第三章余热锅炉的结构及工作原理

1、第三章余热锅炉的结构及工作原理,1、余热锅炉的分类,根据结构形式，余热锅炉可分为管壳式和烟道式余热锅炉。管壳式余热锅炉的结构与管壳式换热器无多大区别，并同样有固定管板式、浮头式及U形管式等。烟道式余热锅炉的结构与普通锅炉的相似，有耐火砖砌成炉膛，炉膛内装设管束，高温气体通过炉膛，将管束内流动的水加热汽化。,2、 按照高温气体的流程方式余热锅炉分为,根据高温气体通过管内还是管外，余热锅炉分为火管余热锅炉和水管余热锅炉。水管余热锅炉有双套式（俗称刺刀形）、立式U形管式等形式；火管余热锅炉有一段式结构和二段式结构。,3、烟道式余热锅炉,烟道式余热锅炉是一种用以回收利用各种炉窑的排烟余热的锅炉。由于余

2、热源是炉窑排出的，一般都是常压或微正压的炽热烟气（或工艺气）。且这类余热锅炉的结构与工业锅炉或电站锅炉相似，故称为烟道式余热锅炉。常用于硫酸生产装置、石油裂解装置、催化裂化装置等。,4、火管余热锅炉,火管余热锅炉是高温气体在炉管内流动。沸水从汽包经下降管流入锅炉底部，在管壁受热，变为汽水混合物，由上升管返回汽包。这种余热锅炉结构简单，因壳体承受蒸汽压力，适用于生产压力不高的蒸汽。,5、水管余热锅炉,水管余热锅炉是沸水流过管内，高温气体流经关外。因锅炉的壳体不承受蒸汽压力，适用于生产高压蒸汽。根据沸水的流动形式，水管余热锅炉又可分为以下形式；自然循环式，管内沸水流动的推动力是下降管内的水与上升管

3、内的汽水混合物之间的密度差。为保证一定的存环量，汽包需有足够的安装高度。强制循环式，在下降管路中安装循环泵，借以提高管内沸水流速，防止汽包停滞恶化传热。因这种锅炉在运转、维修、投资等方面有许多不利因素，仅在特殊场合采用。,6、烟道式余热锅炉和管壳式余热锅炉的区别,烟道式余热锅炉是水管锅炉，水或蒸汽在受热管的管内流动，烟气在受热管管外的烟道中流动。烟气通过冲刷管子的外表面将热量传递给管内的水或蒸汽。烟道式余热锅炉的显著特点是，在一个烟道里有预热器、过热器、蒸发器、省煤器、烟囱、汽包、上升管、下降管、等部件。,管壳式余热锅炉是火管锅炉，烟气在受热管管内流动，水在管外的锅壳中流动。热量通过管壁传递给

4、管外的水。通常管壳式余热锅炉只是水的蒸发，没有过热段和省煤段。大型管壳式余热锅炉有汽包、上升管、下降管。而小型管壳式余热锅炉采用锅壳上部的空间进行汽水分离。,7、余热锅炉与普通锅炉相比的特点,余热锅炉的主要特点如下： 高温高压，如合成氨生产中重油汽化炉后的余热锅炉，进口气温为1350，压力为3.24.0Mpa; 急冷，在某些工艺过程（如石油烃裂解制乙烯）中，为减少副反应，需尽快的将气体降温，因而余热锅炉应具有高的传热速率； 严格控制气体出口温度，发欧文气体（如烃解气）冷却时，若温度低于高沸点组成的露点，这些组分将冷凝析出；如果其中含有腐蚀性气体，还会形成酸雾，腐蚀设备；,粉尘含量高，某些高温气

5、体含有粉尘（如硫酸厂沸腾炉出口炉气含尘量约为200gm），石油裂解气中含有炭黑等微粒，必须在结构上充分考虑粉尘堵塞和冲刷磨损； 低的压力降，气体的压力降必须控制在工艺条件许可的范围内； 密封，有些高温气体是易燃、易爆或有毒的，这是密封常成为余热锅炉生产设计中的难题。,8、一段式、二段式结构的火管锅炉的结构特点,一段式结构:余热锅炉内装有一束列管，中部等有调节阀的旁路，储热口部分和段间都衬有耐火材料，并且段间的耐火材料还带有外衬。 二段式结构：由一中间隔室分隔，后段拥有内部旁路控制，使出口温度保持恒定，余热锅炉是卧式布置，能自然循环。采用加强管板，炉管与管板的焊接为全焊头结构，入口气室、入口管板

