锅炉原理课件第9章蒸发设备

1第九章蒸发设备1第九章蒸发设备21.自然循环第一节概述汽包下降管水冷壁（上升管）联箱循环推动力：两侧密度差亚临界压力以下组成特点21.自然循环第一节概述汽包循环推动力：两侧密度差组成特32.控制循环汽包下降管循环泵水冷壁（上升管）联箱循环推动力：循环泵＋密度差亚临界压力组成特点第一节概述32.控制循环汽包循环推动力：循环泵＋密度差组成特点第一节43.直流流动推动力：给水泵亚临界及超临界压力节省钢材启动快汽包下降管循环泵过热器省煤器水冷壁（上升管）组成特点汽水分离器第一节概述43.直流流动推动力：给水泵汽包下降管循环泵过热器省煤器水53.直流汽水分离器第一节概述启动低负荷53.直流汽水分离器第一节概述启动64.亚临界和超临界的区别Temperature焓温度oC第一节概述

临界点P=22.565MPat=374.15℃

h=2100kJ/kg64.亚临界和超临界的区别Temperature焓温第一节7

汽包过热器

省煤器

给水泵亚临界汽包锅炉

过热器

省煤器

给水泵超临界直流锅炉第一节概述7汽包过热器省煤器给水泵亚临界汽包锅炉过热器8汽包省煤器蒸发段不变的饱和温度过热器焓在40％干度时进入汽包进行自然循环直流温度不断上升省煤器蒸发段过热器温度（F）第一节概述8汽包省煤器蒸发段不变的饱和温度过热器焓在40％干度时进入汽91.作用第二节水冷壁

水的蒸发受热面（上升管）吸收高温火焰辐射热

水→蒸汽降低炉膛出口烟温→防止结渣降低炉墙内壁温度2.位置：炉膛四周内壁91.作用第二节水冷壁水的蒸发受热面（上升管）水→蒸10第二节水冷壁3.结构内螺纹（扰流）管水冷壁光管膜式水冷壁销钉式水冷壁销钉水冷壁销钉膜式水冷壁炉膛气密性好辐射受热面积大，降低金属耗量炉墙重量轻，便于悬吊防止管壁超温工质在管内强烈扰动推迟膜态沸腾避免管壁超温用于高负荷区域膜式水冷壁焊制鳍片膜式水冷壁轧制鳍片膜式水冷壁外径50~60mm相对节距1.05~1外径38~70mm相对节距1.2~1.5扁钢厚度5~6mm10第二节水冷壁3.结构内螺纹（扰流）管水冷壁光管膜式水11第二节水冷壁3.结构光管焊制鳍片膜式水冷壁轧制鳍片膜式水冷壁11第二节水冷壁3.结构光管焊制鳍片膜式水冷壁12第二节水冷壁3.结构膜式水冷壁12第二节水冷壁3.结构膜式水冷壁13第二节水冷壁3.结构销钉13第二节水冷壁3.结构销钉14第二节水冷壁内螺纹水冷壁管14第二节水冷壁内螺纹水冷壁管15第二节水冷壁光管管内壁温度（oC）蒸汽干度流体内螺纹管光管压力：150bar，质量流率：500kg/m2s，热流率：300kW/m2内螺纹管15第二节水冷壁光管管内壁温度（oC）蒸汽干度流体内螺纹管16第二节水冷壁4.水冷壁系统（1）自然循环和控制循环锅炉炉膛四周内壁紧贴炉墙连续排列垂直布置多组独立的循环回路防止水冷壁吸热不均提高水循环的安全性水冷壁下联箱下降管供水管炉膛底部倾斜构成冷灰斗少部分倾斜构成折焰角16第二节水冷壁4.水冷壁系统（1）自然循环和控制循环锅17第二节水冷壁自然循环折焰角延伸形成水平烟道水冷壁上部固定在支架（可自由膨胀）高热负荷区域采用内螺纹管（安全性）后墙水冷壁凝渣管部分管束作为后墙悬吊管4个集中下降管96根供水管32组648根膜式水冷壁26个上集箱106根导汽管18根连接管32个下集箱4.水冷壁系统17第二节水冷壁自然循环折焰角延伸形成水平烟道水冷壁上部固18第二节水冷壁自然循环4个集中下降管96根供水管32组648根膜式水冷壁26个上集箱106根导汽管32个下集箱4.水冷壁系统（1）上升管的含汽率较小（20%）（2）上升管直径稍大、布置限制多（3）质量流速（1500～2500kg/m2s）18第二节水冷壁自然循环4个集中下降管96根供水管32组619第二节水冷壁强制循环4个集中下降管3台循环泵（一台备用）890根水冷壁管5个上集箱48根导气管（1）上升管的含汽率高（>20%）（2）上升管直径小、布置限制少

