锅炉部分第三章汽水系统

锅炉部分第三章汽水系统第1页，共93页，2023年，2月20日，星期四主要内容锅炉水循环锅炉受热面直流锅炉简介锅炉水处理第2页，共93页，2023年，2月20日，星期四

锅炉的汽水系统由省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器等组成。使水吸热产生合格的过热蒸汽。

第一节锅炉水循环

水在蒸发受热面组成的循环回路中流动的过程。可分为自然水循环和强制水循环。

第3页，共93页，2023年，2月20日，星期四一、自然循环的基本原理

（一）自然水循环概述仅仅依靠水和汽水混合物的重度差而产生的水循环。循环回路由汽包、下降管、联箱、上升管（水冷壁）组成的简单的循环回路。第4页，共93页，2023年，2月20日，星期四（二）运动压头自然循环推动力压差克服了系统的流动阻力，推动工质循环流动。压力越高，汽、水的密度差降低，工质循环流动速度越低。第5页，共93页，2023年，2月20日，星期四（三）上升管中的流动

单相水→气泡流→弹状流→环状流→液环状滴流→雾状流→单相汽雾状流型：汽流中虽仍有一些水滴·但冷却作用不够→传热恶化第6页，共93页，2023年，2月20日，星期四（四）自然循环工作可靠性主要指标1、循环流速水在饱和温度下进入上升管入口水的流速。即

是判断水循环安全性的重要指标之一。流速越大，进入的水多，带走的热量、产生的汽泡就多，冷却效果好，管壁不超温，

但并不是流速越高越好。第7页，共93页，2023年，2月20日，星期四2、循环倍率Ｋ上升管中循环水量G与产生的蒸汽量D之比。每kg水经过Ｋ次循环才能完全变成蒸汽K值越大，上升管出口段水含量越高，冷却效果好，但导致产汽率太小。高压锅炉在8~15；超高压5~8；锅炉压力↑汽化潜热↓循环倍率↓第8页，共93页，2023年，2月20日，星期四水循环故障

因水循环不正常导致炉管损坏的现象1、循环停滞

在受热弱的水冷壁管中，进入上升管的循环流量仅足以补充蒸发量时。2、循环倒流

上升管接入汽包水容积时，循环停滞可能转成循环倒流。3、下降管带汽

下降管的流动阻力↑，密度差↓原因：下降管受热产汽、下降管入口带汽、自汽化、锅炉压力突降引起的自汽化等。（五）自然循环常见故障第9页，共93页，2023年，2月20日，星期四1、产生原因

循环安全性↓（压力升高；亚临界；管径变小）；2、形式

主要依靠低压循环泵的压头进行循环优点（1）运动压头可以达到0.25～0.5MPa，可以采用小管径，管壁薄，金属消耗少；（2）可以任意布置蒸发受热面；（3）较高质量流速，循环倍率低。二、控制循环锅炉第10页，共93页，2023年，2月20日，星期四第二节锅炉受热面包括蒸发受热面、过热以及水的预热受热面。一、锅炉蒸发设备（水→蒸汽）包括汽包、下降管、水冷壁、联箱及连接管道。（一）汽包1、汽包结构长圆筒的密闭承压容器，开有很多管孔，300MW锅炉直径约1.8m，壁厚15cm，长约22m。第11页，共93页，2023年，2月20日，星期四第12页，共93页，2023年，2月20日，星期四2、汽包的作用（1）工质加热—蒸发—过热的连接枢纽；（2）蓄水、蓄汽容积，及一定蓄热能力，适应负荷骤变能力；（3）汽水分离和排污装置，保证蒸汽品质；（4）压力表、水位表、事故放水门、安全阀等附件，控制汽包压力，监视水位，保证安全运行。第13页，共93页，2023年，2月20日，星期四第14页，共93页，2023年，2月20日，星期四（二）水冷壁