6、和中间隔室的简体表面暴露于工艺气中的部位都有耐火衬里。,9、普通列管式余热锅炉的结构组成,普通列管式余热锅炉主要由烟气进口管箱、出气口、烟气出口管箱、管板、进水口、换热管、支座等组成。它根据安装形式分为立式、卧式和斜置式余热锅炉。,10、薄管板式余热锅炉的结构特点,薄管板式余热锅炉是一种双层薄管板形锅炉，其结构特点是上管板用普通厚度板作为固定点，下管板为柔性结构。为增减薄管板的强度，可用以特殊结构的棚板支承薄管板。壳程水进口处有遮板，使水进入后先向下流，然后经下管板再向上流动。下封头内裂解气进口处设有气体分布器，由两层不同角度的折流板组成，也用于乙烯装置高温裂解器的热回收。,11、螺旋管式余热

7、锅炉的结构特点,螺旋管式余热锅炉又称盘管式余热锅炉，是一种新型结构的乙烯装置用余热锅炉。基本上位立式管壳式换热器，由气体分布器、双套管螺旋管、集流箱、汽水分离器、降水管等组成。它的结构特点是采用了180的半螺旋状的双套管结构。它的优点是结构紧凑，能与裂解炉联合在线清焦，雾沫夹带少，使用原料范围广，操作安全。由于采用盘管结构，免除了壳体与管子之间因膨胀差而产生的热应力，运行可靠。缺点是结构复杂，用材讲究。它分为四角单层盘管式和四角双层盘管式两种。,12、螺旋管式余热锅炉要控制气体在管内的流速,对于螺旋管式余热锅炉，如果气体在管内流动速度过大，阻力损失和换热管的热强度增大，在气体入口的水侧管壁上易

8、形成膜态沸腾，造成换热管局部过热，使管子受损；如果流动速度太小，管壁易积炭，使换热效率下降，所以一般控制流速在40ms左右为宜。,13、螺旋管式余热锅炉中心管的作用,改善水循环，提高受热面冲刷速度，增加传热。 支撑和固定盘管，防止盘管振动。,14、螺旋管式余热锅炉壳体内分离罐的作用,一是使高温气体在进盘管之前得到缓冲，使气体能更好、更均匀的分配于每根盘管； 二是如果汽化炉衬里层一旦受到气体冲刷，掉落的碎片带入余热锅炉，则通过分离罐将其分离，壁面碎片堵塞换热器，。保证设备能正常运行。,15、插入式余热锅炉的结构特点,插入式余热锅炉主要适合于大产气量，较高蒸汽压力以及载热介质为高温、高压、高流量的

9、操作条件。它的优点是在高温区域没有厚管板，不需要补偿因温差产生的相对伸长量，它本身不伸缩，受热面换热均匀；同时结构简单，安装维修方便。,16、刺刀式余热锅炉的结构特点,刺刀式余热锅炉由若干根双套管组成，水从管内流下，汽水混合物从外管上升，管外走的是高温介质。管板只设在高温介质出口的一端；双套管的外管焊接在管板上；内、外管之间的间隙等距离分布距爪，每一层各有3只，互为120点焊在内管外壁上，以防止内管振动并保证同心度；壳程装几块挡板，主要也是起固定管束作用，防止高温气流引起外管振动，同时也改善了传热。,17、刺刀式余热锅炉的锅壳都采用的保护措施,因炉壳内通过高温气体，所以炉壳内必须采取以下保护措

10、施。 炉壳外加水夹套冷却，降低壳壁温度，防止高温气体通过炉衬窜到炉内壁产生局部热点，同时可以将高温气体中的水蒸气冷凝下来，在内壁形成水膜，防止壳壁腐蚀。 炉壳内侧浇铸耐热混泥土，防止发欧文气体冲刷锅壳，降低炉壁温度。同时为看防止高温气体冲刷混泥土，在混泥土内部面衬金属板保护。,18、椭圆集流管板余热锅炉的结构特点,椭圆集流管板余热锅炉是一种双重管即套管式锅炉，其结构特点在于上、下管板均与椭圆管焊接，椭圆管的一端与内管相接，另一端与外管连接。裂解气走管内，水走管外。内、外炉管因温度不同而膨胀时，可有椭圆管吸收膨胀，根据椭圆形截面集流管的连接方式不同，分直排和同心圆排两种，这种锅炉主要用于乙烯装置

11、高温裂解气的热回收。,19、强制循环余热锅炉,煅烧回转窑高温烟气,煅烧回转窑高温烟气,上图所示的余热锅炉就是强制循环余热锅炉。从汽包下部出来的水经一台循环泵后，进入蒸发器，是靠循环泵产生的动力使水循环的，称为“强制循环余热锅炉”。其特点是；各受热面组件的管子是水平的，受热面之间是沿高度方向布置，可节省地面的面积，并使出口处的烟囱高度缩短。但在运行中需要循环泵，使运行复杂，增加维修费用。目前油田进口的余热锅炉，多数采用此种型式。,20、自然循环余热锅炉,煅烧回转窑高温烟气,上图是一台自然循环余热锅炉，全部受热面组件的管子是垂直的。给水进入省煤器吸热后，进入汽包。汽包有下降管与蒸发部的下联箱相连，

