贵州大学锅炉原理PPT 6蒸发设备

1、热能与动力工程热能与动力工程第六章蒸发设备第六章蒸发设备热能与动力工程热能与动力工程第一节概述第一节概述自然循环汽包锅炉的蒸发设备：自然循环汽包锅炉的蒸发设备：由汽包、下降管、上升管、联箱所组成。由汽包、下降管、上升管、联箱所组成。热能与动力工程热能与动力工程导气管汽包上联箱水冷壁下联箱下降管自然循环蒸发设备自然循环蒸发设备热能与动力工程热能与动力工程 第二节汽包第二节汽包（一）汽包的结构（一）汽包的结构热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程汽包连接管件汽包连接管件热能与动力工程热能与动力工程 （二）汽包的作用（二）汽包

2、的作用 1. 汽包是工质加热、蒸发、过热三个过程的汽包是工质加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，也是这三个过程的分界点。连接枢纽，也是这三个过程的分界点。 热能与动力工程热能与动力工程 2.增加锅炉的蓄热量：具有较好的负荷调节特性。增加锅炉的蓄热量：具有较好的负荷调节特性。 锅炉蓄热量的变化是依靠汽压的变化来实现的锅炉蓄热量的变化是依靠汽压的变化来实现的。热能与动力工程热能与动力工程 3.汽包内装有各种净化装置。如汽水分离装置、蒸汽汽包内装有各种净化装置。如汽水分离装置、蒸汽清洗装置、排污及加药装置等、从而改善了蒸汽品质。清洗装置、排污及加药装置等、从而改善了蒸汽品质。 热能与动力工程热能与动

3、力工程4.汽包上装有压力表、水位计和安全门等附件，保证了锅炉汽包上装有压力表、水位计和安全门等附件，保证了锅炉安全工作。安全工作。热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程 （三）汽包的安全运行（三）汽包的安全运行 汽包的应力：机械应力和热应力汽包的应力：机械应力和热应力汽包的强度计算汽包的强度计算汽包的超压保护汽包的超压保护 热能与动力工程热能与动力工程汽包的运行保护汽包的运行保护 在锅炉进水、启动、停运和负荷变化时都可能发生过在锅炉进水、启动、停运和负荷变化时都可能发生过大的汽包上下壁、内外壁温差并产生相应的热应力。运大的汽包上下壁、内外壁温差并产

4、生相应的热应力。运行中必须限制汽包上下、内外壁温差。行中必须限制汽包上下、内外壁温差。热能与动力工程热能与动力工程 第三节水冷壁第三节水冷壁 水冷壁的结构、材料及布置水冷壁的结构、材料及布置热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程一、水冷壁的作用一、水冷壁的作用（1）通过辐射传热，水变成汽水混合物；）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；）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）可使炉膛出口烟温冷却到灰的软化温度以下，防止

5、结焦 。 热能与动力工程热能与动力工程二、水冷壁的类型二、水冷壁的类型 1.光管水冷壁光管水冷壁 水冷壁的结构要素见下图水冷壁的结构要素见下图热能与动力工程热能与动力工程 2.销钉式水冷壁销钉式水冷壁 销钉长为销钉长为20 25mm，直径为，直径为6 12mm。“卫燃带卫燃带”的作用的作用热能与动力工程热能与动力工程 3、膜式水冷壁、膜式水冷壁 热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程热能与动力工程膜式水冷壁的优点膜式水冷壁的优点能用全部面积吸收炉膛辐射热；节省金能用全部面积吸收炉膛辐射热；节省金属材料；属材料；对炉墙的保护最彻底；使炉

6、墙厚度减轻，对炉墙的保护最彻底；使炉墙厚度减轻，简化了炉墙的悬吊结构；简化了炉墙的悬吊结构；热能与动力工程热能与动力工程能承受较大的侧向力，增加了抗爆能力；能承受较大的侧向力，增加了抗爆能力；安装工作量减小；安装工作量减小；气密性良好，漏风小。气密性良好，漏风小。热能与动力工程热能与动力工程三、刚性梁三、刚性梁刚性梁设置是用来保护炉膛水冷壁，不会因受到炉内烟气压力的作用而发生变形。 每面墙的每层刚性梁水平上均设有膨胀中心，以此为固定端，即导向点。 螺旋管水冷壁和垂直水冷壁具有不同的刚性梁结构。刚性梁和水冷壁之间相互不直接焊接，可以相对滑动，可防止附加热应力的产生，保证炉膛安全可靠运行。 热能与

7、动力工程热能与动力工程垂直水冷壁刚性梁热能与动力工程热能与动力工程螺旋水冷壁刚性梁螺旋水冷壁刚性梁热能与动力工程热能与动力工程第四节 水冷壁的高温腐蚀 高温腐蚀是燃料中的硫在燃烧过程中生成腐蚀性灰污层或渣层以及腐蚀性气氛，使高温受热面金属管子表面受到侵蚀的现象。 内部原因主要是燃料中的硫 外部原因是由于水冷壁管处于高温烟气的环境中，金属壁面温度又很高，当火焰贴近炉墙时，金属壁面邻近的区域中形成还原性气氛，使灰的熔点温度降低，加剧金属管子表面的积灰或结渣过程，并使管子表面产生高温腐蚀 腐蚀严重的现象通常出现在燃烧器区域或过热器区域。 水冷壁高温腐蚀大致有三类，第一类是硫酸盐型高温腐蚀；第二类是硫

