循环流化床锅炉自然循环

1、第六章、自然循环蒸发系统及蒸汽净化第一节、自然水循环的基本原理一、自然循环的工作原理1）作用：吸收炉内燃料燃烧放出的热量把炉水转变 为饱和蒸汽2）组成：图6-1由汽包、下降管、联箱、水冷壁、导汽 管等组成。其中、汽包、下降管、导汽管、联 箱位于炉外不受热3）流程：给水省煤器加热汽包水经下降管下联 箱水冷壁受热达到ts后形成汽水混合物汽包4）自然循环：汽水密度差产生的流动动力1 回路中的循环推动力称为运动压头，它由下降管中的工质柱重与上升管中的工质柱重之差形成 运动压头的大小取决于饱和水密度和饱和蒸汽的密度，上升管中的含汽率及循环回路的高度。2二、自然循环工作的可靠性指标 （一）循环流速与循环倍

2、率1.循环流速0指在循环回路中按工作压力下饱 和水密度 折算的上升管入口处的水流速 循环流速表征了流体流动的快慢，它反映了管内流动的水将管外吸收的热量和所产生的蒸汽带走的能力。 循环流速越大，工质在管内的放热系数越大，带走的热量越多，管壁散热越好，管壁越不易超温。 0=/G/A m/s32.循环倍率K指进入上升管的循环水流量G与上 升管出口的蒸汽流量D之比值 K=G/D=G/GXc K=1/XcXc上升管出口处的质量含汽率K的物理意义：上升管产生1kg蒸汽需要多少千克水。K越大上升管出口处汽水混合物中的水份额大 水循环越安全K过大产汽量太少锅炉蒸发量不能满足4自补偿能力：自然循环回路中，当XX

3、lj （或KKlj）时随热负荷，上升管受热 0和G当受热0和G的特性 0的区热负荷0反而不安全 图6-2可见，AC段，随含气率X增大运动压头的增加流动阻力的增加，循环流速增大，C以后，随含气率X增大运动压头的增加流动阻力的增加，循环流速反而下降，失去自补偿能力5第二节 锅炉蒸发受热面常指水冷壁一、水冷壁结构 作用： 1）接受炉膛中高温火焰的辐射热将水变成汽 水混合物 2）使炉墙温度大大因而炉墙结构简化炉 墙重量 3）炉墙附近和炉出口处烟温防或炉膛或 对流受热面结渣6类型：根据结构分光管、膜式、和销钉三类。流化床炉膛上部为膜式，下部为带销钉的膜式1.膜式水冷壁由鳍片管连接而成类型：轧制鳍片管，图

4、6-7（a）国产超高压 400t/h，670t/h 多采用轧制鳍片管焊接 而成的膜式 焊接鳍片管图6-7（b），光管间焊接扁 钢制成称焊接鳍片管， 国产亚临界自然循环炉多采用焊接鳍片管78优点： 1）膜式的炉膛严密性好适用于正或负压炉膛 对负压炉膛漏风大大 对流化床锅炉可减轻正压运行炉膛部位的向外泄露。2）相同炉壁面积下膜式辐射传热面积光管 节省钢材3）炉墙厚和重量大大 炉墙蓄热量可75-80% 锅炉启动速度 悬吊结构简化缺点：制造、检修工艺复杂92.销钉水冷壁卫燃带卫燃带水冷壁管外侧焊接上很多直径为3- 12mm， 长20-25mm的圆柱形销钉并 在其上覆盖一层烙矿砂耐火材料 作用：燃烧无烟

5、煤、贫煤时部分水冷壁的吸热量 燃烧器区域的烟温着火性能销钉作用矸石为了固定耐磨耐火浇注料。10二、水冷壁管内两相流体的流型与传热二、水冷管内流型与传热区段 （一）汽水两相流动的流型图6-8 （二）管内传热区段图6-9 图6-9（a）汽水两相流流型 图6-9（b）含汽率变化 图6-9（c）压力变化 Tb=tg+q(1/2+/) 水的沸腾放热系数达104W/M2.,而蒸汽却小的多，当蒸汽与管壁接触由于2低，壁温急剧上升，此现象称传热恶化。11121、第一类： 在管内壁上汽泡产生速度汽泡脱离壁面速度汽泡在管内壁上聚集起来形成蒸汽膜将管中心的水与管壁隔开使管壁面得不到水的冷却引起管壁面出现传热恶化导致