（4）汽水分离器→汽包直径↓（5）高温高压循环泵可靠性要求高（3）质量流速（1500～2500kg/m2s）19第二节水冷壁强制循环4个集中下降管3台循环泵（一台备用20第二节水冷壁直流锅炉（1）水冷壁管出口含汽率高（100%）（2）上升管直径小、布置自由（3）质量流速（2500～3500kg/m2s）20第二节水冷壁直流锅炉（1）水冷壁管出口含汽率高（10021第二节水冷壁螺旋管圈垂直管屏直流锅炉一次上升（UP）多次上升（FW）水平围绕管圈型（前苏联－拉姆辛式）垂直管屏型（德国－本生式）回带管圈型（瑞士－苏尔寿）传统现代通用压力福斯特·惠勒21第二节水冷壁螺旋管圈垂直管屏直流锅炉一次上升（UP）多22管圈型结构：平行管三面水平＋一面倾斜两面水平＋两面倾斜管带四面倾斜（螺旋管圈）第二节水冷壁特点金属用量少

管圈支吊困难热偏差小

现场工作量大避免汽水分层

没有中间联箱没有连接管管间热负荷均匀四面倾斜22管圈型结构：平行管三面水平＋一面倾斜两面水平＋两面倾23第二节水冷壁倾斜角14~30º23第二节水冷壁倾斜角14~30º24垂直管屏型——一次上升第二节水冷壁给水一次流经全部四面墙水冷壁管屏没有下降管系统简单全悬吊结构整体焊接膜式水冷壁（膨胀方向一致）流动阻力小（流程短）水力特性稳定金属耗量小沿高度分上、中和下部三个辐射区混合器消除平行管子间的热偏差特点系统24垂直管屏型——一次上升第二节水冷壁给水一次流经全部四面25垂直管屏型——多次上升第二节水冷壁下部高热负荷区域减小管屏的宽度，形成多次垂直上升下降管→工质流程长→系统阻力较大相邻两屏热膨胀不同金属耗量增加上部较低热负荷区一次垂直上升管屏炉外加设下降管保证高热负荷区有较高的质量流速（充分冷却）减少高负荷下水冷壁的流动阻力（管径较大）大直径管刚度增强特点系统25垂直管屏型——多次上升第二节水冷壁下部高热负荷区域减小26第二节水冷壁垂直管屏型——多次上升26第二节水冷壁垂直管屏型——多次上升27第二节水冷壁5.布置原则低热负荷区域一次上升垂直管屏高热负荷区域螺旋管圈（减小热偏差）多次上升垂直管屏27第二节水冷壁5.布置原则低热负荷区域高热负荷区域281.作用第三节汽包与受热面和管道连接增加蓄热能力汽水分离改善蒸汽品质安全附件保证锅炉安全运行下降管、水冷壁和过热器连接中枢省煤器给水→进入汽水混合物→引入饱和蒸汽→过热器汽水分离、蒸汽清洗、排污等281.作用第三节汽包与受热面和管道连接下降管、水冷壁29第三节汽包2.结构圆筒形容器筒身：钢板卷制封头：钢板模压内部上半部：蒸汽空间→蒸汽净化装置下半部：水容积→汽水分离装置29第三节汽包2.结构圆筒形容器筒身：钢板卷制封头：钢30第三节汽包2.结构尺寸长25~28m（锅炉容量、宽度）直径1700~1800mm（锅炉容量、汽水分离装置）厚度130~200mm（汽包压力、直径）开孔沿长度开孔，焊管座连接给水管、下降管、汽水混合物引入管、蒸汽引出管、排污管等封头开孔椭圆或圆形人孔→安装和检修布置横置炉外不受热、保温30第三节汽包2.结构尺寸长25~28m（锅炉容量、宽度31高压和超高压锅炉汽包第三节汽包（锅筒）l-汽包2-内置旋风分离器3-清洗水配水装置4-蒸汽清洗装置5-波形板6-顶部孔板31高压和超高压锅炉汽包第三节汽包（锅筒）l-汽包32亚临界自然循环锅炉汽包l-旋风分离器2-疏水管3-顶部孔板4-波形板分离器5-给水管6-排污管7-事故放水管8-汽水夹套9-下降管10-加药管不设置蒸汽清洗装置汽包下部设置汽水混合物夹层第三节汽包32亚临界自然循环锅炉汽包l-旋风分离器不设置蒸汽清洗装置第333.特点第三节汽包

