汽包锅炉蒸发系统运行及蒸汽净化分析（锅炉设备运行课件）

自然循环蒸发系统及蒸汽净化任务7.1自然循环汽包锅炉的蒸发设备及原理自然循环原理02自然循环汽包锅炉蒸发设备01自然循环汽包锅炉蒸发设备自然循环蒸发设备组成：把炉水转变成饱和蒸汽汽包下降管联箱水冷壁汽水引出管吸收炉内燃料燃烧放出的热量

自然循环蒸发设备及系统简化图1—汽包2—下降管3—下联箱4—水冷壁

5—上联箱6—导汽管7—炉墙8—炉膛一

、蒸发设备的组成自然循环蒸发设备汽包1—筒身2—封头3—人孔门4—管座自然循环蒸发设备锅炉型号汽包内径汽包壁厚汽包长度汽包钢材牌号HG220/1001600901270022gHG410/1001800971000022gSG400/1401600751188615MnMoVNiDG670/1401800902000018MnMoNbDG1000/170177814522250BHW35大型锅炉的汽包尺寸（mm）和钢材牌号自然循环蒸发设备锅炉容量炉膛宽度汽水系统连接管子锅炉容量汽水分离装置锅炉压力汽包直径与结构钢材强度汽包长度汽包内径汽包壁厚自然循环蒸发设备汽包的作用1234汽包是加热、蒸发、过热三个过程的连接点和分界点。增加锅炉的蓄热量：锅炉蓄热量的变化是依靠汽压的变化来实现的，可快速适应外界负荷变化。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。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。自然循环蒸发设备水冷壁水冷壁是自然循环回路中的受热面，他是由连续排列的管子组成的辐射传热平面，紧贴炉墙形成炉膛四周。1000t/h自然循环锅炉水冷壁屏布置1—

炉膛；2—

前墙水冷壁；3—

侧墙水冷壁；4—

后墙水冷壁；5—下降管支管；6—大直径下降管；n—每个水冷壁管屏并联管根数自然循环蒸发设备（一）水冷壁的作用123吸收辐射热，水变成汽水混合物保护炉墙，便于采用轻型炉墙可使炉膛出口烟温冷却到灰的软化温度以下，防止结焦自然循环蒸发设备（二）水冷壁的类型①光管水冷壁②膜式水冷壁自然循环蒸发设备1.现代大型锅炉光管水冷壁的结构特点：1水冷壁管紧密排列，其s/d=1∼1.12广泛采用敷管式炉墙e=0

水冷壁结构要素（a）自然循环蒸发设备

2.膜式水冷壁（b）光管扁钢焊接鳍片管（a）（b）（a）轧制鳍片管自然循环蒸发设备膜式水冷壁的优点：1气密性良好，漏风小2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3能承受较大的侧向力，增加了抗爆能力4安装工作量减小膜式水冷壁的缺点：工艺复杂

热应力过大管内流型及传热区段欠热水由管子下部进入，工质沿管长经历了七种流型垂直受热上升管中汽水两相流型01单相水的流动（A段）：水温↑，未至饱和温度，无蒸汽。02过冷汽泡状流动（B段）：紧贴管子内壁面的水温↑至饱和并生汽泡，管子中部水仍欠热，平均水温tg逐渐升高。03饱和汽泡状流动（C段）——全部工质至饱和温度，汽泡不再凝结，含汽量从x=0开始逐渐增大。欠热水由管子下部进入，工质沿管长经历了七种流型垂直受热上升管中汽水两相流型04弹状流动（D段）——随着含汽量增大，汽泡聚合成弹状，温度保持饱和温度05环状流动（E段）——含汽量↑，汽弹连接成柱，形成环状流动。环状流动后期，中部汽流增加，流速升高，蒸汽开始携带水滴。汽液两相流的流型欠热水由管子下部进入，工质沿管长经历了七种流型垂直受热上升管中汽水两相流型06单相汽流动（G段）——该段起始点水滴已全部蒸干，x=1，蒸汽进入过热状态，温度开始上升。07随着压力增加，汽弹状流动逐渐消失，到10MPa以上，汽弹状流动已不复存在。随着工质含汽量增加，由汽泡状流动直接转变为汽柱状流动。汽液两相流的流型