6、管壁超温 此类发生在质量含汽率较但热负荷过核态沸腾转为膜态 对于电站锅炉，受热面热负荷难达到极限值，发生第一类传热恶化现象的可能性小。131.第二类 发生在环状流和受热面热负荷较大的区域。在管内含汽率较的液体欠缺对流传热区该区水膜很薄它可能被蒸干也可能被速度较高的汽流撕破管壁得不到水冷却这类传热恶化是由于含水欠缺造成又称蒸干传热恶化。电站锅炉遇到的多属于此类传热恶化。 流化床锅炉炉膛的热负荷比煤粉炉低得多，水冷壁工质温度最低处在炉底，而恰好是炉内热负荷最高处，故水冷壁发生传热恶化的几率小的多。14第三节 汽包及蒸汽进化一、汽包 （一）结构：图6-2 由筒身和两端的封头组成 a) 筒身：由钢板卷

7、制焊接制成 b) 封头：用钢板模压制成，焊接于筒身，在封头中部留 有椭圆形或圆形人孔门，以备安装和检修时工 作人员进出 c) 管座：汽包上的管孔，并焊上短管，称 d) 安装：汽包用吊箍悬吊在炉顶大梁上，悬吊结构利于 汽包受热温升后自由膨胀 15 （二）汽包的作用 1）汽包是工质加热、蒸发、过热三个过程的连接点和分界点，图6-3 即省煤器、水冷壁及过热器的连接中心2）锅炉增加了锅炉的蓄热量，能使锅炉快速适应外界负荷的变化，具有较好的负荷调节特性 3）汽包内有汽水分离装置和排污装置，来保证蒸汽品质 4）汽包上装有压力表、水位计、事故放水门、安全阀等附属设备，保证锅炉安全工作 16二、蒸汽净化蒸汽质

8、量包括：蒸汽压力，温度和蒸汽品质 蒸汽品质:：指蒸汽清洁度常用单位质量的蒸汽中含有杂质来衡量蒸汽杂质主要是盐类故杂质含量用含盐量表示 g/kg 或mg/kg 蒸汽净化的目的：是使蒸汽具有一定的纯洁度（一）蒸汽污染的原因a.蒸汽引出汽包时，携带有含杂质的水滴b.蒸汽本身溶解杂质c.锅水含有杂质17（一）饱和蒸汽带水蒸汽带水的含盐量，取决于携带水分的多少及炉水含盐量的多少，即 Sqs=Sls/100 (6-8) Sqs、Sls蒸汽带水含盐量、炉水含盐量 mg/kg 蒸汽湿度，表示蒸汽中所带炉水质量占蒸汽质量的百分数 %影响蒸汽带水的因素=f(锅炉负荷、蒸汽P、汽包蒸汽空间、炉水含盐)181、锅炉负

9、荷的影响 ls一定时：=ADn 图6-11知：D阶段1： nD变化不大 阶段2： n到3-4D 阶段3： n到7-20D临界负荷Dlj急剧阶段开始点对应的蒸汽负荷 对正常运行的锅炉为保证蒸汽品质，应满足DDlj 对现代汽包炉0.1%而第二负荷阶段对应=0.03- 0.2%故锅炉应在第二负荷区工作 lj由热化学试验来确定192、蒸汽P的影响 P汽水密度差汽水分离困难蒸汽带水能力 易带水 饱和温度水分子热运动分子间相互引力 饱和水表面张力汽泡易破碎成碎小的水滴易 被蒸汽带走，故：P易带水 P波动大例： P急剧ts1）蒸发管和汽包中水及管壁金属放热产 生附加蒸汽汽包水位 2）穿过水位面蒸汽量蒸汽带水