12、下降管位于烟道外面，不吸收烟气的热量。汽包还与蒸发器的上联箱相连。直立管簇吸收烟气的热量。当水吸收烟气热量就有部份水变成蒸汽，由于蒸汽的密度比水的密度要小得多，所以直立管内汽和水混合物的平均密度要小于下降管中水的密度，两者密度差形成了水的循环。,也就是说：不吸热的下降管内的水比较重，向下流动。直立管内的汽水混合物向上流动，形成连续产汽过程。此时进入蒸发器的水不是靠循环泵的动力，而是靠流体的密度差而流动，这种余热锅炉称为“自然循环余热锅炉”。其特点是：省去循环泵，使运行和维修简单。但各受热面是沿水平方向布置，占地面积大，在排烟处所需烟囱的高度要高。,21、余热锅炉的布置,煅烧回转窑高温烟气,上图

13、余热锅炉的布置图，包括余热锅炉本体受热面及烟道系统，其特点如下： 21.1烟气系统 从煅烧回转窑出来的高温烟气有两路出口，一路 进人余热锅炉，从主烟囱排人大气，另一路进 入旁路烟囱排人大气。每路烟道上都装有挡板， 共有三个挡板，主烟道上的挡板称“主挡板”，旁 路烟道上的档板称“旁路档板”，主烟囱处的档板 称“烟囱挡板”，各挡板是配合使用的。,回转窑工作而余热锅炉不工作，要开启旁路挡板，关闭主挡板。燃气轮机与余热锅炉同时工作，要关闭旁路挡板，开启主挡板。另一方面为调节余热锅炉的产汽量，主挡板和旁路挡板可以部份开启或部份关闭，挡板调节的内容见后。余热锅炉工作时，应该开启烟囱挡板。当余热锅炉短时间停

14、炉，可以关闭烟囱挡板，以防止余热锅炉内的热量损失。,因为余热锅炉内温度比较高，周围冷空气可以进入余热锅炉，形成自然对流将热量带走，关闭烟囱挡板就能防止外界气流进入余热锅炉，以保存热量，准备随时起动余热锅炉。如果余热锅炉要停炉检修，希望冷却速度快些，可以开启烟囱挡板。水平烟道经过一个90转弯接头与余热锅炉相连，这个转弯接头是经制造厂试验研究后确定的，,其形状尺寸必须要保证转弯后的气流分布均匀，均匀的气流能够使得烟气放热也均匀，管内水或汽的吸热也均匀，否则会使一些管子吸热多而另一些管子吸热少，这对余热锅炉的安全运行是不利的。 主烟道和旁路烟道都装有膨胀节，这是由于烟道受热后要伸长，会对烟道的支架产

15、生热应力。采用膨胀节能吸收烟道的伸长量，可以减小热应力。,21.2汽包,汽包是用悬吊的方式来固定，悬吊在伸出的悬臂框架上，悬臂框架与省煤器的框架相接。采用悬吊方式可以使汽包有足够的挠性，因汽包下部有下降管，上部有省煤器进水管、蒸发器的汽水混合物引入管以及饱和蒸汽引出管等，当这些连接管受热膨胀时，都会对设备产生附加应力，现在汽包用挠性支架，能减少对设备产生附加应力。,20.3组件的装配,整个余热锅炉分成几个大组件，每个大组件在制造厂组装好后装运。在现场直接安装，这样大大缩短安装工期。这些增加有：烟囱，膨胀节，90转弯段，支承框架，汽包，烟道，挡板，烟囱缩口，过热 器，蒸发器I和II，省煤器，旁路

16、烟道及其挡板和膨胀节等。,1 内壁 2 外壁 3 保温层 4 连接螺栓 5 法兰 6 法兰螺栓,有热烟气流过的组件均装有管箱板，管箱板上有法兰。上图示出了上下拉杆组件管箱板的连接方式。考虑到减少散热损失，保证运行人员安全，管箱板由金属板与保温层组成。与高温烟气接触的内壁采用耐热合金钢板，外壁采用碳钢板。两金属之间是矿物纤维保温层，外壁和内壁用螺栓连接，螺栓预先焊在外壁钢板的内侧，在内壁相应位置处预先冲孔眼，孔的直径要比螺栓直径大，多余的孔隙量可以允许内壁和外壁有相对移动。,这是因为内壁和外壁的温度不同，材料不同，受热后的膨胀伸长量也不同，所以两壁之间会有相对移动。外壁上焊有加强框架，可保证管箱