蒸发受热面（辐射式）

1、水冷壁主要作用

(1)吸收热量，将水变成汽水混合物；(2)烟温降低到灰的软化温度以下，保护炉墙并防止结渣，提高运行的安全性和可靠性；(3)辐射受热面节省钢材，降低锅炉造价；(4)使炉墙的厚度可以减小，重量减轻，简化了炉墙结构。第15页，共93页，2023年，2月20日，星期四

2、水冷壁的结构

1、光管式水冷壁；2、销钉式(刺管)水冷壁（卫燃带）；3、膜式(鳍片管)水冷壁（普遍采用，分焊接和轧制）。第16页，共93页，2023年，2月20日，星期四光管式水冷壁第17页，共93页，2023年，2月20日，星期四销钉式(刺管)水冷壁第18页，共93页，2023年，2月20日，星期四膜式(鳍片管)水冷壁第19页，共93页，2023年，2月20日，星期四膜式水冷壁主要优点A严密性，减少漏风；B辐射受热面积增加，节约钢材；C墙壁保护好，墙体轻，缩短启停时间；D增加管子刚性；E提高紧固件寿命；F可成片预制，减少安装工作量；第20页，共93页，2023年，2月20日，星期四（三）下降管

不受热、绝热保温，有分散（细）和集中（粗）两种。（四）联箱汇集、分配给水冷壁，装有定排装置、监视膨胀指示器及循环泵；（五）循环泵无轴封循环泵，用于强制循环。第21页，共93页，2023年，2月20日，星期四二、蒸汽净化

蒸汽品质蒸汽的洁净程度，即蒸汽中所含杂质的多少。杂质包括盐类物质、碱类物质和氧化物，主要是盐类物质，所以通常也把蒸汽对杂质的携带称为蒸汽带盐。第22页，共93页，2023年，2月20日，星期四蒸汽带盐的危害①沉积在过热器内；②沉积在汽轮机；③沉积在阀门。污染原因①机械性携带（中、低压）；②溶解性携带（高压以上）；措施提高给水品质、加强排污、汽水分离（机械携带↓）、清洗装置（溶解携带↓）第23页，共93页，2023年，2月20日，星期四（一）汽水分离装置常见的分离设备有多种，其中旋风分离器最常见。1）进口挡板（导向挡板）消除汽水混合物的动能，使水汽初步分离；

2）旋风分离器离心力作用（粗分离）；第24页，共93页，2023年，2月20日，星期四3)波形板分离器（百叶窗）由许多波形钢板组装而成，属细分离装置；4）顶部多孔板（均汽板）

孔板的节流作用，细分离；沿汽包长度分布均匀，降低流速，避免带水。第25页，共93页，2023年，2月20日，星期四波形板第26页，共93页，2023年，2月20日，星期四（二）蒸汽清洗减少蒸汽的溶解性携带基本原理清洁给水与含盐蒸汽接触，盐分扩散至清水，普遍采用穿层式清洗装置。穿层式清洗装置，蒸汽穿过清洗水层时水层会起泡，所以也称为汽泡穿层式，多采用平板式清洗装置。第27页，共93页，2023年，2月20日，星期四(三)锅炉排污蒸汽蒸发→杂质浓度↑→加药→沉积在低处→排污。分为连排和定排两种。（1）连续排污（表面排污）连续不断地从锅筒水位面附近将浓度最大的炉水排出，降低炉水中的含盐量和碱度；（2)定期排污（间断排污或底部排污）定期从水循环系统的最低点排放部分炉水。其主要目是排除水中的沉渣、铁锈。第28页，共93页，2023年，2月20日，星期四三、过热器、再热器和省煤器(一)

