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第一章 锅炉本体第一节 流化床锅炉简介1.1锅炉工艺流程 我厂锅炉是东方锅炉厂自主开发型 300mw 等级循环流化床锅炉，过热蒸汽压力17.4mpa，额定蒸发量1050t/h，主要由以下三大部分组成（如图）： 炉膛（1）（包括屏过（8）、屏再（9）、水冷屏（10） 固体循环回路，主要由旋风分离器（2）、回料器（3）组成 尾部竖井（4） 图11 锅炉结构图1-炉膛 2- 分离器 3-回料器 4-尾部受热面 5一次风 6- 二次风 7-炉前给煤装置8-屏式过热器 9-屏式再热器 10-水冷蒸发屏 11-空预器 12-石灰石图11 锅炉结构图 循环流化床锅炉的心脏部件是炉膛（1），燃料（7）和脱硫用的石灰石（12）从这里 给入。一次 风（5）通 过布风板进入炉膛，作为一次燃烧用风，同时向上的气流将固体粒子托起（被流化），并充满了整个炉膛容积。在炉膛下部，固体粒子浓度较高，随着- 炉膛高度的 增加，固体粒子浓度迅速降低。二次风（6）分两级送入炉膛，由此实现分级燃烧。高效旋风分离器（2）将离开炉膛的固体粒子捕获下来，通过回料器（3）直接送入下炉膛以维持主循环回路固体粒子平衡。分离后含少量飞灰的干净烟气进入尾部竖井（4），经空气预热器（11）和飞灰收集系统，最后由烟囱排入大气。 1.2锅炉总体布置 本锅炉为单汽包自然循环、一次中间再热、高温分离器、平衡通风、前墙给料循环流流化床锅炉。采用高温蒸汽冷却式旋风分离器进行气固分离。 锅炉主要由一个膜式水冷壁炉膛、三台冷却汽冷式旋风分离器和一个尾部竖井三部分组成。 炉膛内布置有过热器管屏和再热器管屏以及水冷蒸发屏。锅炉采用炉前给煤，锅炉前墙共设有 8 台给煤装置，后墙布置有六个回料点；在锅炉前墙二次风口内预留四个石灰石给料口，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉膛底部由水冷壁管弯制围成的水冷风室。每台炉设置有两个床下点火风道，每个床下点火风道配有两个油燃烧器（带高能点火装置），其目的在于高效地加热一次流化风，进而加热床料。另外，在炉膛下部还设置有6只床上助燃油枪，用于锅炉启动点火和低负荷稳燃（30%）。锅炉采用炉后排渣。 炉膛与尾部竖井之间，布置有三台冷却汽冷式旋风分离器，其下部各布置一台回料器。为确保回料均匀，回料器采用一分为二的形式，将旋风分离器分离下来的物料经回料器直接返回炉膛。作为备用调节手段，回料器放灰通过回料器至冷渣器灰道接入冷渣器，保证了电厂的文明生产。 锅炉尾部包墙被中隔墙分隔，在锅炉深度方向形成双烟道结构，前烟道布置了低温再热热器，后烟道布置低温过热器，向下前后烟道合成一个烟道，在其中布置有鳍片管式省煤器。 本工程可采我厂采用管式空气预热器。过热器系统中设有两级喷水减温器 ，再热器采用烟气挡板调温并布置有事故喷水减温其和为喷水减温器。锅炉布置图见 1.21.3，几何尺寸将根据工程实际情况进行调整。过热器系统中设有两级喷水减温器，再热器采用烟气挡板调温并布置有事故喷水减温器和微喷减温器。锅炉布置图见 1.21.3，几何尺寸将根据工程实际情况进行调整。 图 2.1 锅炉主视图图 2.2 锅炉俯视图第二节 蒸发设备及蒸汽净化2.1 蒸发设备2.1.1 概述蒸发设备是锅炉重要组成部分。它的任务是将进入锅炉的给水，在蒸发设备特定的受热面中，不断吸收燃料燃烧所放出的热量，降水将水加热至所处压力下的饱和温度，并继续吸收热量将饱和水蒸发成饱和蒸汽。在水变成饱和蒸汽的过程中，若蒸发受热面中工质的流动是依靠下降管和上升管之间工质的密度差来实现的，称为自然循环锅炉（图2-1）；若工质的流动是靠循环水泵强制进行的，称为强制循环锅炉。强制循环锅炉又分为多次循环锅炉（图2-2）和一次循环锅炉（即直流炉图2-3）。图2-1 自然循环图2-2 多次循环图2-3 直流循环在自然循环锅炉中，蒸发设备是由汽包、水冷壁、下降管、联箱组成。由于他们各自结构不同，在锅炉中所处位置不同。因而，在运行中表现特性也不同。下面分别介绍。2.1.2 汽包1、 汽包的作用汽包是锅炉蒸发设备中的主要部件，是汇集炉水和饱和蒸汽的圆筒形容器。汽包具有一定的水溶积，与下降管、水冷壁相连结，组成自然水循环系统。汽包是加热、蒸发、过热三个过程的分界点。为了减小蒸汽的带水量，汽包内装有旋风分离器，多孔板、波形板等汽水分离设备。此外，在汽包内还装设有排污管、加药管等，用以减少蒸汽中的含盐量，保证蒸汽的品质。在运行中，汽包的工作状况是重要的监视对象，因此在汽包上装设了各种表计，如压力表、温度表、水位计等，用以控制汽包压力和温度、监视汽包水位。在锅炉负荷发生变化，而燃烧工况不变的情况下，由于汽包具有吸收和放出一部分热量的能力，因此能够减缓汽压的变化速度。