10、203、蒸汽空间高度影响 h飞溅的大水滴在未达蒸汽引出管高度时由于自身 动能耗尽在重力作用下回落蒸发面上 但h0.6 mm以上时由于被蒸汽带走的细小水滴不受蒸汽空间高度h影响变化迟缓 为保证汽包有足够的蒸汽空间，通常汽包的正常水位应在汽包中心线以下100-200mm处 锅炉正常运行时水位应保持在正常水位线50-75 mm范围 水位蒸汽空间 负荷或P突导致虚假水位使水位猛涨214、炉水含盐影响 图6-121）Sls炉水碱度炉水粘性汽泡不宜从水中脱离出来汽泡在汽包水容积的含汽量汽包水容积蒸汽空蒸汽带水 2）Sls水面上汽泡水沫层蒸汽空间蒸汽带水 负荷Sls实际Sls临界Sls 临界Sls通过热化学

11、试验确定22 （二）蒸汽的溶盐 1、高压蒸汽溶盐原因及影响因素 原因：随P蒸汽密度 水密度蒸汽逐渐接近水的因而 蒸汽的性质接近水的性质水能溶解盐类 故蒸汽也能直接溶解盐类 高压蒸汽溶盐为： Sqrj=aSls/100 (6-10) a为溶解系数：表示溶解于蒸汽中的某种盐分含量与此种 盐分在炉水中的含量的比值百分数 其大小与蒸汽P和盐的种类有关23 a=(/)n 随P(/)a n溶解指数，与盐种类有关 见表6-6 分类： 第一类盐为硅盐（SiO2、H2SiO3等）a最大 第二类盐分（NaOH、Nad、Cacl2等）其a 硅盐a 第三类盐分(Na2SO4、Na2SiO3等) 难溶a 由上可知：P6

12、 MPa时应考虑蒸汽溶解硅酸对蒸汽品质 的影响 P15 MPa时应考虑蒸汽溶解硅酸同时还应 考虑第二类NaOH、Nad等盐分 的溶解 P20 MPa时可不考虑蒸汽对第三类盐分的溶解 24 2、硅酸在蒸汽中的溶解特性 炉水中硅酸和硅酸盐在不同条件下可相互转化 硅酸+强碱=硅酸盐 硅酸盐可水解成为硅酸其化学式如下; Na2SiO3+2H2O2NaOH+H2SiO3 Na2Si2O5+3H2O2NaOH+2H2SiO3 炉水碱度（即PH值）利于硅酸转变为难溶于蒸汽的 硅酸盐蒸汽中硅酸含量蒸汽品质故为炉 水中硅酸含量改善蒸汽品质炉水中PH值宜大些 但PH值过炉水泡沫汽包蒸汽空间h带水 引起金属碱腐蚀

13、当PH值12时对硅酸溶解系数a影响逐渐故炉水 PH=10-11 25 n 3、硅酸沉积部位 硅酸一般不会沉积在过热器中因它易溶于高压蒸汽 中进汽机后随P溶解度a在中低压缸大量析出 形成难溶于水的SiO2难用水和湿蒸汽清洗严重时迫 使汽机停机进行机械清理（三）提高蒸汽品质的基本途径 1）饱和蒸汽带水应建立良好的汽水分离条件和完善 的汽水分离装置 2）蒸汽溶盐）适当控制炉水碱度及采用蒸汽清洗装 置，提高给水品质，锅炉排污及分段 蒸发等26 三、汽包内部装置（一）汽水分离装置 原理： 1)重力分离利用汽与水的质量差进行自然分离 2）惯性分离利用汽流改变方向进行自汽水分离 3）离心分离利用汽流旋转运动

14、时所产生的离心力进行分离 4)水膜分离使水粘附在金属壁面形成水膜流下进行分离分离过程：1)粗分离阶段（一次分离阶段）其任务是消除汽水混合物 动 能并初步分离汽水使蒸汽湿度到0.5-1%2）细分离阶段（二次分离阶段）其任务是将蒸汽中的水分 作进一步分离使蒸汽湿度到0.01-0.03%27 要求： 1）分离效果好 2) 尽可能汽水混合物动能以汽包水面的波动和水滴 的飞溅 3）均衡汽包内的蒸汽流速，并使其不过高充分利用自 然分离 1、进口挡板 位置：汽水混合物引入汽包蒸汽空间时，设在管子进汽包处 作用：消除汽水混合物的动能初步汽水分离 原理： 1）汽水混合物碰撞到挡板时动能被消耗速度 2）汽水混合物