过热器

饱和蒸汽→过热蒸汽，提高电厂的循环热效率；

表面式换热器，按传热方式过热器与再热器可以分为：对流式、辐射式、半辐射式三类。第29页，共93页，2023年，2月20日，星期四1、对流式过热器

水平或尾部竖井烟道中，对流换热，由蛇形管组成；立式吊挂方便，积灰较少，应用广泛，但停炉后管内积水难以排除；常采用卧式易于疏水，但支吊较复杂；分为单管圈、双管圈和多管圈三种；多采用多管圈，总压降不应超过10%，最末级过热器质量流速ρω=800～1100㎏/（㎡·s）第30页，共93页，2023年，2月20日，星期四第31页，共93页，2023年，2月20日，星期四根据烟气与蒸汽的相对流向不同，又可分为：（1）逆流传热温压大，传热效果好，减少受热面面积，节约金属。但蒸汽温度高的管段恰好处在烟气的高温区域，管子出口端金属壁温高；（2）顺流传热温压小，传热效果较差，需要的受热面积大，消耗金属多。但蒸汽温度低的管段处于烟气的低温区域，管子出口端金属壁温较低；（3）混流集中了逆流和顺流布置的优点，既安全，又经济，多用于高温级受热面。第32页，共93页，2023年，2月20日，星期四第33页，共93页，2023年，2月20日，星期四

排列方式有顺列和错列两种，s1为横向节距，s2为纵向节距。在其它条件（如烟气速度和管子排列特性）相同时，烟气横向冲刷顺列布置受热面管子时的传热系数比冲刷错列布置时小，但顺列管束管外积灰易被吹灰器清除。第34页，共93页，2023年，2月20日，星期四第35页，共93页，2023年，2月20日，星期四布置在高烟温区的过热器和再热器一般易产生粘结性积灰，为便于蒸汽吹灰器清除积灰，及支吊方便，都以顺列方式布置。在尾部竖井中，烟温较低，为增强传热，布置在其中的低温过热器和低温再热器一般采用错列布置。第36页，共93页，2023年，2月20日，星期四锅炉受热面结构动画第37页，共93页，2023年，2月20日，星期四吊挂受热面第38页，共93页，2023年，2月20日，星期四2、辐射式过热器

辐射式过热器布置在炉膛壁面上或炉膛上方，直接吸收炉膛辐射热；辐射式过热器的另一种型式是屏式结构；由焊在联箱上的许多U型管紧密排列成管屏组成，所以称之为屏式过热器。第39页，共93页，2023年，2月20日，星期四第40页，共93页，2023年，2月20日，星期四

第41页，共93页，2023年，2月20日，星期四第42页，共93页，2023年，2月20日，星期四汽温特性曲线第43页，共93页，2023年，2月20日，星期四132负荷，100%汽温，℃第44页，共93页，2023年，2月20日，星期四3、半辐射式过热器

布置在炉膛出口处，既吸收炉膛辐射热，又吸收高温烟气的对流热，又称为后屏式过热器。汽温特性介于对流和辐射之间，略偏向与对流。具有较高的热负荷。特别是外圈管子，受热最强，长度最长，因此阻力大，工质流量小，易发生超温爆管，为保证其工作安全，可采取如图所示的各项措施。第45页，共93页，2023年，2月20日，星期四(二)再热器

汽机高压缸排汽→再热→中、低压缸做功，汽轮机末几级干度↑和电厂循环热效率↑

（6~8%），布置在过热器后的烟道内。特点：1、放热系数小，质量流速ρω小；2、压力低，对热偏差敏感；3、进口汽温随负荷变化，调节幅度大；4、需要安装旁路；5、阻力对机组热效率影响大；第46页，共93页，2023年，2月20日，星期四(三)蒸汽温度调节

过热蒸汽温度和再热蒸汽温度对机组的安全性与经济性有直接影响。研究表明：过热器超温10~20℃的状态下长期运行，会使其寿命缩短一半以上；而汽温每下降10℃，会使循环热效率相应降低0.5％。运行中通常规定汽温偏离额定值的波动范围为+5℃~10℃。第47页，共93页，2023年，2月20日，星期四