比如，当外界负荷增加而燃烧工况还没有变化这段时间内，由于汽包输出蒸汽量增加，而产生的蒸汽量不变，则汽包内的蒸汽量减少，汽包压力降低，其所对应的饱和温度降低，使处于原来未降汽压下饱和温度的水迅速放出热量，达到新的压力下的饱和温度。随着水温的下降，汽包的金属壁温也在下降，释放出热量，释放出的热量加热水，产生附加的蒸汽量。这样就弥补了蒸发量的不足，使汽压下降的速度减缓。汽包的这种特点，对于锅炉的运行和调节具有重要意义。上述总结如下四点作用：（1）工质加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，保证锅炉水循环；（2）是蒸汽通道与水通道的交汇点。汽包内装有汽水分离器、连续排污装置等，用以汽水分离，保证蒸汽品质；（3）汽包内保持一定水量，具有一定储热能力，有利于运行调节；（4）汽包筒体上安装有压力表、水位表、事故放水阀、安全阀等，以控制汽包压力、监视汽包水位，保证锅炉安全工作。2、 汽包的结构汽包一般横置于炉膛顶部，不受火焰和烟气的直接加热，并给与良好的保温。汽包是一个钢质的圆筒形压力容器，它由筒身和封头两部分组成。筒身是由钢板卷制焊接而成，封头是由钢板模压成型的。通常在封头上留有椭圆形的人孔，以备安装和检修之用。封头经加工后再与筒身焊成一体。汽包与管子的连接，现大多采用焊接，预先在汽包上开好孔，在管孔上焊上短管，安装时只需将管子对焊在短管上。汽包一般是用滚柱支撑或用吊箍悬吊在炉顶大梁上，以保证其自由膨胀。汽包的尺寸、材料与锅炉的参数、容量、内部装置的形式有关。容量较小，压力较低，内部装置简单时，可采用较小的内径和壁厚。汽包的材料，中压锅炉一般采用碳素锅炉钢，而高压以上的锅炉则采用合金钢。图2-4 汽包吊装图2-5 汽包图2-6 汽包内旋风筒 图2-6 汽包内旋风筒3、 我厂锅炉汽包相关数据(1) 锅炉炉水质量标准表 2-1 炉水质量项 目指 标说 明磷酸根0.53mg/l氯离子1mg/l总含盐量20mg/l电导率（25）50ms/cm二氧化硅0.25mg/lph9.010 (2) 蒸汽质量标准 表2-2 蒸汽质量标准项 目指 标说 明电导率（氢离子交换后，25）0.3ms/cm启动时10ms/cm钠10mg/kg启动时20mg/kg二氧化硅20mg/kg启动时60mg/kg铁20mg/kg启动时50mg/kg铜5mg/kg启动时15mg/kg (3) 选用13mnnimo54钢材品种作为制造汽包的材料。(4) 汽包内部采用立式旋风分离器，确保汽水品质合格，水循环可靠。(5) 汽包上应确定正常水位、报警水位、允许的最高和最低水位，在汽包两侧各装设一套双色无盲区水位计(光源采用耐高温发光二极管)，提供6对汽包水位平衡容器接口（1对用于全量程水位测量，5对用于调节、保护），配供1套汽包内置差压水位计，配供6套单室平衡容器。水位测量装置安装时，均以汽包同一端的几何中心线为基准，采用水准仪精确确定各水位测量装置的安装位置，不以锅炉平台等物体作为参比标准。(6) 汽包的上、下壁及内外壁应预留安装表面热电偶的基座及附件。测点数量上、中、下共9点。(7) 锅炉滑压运行方式下燃烧设计煤种和校核煤种不同负荷的性能数据（暂定）2.1.3 水冷壁水冷壁由许多上升管所组成，分布在炉膛内壁的四周，接受炉膛辐射的热量。1. 水冷壁作用（1） 水冷壁是锅炉的主要蒸发受热面，吸收炉内高温烟气和火焰的辐射热，把水加热蒸发成饱和蒸汽。（2） 保护炉墙。由于炉墙内表面被水冷壁所覆盖，炉墙温度可大大降低，炉墙不会被烧坏。同时，也有利于防止结渣和溶渣对炉墙的侵蚀。（3） 可简化炉墙，减轻炉墙的重量。2. 水冷壁类型随着锅炉的形式、参数的不同，水冷壁的型式也不同。水冷壁可分成光管水冷壁、膜式水冷壁和刺管水冷壁三种型式。1. 光管水冷壁光管水冷壁是由普通的无缝钢管弯制而成，一般是贴近燃烧室炉墙内壁、互相平行地垂直布置，上端与汽包或上联箱连接，下端与下连箱连接，其结构如图所示。 水冷壁管布置的紧密程度用管子的相对节距来表示。管子的节距s与外径d之比（即s/d）称为相对节距。相对节距不同，说明水冷壁的吸热量和对炉墙的保护程度不同。若d不变，相对节距减小，说明s减小，管子排列紧密，即在同样大小的炉膛内布置水冷壁管多，水冷壁的吸热量大，炉墙的安全性增强，但火焰照射到炉墙的辐射热量减少，炉墙对管子的反射热量少，管子金属的利用率低；相反，相对节距增大，水冷壁管的总的吸热量减小，对炉墙的保护作用差，但管子的利用率较高。在一定的s/d下，水冷壁管中心线至炉墙内表面的距离e与管外直径的比值（即e/d），对水冷壁的吸热量及炉墙的保护作用也有影响，若e/d的数值大，则炉墙接受火焰的辐射热多，若d不变，说明管子与炉墙之间的距离增加，炉墙内表面对管子的辐射作用增强，因而，水冷壁管的吸热量也多。但这时炉墙温度升高，炉墙上容易结渣，焊在水冷壁管背面起固定作用的拉杆也容易烧坏。