强度计算选择汽包材料和壁厚安全阀→限制汽包的工作压力限制汽包上下壁和内外壁温差（≯40~50℃）重量和体积大工作压力高筒壁温度场不均匀→产生热应力333.特点第三节汽包强度计算选择汽包材料和壁厚重量341.作用第四节下降管和联箱下降管将汽包中的水送往下联箱维持正常的水循环2.分类小直径分散下降管大直径集中下降管108~159mm流动阻力大数量多（40根以上）325~428mm流动阻力小数量少（6根左右）节省钢材联箱：工质集中混合（汇集）＋均匀分配（分配）341.作用第四节下降管和联箱下降管将汽包中351.作用：推动工质的流动第五节循环泵3.分类湿式电动机拖动（泵和电机浸入水中）屏蔽电动机拖动2.特点：介质是高温高压水→泵的轴封密封性能351.作用：推动工质的流动第五节循环泵3.分类湿式电361.蒸汽品质第六节蒸汽净化（1）含义：单位质量蒸汽含有的杂质，μg/kg盐类：钠盐＋SiO2（主要杂质）气体：O2、N2、CO2、NH3（少量）（2）杂质类型盐类（3）杂质危害过热器：流动阻力增加，超温阀门：失灵，漏汽汽轮机：喷嘴和叶片粗糙气体腐蚀CO2参与沉积361.蒸汽品质第六节蒸汽净化（1）含义：单位质量蒸汽含371.蒸汽品质第六节蒸汽净化（4）蒸汽品质要求《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》GB/T12145-2008蒸汽压力（MPa）含盐量（Na+）（μg/kg）二氧化硅SiO2（μg/kg）5.9~15.6≤5≤2015.7~18.3≤5≤20>18.3≤3≤10参数：压力↑→比容↓→汽轮机流通截面积↓371.蒸汽品质第六节蒸汽净化（4）蒸汽品质要求《火力发381.蒸汽品质第六节蒸汽净化（4）蒸汽品质要求《火电厂汽水化学导则》DL/T805.1-2004蒸汽压力（MPa）含盐量（含钠量Na+）（μg/kg）二氧化硅SiO2（μg/kg）凝汽式电厂热电厂<6≯15≯20≯25>6≯10≯20参数：压力↑→比容↓→汽轮机流通截面积↓381.蒸汽品质第六节蒸汽净化（4）蒸汽品质要求《火电厂392.蒸汽污染的原因（1）杂质来源给水含杂质蒸发炉水杂质↑（2）污染原因机械携带选择性携带饱和蒸汽带水蒸汽溶盐第六节蒸汽净化饱和蒸汽携带含盐浓度较大的锅水水滴饱和蒸汽具有直接溶解盐的能力蒸汽对不同盐分的溶解能力不同汽包炉SiO2<20μg/L直流炉SiO2<15μg/L392.蒸汽污染的原因（1）杂质来源给水含杂质蒸发炉水杂质40（3）污染机理第六节蒸汽净化机械携带选择性携带总带盐量ω：蒸汽比湿度a：分配系数K：携带系数（4）净化措施汽水分离→降低饱和蒸汽带水（机械携带）蒸汽清洗→降低蒸汽溶盐（选择性携带）排污→降低炉水含盐量水处理→提高给水品质分配定律：在一定压力和温度下，如果某物质在两种互不相溶的介质（蒸汽和炉水）里均能溶解，则这两种介质中的溶解度之比为常数（分配系数）Sw：锅水含盐量40（3）污染机理第六节蒸汽净化机械携带选择性携带总带盐量413.机械携带（1）原因第六节蒸汽净化汽水混合物进入汽空间冲击水面冲击部件相互冲击水滴飞溅进入汽空间饱和蒸汽带水汽水混合物进入水容积汽泡穿层溅出水滴进入汽空间汽泡破裂413.机械携带（1）原因第六节蒸汽净化汽水混合物冲击水42负荷↑→产汽量↑→汽水混合物速度↑→水滴量↑汽空间蒸汽速度↑锅炉负荷蒸汽湿度ω第六节蒸汽净化（2）影响因素n=0.5~1.5lgωlgDD2n=3~4n=7~20D1蒸发面负荷：蒸汽上升速度蒸汽空间负荷：蒸汽停留时间临界蒸汽热负荷42负荷↑→产汽量↑→汽水混合物速度↑→水滴量↑汽空间蒸汽速43汽包压力第六节蒸汽净化（2）影响因素P↑→汽水分离困难↑→带水量↑→蒸汽品质↓P↑→

