第四章 锅炉2

第四节 锅炉受热面积 一 锅炉蒸发受热面的结构与布置锅炉蒸发受热面 工质的主要受热面是水冷壁 1 水冷壁 布置在炉膛中 吸收辐射热 水冷壁的布置 自然循环工业锅炉 炉膛水冷壁循环回路 由不受热的下降管和作为上升管的水冷壁构成 下降管 自上锅筒将炉水引入下集箱 分配给各水冷壁管 在水冷壁中吸热蒸发形成汽水混合物 沿水冷壁进入上锅筒 锅炉结构 高压电站锅炉 水冷壁由几个独立下降管和独立集箱的循环回路组成 尽可能减小各水冷壁之间的热偏差 下降管 集箱 水冷壁结构 有光管水冷壁 鳍片管膜式水冷壁 带销钉管水冷壁 光管水冷壁 管径 51 76mm 管节距s与管外径d之比 s d 2 2 5 火床炉 1 05 1 2 火室炉 1 管子2 耐火材料3 绝热材料4 炉皮 鳍片管 鳍片管之间相互焊接组成膜式水冷壁 特点 改善炉膛密封性 减少漏风 采用微正压燃烧 取消引风机 提高锅炉效率 炉腔不直接受火焰辐射 可不用耐火材料 减轻重量 缺点 工艺复杂 相邻管温度不超50 以免变形 3 绝热材料4 炉皮5 扁钢 带销钉管水冷壁 销钉上敷有耐火填料 可减少水冷壁吸热 使该部位炉温升高 便于燃料迅速着火和稳定燃烧 并保持高温 3 绝热材料4 炉皮5 扁钢7 耐火涂料8 销钉9 鉻矿砂材料 带销钉光管水冷壁 带销钉膜式水冷壁 2 凝渣管束 布置在炉膛出口的对流管束 其横向 纵向节距大 不易结渣 吸收烟气的热量 3 锅炉对流蒸发受热面 由上下锅筒和许多管连接而成 管行列布置 横向 纵向节距 95 100mm 管中水和汽混合物自然循环流动 二 过热器和再热器 1 过热器作用 将饱和蒸汽加热成一定温度的过热蒸汽 提高系统效率 根据过热器的布置位置 顶棚过热器立式过热器屏式过热器辐射式过热器卧式对流过热器 锅筒 过热器的分类 根据传热方式分为三种 辐射式 对流 屏式1 辐射式过热器 布置在炉膛的炉壁上 结构与水冷壁相似 自己形成循环水路 2 对流过热器 无缝钢管弯制的蛇形管 根据烟气和蒸汽的相对流动方向分为 顺流 逆流 双逆流 混合流四种 顺流式 壁温最低 传热最差 多用于高烟温区 逆流式 壁温最高 传热最好 多用于低温区 过热器中过热蒸汽的质量流速 中压锅炉 高压锅炉 过热器系统总阻力 过热蒸汽出口压力的10 烟气的流速 一般取8 15m s 3 屏式过热器布置在炉膛上部 吸收炉膛的辐射和烟气的对流传热 管径 32 42mm 纵向节距s2 1 1 1 2 d 屏与屏之间的距离s1 600 800mm 烟气的流速 取6m s 结构主要影响 烟气的流动阻力烟气与工质的传热效率 2 再热器 作用 将汽轮机高压缸的排汽 锅炉中加热 高温蒸汽 汽轮机中压和低压缸中膨胀作功 一次过热蒸汽 高压过热器中加热的蒸汽 二次过热蒸汽 再热器中加热的蒸汽 压力为一次蒸汽的1 5 温度与一次蒸汽相近 再热器的结构 与对流过热器相似 由平行连接的蛇形管组成 再热器的特点 再热蒸汽压力低 密度小 换热系数仅为过热蒸汽的1 5 所以 对管壁的冷却能力差 再热器的总阻力 控制在再热器进口压力的10 以内 影响热力系统的经济性 再热蒸汽的质量流速 限制在250 400kg m2 s 作用 利用锅炉尾部烟气加热给水 降低排温 根据结构和材料分为 铸铁式和钢管式1 铸铁式 由一系列水平铸铁肋片管构成 各管之间用铸铁弯头连接 承受压力 2 4MPa以下 省煤器中水速 不低于0 3m s 烟速 8 10m s 给水流动方向 由下向上 缺点 安全性差 三 省煤器 铸铁式结构 旁通烟道 烟道挡板 给水管 安全阀 省煤器 送往锅炉 排烟 烟气 2 钢管式省煤器 省煤器中的烟速 8 9m s省煤器阻力 高压和超高压 锅筒压力的5 中压时 锅筒压力的8 结构 由蛇形钢管和集箱构成 管子错列水平布置 外径25 42mm 横向节距与管外径之比 2 0 3 0 纵向节距与管外径之比 1 