作压力工作压力 随工作压力的升高

5、，饱和蒸汽与水的密度差减小，汽与水分离困 难，蒸汽卷起水滴的能力增强，同时，压力高，饱和温度也高， 水的表面张力减小，大水滴更容易破碎成细水滴。所以工作压力 愈高蒸汽愈容易带水，汽包蒸汽空间的许可负荷越低。 对于运行的锅炉，压力急剧降低时也会影响蒸汽带水。由于汽压 降低，汽包和蒸发系统中的存水及受热面金属会放出热量产生部 分附加蒸汽，致使汽包水容积膨胀，穿过蒸发面的汽量增多，从 而造成蒸汽大量带水，蒸汽品质恶化。 蒸汽净化和汽包内部装置蒸汽净化和汽包内部装置 u蒸汽空间高度蒸汽空间高度 蒸汽空间高度对蒸汽带水 的影响如右所示。 一般汽包正常水位应在汽 包中心线以下100200mm处 ，允许波动

6、范围为5075mm 。运行中水位过高或压力突 变导致虚假水位现象发生时 ，都会使蒸汽带水量增加， 蒸汽品质恶化，所以运行中 应严格监视汽包水位。 蒸汽湿度与蒸汽空间高度的关系 蒸汽净化和汽包内部装置蒸汽净化和汽包内部装置 u 锅水含盐量锅水含盐量 蒸汽湿度与锅水含盐量关系如下图所示。 锅炉负荷越高，临界锅水含盐量越低。对具体锅炉而言，其临 界锅水含盐量应通过热化学试验确定，并应使实际锅水含盐量远 小于临界锅水含盐量。 蒸汽湿度与锅水含盐量的关系蒸汽湿度与锅水含盐量的关系 蒸汽净化和汽包内部装置蒸汽净化和汽包内部装置 饱和蒸汽的溶解携带饱和蒸汽的溶解携带 蒸汽溶解携带的盐量与分配系数和锅水含盐量

7、的大小有关，用下 式表示，即： 式中 SqR饱和蒸汽溶解携带的盐量，mg/kg； 分配系数，指某种盐在蒸汽中的溶解量与它在锅水 中溶解量的比值的百分数，%。 ，饱和水与饱和蒸汽的密度，kg/m3； N溶解指数，与盐的种类有关，各种盐类的溶解指数 如下表 n ls R q aS a S ， 100 几种盐类的溶解指数几种盐类的溶解指数 盐类名称盐类名称SiO2NaOHNaClCaCl2Na2SO4 n1.94.14.45.58.4 蒸汽净化和汽包内部装置蒸汽净化和汽包内部装置 高压蒸汽溶盐的特点高压蒸汽溶盐的特点 u 饱和蒸汽和过热蒸汽都具有溶解盐分的能力，所有能溶于饱和 蒸汽的盐类也能溶于过热

8、蒸汽； u 随着压力的提高，蒸汽溶解盐分的能力增强。中、低压蒸汽几 乎是不溶解盐分的，高压及以上压力的蒸汽能直接溶解盐类，是 因为随着压力提高，蒸汽密度不断增大，饱和水的密度相应降低 ，蒸汽密度逐渐接近于水的密度，因而蒸汽的性质也愈接近水的 性质。水能溶解盐类，蒸汽也能直接溶解盐类； u 高压蒸汽的溶盐具有选择性。在相同条件下，蒸汽对各种盐类 的溶解能力也是不同的，而且差别很大。 根据饱和蒸汽的溶盐能力，可把锅水中的溶盐分为三类： 第一类盐分为溶解系数最大的硅酸(SiO2,H2SiO3等)； 第二类为NaOH、NaCl、CaC12等，当压力超过14MPa，其溶解系 数也能达到相当大的数值； 第

9、三类为一些难溶于蒸汽的盐分，只有当压力超过20MPa时，才 考虑第三类溶盐的溶解携带。 蒸汽净化和汽包内部装置蒸汽净化和汽包内部装置 硅酸在蒸汽中的溶解特性硅酸在蒸汽中的溶解特性 u 硅酸在蒸汽中的溶解度最大； u 硅酸以分子形式溶解在蒸汽中。 锅水中的硅酸和硅酸盐可以根据条件不同相互转化，方程如下 ： Na2SiO3+2H2O2NaOH+H2SiO3 Na2SiO5+3H2O2NaOH+2H2SiO3 增大pH值，有利于硅酸转化为难溶于蒸汽的硅酸盐，从而使蒸 汽中的硅酸含量减少，提高蒸汽品质。因此，为改善蒸汽品质应 使锅水中的pH值大些。但pH值不能过大，否则不仅会使锅水泡沫 增多，蒸汽带水