汽温调节的方法有两大类：一是蒸汽侧调温，二是烟气侧调温法。1、蒸汽侧调温方法采用面式减温器、喷水减温器（用于过热汽温调节）和汽—汽热交换器（用于再热汽温调节）等。1）面式减温器管壳式热交换器，调节惯性大，一般用于中小容量锅炉。第48页，共93页，2023年，2月20日，星期四2）喷水减温法

减温水喷入过热蒸汽中特点：喷水减温法调节灵敏、惯性小，易于实现自动化，加上调温范围大、设备结构简单。一般设计采用2~3级喷水减温方式，喷水量约为锅炉容量的5%~8%。*喷水减温一般不用在再热器调温3）汽—汽热交换器用过热蒸汽加热再热蒸汽。第49页，共93页，2023年，2月20日，星期四2、烟气侧调温通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量分配比例来调节汽温的方法。主要有①烟气挡板法（烟气流量）；

②摆动燃烧器（改变火焰中心位置）；③烟气再循环法（改变吸热平均温度）。。第50页，共93页，2023年，2月20日，星期四第51页，共93页，2023年，2月20日，星期四第52页，共93页，2023年，2月20日，星期四四、省煤器

用于加热锅炉给水，尾部竖井内，吸收对流热，烟温低于600℃；省煤器特点1、省煤器吸收尾部烟道中低温烟气的热量，降低锅炉的排烟温度，提高了锅炉热效率，节省燃料；2、省煤器提高了进入锅筒的水温，减少了锅筒壁与给水的温度差，锅筒热应力降低，提高了寿命；

尾部受热面存在低温腐蚀、积灰、磨损等问题。第53页，共93页，2023年，2月20日，星期四（一）省煤器的型式和布置

大容量、高参数锅炉均采用钢管式省煤器，烟气与水逆向流动，增加传热温差，提高传热效果。1、型式

工质是否饱和：沸腾式（中、小型锅炉）,非沸腾式（大型锅炉）；钢管式，铸铁式；第54页，共93页，2023年，2月20日，星期四第55页，共93页，2023年，2月20日，星期四2、布置

省煤器可以采用水流方向与锅炉前墙垂直或平行两种布置方式；垂直：管子短而多，水流速小，便于悬吊，转向室后墙位置所有的管子都磨损严重；平行：管子少，流速高，只有几根管子受到磨损；可以错列或顺列布置：错列：磨损大，换热系数大；顺列：磨损轻，换热差；第56页，共93页，2023年，2月20日，星期四第三节直流锅炉简介一、直流锅炉的工作原理

无汽包，给水靠给水泵压头一次通过受热面，产生蒸汽的锅炉称为直流锅炉。第57页，共93页，2023年，2月20日，星期四二、直流锅炉的特点（1）无汽包；（2）蓄热能力差，对负荷变化敏感，对控制系统要求高；（3）汽水密度差不影响工作，可以超临界；（4）没有排污，对给水品质要求高；（5）热水段、蒸发段和过热段不分界，产生水动力特性不稳定；第58页，共93页，2023年，2月20日，星期四（6）应防止膜态沸腾；（7）消耗较多的水泵功率；（8）启动时要设置启动系统和分离器；（9）节省钢材20%～30%，制造简单，运输方便；（10）启停炉快；（11）蒸发受热面随意布置。第59页，共93页，2023年，2月20日，星期四三、直流锅炉优缺点1、优点（1）适用于任何压力的锅炉；（2）金属耗量少；（3）制造、安装及运输方便；（4）受热面可自由布置；（5）启、停速度快；第60页，共93页，2023年，2月20日，星期四缺点：（1）水品质要求高；（2）给水泵功率消耗大；（3）对自动调节及控制系统要求高。第61页，共93页，2023年，2月20日，星期四四、应用实例第62页，共93页，2023年，2月20日，星期四第四节锅炉水处理一、锅炉的水质工况

1、给水品质影响锅水含盐量，影响蒸汽品质。为防止腐蚀、结垢，保证给水品质合格，必须对给水品质进行监督。2、锅水标准二、给水处理水处理方法有软化、化学除盐、蒸发除盐。第63页，共93页，2023年，2月20日，星期四