现代锅炉为了减轻炉墙重量，常将水冷壁的一半埋在炉墙中（e=0）,这种炉墙称为敷管式炉墙。这种炉墙的主要优点是炉墙温度较低，炉墙可以减薄，使安装方便、节省材料、能够减轻锅炉的重量。自然循环锅炉常用的水冷壁管外径有60、76、83mm等，壁厚为3.5-6mm。管径越小，遮盖同样面积的炉墙所消耗的金属越少。光管水冷壁的结构特点是结构简单、制造安装方便，因而被广泛应用在各种炉型上。2. 膜式水冷壁膜式水冷壁是由鳍片管焊接而成。其组成有两种形式：一种是光管之间焊扁钢形成鳍片管；另一种是由轧制成型的鳍片管焊成。由鳍片管组成的膜式水冷壁对炉墙的保护最为彻底。因此，炉墙的重量、厚度大为减小。因为膜式水冷壁的炉墙只需要保温材料，不用耐火材料，因而相对减轻了锅炉炉墙的重量，而水冷壁的金属耗量将增加不多。此外，膜式水冷壁的气密性好，大大减小了炉墙的漏风，并且有便于安装和不易结渣的优点。膜式水冷壁由于有显著的优点，因而得到了广泛的应用。3. 刺管水冷壁刺管水冷壁也叫销钉水冷壁。它是在光管水冷壁上焊上一些直径为6-10mm、长20-25mm的圆钢而成。 刺管水冷壁的作用主要是敷设燃烧带。所谓燃烧带，就是对于不易着火的燃料，要是燃料迅速着火和稳定燃烧，或在旋风燃烧室及液态排渣燃烧室中为了获得较高的温度，常常需要把一部分水冷壁管表面用耐火材料遮盖起来，以减少该部分的吸热量，这就形成了燃烧带。抓钉是用以牢固耐火材料层的。刺管水冷壁的结构较简单，造价不高，但是由于抓钉数太多，焊接工作量大，质量要求高，故刺管水冷壁只用于需要提高温度的部分。4. 我厂水冷壁数据表表2-4 水冷壁参数项 目项 目单 位单 位数 据数 据水冷壁水冷壁设计压力设计压力mpa.g(kg.f/cm2.g)mpa.g(kg.f/cm2.g)19.82（202.2）19.82（202.2）循环方式循环方式自然循环自然循环水冷壁管管型水冷壁管管型膜式水冷壁膜式水冷壁管径壁厚、材质管径壁厚、材质f mm，mmf mm，mm576.5，sa-210c576.5，sa-210c水冷壁管管距水冷壁管管距mmmm8787水冷壁管根数水冷壁管根数根根874874内螺纹管布置高度（前、后、侧墙）内螺纹管布置高度（前、后、侧墙）m，m，mm，m，m仅水冷布风板仅水冷布风板敷设耐火层的高度（前、后、侧墙）敷设耐火层的高度（前、后、侧墙）m，m，mm，m，m布风板以上9.8布风板以上9.8水冷壁总受热面积水冷壁总受热面积m2m233093309设计最低的质量流速（bmcr）设计最低的质量流速（bmcr）kg/m2.s（所在回路）kg/m2.s（所在回路）823.5，前后墙中部回路823.5，前后墙中部回路水冷壁水容积水冷壁水容积m3m3121.4121.4总重总重tt936936在所有自然循环和强制循环锅炉中都设有下降管。2.1.3在所有自然循环和强制循环锅炉中都设有下降管。下降管的作用是将汽包中的水连续不断的送入下联箱并供给水冷壁。下降管的结构、管子截面的大小和降水的情况等，直接影响锅炉工作的安全可靠性。下降管一端与汽包连接，另一端与下联箱连接。为了保证水循环的可靠性，下降管自汽包引出后都布置在炉外不受热。下降管分为小直径分散下降管和大直径集中下降管两种。过去的锅炉多采用小直径分散下降管，其管径为108159mm，现代的锅炉为减小流动阻力、加强水循环、节约钢材和简化布置，都采用大直径集中下降管，管径为273426mm，壁厚一般为2040mm，材质一般为20号碳钢。下降管的结构应简单，不易采用不同直径的管段对接组成，不易用中间联箱，不允许有水平管段和锐角弯头。下降管应尽可能从汽包下部最低位置引出，其入口距汽包最低水位线不小于300mm，为使水流畅通，在入口最好做好带有圆角或锥形的平滑线型。在采用大直径集中下降管时，尤其是采用汽包两端引出的大下降管时，不但要求汽包水面距下降管入口的距离要大些，而且在下降管进口处应安装十字板或栅格等装置，或采用喇叭口管作为引流管，这样做的目的是为了防止在下降管入口处产生漩涡和漏斗，将蒸汽带入下降管，破坏水循环的安全。每一组循环回路的下降管数目应尽可能少，但为了给水分配均匀和防止偶然堵塞，最好每一组循环回路中的下降管不少于两根。下降管接入下联箱时，应尽可能使它与上升管之间有一个接近90的夹角，必须避免它们的轴线相重合。 图2-11 水冷壁下降管2.1.4 联箱现代汽包锅炉和直流锅炉中，均用一些大圆管将水冷壁管连接起来，分成若干组。该大圆管习惯上称为联箱。其主要作用是将工质分配到水冷壁管中（下联箱），或将水冷壁管中的工质汇集起来加以混合再分配出去（上联箱或中间联箱）。过去的联箱多为方形。现在锅炉广泛采用圆形联箱。圆形联箱比方形联箱受力合理，制造方便，所以逐渐取代了方形联箱。圆形联箱是用轧制的无缝钢管，两头焊上平封头制成。由于联箱和短管广泛采用焊接，所以制成无手孔联箱，这样可以提高联箱的强度。视联箱长度的大小，可在联箱的一端或两端的封头上或在联箱的中部，装置进行检查和清洗的孔口，孔口允许用于孔盖封闭。