17、板的强度和刚度，外壁的两端焊有法兰，可以用来连接组件。烟气在余热锅炉中自下而上流动，烟温逐渐降低，所以管箱板的保温层厚度也可减薄，省煤器出口的烟气温度不超过200，可以直接用碳钢的钢板制造烟道，来代替管箱板。,22、受热面组件的特点,受热面组件指的是省煤器、蒸发器和过热器，分别组成四个组件，其结构型式基本上是相同的。只有管子直径及有关尺寸略有不问，各组件由管组、联箱、管箱板和支吊架组成，现分别叙述之。,22.1管组,受热面组件装配 A 准备管子，锉坡口 B 焊接弯头及连接直管 C 装支吊架 D 支吊架装顶板和底板,每个受热面组件的管组包括几十根管子，管子是带肋片的，组成水平蛇行管，见上图。肋片

18、管是用一定厚度（1mm）和一定宽度（1220mm）的薄钢带绕在光管外壁上，绕的型式采用螺旋线。薄钢带是用电阻焊与光管外壁相接的，使钢带与管外壁紧密结合，保证传热效果好。 上图表示了整个受热面组件的装配过程，二根直的助片管用一个180弯头连接，连接方式采用焊接，最后组成一根水平蛇行管，几十根并联的蛇行管可以组成一个管组。,22.2 支吊架,采用“蜂窝状”吊架，用两块凸凹板可以组成一个“蜂窝状”吊架，凸凹的形状是一个等六边形，像蜂窝的形状，所以称“蜂窝状”吊架。上图中表示出一根水平蛇行管的吊架，如果管子沿水平方向很长，需要多装吊架，大约每隔一米需一个吊架。如果并联的管子数目是30根，在同一距离上就

19、有30个吊架，采用吊架顶板和底板可以将此30个吊架组合起来，最后如上图D中表示的一个大的坚固的管组。,顶板用1319mm厚的碳钢钢板制造，能够承受管组的重量。 管子的肋片部份和支架板接触，肋片外形是圆的，而支架板形状是六角形，除了接触点以外，两者之间有足够的空隙，吊架本身又有挠性，可以微微移动。所以当管子受热而膨胀时，不易被吊架卡住，同时管壁不会被磨损。这种型式的吊架对于联箱也是有好处的，因为管组的进口联箱和出口联箱都是固定不动的，采用这种吊架，管子膨胀伸长是自由的，能减少膨胀热应力作用到联箱上。,22.3联箱,在整个管组和吊架装配后，最后安装联箱，省煤器和过热器的进出口联箱型式是相同的。而蒸

20、发器的联箱的型式常常是不同的。进口联箱的直径要小于出口联箱的直径，这是因为蒸发器入口是水而出口是汽水混合物。,22.4,组成的水平蛇行管的两端可以自由伸长。从上图中可以看到全部弯头都在高温烟道以外，表明焊缝不和高温烟气接触。这种受热面结构对快速起动有利。所以余热锅炉能够随着燃气轮机快速起动。受热面的管子采用肋片管，可以增加传热量，反过来说，在传热量相同的情况下，可以减小受热面，使余热锅炉体积小，布置紧凑。所以目前不论是水平蛇行管或直立式管都趋向于采用肋片管。例如：省煤器中每公斤水需吸收热量314KJ。如果采用光管，需0.497米长的管子，如果采用同管径的肋片管。只需0.05米的管子；显然后者可

21、以缩小尺寸。,从传热的观点来分析，要提高传热量，就要减小传热的总热阻。余热锅炉管子外面流的是烟气，管内流的是水或汽或汽水混合物，前者的热阻远远大于后者，相差几十倍几百倍，所以就要从管外侧想办法来改善传热，最有效的措施就是增加管外侧表面积，也就是采用管外加肋片的肋片管。,23、U形管式余热锅炉的结构特点,U形管式余热锅炉是一种用于大型合成氨装置中回收二段转化炉出口高温工艺气的热量的余热锅炉。锅炉本体由U形管束和圆外壳组成，U形管两端都与管板采用胀管和焊接相组合的方法，连接成一片片的U行管束。每一片U形管束则由数目不等的U行馆平行排列组成。管板上配置有球形封头，U形管束上穿有圆形折流板和环形折流板