10、量增加，还会引起金属设备的碱腐蚀，一般控制 锅水的pH值为9100。 对于高压以下的蒸汽，蒸汽的机械携带是其污染的主要原因。对对于高压以下的蒸汽，蒸汽的机械携带是其污染的主要原因。对 于高压及以上的蒸汽，蒸汽污染包括蒸汽的机械携带和溶解携带。于高压及以上的蒸汽，蒸汽污染包括蒸汽的机械携带和溶解携带。 这时蒸汽携带的盐量为机械携带盐量和溶解携带盐量的和这时蒸汽携带的盐量为机械携带盐量和溶解携带盐量的和。 蒸汽净化和汽包内部装置蒸汽净化和汽包内部装置 汽水分离装置汽水分离装置 汽包内汽水分离过程分为两个阶段：汽包内汽水分离过程分为两个阶段： 进行初步的汽水分离的粗分离阶段； 将蒸汽中的小水滴进一步

11、的分离并使蒸汽从汽包上部均匀引出的 细分离阶段。 目前我国电厂锅炉采用的进口挡板、旋风分离器属粗分离设备，目前我国电厂锅炉采用的进口挡板、旋风分离器属粗分离设备， 而波形板分离器、顶部多孔板属于细分离设备。而波形板分离器、顶部多孔板属于细分离设备。 汽包内部装置汽包内部装置 进口挡板进口挡板 进口挡板进口挡板 当汽水混合物碰撞到挡板上时，由 于转弯和板上水膜勃附作用，使蒸 汽中的水滴分离出来，从而达到粗 分离的目的。 为避免蒸汽二次带水，装设挡板 应注意：挡板与汽流间的夹角 45；管子出口汽水混合物流速： 中压锅炉3m/s,高压锅炉2 2.5m/s;挡板出口流速，中压锅炉 11.5m/s，高压

12、锅炉1m/s；管 口至挡板距离S2d。 汽包内部装置汽包内部装置 汽水混合物由连接罩切向进入分 离器，依靠离心力进行汽水分离， 分离出的水分被抛向筒壁，沿筒壁 流下；蒸汽沿筒体旋转上升，经顶 部的波形板分离器径向流出，进入 汽包。 为提高内置旋风分离器的分离效果， 一般推荐：中压锅炉为58m/s；高压 和超高压锅炉为46m/s。 旋风分离器旋风分离器 1 1进口法兰；进口法兰；2 2拉杆；拉杆；3 3底板；底板；4 4导向叶片；导向叶片； 5 5筒体；筒体；6 6溢流环；溢流环；7 7波形板顶帽波形板顶帽 旋风分离器旋风分离器 汽包内部装置汽包内部装置 不同尺寸的内置旋风分离器的允许压力推荐值

13、不同尺寸的内置旋风分离器的允许压力推荐值 筒体直径筒体直径 入口尺寸入口尺寸 mm 汽包压力汽包压力MPa 4.4110.8915.3018.73 260502492.53.04.04.5 290502493.03.55.06.07.07.5 315501803.54.06.07.08.09.010.0 350502004.04.57.08.09.011.012.0 旋风分离器的连接方式旋风分离器的连接方式 (a)(a)单位式单位式 (b)(b)总联箱式总联箱式 (c)(c)分联箱式分联箱式 汽包内部装置汽包内部装置 涡轮分离器涡轮分离器 1 1梯形顶帽；梯形顶帽；2波形板；波形板； 3集汽短

14、管；集汽短管；4 4钩头螺栓；钩头螺栓； 5固定式导向叶片；固定式导向叶片；6 6涡轮芯涡轮芯 子；子；7外筒；外筒；8内筒；内筒； 9 9排水夹层；排水夹层；10支撑螺栓支撑螺栓 螺旋臂式分离器螺旋臂式分离器 其它内置式旋风分离器其它内置式旋风分离器 汽包内部装置汽包内部装置 内置旋风分离器高度受到限 制，分离效果不能得到充分发 挥。故一般作为粗分离设备， 与其他分离设备配合使用。 外置式旋风分离器的工作原 理与内置式相同，如右图。因 其布置在炉外，不受汽包尺寸 的限制，故其直径可较大(为 300500mm)，高度也可较高( 能达45m)，汽水分离效果较 好。但需承受很高的内压力， 金属耗量