一般流程：给水→澄清和过滤→阳离子交换器→排气器→阴离子交换器→一级除盐→阴阳离子混合交换器→二级除盐→储水箱→除氧气除氧→锅炉三、直流锅炉的水质工况比汽包炉要求高1、给水品质指标2、水处理一般方法第64页，共93页，2023年，2月20日，星期四以一台蒸发量为1000吨／时的直流锅炉为例：每千克给水所含的盐分不超过0.05毫克，即为干净自来水（每千克约含盐0.1～0.7克）所含盐分的万分之一左右，甚至比医用蒸馏水的含盐量还少。即使这样，在一年运行期中还会有几百公斤的盐分进入锅炉。当然，最终留在锅炉中的仅是一部分。许多国家都制订有各类锅炉的给水质量标准。第65页，共93页，2023年，2月20日，星期四第66页，共93页，2023年，2月20日，星期四第67页，共93页，2023年，2月20日，星期四Question?第68页，共93页，2023年，2月20日，星期四（2）膜式水冷壁结构轧制，焊接4、水冷壁布置:吊挂式5、折焰角：增加了水平烟道的长度；改善了屏式过热器的冲刷特性改善了前角充满度第69页，共93页，2023年，2月20日，星期四第70页，共93页，2023年，2月20日，星期四第71页，共93页，2023年，2月20日，星期四第72页，共93页，2023年，2月20日，星期四第73页，共93页，2023年，2月20日，星期四第74页，共93页，2023年，2月20日，星期四1）．改变火焰中心位置

摆动式燃烧器多用于四角布置的锅炉中。调节摆动式燃烧器喷嘴的上下倾角，可以改变火焰中心位置的高低，从而改变炉膛出口烟温，以调节锅炉辐射吸热量和对流吸热量的比例，达到调节汽温的目的。大型锅炉上常采用多层燃烧器(4～5层)，改变上下排燃烧器的负荷，就可以改变炉膛火焰中心的位置，调节蒸汽温度。

第75页，共93页，2023年，2月20日，星期四2)分隔烟道挡板分隔烟道挡板调温法，是将尾部竖井烟道分隔成并联的两部分，将再热器和过热器分别布置在相互隔开的两个烟道中。过热器和再热器的下面布置省煤器，在省煤器的下方装设烟气调节挡板，调节挡板开度，可以改变流经再热器的烟气量，达到调节再热汽温的目的。与此同时，流经过热器的烟气量也将改变，从而使过热汽温改变，但这可通过调节减温器的喷水量来维持过热汽温的稳定。第76页，共93页，2023年，2月20日，星期四3)烟气再循环用再循环风机从锅炉尾部低温烟道中抽出一部分低温烟气，由冷灰斗附近送入炉膛，可改变炉内辐射和对流受热面的吸热量分配，从而达到调节汽温的目的。当低温再循环烟气送入炉膛后，炉膛温度会降低些，使炉内辐射传热减少，而炉膛出口烟温变化不大。在对流受热面中，因为烟气量增加其对流吸热量将增加，使蒸汽温度升高。第77页，共93页，2023年，2月20日，星期四锅炉给水品质不良会引起：①在锅炉管子内壁上结水垢；②蒸汽品质恶化，在过热器和汽轮机通流部分生成沉积物；③锅炉和水汽通道内壁发生金属腐蚀。这些后果都直接影响锅炉的传热效果，降低锅炉、汽轮机的效率，严重时甚至会造成锅炉爆管事故。由于水垢的导热能力只有钢铁的几十分之一到几百分之一，有些低压锅炉受热面上积1毫米厚的水垢，燃料耗量就会增加1.5～2.0％。第78页，共93页，2023年，2月20日，星期四锅炉水处理的任务就是针对锅炉的炉型、参数和原水品质，按照锅炉水质标准选择合适的处理方法以保证锅炉安全、经济地运行。高参数大容量的电站锅炉对给水品质的要求很高。第79页，共93页，2023年，2月20日，星期四简史