管内沸腾传热过程单相过热蒸汽对流传热区段液体欠缺对流传热区段（水膜破坏-水膜蒸干）两相强迫对流传热区段（水层表面蒸发）饱和核态沸腾传热区段欠热沸腾传热区段（表面沸腾）单相水的对流传热区段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ沸腾传热恶化及防护措施1第一类沸腾传热恶化2第二类沸腾传热恶化蒸发管内传热恶化可分为概念因管壁形成汽膜导致的沸腾传热恶化称为第一类传热恶化，或称膜态沸腾，它是由于热负荷太高造成。第一类沸腾传热恶化（发生在x较低处）开始发生核态沸腾偏离时的热负荷称临界热负荷临界热负荷概念：因管壁水膜被“蒸干”导致的沸腾传热恶化称为第二类沸腾传热恶化。第二类沸腾传热恶化(发生在x较高处)原因：汽水混合物中含汽率太高所致。防止沸腾传热恶化的发生01把沸腾传热恶化发生位置推移到热负荷较低处，使其管壁温度不超过许用值。02沸腾传热的防护措施有两个途径：010203具体措施保证一定的质量流速降低受热面的局部热负荷管内结构措施本次任务主要内容沸腾传热恶化及防护措施蒸汽管内的汽液两相流型及传热管内流型及传热区段02自然循环基本概念自然循环蒸发系统及蒸汽净化任务7.3自然循环的安全性影响水冷壁安全运行的主要因素01蒸发管内的停滞、倒流02影响循环安全性的主要因素03影响水冷壁安全运行的主要因素影响水冷壁安全运行的主要因素影响水冷壁安全运行的因素管内管外结垢与腐蚀停滞或倒流膜态沸腾干锅磨损高温腐蚀结渣和积灰管内的工质压力的作用，可导致管子局部“鼓包”、裂口，以致发生爆管事故同样使管子承压能力下降，引起爆管或泄漏管子金属内壁面上的连续水膜被破坏，冷却能力急剧下降，从而出现传热恶化引起的管壁工作温度超过金属材料的允许温度超温严重时管子强度下降，承压能力下降直接导致管子的管壁减薄或金属管壁超温蒸发管内的停滞、倒流蒸发管内的停滞、倒流流量分配有偏差。水冷壁吸热强度有偏差。水冷壁结构有偏差。即循环推动力不同。停滞原因管屏进出口联箱压差相同，受热弱的管子中，工质密度大，管屏的压差只能托住液柱，不能推动液柱的流动。蒸发管内的停滞、倒流自由水面位置波动，引起管子疲劳应力。形成汽塞，管子局部超温。形成自由水面，管子上部过热超温。停滞危害水循环停滞主要发生在受热弱的管子上。蒸发管内的停滞、倒流在并联工作的水冷壁管子之间，由于受热不均，上升管之间形成了自然循环回路。倒流原因倒流管的压差大于同一片管屏或同一回路的平均压差，从而迫使工质向下流动。从循环特性来看，倒流现象的表现是：蒸发管内的停滞、倒流在发生倒流的管子中，水向下流动，而汽泡由于受到浮力向上运动。当倒流速度较慢且等于汽泡向上运动的速度时，向下流的水带不走汽泡，造成汽泡不上不下的状态，引起汽塞，发生传热恶化，以至使管子出现局部过热超温。倒流危害影响循环安全性的主要运行因素影响循环安全性的主要运行因素水冷壁受热不均或受热强度过高下降管带汽或自汽化水冷壁管内壁结垢上升系统的流动阻力变负荷速度过快或低负荷运行时间过长本次任务主要内容自然循环汽包锅炉的蒸发设备蒸发管内的停滞、倒流02影响水冷壁安全运行的主要因素01影响循环安全性的主要因素03项目七自然循环蒸发系统及蒸汽净化任务7.2自然循环的流动特性自然循环基本概念01管内流型及传热区段02沸腾传热恶化及防护措施03自然循环基本概念ρw=G/Akg/(m2·s)G

