6第六章 蒸发设备.doc

第六章 蒸发设备 第六章 蒸 发 设 备 第一节 概 述一、蒸发设备的组成自然循环锅炉的蒸发设备由汽包、下降管、水冷壁、联箱及连接管道等组成。图61为自然循环锅炉蒸发设备示意图。汽包、下降管、联箱、连接管道等位于炉外不受热。水冷壁布置在炉膛四周，接受炉膛内高温火焰的辐射传热。由汽包、下降管、上升管、联箱和连接管道所组成的闭合蒸发系统，称为水循环回路。工质在依次沿着汽包、下降管、下联箱、上升管、上联箱、导汽管、汽包这样的循环回路流动过程中，其流动的推动力是由汽水密度差产生的，故称为自然循环。二、下降管和联箱下降管的作用是把汽包中的水连续不断地送往下联箱供给水冷壁，以维持正常的水循环。下降管有小直径分散下降管和大直径集中下降管两种。 表61 大型锅炉的大直径集中下降管锅炉容量（t/h）大 直 径 管分 支 引 出 管根 数管径（mm）根 数管径（mm）670641936561591610006558.86574联箱的作用是将进入的工质集中混合并均匀分配出去。通过联箱还可连接管径和管数不同的管子。它一般不受热，由无缝钢管两端焊接弧形封头构成，材料大多为20号碳钢。三、循环泵 画工作原理图并讲解 第二节 汽 包一、汽包的结构画图并讲解二、汽包的作用汽包在汽包锅炉中具有很重要的作用，其主要作用是：1与受热面和管道连接汽包是汽包锅炉内工质加热、蒸发、过热三个过程的连接中心，也是这三个过程的分界点。 此外，还有一些辅助管道与汽包连接，如加药管、连续排污管、给水再循环管、紧急放水管等。2增加锅炉水位平衡和蓄热能力汽包中存在有一定水量，因而具有一定的蓄热能力和水位平衡能力。在锅炉负荷变化时起到了蓄热器和储水器的作用，可以延缓汽压和汽包水位的变化速度。蓄热能力是指工况变化，而燃烧条件不变时，锅炉工质及受热面、联箱、连接管道、炉墙等所吸收或放出热量的能力。3汽水分离和改善蒸汽品质汽包内部装有汽水分装置进行汽水分离。汽包内还装有蒸汽清洗装置，清洗蒸汽，减少蒸汽直接溶解的盐分。另外，汽包内还装有排污和加药装置等，从而改善了蒸汽品质和锅水品质。4装有安全附件，保证了锅炉安全汽包上装有许多温度测点、压力表、水位计和安全门等附件，保证了锅炉安全工作。三、汽包的安全运行汽包是具有一定壁厚的承压热容器。它的工作压力高、机械应力大；汽包壁温度场不均匀，会产生热应力。因此，设计制造汽包和在锅炉运行中必须保证汽包的安全运行。设计汽包时，必须进行严格的强度计算，正确选择汽包材料和确定壁厚。在运行过程中，必须限制汽包的工作压力。为了防止汽包工作压力超过限值，在汽包上和过热器出口装置100容量的安全阀。在锅炉进水、启停和负荷变化过程中必须限制汽包的上下壁、内外壁温差。一般要求在锅炉在进水、启停和正常运行过程中汽包上下壁、内外壁温差不得超过4050。 第三节 水冷壁的作用和结构一、水冷壁的作用 锅炉水冷壁具有如下作用： 炉膛中的高温火焰对水冷壁进行辐射传热，使水冷壁内的工质吸收热量后由水逐步变成汽水混合物； 由于辐射传热量与火焰热力学温度的四次方成正比，而对流传热量只与温度的一次方成正比，水冷壁是以辐射传热为主的蒸发受热面，且炉内火焰温度又很高，故采用水冷壁比采用对流蒸发管束节省金属，从而使锅炉受热面的造价降低； 在炉膛内敷设一定面积的水冷壁，大量吸收了高温烟气的热量，可使炉墙附近和炉膛出口处的烟温降低到灰的软化温度ST以下，防止炉墙和受热面结渣，提高锅炉运行的安全和可靠性； 敷设水冷壁后，炉墙的内壁温度可大大降低，保护了炉墙且炉墙的厚度可以减小，重量减轻，简化了炉墙结构，为采用轻型炉墙创造了条件。