饱和温度↑→水的表面张力↓→水易破碎→带水量↑P急剧↓→饱和温度↓→水容积产生附加蒸汽↑水位↑汽量↑→带水量↑蒸汽品质↓43汽包压力第六节蒸汽净化（2）影响因素P↑→汽水分离困难44炉水含盐量Sw↑→表面张力↓→汽泡直径↓→上升速度↓→水容积中含汽量↑蒸汽品质↓←带水量↑←水位↑第六节蒸汽净化汽包水位↑→蒸汽空间高度↓→带水量↑汽包水位↓→水循环安全性↓蒸汽空间高度：大于0.6m正常水位：中心线以下100~200mm汽包水位（2）影响因素44炉水含盐量Sw↑→表面张力↓→汽泡直径↓→上升速度↓→水45第六节蒸汽净化（3）汽水分离基本思路消除汽水混合物的动能（防止水滴粉碎）蒸汽沿空间水平截面均匀分布（降低蒸汽上升速度）从蒸汽中分离细微水滴（利用密度差）分离原理重力分离惯性分离离心分离45第六节蒸汽净化（3）汽水分离基本思路消除汽水混合物的动46第六节蒸汽净化（3）汽水分离分离装置挡板：惯性分离水下孔板：重力分离旋风分离器：离心分离和重力分离波形板：水膜分离、离心分离和重力分离顶部均汽板：重力分离粗分（一次分离）：汽水混合物分离细分（二次分离）：蒸汽携带的细微水滴分离46第六节蒸汽净化（3）汽水分离分离装置挡板：惯性分离水下47第六节蒸汽净化（3）汽水分离旋风分离器原理

汽水混合物切向进入旋转水滴抛向筒壁并沿筒壁流下蒸汽由中心上升防止贴筒水膜被撕破水稳定地流入汽包水容积中防止水向下排出时将蒸汽带出47第六节蒸汽净化（3）汽水分离旋风分离器原理汽水混合48第六节蒸汽净化（3）汽水分离顶部孔板波形板（百叶窗）48第六节蒸汽净化（3）汽水分离顶部孔板波形板（百叶窗）49第六节蒸汽净化4.选择性携带（1）原因：蒸汽具有直接溶解盐分的能力（2）特点选择性：不同盐分在蒸汽中的溶解能力不同压力相关：压力增加→溶解能力增加蒸汽状态：饱和蒸汽和过热蒸汽均可溶盐49第六节蒸汽净化4.选择性携带（1）原因：蒸汽具有直接50（3）盐的分类第六节蒸汽净化压力（MPa）SiO2分配系数（％）压力（MPa）NaCl分配系数（％）压力（MPa）Na2SO4分配系数（％）80.5～0.6110.0006142.8150.06188.018.50.3200.02第一类：分配系数最大→SiO2、H2SiO3第三类：分配系数最小→Na2SO4、CaSO4、MgSO4第二类：分配系数较大→Na