在没有必要进行检查和清洗时，易于焊上一个封闭短管，必要时将短管割开，检查和清洗完后再焊上。联箱的长度由所连接的管排宽度来决定。联箱的内径由其中的工质流速要求来决定。其壁厚由工作压力、内径大小、使用的材料等决定。材料主要视工质温度而定。在水冷壁的下联箱通常装设有定期排污装置、膨胀指示装置和点火通汽预热装置。除蒸发设备有联箱外，过热器、省煤器上均有联箱。2.2 自然水循环原理2.2.1 概述水和汽水混合物在锅炉蒸发设备的循环回路中连续流动的过程，称为锅炉的水循环。为使锅炉安全、可靠的运行，必须保持蒸发设备正常的水循环。人们知道，锅炉的蒸发受热面周围的温度很高，如果管壁温度超过了管子材料的极限允许温度，管子就很容易破坏。管壁温度的高低，主要取决于管内汽水混合物的流动情况。汽水混合物在垂直圆管中的流动状态主要有汽泡状、汽弹状、汽柱状和雾状四种。图2-11 汽液两相流型当受热面的热负荷不大时，汽水混合物中蒸汽含量较少，只是在管壁上产生一些小汽泡，这些小汽泡被水流冲刷到管子中心随着水流一起向上流动，这就是汽泡状流动。随着受热面热负荷的增加产生的蒸汽量增多，小汽泡就会合并成大汽泡，占据了管子的大部分截面。由于密度的不同，在管子中汽水向上流动时，汽的流速高于水的流速，因而水对汽泡有阻力，将汽泡逼迫成炮弹形状，这就是汽弹状流动。当受热面热负荷再加大时蒸汽含量更多，汽弹状汽泡的长度不断的增长，各弹状汽泡之间的水柱则逐渐缩短，最后各汽弹状汽泡汇合成一个蒸汽柱沿管子中心向上流动，而水在蒸汽与管壁之间成环状沿着管壁向上流动，这就是汽柱状流动。当受热面热负荷进一步增加时，蒸汽含量和汽水流速都很大，这时管壁的水膜完全被蒸发，即出现“蒸干”的情况，这种流动状态称为雾状流动。虽然这时气流中仍会有不少小水滴，但由于管壁的连续水膜已被破坏，蒸汽与壁面直接接触，传热开始恶化，壁温急剧升高，很容易使管壁过热而烧坏。从上述汽水混合物的流动状况可知，要保证受热蒸发面安全、可靠的工作，应保证工质连续流动，即保证有良好的水循环，使管子内壁有一层连续的水膜，并使汽水混合物在向上流动过程中具有一定流速，防止形成雾状流动。两类传热恶化： 图2-13 一类传热恶化 图2-14 二类传热恶化2.2.2 自然水循环原理锅炉蒸发设备的水循环，分自然循环和强制循环两种。依靠工质的密度差而产生的循环流动称为自然循环。借助水泵压力使工质循环流动称为强制循环。为了进一步理解自然循环原理，现以水循环回路为例，说明如下。 图2-15 水循环流程图2-15为自然循环示意图，其中由汽包、下降管、下联箱和水冷壁组成一个循环回路。由于上升管在炉内吸收辐射热，部分水变成蒸汽，汽水混合物的密度小，而下降管在炉外不受热，管中是水，工质的密度大，两者密度差就产生了推动力，使汽水混合物沿着上升管向上流动进入汽包，汽包中的水经下降管流入下联箱，进入水冷壁，从而就形成了水的自然循环流动。工质在管中循环流动，必然会产生流动阻力，它们是下降管中水的流动阻力、上升管中汽水混合物的流动阻力和汽包内汽水分离装置的流动阻力。2.3 水循环故障在锅炉运行中，由于各种原因自然水循环可能会出现一些不正常或不安全的情况。自然循环锅炉的主要故障是：上升管中工质产生循环停滞、循环倒流和汽水分层、下降管带汽等。2.3.1 循环停滞图2-16 水流程简图图2-16表示了锅炉的一个循环回路，它是由许多并列工作的上升管所组成。这些上升管有共同的下降管，根据yxj=yss，每根上升管的压差都是一个共同值yss，也就是下降管的差压yxj。由于炉内火焰分布是不均匀的，各个上升管的吸热量有大有小，各管产生的蒸汽量就不一样，各管中汽水混合物的密度不相等，因此各管中的运动压头和循环流速也不一样。受热较弱的上升管，其密度差较小，则运动压头syd较小，该循环流量也小。当吸热量弱到一定程度以致使其重位压头hqsg接近于回路的共同压差yss时，水在管内几乎是不流动的，所产生的少量汽泡在水中缓慢地向上浮动，这就是循环停滞。当发生循环停滞时，流入该上升管的循环水量g仅可以补充生产的汽量d而失去水的重量，即g=d，k=i。这时流入的水量很少，水速极慢，而且越往上水的流速越慢，管内生成的少量汽泡穿过静止水层向上浮生。结构不同的上升系统在发生循环停滞时，情况也不完全一样。当上升管直接引入汽包的水容积时，在出现循环停滞的上升管中，水几乎是不流动的，产生的汽泡穿过水层向上浮起。当上升管直接引入汽包的汽空间时，水将停留在上升管一定的部位，水面上全部为蒸汽，由于管子上部只有蒸汽而无水的流动，在管内出现了清晰的汽水分界面，这就是自由水面。当发生循环停滞时，由于上升管的水速较低，虽然此时的热负荷也较低，但是由于热量不能及时被带走，管壁仍会超温。在形成自由水面的管子里，由于水面以上的管段只有蒸汽缓慢地流动，其冷却效果较差，因此易造成管壁的过热而烧坏。