二、水冷壁的结构现代锅炉的水冷壁主要有光管式、膜式和销钉式三种类型。1光管水冷壁画图并讲解2.销钉式水冷壁画图并讲解3膜式水冷壁画图并讲解膜式水冷壁具有如下优点：（1）膜式水冷壁使炉膛具有良好的气密性，适用于正压或负压的炉膛，对于负压炉膛还能减少漏风，降低锅炉的排烟热损失。（2）对炉墙具有良好的保护作用。（3）在相同的炉墙面积下，膜式水冷壁的辐射传热面积比一般光管水冷壁大，且角系数x1，并用鳍片代替部分管材，因而节约高价管材。（4）膜式水冷壁可在现场成片吊装，使安装工作量大大减少，加快了锅炉安装进度。（5）膜式水冷壁能承受较大的侧向力，增加了抗炉膛爆炸的能力。膜式水冷壁存在的缺点是：（1）制造、检修工作量大且工艺要求高。（2）运行过程中要求相邻管间温差小。为了防止管间产生过大的热应力，使管壁受到损坏，在锅炉运行过程中相邻管间温差一般不应大于50。（3）设计膜式水冷壁时必须有足够的膨胀延伸自由还应保证人孔、检查孔、观火孔等处的密封性。（4）采用敷管炉墙的膜式水冷壁，由于炉墙外无护板和框架梁，因此刚性差。为了能承受炉膛爆燃产生的压力及炉内气压的波动，防止水冷壁产生过大的结构变形或损坏，在水冷壁外侧、沿炉膛高度每隔一定距离布置一层围绕炉膛周界的腰带横梁，即刚性梁。三、刚性梁 1刚性梁的作用 为了使炉墙能承受炉膛爆燃产生的压力及炉内压力的波动，防止水冷壁和炉墙产生过大的结构变形或损坏，大容量锅炉都采用刚性梁来加固水冷壁和炉墙，这就是刚性梁的作用。2刚性梁的结构刚性梁似绕在炉膛四周多层腰带。如图612为一种常用的刚性梁结构。 第四节 水冷壁的布置型式 一、汽包锅炉水冷壁的布置型式 自然循环锅炉和控制循环锅炉均属于汽包锅炉，它们的水冷壁布置型式类似。为减少汽水混合物在上升管内的流动阻力，对水循环有利，汽包锅炉水冷壁的布置相对比较简单，大部分是垂直布置于炉膛四周形成炉壁，只有炉膛底部和墙上部少部分水冷壁管是倾斜布置。 二、直流锅炉水冷壁的布置型式 （一）直流锅炉的类型直流锅炉的特点和类型主要体现在蒸发受热面的结构方式和汽水系统两个方面。图616示出直流锅炉三种传统的水冷壁基本型式，它们是水平围绕管圈型（拉姆辛型）、垂直多管屏型（本生型）、回带管圈型（苏尔寿型）。 （二）螺旋管圈型水冷壁1水冷壁的布置与支吊螺旋管圈型直流锅炉的水冷壁一般由螺旋管圈和垂直管屏两部分组成。炉膛下部热负荷高，布置螺旋管圈；炉膛上部热负荷低，布置垂直管屏。冷灰斗区域的水冷壁可采用螺旋管圈或垂直管，对于易结渣的煤，宜布置螺旋管。螺旋管和垂直管之间有两种连接方式：一种是通过联箱连接；另一种通过分叉管连接。螺旋管圈各并联管子都围绕炉膛一圈以上，可见并联各管的受热条件都基本相同，而且炉膛热负荷分布的变化对并联管吸热的影响很小。因此，螺旋管圈并联管之间的热偏差很小（热偏差概念将在第七章第三节作详细介绍），可不用在水冷壁管进口加装节流圈。这是螺旋管圈型水冷壁的又一优点。