电站锅炉-第八章

大型机组锅炉典型的汽包和汽包内部装置蒸汽净化和汽包内部装置汽包第八章汽包及其内部装置锅炉原理课件汽包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；

α——热扩散率；一般规定汽包上、下壁金属温差Δt=（t上-t下）/2≤50℃。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；

α——热扩散率；一般规定汽包上、下壁金属温差Δt=（t上-t下）/2≤50℃。汽包壁温度场汽包汽包的安全性分析

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<90℃，平均温升速度≤1.5～2℃/min或100℃/h，在任何情况下，各汽包壁温测点的温度差小于40℃；汽包采用环形夹套结构，如右图；锅炉启、停初期，采用邻炉加热装置，同时适当地进水与放水，保证受热均匀；炉膛点火时，燃烧器投入对称且均匀；维持汽包正常和平稳的水位。

环形夹套汽包结构汽包蒸汽净化和汽包内部装置蒸汽品质及对锅炉、汽轮机工作的影响锅炉蒸汽质量标准蒸汽污染对锅炉、汽轮机的危害降低热能的有效利用，影响与蒸汽直接接触产品的质量及工艺条件；部分盐分沉积在过热器及再热器的管壁面上，将使壁温升高，产生垢下腐蚀，导致钢材强度降低，发生爆管事故；部分盐分沉积在蒸汽管道阀门处，使阀门动作失灵以及泄漏；部分盐分沉积在汽轮机通流部分，将使流通截面缩小，叶片表面变得粗糙，叶片形状改变，使汽轮机流阻增大，出力和效率降低，影响转子的动平衡，引起机组振动。严重时甚至造成重大安全事故。蒸汽净化和汽包内部装置提高蒸汽品质的措施提高给水品质；连续排污。其最大允许的排污率见下表，而最小排污率取决于腐蚀产物污染炉水的程度，一般ρPW≥0.3%；

改进汽包内部装置提高汽水分离效率；采用蒸汽清洗装置，减少蒸汽对盐类的选择性携带；采用分段蒸发等方法来提高蒸汽品质；注意控制汽包水位和压力稳定，根据负荷变化控制排污量以保持锅炉水的水质；尽量降低热力系统的汽水损失，减少补给水量。

最大允许排污率ρPW蒸汽净化和汽包内部装置

蒸汽污染的原因饱和蒸汽的机械携带蒸汽机械携带的含盐量，取决于携带水分的多少及锅水含盐量的大小，其关系可用下式表示，即：式中Sqj—机械携带的盐量，mg/kg；

ω—蒸汽湿度，即蒸汽中所带水分占湿蒸汽质量的百分数，%； Sls—锅水含盐量，mg/kg。影响蒸汽带水的主要因素为锅炉负荷、工作压力、蒸汽空间高度和锅水含盐量等。蒸汽净化和汽包内部装置

锅炉负荷的影响在锅水含盐量一定的情况下，锅炉负荷与蒸汽湿度的关系可用以下公式表示：ω=ADn式中A—与压力和汽水分离装置有关的系数；n—与锅炉负荷有关的指数。现代汽包锅炉，蒸汽湿度一般不允许超过0.1%，故锅炉应在第二负荷区域前半段工作。B点对应的蒸汽负荷称为临界负荷，用Dc表示。蒸汽速度高，一些较大的水滴被带走，蒸汽湿度增加较快，约为0.03%~0.2%蒸汽只带出细小水滴，蒸汽湿度不超过0.03%大量飞溅水滴被带走，蒸汽湿度急剧增加>0.2%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:指单位时间通过单位蒸发面积的蒸汽容积。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——锅炉蒸发量。kg/h；ν''——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。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的推荐值蒸汽净化和汽包内部装置工作压力随工作压力的升高，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100～200mm处，允许波动范围为50～75mm。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净化和汽包内部装置

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；

α—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，%。

ρ'，ρ''—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几种盐类的溶解指数蒸汽净化和汽包内部装置高压蒸汽溶盐的特点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蒸汽；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；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硅酸在蒸汽中的溶解特性硅酸在蒸汽中的溶解度最大；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+2H2O→2NaOH+H2SiO3Na2SiO5+3H2O→2NaOH+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9～100。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。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汽水分离装置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，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

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1～1.5m/s，高压锅炉<1m/s；管口至挡板距离S≥2d。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5～8m/s；高压和超高压锅炉为4～6m/s。

旋风分离器1—进口法兰；2—拉杆；3—底板；4—导向叶片；5—筒体；6—溢流环；7—波形板顶帽

旋风分离器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

旋风分离器的连接方式(a)单位式(b)总联箱式(c)分联箱式汽包内部装置

涡轮分离器

1—梯形顶帽；2—波形板；3—集汽短管；4—钩头螺栓；5—固定式导向叶片；6—涡轮芯子；7—外筒；8—内筒；9—排水夹层；10—支撑螺栓

螺旋臂式分离器其它内置式旋风分离器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300~500mm)，高度也可较高(能达4~5m)，汽水分离效果较好。但需承受很高的内压力，金属耗量多，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1—筒体；2—由水冷壁来的汽水混合物引入管；3—多孔板；4—蒸汽连通管；5—下降管；6—水连通管；7—汽包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1~3mm，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：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1.5~2倍。

波形板分离器波形板分离器（百叶窗分离器）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3～4mm钢板制成，孔径一般6～10mm。为使汽流上升速度均匀，改善分离效果，对于中压锅炉8～12m/s；高压锅炉6～8m/s；超高压锅炉4～6m/s。顶部多孔板1—蒸汽引出管；2—盲板；3—顶部多孔板顶部多孔板（均汽孔板）汽包内部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(a)钟罩式;(b)平孔板式汽包内部装置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40～50mm；清洗前的蒸汽品质越差，清洗后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。汽包内部装置大