同时由于水面的波动，自由水面附近的管壁温度不断变动，也容易使管壁疲劳损坏。2.3.2 循环倒流并列上升的管组的受热不均不仅会造成循环停滞，还会造成循环倒流。所谓循环倒流是指循环流速为负值的流动情况。当发生循环倒流时，水在上升管中向下流动，而蒸汽由于密度小总是在水中趋向于向上流动。如果水的流速大于蒸汽在水中向上的流速，气泡将被水带走。如果蒸汽在水中向上的流速大于水的流速，气泡会向上窜动进入汽包。这两种情况对管壁都没有直接的危险。如果蒸汽与水的流速相近或相等时，气泡将停留在某一位置，并逐渐积聚增大，甚至占据管子整个截面，阻止汽包内的水流入管子，形成气塞，易造成传热恶化。受热弱的上升管引入汽包的汽空间，一般不会发生循环倒流。循环倒流一般都发生在引入汽包的水空间的受热弱的上升管中。防止循环停滞和循环倒流应采取的措施：（1） 将水冷壁分成若干个独立的循环回路，把受热相近的上升管组合在同一回路中，由于同一回路的上升管的受热情况比较接近，故产生循环停滞和循环倒流的可能性就会减小。（2） 上升管和上联箱的汽水混合物引出管尽可能引入汽包的水空间，引入汽空间会使循环停滞和发生自由水面的可能性增加。（3） 降低循环回路的阻力，以保证一定的循环流速。2.3.3 汽水分层当汽水混合物在水平或微倾斜的管子中流动时，由于汽水密度的不同，水在下面流，汽在上面流动，汽水之间会出现一个清晰的分界面，这种现象叫做汽水分层。在垂直管里不会出现汽水分层现象。对水平或倾斜度小的管子，如果其中汽水混合物的流速较高，扰动作用大于重力作用时，气和水混合的较好，也不会出现汽水分层现象。只有当汽水混合物的流速较小，汽和水的重力分离作用大于扰动作用时，就会出现汽水分层现象。出现汽水分层现象时，上壁接触的蒸汽温度较高，下壁接触的是水温度较低。上下壁之间产生温度差热应力。同时在汽和水的交界处，由于水的起伏波动产生交变应力。另外，上部全部是蒸汽，连续的水膜被破坏，更容易使管壁温度超过其允许温度，发生传热恶化，使管壁遭到损坏。防止汽水分层现象采取的措施是避免水平布置或倾斜度小于15的沸腾管。如果在结构上避免不了，要求管内汽水混合物必须具有最小允许流速。一般推荐不发生汽水分层的下限循环流速简表：表2-5下限循环流速汽包压力（mpa）2.03.05.010.017.5倾斜度小于7的管子（m/s）43.42.62.251.6倾斜度715管子（m/s）1.331.10.860.750.532.3.4下降管带汽自然循环锅炉的下降管内工质如果含汽，会使下降管内工质的平均密度减小，重位压差减小，同时由于下降管内有蒸汽存在，平均容积流量要增加，下降管内工质流速就会增加，因而流动阻力也增加。因此，下降管含汽会使总压差变小，对水循环不利。它的后果将使水循环流速降低，增大了出现循环停滞、倒流、自由水面等不正常流动现象的可能，因而下降管带汽应尽量避免或设法减小。下降管产生蒸汽的原因有：下降管进口处由于流动阻力和水的加速而造成的自汽化现象。下降管进口截面处产生旋涡斗，使蒸汽被吸入下降管，汽包水室含汽被带入下降管等。1. 下降管入口自汽化现象下降管入口处压力若低于当时水的饱和温度对应的压力时，将有部分水自汽化，而生成的蒸汽就会被带入下降管中。当炉水从汽包进入下降管时，由于流通截面突然缩小，发生加速流动（产生一个动压），同时下降管进口处又有局部阻力。这两个因素将会使下降管进口处的压力下降p。另一方面，从汽包水面到下降管进口处有一段水柱高度，它所产生的重位压头将使下降管进口处的压力增加hg（h是这段水柱的高度，为水的密度）。当phg时,下降管进口处的压力将低于汽包压力,则下降管进口处的炉水会因饱和温度的降低而自行汽化。但实践证明，因下降管进口处的自汽化而产生的蒸汽量是很少的，一般不致造成危害。此外，在锅炉运行中当汽压急剧下降时，将可能使下降管内的炉水产生自汽化。因为汽压急剧降低时，会使水的饱和温度迅速降低，但下降管中炉水的实际温度还较高，炉水处于过热状态，这多余的热量将使下降管中的部分炉水迅速汽化，从而使下降管中含有蒸汽。2. 旋涡斗水在汽包中沿着水平方向有一定流速，当水进入下降管时，水是垂直向下流的，由于水流方向发生突然改变，流速增大，造成管口四周流速分布不均，阻力损失不等，因而造成管口四周的压力不平衡，迫使水在进口处产生了旋转的涡流。在涡流中心是一个低压区，所以水面降低，形成漏斗状，当斗底很深甚至进入下降管时，蒸汽就会由旋涡斗中心被吸入下降管。据研究，形成旋涡斗水面的原因与下降管入口截面以上的水位高度h、下降管的管径d、水在汽包内的水平流速wqb及下降管内的流速wxj等因素有关。如汽包水位太低，下降管入口流速过高，下降管管径太大，汽包内水平流速很低时，水将呈旋转涡流，易形成旋涡斗。为了消除旋涡斗，可以在下降管进口处加装栅格或十字板；有的采用变直径的下降管以加大下降管入口截面，降低入口流速，同时要保证一定的下降管与上升管的截面比。