（三）垂直管屏型水冷壁1垂直一次上升型水冷壁垂直一次上升型直流锅炉是在传统的垂直多管屏（即本生型）直流锅炉基础上发展起来的，它的水冷壁很象自然循环锅炉。在一次上升型垂直管屏中，工质从炉底通过水冷壁一次上升到炉顶，中间经过一次或多次混合。美国拔柏葛锅炉公司（B&W）首先采用这种设计，简称通用压力（即UP型）锅炉。这种锅炉可用于亚临界压力和超临界压力。 一次上升型垂直管屏中必须保证在各种负荷工况下具有足够高的质量流速，以防止管内出现传热恶化现象。一般认为采用一次上升型垂直管屏的直流锅炉容量宜在500600MW机组以上。 2上升上升型水冷壁 这种型式的管屏结构与一次上升型相同，只是为了能采用较大直径的水冷壁管而又保证管内有足够的质量流速，有利于水冷壁的安全工作，则在热负荷高的炉膛下部区域将垂直管屏由一次上升改为两次或多次上升，串联管屏之间由炉外下降管连接。在炉膛上部由于热负荷较低且水冷壁管内工质的比容大、质量流速高，仍可采用一次上升管屏。第五节 蒸发受热面存在的问题及其防止措施固态排渣煤粉炉主要存在结渣和水冷壁高温腐蚀问题；液态排渣炉存在炉底析铁和高温腐蚀问题。一、固态排渣煤粉炉的结渣1结渣的危害结渣会危及锅炉运行的安全和经济，造成的危害是十分严重的：受热面结渣以后，会使传热热阻增加，传热减弱，工质吸热量减少，锅炉排烟温度升高，排烟热损失增加，锅炉效率下降。为保持锅炉的出力，在增加燃料量的同时必须相应地加大风量，这就使送、引风机负荷增加，厂用电增加。因此，结渣使锅炉运行的经济性明显降低。受热面结渣时，为了保持锅炉的出力，必须增大风量。若通风设备容量有限，加上结渣容易使烟气通道局部堵塞，烟气阻力增加风机风量难于加大，锅炉只好被迫降负荷运行。炉膛受热面结渣后，炉膛出口烟温升高，导致过热汽温升高，加之结渣造成的热偏差，易引起过热器超温损坏。这时为了维持过热汽温和保护再热器，运行中也需要限制锅炉负荷。燃烧器喷口结渣，改变了燃烧器出口气流结构，从而使炉内空气动力工况受到破坏，影响燃烧过程的进行。喷口结渣严重而被堵塞时，锅炉只好降负荷运行，甚至被迫停炉。水冷壁结渣，会使其各部分受热不均，对自然循环锅炉的水循环安全性和控制流动锅炉水冷壁的热偏差带来不利影响，可能导致水冷壁管破坏。炉膛上部积结的焦块掉落时可能会砸坏冷灰斗的水冷壁管。冷灰斗处结渣严重时，会使冷灰斗出口逐渐堵塞，无法排渣，锅炉无法继续运行。总之，结渣不但增加了锅炉运行维护和检修的工作量，严重危及锅炉安全经济运行，还可能迫使锅炉降低负荷运行，甚至被迫停炉。结渣本身是一个复杂的物理化学过程，同时还有自动加剧的特点。一旦发生，由于渣层的热阻使传热恶化，炉内烟气温度和渣层表面温度都将升高，加之渣层表面粗糙，渣粒更容易黏附上去，结果结渣过程会愈演愈烈。所以尽最大努力来减轻或防止锅炉结渣。2影响结渣的因素影响结渣过程的主要因素有：煤粉灰分特性 目前判断燃煤锅炉燃烧过程中是否发生结渣的一个重要的依据是灰的熔融性，通常将灰的软化温度ST作为衡量是否发生结渣的主要指标。评价煤灰的结渣性能除用灰的熔融性说明外，还必须引用其他一些指标，甚至要用多项指标进行综合评价。目前采用的有SiO2比、酸碱比、结渣指数以及极限黏度等。SiO2比简称硅比，用SR表示：（63）式中的几种氧化物是指它们在灰中的重量百分比。硅比是反映燃煤结渣趋势和对不同煤种进行比较的一个简单的指标。