15、多，制作难度大，应 用不广，一般用于分段蒸发系 统的盐段分离。 外置式旋风分离器的示意图外置式旋风分离器的示意图 1 1筒体；筒体；2 2由水冷壁来的汽水混合由水冷壁来的汽水混合 物引入管；物引入管；3 3多孔板；多孔板；4 4蒸汽连通管；蒸汽连通管； 5 5下降管；下降管；6 6水连通管水连通管；7 7汽包汽包 汽包内部装置汽包内部装置 波形板分离器，由密集波形板组成 ，如右图。每块波形板厚度13mm， 板间距约10mm，组装时注意间距均 匀。汽流通过波形板时，转弯时的 离心力将水滴分离出来。 波形板分离器可分为水平布置和立 式布置两种。水平布置如右图，其 蒸汽流向与水流向平行。蒸汽流速 ：

16、中压不大于0.5m/s；高压不大于 0.2m/s，超高压不大于0.1m/s。 立式布置如图1-58中的波形板分离 器顶帽，其蒸汽流向与水流向垂直 。其蒸汽流速可为卧式波形板分离 器的1.52倍。 波形板分离器波形板分离器 波形板分离器（波形板分离器（百叶窗分离器）百叶窗分离器） 汽包内部装置汽包内部装置 顶部多孔板装在汽包上部蒸汽出口处，如下图。其作用是利用 孔板的节流作用，使蒸汽空间的负荷分布均匀。在与波形板分 离器配合使用时，可使波形板分离器的蒸汽负荷均匀，提高分 离效果。还能阻挡住一些小水滴，起到一定的细分离作用。 顶部多孔板由34mm钢板制成，孔径一般610mm。为使汽流上 升速度均匀

17、，改善分离效果，对于中压锅炉812m/s；高压锅 炉68m/s；超高压锅炉46m/s。 顶部多孔板顶部多孔板 1 1蒸汽引出管；蒸汽引出管；2 2盲板；盲板；3 3顶部多孔板顶部多孔板 顶部多孔板（均汽孔板）顶部多孔板（均汽孔板） 汽包内部装置汽包内部装置 蒸汽清洗装置蒸汽清洗装置 蒸汽清洗装置的形式较多，按蒸汽与给水的接触方式不同，分为 起泡穿层式、雨淋式和水膜式等几种，其中以起泡穿层式为最好 。它的具体结构又分为钟罩式和平孔板式两种。 钟罩式清洗装置工作可靠有效，但因结构较复杂，阻力较大，所 以使用的较少，现代超高压锅炉多采用平孔板式穿层清洗装置。 平孔板式清洗装置结构简单，阻力小，清洗面

18、积大，清洗效果好 ；缺点是锅炉在低负荷下工作时，清洗水会从小孔漏下，造成干 板。 蒸汽清洗装置蒸汽清洗装置 (a)(a)钟罩式钟罩式;(b);(b)平孔板式平孔板式 汽包内部装置汽包内部装置 影响清洗效果的因素影响清洗效果的因素 影响蒸汽清洗效果的因素主要有：清洗水量和清洗水品质、水 层厚度、清洗前蒸汽的含盐量和蒸汽流速等。 清洗水量大，清洗效果好。清洗水的品质越高，清洗效果越好 。目前一般用30%50%的锅炉给水作清洗水； 清洗水层太薄时，与蒸汽的接触时间短，清洗不充分，效果不 好；若水层太厚，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； 清洗前的蒸汽品质越差，清洗后

19、的清洗水含盐量越高，清洗后 的蒸汽含盐量也越高。目前实际清洗效率约为60%70%。 亚临界压力锅炉，由于硅酸分配系数较大，蒸汽清洗效果较差 ，因此主要依靠采用较好的水处理方法来提高给水品质。当不 采用清洗装置已能满足蒸汽品质要求时，可不设置蒸汽清洗装 置。 汽包内部装置汽包内部装置 大型机组锅炉典型的汽包和汽包内部装置大型机组锅炉典型的汽包和汽包内部装置 高压、超高压自然循环锅炉汽包内部装置高压、超高压自然循环锅炉汽包内部装置 1 1汽包；汽包； 2内置旋风分离器；内置旋风分离器； 3清洗水配水装置；清洗水配水装置； 4 4蒸汽清洗装置；蒸汽清洗装置； 5波形板；波形板；6顶部多孔板顶部多孔板 高压和超高压锅炉典型汽包内部装置及其布置高压和超高压锅炉典型汽包内部装置及其布置 亚临界自然循环锅炉汽包内亚临界自然循环锅炉汽包内 部装置部装置 DG 1025t/h DG 1025t/h亚临界参数自然循环锅炉的汽包内部装置亚临界参数自然循环锅炉的汽包内部装置 1 1旋风分离器；旋风分离器；2疏水管；疏水管； 3顶部多孔板；顶部多孔板；4波形板分离波形板分离 器器；5 5给水管；给水管；6一排污管；一排