22、，U形管束的弯管段位于工艺气进气管的下部并通过穿在U形管束上的隔热板与工艺气进气管相隔离，管束的管间挡板由角钢支撑，使挡板和U形管均能自由伸缩，具有良好的热补偿性能。,在最下一级环形折流板与隔热板之间配置有环形气体分配器，球形封头的中部没有多孔布水板。这种锅炉由于U形管束的弯管段位于工艺气进气管的下部，并通过一隔热板与工艺气进气管相隔离，从根本上解决余热锅炉爆管问题，且结构简单、安全可靠。U形管一端与水室相连，另一端与汽水室相连。正常运行时，汽包中的水由余热锅炉水室进入U形管的一端，下降到U形管底部，靠密度差造成的推动力向上流动，通过U形管的另一端流入水汽室，然后回到汽包，如此构成一条自然循环

23、回路。管板以上空间壳体和封头为管箱，U形管内也承受相同的压力，管板一下空间壳体走热介质。管箱与管板焊接在一起，管板兼做上法兰，下法兰与低压壳体相连，这种结构可避免高压蒸汽泄漏，并可拆开管箱，连同管板和U形管束一起抽出来检修或清洗。,此外，管箱上盖进口管为沟槽形，有消除涡流的作用，在高压管箱内海装有筛板，使炉水均匀分配带各U形管中。余热锅炉下部个体内衬有隔热用的耐火材料，这样可保证壳体外壁温度不超标，不必设水夹套，可在壳体外壁涂上过敏漆，以便检查温度变化 U形管锅炉结构上的缺陷：爆管事故比双套管式严重，重要原因是外派U形管底部内侧传热膜系数太小，壁温过高。,24、普通列管式锅炉与热管式蒸汽发生器

24、的不同点,列管式换热器的工作原理是高温烟气走管程从列管内流过，进过除盐脱氧的水走壳程从列管之间穿过，通过列管管壁进行热交换，产生的饱和蒸汽进入汽包。整个传热是通过金属壁来完成的，热阻高，传热系数低，因而效率低，蒸汽产量不高。由于两种流体的温差较大，所以列管管端角焊缝易裂开，造成管程、管程两种流体相串，设备只好停车检修。,热管式蒸汽发生器的主要传热元件是热管。热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量，管外缠绕高频焊翅片，既有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等优点。因而，由热管组成的热管式蒸汽发生器具有

25、传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、利于控制露点腐蚀等优点。,25、RLG型组合式热管余热锅炉的结构组成及工作原理,RLG型组合式热管余热锅炉是用于氮肥行业制气工段的设备。它利用热管作为导热元件，将半水煤气显热进行回收，加热软水和饱和蒸汽，除产生饱和蒸汽外，还可将120饱和蒸汽加热到220，提高了入炉蒸汽温度和蒸汽分解率，大大提高了半水煤气的质量和产量，从而达到了节能降耗的效果。这种锅炉采用上、下两段式结构，即半水煤气走夹套，上段内筒走蒸汽，下段内筒走软水，整个过程即利用热管内封闭介质蒸发吸收、冷凝放热的机理进行换热。,26、热管式余热锅炉的工作原理,单根热管组成管束，冷却段插入水中，每根套管上

26、部和下部与上、下联箱相连，烟气横向冲刷热管受热侧，热管通过相变传热至上联箱来的饱和水，饱和水吸热变成汽水混合物由上联箱通过总上升管进入汽包，汽水分离后，饱和水通过下降管回至下联箱，再次受热蒸发，如此反复循环，将烟气热量传入水侧产生蒸汽。,27、热管余热锅炉的特点,烟气流经热管外，横向冲刷管束，传热效率高，且管外焊有螺旋翅片，传热面积大。 热管导热性能好，工作介质1s启动，5s把热传递到热管另一端。 设备水循环系统和烟气系统分开，每根热管独立工作，个别热管损坏也不会影响设备正常工作，水路系统不会穿漏到烟气系统中。 由热管组成的余热锅炉结构紧凑、流体阻力低，由于热管的壁温度较高，从而避免了焦油、灰

27、尘堵塞。 还可以调整冷、热端的换热面积，控制管壁温度，避免露点腐蚀。,28、双套管式余热锅炉的特点,石油裂解制乙烯过程中，原石油裂解反应速度很快（不到1s），这样可以减少不必要的副产品，防止主要产品质量恶化，并减少后续管道系统及设备的积垢。在这种装置中的余热锅炉一般都在高温高压下操作，所以要求余热锅炉能够适应以下几点。 停留时间短。时间太长会增加气体的阻力，同时使气体的出口温度降得太低，造成出口处发生结焦。,流速高。为例防止裂解气体中的高沸点缩合物在管壁上冷凝结焦，必须控制裂解气在余热锅炉出口处的温度，使它高于裂解原料的重要组成露点。余热锅炉的传热速率在116.3KW以上时，才能使裂解气的温度