硅比越大，灰渣黏度越高，越不易结渣。灰中含铁量和含钙量增加会使SR值减小，灰的黏度降低。一般硅比SR72时的灰渣不易发生结渣，当SRCaOMgO的烟煤型灰： Rs= （65）式中 Sd煤种干燥基含硫量。结渣指数Rs与碱酸比相似，Rs小则灰渣有较高的黏度。通常Rs2时，就会发生严重结渣。燃煤灰分特性对结渣的影响，是一个十分复杂的问题，目前还没有一个世界公认的评价结渣性能的方法。它不仅与灰中各组分的含量有关，还与各组分的物理化学性质、相互之间的作用和锅炉的运行工况（如炉内介质的气氛）等因素有关。（2）炉内空气动力特性 炉膛内的烟气温度以及水冷壁附近的温度工况和介质气氛等都与炉内空气动力特性密切相关。（3）炉膛的设计特性 炉膛容积热负荷qv、断面热负荷qA和燃烧器区域热负荷qr数值的大小都会对结渣产生一定的影响。（4）锅炉运行负荷 锅炉负荷升高时，炉内温度也相应升高，结渣的可能性也就增大。 3防止结渣的措施 防止结渣主要是从避免炉温过高和防止灰熔点降低两个方面着手。主要措施有：（1）防止受热面附近温度过高，力求使炉膛容积热负荷qv、断面热负荷qA和燃烧器区域壁面热负荷qr设计合理，避免锅炉超负荷运行，从而达到控制温度水平，防止结渣的目的。堵塞炉底漏风，以防止火焰中心上移，导致炉膛出口结渣。一、二次风率和风速的合理设计和匹配，给粉机和各燃烧器风、粉量的均匀供给，四角燃烧器中心切圆的正确调试等，都有助于防止火焰中心偏斜和水冷壁结渣。（2）防止炉内生成过多的还原性气体。保持合适的炉内空气动力特性，避免炉内过量空气系数太低，特别是防止水冷壁等受热面附近出现还原性气氛。（3）做好燃料管理工作。进行全面的燃料特性分析，特别是灰的成分分析及灰熔点和结渣特性分析。尽量使用固定煤种，避免锅炉运行时煤种多变。保持合适的煤粉细度和均匀度，不使煤粉过粗，以免火焰中心上移，导致炉膛出口结渣。（4）加强运行监视，及时吹灰除渣。运行中应根据仪表指示和实际观察来判断是否出现结渣。如发现过热汽温偏高、排烟温度升高、炉膛负压减小等现象，就要注意水冷壁及炉膛出口是否结渣。由于结渣过程是一个自动加速的过程，因此一旦发现结渣就应及时清除。（5）做好设备检修工作。检修时应根据运行中出现的结渣情况，适当地调整燃烧器。检查燃烧器有无烧坏、变形情况，及时校正修复。检修时应彻底清除积存灰渣，而且应做好堵塞漏风工作。二液态排渣炉的炉底析铁1炉底析铁的危害 2产生析铁的原因 简单介绍 3防止析铁的措施 三、水冷壁的高温腐蚀 高温受热面（炉膛水冷壁、屏、高温过热器和高温再热器）烟气侧的腐蚀是在高温烟气环境下且管壁温度较高时发生的，故称为高温腐蚀。 水冷壁产生高温腐蚀的机理可简述为：锅炉水冷壁管子金属在氧、硫等氧化剂的作用下，发生氧化反应：（6-8） 在还原性气氛下 ，一部分分解出来的S及黄铁矿FeS与金属化合： FeSFeS （69） 3FeS5O2Fe3O43O2氧化速度取决于所形成的氧化膜（FeO、Fe2O3、Fe3O4）的保护特性。如果氧化膜致密且牢固地附着在管壁上（如Fe2O3），可阻止氧化剂与金属继续发生反应，降低氧化速度。反之，如果氧化膜结构疏松多孔，易脱落（如FeO、Fe3O4），则氧化速度加快。当烟气和积灰层中含有腐蚀性成份（如硫化物、氯化物