此外，在运行中应注意保持汽包正常水位，防止水位过低和水位剧烈波动等。3. 水室含汽汽包水容积中或多或少总是含有蒸汽的，当蒸汽的上浮速度小于汽包中水的下降速度时，蒸汽就很可能被带入下降管，这是下降管含汽中最普遍存在的问题。特别是当汽包和上升管口与下降管口离得太近时，更容易将蒸汽带入下降管。为避免这种现象，可以在下降管口与上升管口之间安装分离隔板，并且使下降管口位置低于上升管口的位置。下降管带汽量的多少与下降管水速、炉水欠焓以及汽水分离器的型式和性能等很多因素有关。2.4 蒸汽净化2.4.1 蒸汽污染对热力设备的危害电厂锅炉生产的蒸汽除了要保持比较稳定的汽温、汽压外，还要求蒸汽的品质很高，特别是高参数大容量的热力设备对蒸汽的要求更为严格。否则，将会影响机炉的安全经济运行。如果蒸汽含杂质过多，部分杂质沉积在过热器中，会使过热器受热面传热热阻增加，管壁超温甚至爆管。如果盐垢沉积在汽轮机的通流部分，将使蒸汽的流通截面减少，叶片的粗糙度增加，甚至改变叶片的型线，使汽轮机的阻力增大，出力和效率降低，此外还将引起叶片应力和轴向推力增加，以及汽轮机的振动增大，造成汽轮机事故。盐垢如沉积在蒸汽管道的阀门处，可能引起阀门动作失灵和阀门漏汽。由此可见，蒸汽污染对热力设备的危害是很大的。因此，为了保证锅炉、汽轮机等热力设备安全经济运行，对蒸汽含盐量必须进行严格的限制。2.4.2 汽水品质标准1. 蒸汽品质标准2-6 我厂蒸汽质量标准项 目指 标说 明电导率（氢离子交换后，25）0.3ms/cm启动时10ms/cm钠10mg/kg启动时20mg/kg二氧化硅20mg/kg启动时60mg/kg铁20mg/kg启动时50mg/kg铜5mg/kg启动时15mg/kg从表中可以看出，监督的主要项目是含钠量和含硅量。蒸汽中的盐类杂质一般以钠盐为主，所以可通过测定含钠量以监督蒸汽的含盐量。蒸汽中含有的硅酸化合物会沉积在汽轮机内，形成难溶于水的二氧化硅的附着物，难以用湿蒸汽清洗法除掉，对汽轮机的安全、经济运行有很大影响。因此含硅量也是蒸汽品质的主要监督项目之一。蒸汽压力越高，对蒸汽品质的要求也越高。这是由于压力提高时，蒸汽比容减小，使汽轮机的流通截面积相应减小，因而叶片上少量杂质沉积，都会使机轮机的出力和经济性降低很多。2. 给水及炉水品质标准2-7我厂锅炉炉水质量标准项 目指 标说 明磷酸根0.53mg/l氯离子1mg/l总含盐量20mg/l电导率（25）50ms/cm二氧化硅0.25mg/lph9.0102-8我厂锅炉给水质量标准项目指标说明ph值（25）8.89.3硬度mmol/l0溶氧（o2）mg/l7铁（fe）mg/l20铜（cu）mg/l5油mg/l0.3联氨（n2h4）mg/l1030导电率（25）ms/cm0.3给水和炉水品质直接关系到蒸汽品质的好坏和锅炉排污量的大小。为了保证机炉安全经济运行，就必须对给水、炉水品质进行严格的化学监督，使之符合规定要求。3. 蒸汽中杂质来源蒸汽的清洁程度是蒸汽质量的主要的指标。它表示蒸汽中所含杂质的多少。蒸汽中的杂质主要来源于锅炉给水。含有一定盐分的给水进入汽包后，不断蒸发，产生蒸汽，由于给水中的盐分只有少量被蒸汽带走，而大部分则留在炉水中，这就是炉水含盐量大大超过给水含盐量。炉水中的盐分是以两种途径进入到蒸汽中的：一种是蒸汽的机械携带；另一种是蒸汽直接溶解某些盐分，也称之为蒸汽的选择性携带。在中低压锅炉中，由于蒸汽的压力比较低，盐分在蒸汽中的溶解度较小，因而蒸汽的纯洁度取决于蒸汽的机械携带；在高压以上的锅炉中，盐分在蒸汽中的溶解能力大大增加，因而蒸汽的纯洁度取决于蒸汽机械携带和蒸汽熔盐溶盐两个方面。下面就对蒸汽的机械携带和蒸汽熔盐的原因及影响因素加以讨论。(1) 蒸汽机械携带蒸汽的机械携带是指由于蒸汽携带炉水而使蒸汽含盐的现象。其携带含盐量取决于蒸其机械携带水分的多少及炉水含盐量的大小。汽水混合物由上升管进入汽包时，无论引入汽空间还是水空间，都具有很大的动能，流速很高。当汽水混合物冲击水面，冲击汽包内部装置或互相撞击以及汽泡由水面下穿出时，均将引起大量的炉水飞溅，导致蒸汽携带水滴。蒸汽携带的水滴进入蒸汽空间以后，有一部分较大的水滴，由于自身重力作用，又重新返回水面，而其余则被蒸汽带走，这就是蒸汽带水的原因。影响蒸汽带水的主要因素是锅炉负荷、蒸汽压力、蒸汽空间高度和炉水含盐量。下面分别就这几个因素加以介绍。a 锅炉负荷影响锅炉负荷增加时，单位时间内产生的蒸汽量增加，导致蒸汽速度增加，以及生成细微水滴的直径和数量都将增大，因而蒸汽的带水量增加，蒸汽品质恶化。在蒸汽压力、汽包尺寸及炉水含盐量一定的条件下，蒸汽带水量（蒸汽湿度）是随着炉火负荷的增加而增大。蒸汽湿度ab 锅炉负荷图2-17蒸汽湿度与锅炉负荷关系图但蒸汽带水量的增加幅度存在着三种不同情况：在a点以前，蒸汽带水量随负荷增加而变化的幅度较小，蒸汽只携带细微的水滴；在a点以后，蒸汽带水量增加很快；到b点以后，蒸汽湿度急剧增加，这是由于锅炉负荷增加时，蒸汽流动速度和汽水混合物的循环速度都较高的缘故。