28、在很短的时间内降到二次反应度以下。 水侧的压力高。进过余热锅炉的水和蒸汽压力高，可防止蒸发管壁问不致过低，避免结焦。同时，产出的高压蒸汽利用的经济性好。 适用的原料范围广。,29、 DMJ型套管式余热锅炉的结构特点及工作原理,DMJ型套管式余热锅炉由汽包、外壳、传热元件和升降管组成。其工作原理是热气体由进气管进入壳层内，沿管内和管外自上而下流动被管内的水及汽水混合物冷却后，由出气管口流出。外供软水加入汽包沿降液管下降，被壳层内热气体预热，向下流动到达底部后，经配液管流进各管间（即套管夹套内），并开始向上流动，逐渐汽化，最后汽液混合物由升气管进入汽包，汽水分离，蒸汽外送，水沿降液管下降，进行下一

29、个循环。,30、DSC型余热锅炉的结构特点,DSC型余热锅炉为水平型热交换器，由热交换器和汽包组成，二者用上升管和下降管连接。裂解气走管内，管外充满水，经热交换后，管外产生蒸汽，并夹带部分水沿上升管进入汽包，在汽包内水与水蒸气分离，分离出来的水经下降管返回热交换器的下部。由于在高温高压条件下，管壳式换热器的管板很厚，两侧受热不均，温差很大，热应力也较大，故会导致管板破裂，因此必须在高温介质入口处采取特殊的防护措施。,31、USX型余热锅炉的结构特点,USX型余热锅炉主要有两种形式，一种由双套管组成，内管走裂解气，夹套内产生12Mpa的高压蒸汽；另一种由三个同心套管组成，冷却液体由顶部引入中心圆

30、管内，并在下端内环室折回向上，从水平溢流口流出，裂解气则由最外侧的同心圆管底部的空口进入到冷却器，沿外环室上升，从而通过中间同心管表面与内环室的冷却液体并流冷却。这种余热锅炉主要用于乙烯装置。,32、水循环,余热锅炉中的水在蒸发受热面内往复不断、有规律地流动，称为水循环。它是依靠水与汽水混合物的重度差或循环泵的压头，使水在循环回路中循环流动的现象。,33、自然循环蒸发系统的组成,自然循环式余热锅炉的蒸发系统主要包括受热管束、集汽箱、上升管、下降管、汽包和导管等。,34、余热锅炉水循环的作用,（1）吸收蒸发受热面管子由烟气吸收的热量，把水汽化成饱和蒸汽，完成蒸发任务。 （2）维持一定的工质流速，

31、把在管壁上汽化的气泡带走，改善传热工况，使管壁很好的冷却，以维持换热管束与高温介质传热过程咋红能长期安全运行。,35、余热锅炉自然水循环的形成,在自然循环余热锅炉中，下降管一般在炉外不与高温介质传热，而余热锅炉内换热管束与高温介质换热，水在余热锅炉中吸收热量后，逐渐成为汽水混合物，其密度减小。这样，下降管与上升管工质之间就产生了密度差，密度差产生的压差作为推动力，推动工质在循环回路中流动，这种循环流动，没有依靠外力，只靠工质本身状态变化后所产生的密度差，作为推动工质循环流动的动力，所以成为自然水循环。,36、自然循环的主要故障,自然循环的故障主要有循环停滞、循环倒流、汽水分层、下降管带汽和传热

32、恶化。 37、循环流速 在自然循环中，循环流速是指循环回路中， 上升管入口截面按工作压力下饱和水密度 折算的水速。,38、余热锅炉循环流速大小对其的危害,循环流速是衡量水循环工作可靠性的指标之一，它的大小直接反应管内流动的水将沿管壁所生的气泡带走的能力。循环流速大，气泡能及时脱离管壁，工质对流换热系数大，管壁的冷却条件好，不会出现超温。但随着循环流速的升高，下降管和上升管的流动阻力也增大，对水循环也是不利的，因此不同压力和蒸发量的余热锅炉所采用的循环流速是不一样的。,39、循环停滞与倒流,在自然循环余热锅炉中，如循环流速趋于零，进入上升管的水量等于其出口蒸汽量的现象，称为循环停滞；循环流速为负

33、值，即上升管中工质自上而下流动的现象，称为循环倒流。,40、水循环停滞的危害,当发生水循环停滞时，由于受热管中循环水接近或等于零，因此热量传递主要靠导热，即使热负荷较低，由于热量不断“蒸干”，水中的含盐浓度增加，会引起管壁的结盐和腐蚀。在引入汽包蒸汽空间的上升管中发生循环停滞时， 上升管内将产生“自由水位”。水面以上管内为蒸汽，冷却条件恶化，易造成超温爆管； 而汽水分界面处于水位的波动，管壁在交变热应力作用下，易产生疲劳损坏。,41、造成余热锅炉循环停滞和循环倒流的主要原因,造成余热锅炉循环停滞的基本原因：一个是循环回路由许多管子并联组成，有共同的下降管和共同的运动压头，各上升管吸热情况不一样