8、化物型高温腐蚀。第三类是炉内的SO3、H2S、HCl气体也会对水冷壁产生高温腐蚀。热能与动力工程热能与动力工程一 水冷壁的高温腐蚀机理 1 . 硫酸盐型腐蚀 硫酸盐型腐蚀： 灰渣层中的碱金属硫酸盐与SO3共同作用产生腐蚀； 碱金属焦硫酸熔盐腐蚀 热能与动力工程热能与动力工程1.在水冷壁管壁金属表面生成薄氧化层（Fe2O3）和极细灰粒沾污层。2. 冷凝在管壁上的碱性金属氧化物与周围烟气中的SO3发生化学反应生成硫酸盐23242324Na O+SONa SOK O+SOK SO3.水冷壁管壁金属表面的硫酸盐层增厚，热阻增大，表面温度提高，灰渣熔化，促使黏结烟气中的飞灰形成疏松的灰渣层。硫酸盐熔化时

9、释放出SO3，并向内外扩散。硫酸盐与硫酸盐与SO3一起对水冷壁管子的腐蚀过程一起对水冷壁管子的腐蚀过程 热能与动力工程热能与动力工程3433424343342410F+2Na Fe(SO )3Fe O +3FeS+3Na SO10Fe+2K Fe(SO )3Fe O +3FeS+3K SO反应生成的Na2SO4和K2SO4循环作用使铁的腐蚀不断进行。 上述反应使管壁上的Fe2O3保护层被破坏。Na3Fe(SO4)3和K3Fe(SO4)3则熔化，并与铁发生反应产生腐蚀： 4.硫酸盐释放出的SO3和烟气中的SO3会穿过疏松的灰渣层向内扩散2423324 32423334 33Na SO +Fe O

10、 +3SO2Na Fe(SO )3K SO +Fe O +3SO2K Fe(SO )热能与动力工程热能与动力工程5. 运行中管壁外层灰渣层因为清灰或灰渣层过厚而脱落，使Na3Fe(SO4)3等暴露在高温火焰辐射中，发生分解反应： 34324233343242332Na Fe(SO )3Na SO +Fe O +3SO3K Fe(SO )3K SO +Fe O +3SO新的碱金属硫酸盐层，在SO3作用下使管壁不断受到腐蚀。碱金属焦硫酸盐的熔点很低，在一般的壁温下就呈现熔化状态。如果在灰渣附着层中存在焦硫酸盐时会形成反应速度更快的熔盐型腐蚀。焦硫酸盐与氧化铁保护膜的反应方程式如下： 2272334

11、3227233433Na S O +Fe O2Na Fe(SO )3K S O +Fe O2K Fe(SO )热能与动力工程热能与动力工程 熔融硫酸盐积灰层对金属壁面的腐蚀速度比气态硫酸盐要快的多。当温度600左右时，熔融硫酸盐的腐蚀速度约为气态时的4倍。炉内水冷壁温度通常在600以下，所以熔融硫酸盐的腐蚀速度随着管壁温度增高而加快。高参数锅炉的水冷壁管壁温度高，高温腐蚀快，因而容易发生爆管事故。 热能与动力工程热能与动力工程2硫化物型腐蚀 在水冷壁管子附近，呈现还原性气氛并且有硫化氢（H2S）存在时，就会产生硫化物腐蚀，它的反应过程如下。（1） 黄铁矿硫粉末随着高温烟气流过水冷壁的管壁，在还

12、原性气氛下受热分解： 2FeSFeS+S 当水冷壁管子附近有一定浓度的H2S和SO2的时候， 2222H S+SO2H O+3 S热能与动力工程热能与动力工程（3） 在还原性气氛中，由于缺氧自由硫原子可以存在。当水冷壁管壁温度达到350时，会有硫化反应，同时还有硫化亚铁与氧化亚铁的反应： 22Fe+ SFeSFeO+H SFeS+H O（3）硫化亚铁（FeS）的熔点为1195 ，在温度较低的时候可以稳定存在。在温度比较高的时候，Fe将被氧化成Fe3O4，使管壁腐蚀： 23423FeS+5OFe O +3SO热能与动力工程热能与动力工程煤中的黄铁矿FeS2和有机硫化合物燃烧时生成SO2： 223

13、2224FeS+11O2Fe O +8SOS+OSO由SO2转化为SO3的过程有以下几种方式：3. SO2和SO3的生成及腐蚀 （1）在高温下，SO2与烟气中的自由氧原子反应，生成SO3。而自由氧原子可以由如下三种方式产生：氧气在炉膛内的高温条件下分解； 22CO+OCO + O 222H +OH O+ O热能与动力工程热能与动力工程（2）催化反应生成SO3。当高温烟气流过水冷壁积灰层的时候，由于有灰层中的五氧化二钒和氧化铁的催化作用，产生了下列反应： 2522432224442523V O +SOV O +SO2SO +O +V O2VOSO2VOSOV O +SO +SO热能与动力工程热能

14、与动力工程（3） 煤中的硫酸盐热解产生SO3，反应方程如下： 43CaSOCaO+SO SO2和SO3的存在，除了能促使硫酸盐型和硫化物型腐蚀发生以外，它们本身也会直接对水冷壁发生腐蚀。三氧化硫气体可以穿过灰层直接与壁面的氧化铁膜反应生成硫酸铁： 23343Fe O +SOFe(SO )热能与动力工程热能与动力工程二、防止高温腐蚀的措施 （1）在水冷壁金属表面喷涂耐腐蚀材料，或提高水冷壁金属材料的耐腐蚀性能。（2）采用低氧燃烧技术。减小炉内的过量空气系数，自由氧原子的生成量减少，二氧化硫转化为三氧化硫的转化率降低，三氧化硫的浓度低，发生高温腐蚀的机会就会减少。（3）合理配风和强化炉内气流的湍流混合过程，避免出现局部还原性气氛，以减少H2S和硫化物型腐蚀。（4）加强一次风煤粉气流的调整