对于电厂锅炉，蒸汽湿度一般不允许超过0.01%-0.03%，这正好符合a-b负荷区域湿度变化的情况。b点称为锅炉的临界负荷点，其对应的蒸汽负荷称为临界负荷，用d1j表示。在正常运行条件下，为了保证蒸汽品质符合要求，应满足dd1j的条件。b. 蒸汽压力影响随着蒸汽压力的增加，汽水密度差减小，这就使汽水分离更为困难，增加了蒸汽带水的能力，即在较小蒸汽速度下就可卷起水滴，使蒸汽更容易带水；此外，压力高，饱和温度也高，水分子的热运动加剧，相互间的引力减小，这就使水的表面张力减小，水就越容易破碎成细小水滴被蒸汽带走。以上说明随着蒸汽压力的增加，蒸汽带的水量增加。在压力低于15.0mpa时，随着蒸汽压力的增加，蒸汽的带水量缓慢增加；在压力高于15.0mpa时，随着蒸汽压力增加，蒸汽的湿度有急剧增加的趋势。因此，对于高压锅炉，蒸汽在汽空间的上升速度应比中压锅炉低。蒸汽压力急剧降低也会影响蒸汽带水。这是因为压力急剧降低时，相应的饱和温度也降低，蒸发管和汽包中的水以及金属管壁都会放出热量产生附加蒸汽，使汽包水位膨胀，并且穿过水面的蒸汽量增多，这样导致蒸汽的湿度增加，蒸汽的品质恶化。c.蒸汽空间影响蒸空间高度对蒸汽带水的影响。随着蒸汽空间高度的增加，蒸汽的带水量急剧减小，当蒸汽空间高度达到0.6m以上时，若继续增加蒸汽空间高度，蒸汽带水量变化较平缓，甚至不变，这是因为在蒸汽空间高度较小时，相当大的水滴也能被汽流带进蒸汽引出管，使蒸汽带水量增多，因而蒸汽湿度很大。随着蒸汽空间高度的增加，蒸汽中的较大水滴在未达到蒸汽引出管时，便由于重力作用失去自身的速度落回水面，从而使蒸汽湿度迅速减小。但是，当蒸汽空间高度达0.6m以上时，由于被蒸汽带走的细小水滴不受蒸汽空间高度的影响，因而蒸汽湿度变化就很平缓，当蒸汽空间高度达1m以上时，蒸汽湿度几乎不变化，所以采用过大的汽包尺寸，对汽水分离并无必要，反而增加金属耗量。锅炉正常运行时，水位应保持在正常水位线5075mm范围内波动，因为水位过高，会使蒸汽空间高度减小，蒸汽湿度增加。此外，负荷突然增加或压力突然降低，都将导致水位大幅度的波动，蒸汽湿度增加，因此在运行中应注意监视水位，防止水位大幅度波动而导致蒸汽大量带水。d.炉水含盐量影响蒸汽湿度与炉水含盐量的关系如图所示。当炉水含盐量在最初一段范围内提高时，蒸汽湿度基本不变。但当炉水含盐量增大到某一数值时，若继续增加炉水含盐量，将使蒸汽带水量急剧增加，从而使蒸汽含盐量猛增，这时的炉水含盐量称为临界炉水含盐量。出现临界炉水含盐量的原因是由于随着炉水含盐量增加，将使汽包中汽泡增多，水面上泡沫层增厚，因而使蒸汽空间高度减小，蒸汽带水量增加。不同负荷下的炉水临界含盐量是不同的。负荷越高，临界炉水含盐量越低。临界炉水含盐量除与锅炉负荷有关外，还与蒸汽压力、蒸汽空间高度、炉水中的盐质成分等因素有关。由于影响因素较多，故对具体锅炉而言，其炉水临界含盐量应用热化学试验测定，并应使实际炉水含盐量远小于临界炉水含盐量。（2） 蒸汽溶盐高压蒸汽具有一个与中低压蒸汽不同的很重要的性质，就是不论是饱和蒸汽还是过热蒸汽，都具有溶解某些盐分的能力，并且随着压力的增加，直接溶解盐分的能力增加，其熔盐原因主要是随着压力提高，蒸汽的密度不断增大，蒸汽的性能也愈接近水的性能，水能溶解盐类，则蒸汽也能直接溶解某些盐类，同时也和水一样，蒸汽对各种盐类的溶解能力也是不同的。也就是说，高压蒸汽的溶盐具有选择性。由于蒸汽溶盐具有选择性，在不同的压力下蒸汽中溶解的盐分不同，主要有三类：第一类盐分为硅酸（sio2），在6.0-14.0mpa之间，硅酸的溶解系数最大；第二类盐分为naoh、nacl、cacl等，这类盐分的溶解系数比硅酸低得多，但到压力超过14mpa时，其溶解系数也能达到一个相当大的数值；第三类盐分为na2so4、na2so3等，这是一些难溶的盐分，其溶解系数很低，在压力超过20.0mpa时才能溶解。由此可知，蒸汽中溶解的主要是硅酸。下面分析一些硅酸的性质。在炉水中同时存在有硅酸和硅酸盐，它们在饱和蒸汽中的溶解能力不同。但是有着一个共同的特性，都是以分子的形式溶于蒸汽中，并且它们之间能够互相转化。硅酸一般不会在过热器中沉积，因为它易溶于高压蒸汽中。而在进入汽轮机后，随着压力降低，溶解度下降，在中、低压缸中开始大量析出，形成难溶于水的sio2，因此很难用水或湿蒸汽将其清洗干净。严重时将迫使汽轮机停机，进行机械清洗。4.提高蒸汽品质途径蒸汽的清洁程度决定于蒸汽机械携带的水分含量、蒸汽对盐分的直接溶解能力以及炉水含量浓度大小。因而，除了对给水进行严格的处理，提高给水的品质，从根本上减少带入锅炉的杂质以外，还可以针对蒸汽被污染的具体原因，从以下几个方面采取措施来提高蒸汽品质。