=ρwAkg/s工质流过单位流通断面积的质量流量称为质量流速ρw，质量流速表示为：1.质量流速ρw2.循环流速wo指在汽包压力下饱和水流过上升管水冷壁流通断面时的流速。wo=G/Aρ(m/s)3.质量含汽率x汽水混合物中，蒸汽的质量流量与汽水混合物的总质量流量之比。可表示为：

x=D/G故K又可表示为：4.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。表示为：K=G/D由于

x=D/GK=1/x蒸汽污染的原因蒸汽污染的原因12饱和蒸汽带水，也称之为蒸汽的机械携带蒸汽直接某些溶解某些盐分，也称之为蒸汽的选择性携带蒸汽污染的原因影响蒸汽带水的主要因素1.锅炉负荷的影响锅炉负荷增加产汽量增加一方面使进入汽包的汽水混合物动能增加，从而导致锅炉生成的细微水滴增多。另一方面也使汽包蒸汽空间的汽流速度增大，因而蒸汽湿度增加，蒸汽品质随之恶化。蒸汽污染的原因图7-1锅炉负荷与蒸汽湿度的关系在炉水含盐量一定的情况下，锅炉负荷与蒸汽温度的关系可用如下公式表示：

w

=ADn(7-1)上式关系用图7－1表示。从图中可以看出，随着锅炉负荷的增加，蒸汽的湿度增加。蒸汽湿度一般不允许超过0.1%。蒸汽污染的原因2.蒸汽压力的影响01蒸汽压力越高，蒸汽越容易带水02蒸汽压力急剧降低时，也会影响蒸汽带水蒸汽污染的原因3.蒸汽空间高度的影响蒸汽空间高度对蒸汽带水的影响，其关系如图所示。所以不必要采用过大的汽包尺寸。蒸汽污染的原因4.炉水含盐量的影响图7-3蒸汽湿度与炉水含盐量的关系（D1＞D2）蒸汽温度与炉水含盐量的关系如图7－3所示。当炉水含盐量增大到某一数值时，将使蒸汽带水量急剧增加，这时的锅水含盐量称为临界含盐量。临界含盐量定义：蒸汽污染的原因且使水面上的泡沫层增厚。这些原因都将使蒸汽带水量增加。由于炉水含盐量增加，使炉水的粘性增大，使汽泡在汽包水容积中的含汽量增多，促使汽包水容积膨胀。出现临界炉水含盐量的原因蒸汽污染的原因蒸汽的溶盐（高压蒸汽的溶盐具有选择性）02第二类盐分有NaOH、NaCl、CaCl2