34、，某一管子受热弱，产生气泡量少，其重位压头大。如果重位压头接近于循环回路的公共运动压头时，就会出现循环停滞。如重位压头大于公共压头或相邻管子受热很强，循环流速高，对受热弱的管子由抽吸作用，都会造成循环倒流。,42、水循环倒流的发生及其危害,水循环倒流现象发生在上升管直接引入汽包水空间，而且该管受热很弱以致其重位差大于回路的共同压差时，当倒流管中蒸汽向上的流速与倒流水速接近时，气泡将不能被带走，处于停滞或缓动状态的气泡逐渐聚集增大，形成气塞，这段管壁温度将升高或壁温交变，导致超温或疲劳损坏。,43、余热锅炉汽包的作用,（1）容有一定量的水和汽，加上汽包本身的质量很大，因此有相当的储热量。在锅炉工

35、况变化时，能起到缓冲、稳定气压的作用。 （2）是工质加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，同时作为一个平衡器，保持受热管中汽水混合物流动所需的压头。 （3）汽水分离。由于汽包内有一定的分离空间和设置有汽水分离装置，使汽水混合物在汽包内能充分分离，获得品质好的蒸汽。,（4）排污。汽包中佳肴装置能除去水中的残余硬度，减少水垢生成，同时水被蒸发后，一些污物浓缩在汽包中，所以汽包有排污的作用。 （5）装置测量表计及安全附件，如压力表、水位计、安全阀等。,44、汽包内的部件及其工作原理,不同的容量、不同参数、不同形式的锅炉，内部安装的部件也不尽相同。就汽包内部部件的功能来看，它是由汽水分离装置、蒸汽清洗装

36、置、给水分配管、排污管、加药管等组成。 汽包内部主要部件有旋风分离器、顶冒、顶部波形管板、多孔板、蒸汽清洗孔板、给水管、清洗水分离装置、加药管、连续排污管等。 由上升管进入汽包的汽水混合物，分组进入位,于汽包两侧的我连通器中，然后沿切线方向进入旋风分离器。经初步分离，水从旋风分离器底部排入水空间，蒸汽从上部并流经由波形板组成的顶冒再次分离，然后将蒸汽引到清洗孔板，清洗溶于蒸汽的盐分。蒸汽经清洗水层后， 溶盐有所减少，但湿度有所提高，故在上部装设有顶部波形板及均汽多孔板，将蒸汽进行二次分离，最后由汽包上部的饱和蒸汽管引出。,给水，约50%经清洗水管、清洗分配装置将水均匀地分配到清洗孔板，另有约5

37、0%的给水由给水管引到汽包下部的下降管入口附近，清洗蒸汽后的水溢流至两侧的溢水斗，平稳地送入汽包水空间。,45、旋风分离器的工作原理,旋风分离器由简体、引入管、项帽、溢流环、简底导叶和底板等部件组成。 旋风分离器是一种分离效果很好的汽水分离设备。其工作原理及工作过程是：较高流速的汽水混合物，经引入管切向进入简体而产生旋转运动，在离心力的作用下，将水滴抛向筒壁，使汽水初步分离。分离出来的水通过筒底四周导叶，流人汽包水容积中。饱和蒸汽在筒体内向上流动，进入顶帽的波形板间隙中曲折流动，在离心力和惯性力的作用下，小水滴被抛到波形板上，在附着力作用下形成水膜下流，经简壁流入汽包水容积，使汽水进步分离，而

38、饱和蒸汽从顶帽上方或四周引入汽包蒸汽空间。,此外，由于水贴着筒体内壁旋转运动，不仅能清除动能，还能防止高浓度的炉水形成泡沫。分离出来的水通过导叶排出，能保持水室平静和减少水室的含汽量，从而改善下降的工作条件。,46、余热锅炉汽包内的加水洗汽装置的作用,汽包内的加水洗汽装置，是利用给水对蒸汽进行清洗，即让含有炉水水滴的蒸汽通过较清洁的给水层，使蒸汽中的炉水及其其他不洁物溶解到给水中去，当蒸汽离开水层时，虽然携带了一定的水分，但是这已不是炉水而是较清洁的给水。在实际应用中，加水洗汽装置于汽水分离装置是联合使用的。,47、汽包内汽水分离装置的工作原理,汽包内设置汽水分离装置的目的是防止汽水混合物进入