进行汽水分离，即在汽包内装设汽水分离设备，以减少蒸汽对水分的机械携带；对蒸汽进行清洗，以减少蒸汽对盐分的选择性携带；进行锅炉排污和锅内水处理，以降低炉水的含盐量。（1） 汽水分离汽包内装设汽水分离设备来进行汽水分离，可以显著地减小饱和蒸汽对水分的机械携带，提高蒸汽品质。各种形式的汽水分离设备，不外乎是利用以下几种原理或者说依靠以下几种作用来进行的。重力分离：利用汽与水的密度不同来进行分离。惯性分离：利用汽水混合物改变流向，由于惯性力的作用，水滴与蒸汽的速度方向发生变化，从而使水滴与蒸汽分离。离心分离：利用汽水混合物作旋转运动时产生的离心力，促使水滴从蒸汽中分离出来。水膜分离：蒸汽带着水滴沿着金属板面或网格流动时，水滴粘附在其上并形成水膜往下流，从而与蒸汽分离。我国目前采用的汽水分离设备主要有旋风分离设备、波形板分离器、多孔板等几种。下面分别介绍其结构和工作原理。a旋风分离器旋风分离器又称为旋流器或旋风子。旋风分离器有外置式和内置式两种：装设在汽包内的称为内置式旋风分离器；装设在汽包外的称为外置式旋风分离器。内置式旋风分离器的结构如图所示。它由筒体、立式波形板分离器顶盖、底板、导向叶片及连接罩等部件组成。 图2-187 旋风分离器内置式旋风分离器的工作过程如下：汽水混合物由连接罩切向进入分离器，在其内部产生旋转运动，依靠离心力的作用将大部分水滴抛向筒壁，并沿着筒壁向下流动，经过旋风分离器底部导向叶片流入汽包水溶积中；蒸汽则沿着筒体旋转流动，经过旋风分离器顶部立式波形板分离器径向流出，进入汽包的蒸汽空间。蒸汽在筒体内向上流动的过程中，也利用重力分离作用将蒸汽中的一些水滴分离出来。蒸汽在经过一些立式波形板分离器时，被分离出来的水分，在筒体上端设有环形溢流槽，以使一部分分离出来的水分，可从此溢出沿着筒体流入汽包水空间。为了减缓水在筒体下部的出口动能，同时防止蒸汽向下进入水溶剂，在旋风分离器筒体下端设有底板和导向叶片，将筒体下端的中部封死，形成水封，并使水沿着底板周围的环形流道中的导叶方向平稳地流入汽包水溶积中。在有些简单的内置式旋风分离器中，其筒体下端也不设底板和导叶的，而是在筒底装设十字挡板，来减缓筒体下部水流的速度。影响内置式旋风分离器分离效果的主要因素是汽水混合物进入旋风分离器的速度。在一定范围内，速度越高，离心分离作用越强，分离效果越好。但此时旋风分离器的阻力也大大增加。内置式旋风分离器在汽包中一般是沿着轴线方向、成排地平行布置。为了保持比较稳定的汽包水位，旋风分离器常采用交叉反向布置，即使相邻两个或相邻两组旋风分离器内工质的旋转方向相反，以互相抵消其旋转动能。内置式旋风分离器综合利用了离心分离、惯性分离、重力分离以及附着力作用等多种作用原理，是一种分离效果较好的汽水分离设备，因而在现代锅炉中得到广泛的应用。但内置式旋风分离器由于装在汽包内，其高度受到限制，因而它的分离效果不能得到充分的发挥，故一般把它作为粗分离设备，与其他分离设备配合使用。同时由于旋风分离器的单只出力受到蒸汽上升速度的限制，故需旋风分离器的数量很多，使汽包内的阻塞程度大，给拆装检修工作带来不便。外置式旋风分离器正是为了克服内置式旋风分离器的缺点而出现的。其布置不受汽包尺寸限制，分离过程与内置式旋风分离器相同，分离效果较好。但外置式旋风分离器由于布置在汽包外，因而需要承受较高的内压力，故金属耗量较多，目前我国应用较少。b.进口挡板当汽水混合物从汽包的蒸汽空间引入时，可在其管子入口处装设进口挡板，进口挡板的作用，主要是用来消除汽水混合物的动能，使汽水初步分离。当汽水混合物与进口挡板碰撞并改变方向时，由于碰撞、转弯和惯性作用，可使蒸汽中的一些水滴分离出来。为了不使汽水混合物直冲挡板，以免水滴被打碎，挡板与管子轴线夹角不应超过45，进口挡板前汽水混合物的速度不应太高，否则会使水滴碰的太碎而引起二次携带。为使挡板上的水膜不被汽流撕破而引起水滴飞溅，应将挡板布置在离进口大于引入管直径2倍的地方。挡板出口处的蒸汽流速，对中压锅炉为1-1.5m/s。c.多孔板多孔板分为顶部多孔板和下水孔板两种。（1） 顶部多孔板：顶部多孔板的结构如图所示，是在具有一定厚度的钢板上（一般3-4mm厚）有许多小孔均匀分布在整个板面上。孔径一般为10mm左右。孔数则根据所要求的蒸汽穿孔速度来决定。顶部多孔板放在汽包内顶部饱和蒸汽引出管之前，是利用孔板的节流作用，使蒸汽沿汽包的长度方向和宽度方向均匀引出。在与波形分离器配合使用时，还可使波形板前蒸汽负荷均匀，避免局部蒸汽流速过高。另外，还能阻挡住一些小小的水滴，起到细分离的作用。顶部多孔板多装在波形板分离器的上面。一般与波形板之间至少应保持20-25mm的距离。以免穿经顶部多孔板的高速气流将已分离出来的水分吸起。（2） 水下孔板：当汽水混合物由水空间引入汽包时，可以采用水下孔板来均衡蒸汽负荷，在水溶积中消除汽水混合物的功能，并将循环炉水留在水溶积中，起初分离作用。如图所示。水下孔板一般放置在最低水位下50-100mm，孔径10-12mm，