15、从板间流出时，由于转弯和板上水膜粘附 作用使蒸汽中的水滴分离出来282、旋风分离器 分类：内置：在汽包内 外置：装在汽包外 图6-13 内置式 组成：筒体、波形板分离器顶帽、底板、导向叶片和溢流环等组成29 原理： 1)汽水混合物由连接罩1切向进入分离器筒体后产生旋 转依靠离心力进行汽水分离 2）蒸汽向上流由于重力分离部分水 3）筒体顶部装溢流环6防蒸汽二次带水 4）筒体底部装有圆形底板与导向叶片使水平稳进入汽包 水空间 5) 为得到稳定的汽包水位内置旋风分离器采用左旋与 右旋交错布置以消除旋转动能 6）在筒顶装有波形板分离器使蒸汽平稳引出汽空间 7）参数：中压炉汽水混合物入口速度为5-8m/

16、s 高和超高压炉汽水混合物入口速度为4-6m/s 一般筒体直径为260，290，315，350 mm 30 8）优点： （1）消除并有效利用汽水混合物的动能 （2）汽水混合物进分离器分离出的蒸汽不从汽包水容积 中通过不会引起水容积膨胀允许炉水在含盐浓 度较高的情况下工作 （3）沿汽包长度均匀布置汽流分布均匀可避免局部 蒸汽流速较高 （4）不承受内力可用薄钢板制成易加工，金属秏量 9）缺点:内置式装在汽包内高度受限只能作粗分 数量多拆装，检修不方便31 3、波形板分离器也叫百叶窗分离器 1）组成：由密集波形板组成每块板厚1-3mm，板间距 约10mm 2)原理：利用汽流转弯时的离心力将水滴分离出

17、来 3）分类：水平布置（卧式）水流和汽流方向平行 立式布置水流和汽流方向垂直 4）流速：蒸汽流速不宜过高否则会撕破水膜分离效果 a) 水平布置其蒸汽流速：中压炉0.5m/s 高压炉0.2m/s 超高压炉0.1m/s b）对立式其蒸汽流速为卧式1.5-2倍32 4、顶部多孔板也叫均汽孔板装在汽包上部蒸汽出 口处 见图6-14 目的：利用孔板的节流作用使蒸汽空间的负荷分布均匀 组成：由3-4mm厚的钢板制成孔径一般为6-10mm 蒸汽穿孔速度：中压炉8-12m/s 高压炉6-18m/s 超高压炉4-6m/s33 （二）蒸汽清洗装置 任务：蒸汽溶盐，尤其是蒸汽中溶解的硅酸 原理：让含盐的给水与含盐高

18、的蒸汽接触使蒸汽中溶 解的盐分转移到清洁的给水中以蒸汽溶盐 使蒸汽携带炉水中的盐分转移到清洁的给水中 从而蒸汽携带的含盐量蒸汽品质改善 清洗装置:鈡罩式图6-15（a） 平孔板式图6-15（b） 特点：结构简单，阻力损失，有效清洗面积清洗 效果好 缺点：锅炉低负荷下清洗水会从孔板的小孔中漏下出 现干孔板区 高和超高压炉蒸汽穿孔速度为1.3-1.6m/s34 影响清洗效果因素： 1）清洗水越干净清洗过程物质交换越强烈清洗效果 越好 2）给水可全部作清洗水，也可部分作清洗水另一部分 直接进汽包水室 3）清洗水层薄蒸汽与清洗水接触时间清洗效果差 清洗水层过厚对清洗效果改善不大 一般水层厚 50-70 mm35 (三) 高和超高压炉汽包内部装置介绍图6-16 组成:内置旋风分离器、蒸汽清洗装置、百叶窗分离器、 顶部多孔板等 1）内置旋风分离器