早期的小型锅炉直接采用天然水，或仅用一些简单的方法除去水中的悬浮物和大颗粒杂质，这种锅炉常常需要停炉清除水垢。后来，人们采用钠沸石等天然软化剂对给水进行处理，并在锅水内添加某些药品以减缓水垢的生成，延长锅炉的连续运行期。随着锅炉参数不断提高，进入锅炉的水量越来越大，锅炉单位受热面积的吸热量也不断增加，锅炉水汽系统对锅炉水质也提出了更高的要求。第80页，共93页，2023年，2月20日，星期四为此而采用了蒸发器，用蒸馏水来补充锅炉给水。20世纪30年代，人造离子交换树脂（一种不溶于水的颗粒状高分子化合物）问世，并被用于锅炉给水除盐，取得了良好的效果，这是锅炉水处理技术的一项大进展。此后，除盐装置普遍采用离子交换树脂。从50年代末起，又陆续研究成功多孔型树脂、大孔型树脂和其他种类的新型树脂。各种更为新型的现代除盐设备也相继出现，进一步促进了锅炉水处理技术的发展。第81页，共93页，2023年，2月20日，星期四处理范围

锅炉水处理主要包括补给水（即锅炉的补充水）处理、凝结水（即汽轮机凝结水或工艺流程回收的凝结水）处理、给水除氧、给水加氨和锅内加药处理4部分。

补给水处理

因蒸汽用途（供热或发电）和凝结水回收程度的不同，锅炉的补给水量也不相同。凝汽式电站锅炉的补给水量一般低于蒸发量的3％。补给水处理流程如下：第82页，共93页，2023年，2月20日，星期四①预处理：当原水为地表水时，预处理的目的是除去水中的悬浮物、胶体物和有机物等。通常是在原水中投加混凝剂（如硫酸铝等），使上述杂质凝聚成大的颗粒，借自重而下沉，然后过滤成清水。当以地下水或城市用水作补给水时，原水的预处理可以省去，只进行过滤。常用的澄清设备有脉冲式、水力加速式和机械搅拌式澄清器；过滤设备有虹吸滤池、无阀滤池和单流式或双流式机械过滤器等。为了进一步清除水中的有机物，还可增设活性炭过滤器。

第83页，共93页，2023年，2月20日，星期四

②软化:采用天然或人造的离子交换剂,将钙、镁硬盐转变成不结硬垢的盐，以防止锅炉管子内壁结成钙镁硬水垢。对含钙镁重碳酸盐且碱度较高的水，也可以采用氢钠离子交换法或在预处理（如加石灰法等）中加以解决。对于部分工业锅炉，这样的处理通常已能满足要求，虽然给水的含盐量并不一定明显降低。

第84页，共93页，2023年，2月20日，星期四③除盐：随着锅炉参数的不断提高和直流锅炉的出现，甚至要求将锅炉给水中所有的盐分都除尽。这时就必须采用除盐的方法。化学除盐所采用的离子交换剂品种很多，使用最普遍的是阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，简称“阳树脂”和“阴树脂”。在离子交换器中，含盐水流经树脂时，盐分中的阳离子和阴离子分别与树脂中的阳离子(H+)和阴离子(OH-)发生变换后被除去。第85页，共93页，2023年，2月20日，星期四当水的碱度较高时，为了减轻阴离子交换器的负担，提高系统运行的经济性，在阳离子交换器之后一般都要求串联脱碳器以除去二氧化碳。含盐量特别高的水，也可采用反渗透或电渗析工艺，先淡化水质，再进入离子交换器进行深度除盐。对高压以上的锅筒锅炉或直流锅炉，还必须除去给水中的微量硅；中、低压锅炉则按含量情况处理。第86页，共93页，2023年，2月20日，星期四凝结水处理

凝结水