等。01第一类分为硅酸（SiO2、H2SiO3

等），其溶解系数最大。03第三类盐分有Na2SO4、Na2SiO3等。本次任务主要内容自然循环汽包锅炉的蒸发设备蒸汽品质的要求02蒸汽污染的危害01蒸汽污染的原因03蒸汽清洗装置蒸汽清装置蒸汽清洗装置的任务降低蒸汽中的溶盐，尤其是应注意降低蒸汽中溶解的硅酸以改善蒸汽品质。采用给水清洗蒸汽的方法来降低蒸汽中溶解的盐分。蒸汽清洗的基本原理让含盐低的清洁给水与含盐高的蒸汽相接触，从而减少蒸汽溶盐，且使蒸汽携带炉水中的盐分转移到清洗的给水中，从而降低蒸汽的机械携带含盐量，使蒸汽的品质得到了改善。蒸汽清装置目前我国广泛采用起泡穿层式清洗装置，其型式有两种，即钟罩式和平孔板式钟罩式穿层清洗装置蒸汽穿孔速度为1.3-1.6m/s钢板厚2-3mm孔径5-6mm蒸汽清装置蒸汽自下而上通过孔板，由清洗水层穿出，进行起泡清洗01给水均匀分配到孔板上，通过挡板溢流到汽包水室。02清洗板上的水层靠一定的蒸汽穿孔速度将其托住。03蒸汽清装置优点是：平孔板式穿层清洗装置结构简单，阻力损失小，清洗面积大，清洗效果很好。缺点是：锅炉在低负荷下工作时，清洗水会从孔板的小孔中漏下，出现干孔板区。蒸汽清装置影响蒸汽清洗效果主要因素010203清洗水品质：清洗水越干净，清洗效果越好。清洗水量：给水全部作为清洗水时，使清洗水的品质提高,但会使蒸发受热面负荷增大，使清洗前的蒸汽带水量增加，其含盐量增加，反而不利于清洗。一般只采用40%∼50%给水作为清洗水。水层厚度：太薄时，清洗不充分使效果变坏。一般水层厚度以50∼70mm为宜。本次任务主要内容自然循环汽包锅炉的蒸发设备蒸汽清洗装置02汽水分离装置01锅炉排污03自然循环蒸发系统及蒸汽净化任务7.5蒸汽净化装置汽水分离装置01蒸汽清洗装置02锅炉排污03汽水分离装置汽水分离装置汽包内部装置主要由汽水分离装置和蒸汽清洗装置组成汽水分离装置（汽水分离装置的任务，是把蒸汽中的水分尽可能地分离出来，以提高蒸汽品质。)汽水分离装置一般是利用以下几种基本原理进行工作的汽包内部装置重力分离惯性力分离离心力分离水膜分离汽水分离装置汽包内的汽水分离过程，一般分为两个阶段其任务是消除汽水混合物的动能，并进行初步的汽水分离，使蒸汽的温度降到0.5％~1％。粗分离阶段（一次分离阶段）其任务是将蒸汽中的水分作进一步的分离，使蒸汽湿度降低到0.01％~0.03％。细分离阶段（二次分离阶段）汽水分离装置01分离效果要好03均衡汽包内的蒸汽流速，并使其不过高，以便充分利用自然分离作用对汽水分离设备的主要要求02尽可能地降低汽水混合物的动能，以减少汽包水面的波动和水滴的飞溅汽水分离装置如图所示，进口挡板也称之为导向挡板，当汽水混合物引入汽包的蒸汽空间时，在其管子汽包处装设进口挡板。进口挡板汽水分离装置用来消除汽水混合物的动能，使汽水初步分离，以达到粗分离的目的。当汽水混合物碰撞到挡板上时，动能被消耗，速度降低。汽水混合物从板间流出来时，在转弯和板上的水膜粘附作用下，使蒸汽中的水滴分离出来。进口挡板的作用工作过程汽水分离装置旋风分离器是效果很好的粗分离装置，分内置式和外置式两种装在汽包内的叫内置式旋风分离器旋风分离器装在汽包外的叫外置式旋风分离器汽水分离装置1——连接内置式旋风分离器如图所示2——底板3——导向叶片4——筒体6——溢流环5——拉杆7——波形板分离器顶帽汽水分离装置工作原理：汽水混合物由连接罩切向进入分离器筒体后，产生旋转运动，在离心力作用下进行汽水分离，分离出来的水分被抛向筒壁，沿筒壁流下，由筒底导向叶片排入汽包水容积中。旋风分离器蒸汽向上流经波形板分离器时，在重力和波形板的作用下，也会分离出一些水分。溢流环可以防止上升的蒸汽从筒体上部的薄水膜层中带出水分。汽水分离装置工作原理：汽流通过密集的波形板时，由于汽流转弯时的离心力将水滴分离出来，粘附在波形板上形成薄薄的水膜，靠重力慢慢向下流动，在板的下端形成较大的水滴落下，如图所示。波形板分离器也叫百叶窗分离器，是细分离设备，它是由密集的波形板组成。波形板分离器波形板分离器可分为水平布置和立式布置两种汽水分离装置顶部多孔板顶部多孔板也叫均汽孔板，它装在汽包上部蒸汽出口处，结构如图所示。汽水分离装置目的：利用孔板的节流作用，使蒸汽空间的负荷分布均匀。起到一定的细分离作用。顶部多孔板由3∼4mm厚的钢板制成，孔径一般为6∼10mm。蒸汽穿孔速度对于高压锅炉为6∼8m/s，对于超高压锅炉为4∼6m/s。本次任务主要内容自然循环汽包锅炉的蒸发设备蒸汽清洗装置02汽水分离装置01锅炉排污03锅炉排污蒸汽清装置定义：把一部分炉水排掉，保持炉水中的含盐量和水渣在规定的范围内，以改善蒸汽品质并防止水冷壁结水垢和受热面腐蚀。锅炉排污的分类锅炉排污定期排污连续排污蒸汽清装置定期排污指定期排除炉水中的水渣。排污地点在水冷壁下联箱底部。排污量的多少及排污的间隔时间主要视给水品质而定。定期连续排污指连续不断地排出一部分炉水，使炉水含盐量和其它水质指标不超过规定的数值，以保证蒸汽品质。连续排污应从炉水含盐浓度最大的部位引出，一般，此部位在汽包正常水位线以下200∼