39、汽包内的位置不当引进局部蒸发强度过大，使汽水夹带大量水分，其工作原理如下： （1）利用重力，即利用水滴的重力使水滴离开蒸汽液面落到蒸发面上。 （2）利用离心力，即蒸汽流动方向改变时所产生的离心力，将蒸汽中的水滴脱离出来。 （3）利用撞击力，即蒸汽流对金属面的撞击或润湿作用，使水滴留在金属上。,48、余热锅炉下降管的作用,下降管的作用是把汽包中的水连续不断地送入锅炉底部的集箱供给炉室内的换热管束，使换热管束有足够的循环水量，以保证可靠的运行。 下降管的一端与汽包相连，另一端与底部集箱连接。为了保证水循环的可靠性，下降管自汽包引出后都布置在锅炉外面，不受热。,49、下降管工作失常的原因及其危害,下

40、降管工作失常的原因主要有： （1）下降管进口处由于流动阻力和水的加速而造成的水自沸腾； （2）下降管进口处上部形成漩涡斗将蒸汽吸入下降管； （3）汽包水容积含汽被带入下降管等。,下降管的水中含有蒸汽，影响水循环安全，称为下降管的工作失常。其主要危害： （1）下降管中含有蒸汽，由于蒸汽重度较小，水中气泡有向上流动的趋势，因而增加了下降管的阻力； （2）同时，因为下降管与上升管中工质的重度差减小，使循环回路的运动压头降低，以致循环流速降低，可能导致个别含汽量小的换热管发生循环停滞。下降管的气泡如果被带入底部集箱，会影响各换热管束工质分配的均匀性。因此下降管中的蒸汽会破坏正常的水循环。,50、膨胀指

41、示器的作用,膨胀指示器是用来监视汽包、集箱等厚壁压力容器在点火升压过程中的碰撞情况。通过它可以及时发现因点火升压不当或安装检修不良引起的蒸发设备变形，防止膨胀不均匀发生裂纹和泄漏。膨胀指示器一般安装在集箱、汽包上。,51、余热锅炉空气阀的作用,在余热锅炉水侧的一些部位最高点，一般都要伸出气管，有排放空气的作用。它的主要作用如下（1）在余热锅炉进水时，受热面水容积中空气占据的空间逐渐被水代替，在给水的躯赶作用下，空气向上运动聚拢，所占据的空间越来越小，空气的体积被压缩，压力高于大气压，最后经排气管通过空气阀排入大气，防止由于空气的滞留在受热面内对工质和管壁造成不良影响。,(2)当锅炉停炉后，泄压

42、到零前开启空气阀，可以防止锅炉承压部件内因工质的冷却，体积逐渐缩小所造成真空，可以利用大气压力，放出锅水。,52、紧急放水装置的安装及其作用,紧急放水时为使余热锅炉不致产生满水而装设的，紧急放水阀管道与汽包水容积相连，它的开口位置在正常水位线处。当汽包水位超过极限规定时，为了保证过热器和汽轮机的安全，可开启紧急放水阀门放出一步水。,53、过热器的形式及其作用,过热器是余热锅炉发汽系统的重要组成部分，其作用是将炉汽包来的饱和蒸汽干燥并过热至一定温度。 过热器按蒸汽与烟气相对流来分有顺流、逆流、双逆流等几种类型。,54、集箱的作用,在受热面布置中，集箱起到汇集、混合、分配工质的作用，是受热面布置的

43、连接枢纽。另外，有的集箱还用以装设疏水和排污装置。,55、省煤器的作用,烟道式余热锅炉系统中的省煤器是利用余热锅炉排烟余热加热余热锅炉给水的热交换器。省煤器吸收烟气的余热，降低了烟气温度。另外，由于进入汽包的给水，经过省煤器提高了给水温度，减小了因温差而引起的汽包壁的热应力，从而改善汽包的工作条件，延长了汽包的使用寿命。,56、减温器的形式,减温器主要有表面式和混合式两种： （1）表面式减温器，一般是利用锅炉给水作为冷却剂来降低气温的设备。其特点是对减温水质要求不高，但这种减温器调节惰性大，气温调节幅度小，而且结构复杂、易损坏、渗漏。 （2）混合式减温器是将水直接喷入过热蒸汽中，以达到降温的目的。它的特点是结构简单，调节温度的幅度大，而且灵敏度高，易于自动控制，但它对喷水的质量要求较高，这样才能保证蒸汽的品质。,57、喷水减温器的结构,喷水减温器的形式很多，常用的减温器有两种形式，一种是表面式减温器，其水与蒸汽不混合，通过金属的表面来达到热交换；另一种是混合式减温器，也称文丘里