5 2 0 水速 非沸腾式 不低于0 3m s 沸腾式 沸腾部分 1 0m s 四 空气预热器 作用 利用省煤器后排出烟气的热量加热燃烧用空气 改善燃料着火及燃烧 并降低排烟温度 提高锅炉效率 分类 按传热方式分为导热式和再生式1 导热式 烟气通过中间壁面连续将热量传给空气结构 管式空气预热器51mm 1 5mm或40mm 1 5mm的有缝钢管 相邻管孔间隙 10mm以上 上下管板厚 15 25mm 中间管板厚 5 10mm 横向节距与管外径之比 1 5 1 9 纵向节距与管外径之比 1 0 1 2 烟气流速 10 14m s 管子根数保证 空气流速 4 5 7 0m s 由各流程高度 2 再生式 受热面旋转式 由转子和固定外壳组成 按传动结构分 受热面旋转式和风罩旋转式 固定外壳 转子流通截面分成烟气通道 和空气通道 转子 许多扇形小块 分成几个仓格 内装波形板 1 4r min 第五节换热器 作用 将热量从高温流体传给低温流体 一 分类按冷热流体接触方式分 间壁式 直接接触式 蓄热式 1 直接接触式 循环水自塔顶喷淋而下 冷空气自下而上直接接触 将水的热量传给空气加热 使用范围有限多数情况下 不允许冷热流体直接接触 不常能 2 间壁式 热流体通过固体壁将热量传给冷流体 如 省煤器 过热器 空气预热器等 3 蓄热式 利用固体材料的蓄热作用 先让热流体流过固体壁 使热量由热流体传给固体壁 然后冷流体流过固体壁 将固体壁的热量传给冷流体 适用于流量大的气 气换热场合 如空气预热器 二 间壁式换热器的形式及基本构造 分类方法 按作用分 加热器 冷却器 冷凝器 蒸发器 按工作介质及其聚集状态换热器分为 汽 液 液 液 气 液 气 气 汽 气按工作流体的流动方向分为 顺流 逆流 错流 混流按流程数分为 单程和多程换热器按传热表面几何形状分为 管壳式 盘管式 螺旋板式 板式 板翘式 翘片管式 热管式 针形 蜂窝形 混合式等 分类方法之二 三 顺流 逆流 错流 逆错流 先顺后逆平行流 先逆后顺串联混流 单程管壳式 多程管壳式 分类方法之四 盘管式 螺旋板式 板式 板翘式 翘片式 续 热管式 针形 蜂窝形 组合形 管壳式结构形式 固定管板式 双套管式 U形管式 浮头式 三 换热器传热计算的基本公式 基本公式 传热方程和热平衡方程传热方程 热平衡方程 冷热流体间的传热量 K 传热系数 F 传热面积 t 冷热流体的平均温差 c2 c1 冷热流体的热容量 换热器热效率 0 98 冷热流体进 出口温度 换热效率 热容量c qm cv W K qm 质量流量 cv 定容比热 冷物体获得的热量 热物体释放的热量 冷热流体的温度变化 与换热器的结构F和传热系数K有关 即传热量 传热系数K 对管壳式 1 2 热冷流体的换热系数 换热器壁厚 热导率 对高温气体 换热器内存在对流和辐射换热 故 需同时考虑 即 d 对流换热系数 f 辐射换热系数 流动方向 材料等有关 换热器结构F 决定冷热流体的接触面积或长度 接触面积F 接触时间长 传热量 t 影响 传热效率换热器材料的高温耐久性冷热流体流动方向 影响传热系数K 顺流式 K 传热效率 t 换热器高温耐久性 工作温度 逆流式 K 传热效率 t 换热器高温耐久性 工作温度 1 对流换热系数 1 流体管内流动层流 努塞尔数 管内对流换热系数 d 管内径 管内流体热导率 雷诺数 管内流速 运动粘度普朗特数 管内流体密度 cp 管内流体定压比热 管内流体平均温度下的粘度和平均壁温下的粘度 l 管长 湍流 流体加热时 n 0 4 流体被冷却时 n 0 3 2 流体定向冲刷管束根据流体纵向或横向冲刷管束 以及管子形状的不同 分别采用不同的计算公式 对横向冲刷顺列管束 平均温压下的热导率 Cs 管束相对节距影响的修正系数 Ca 气体行程方向上管排数的修正系数 查表计算 完 2 辐射换热系数 四 换热器设计计算的基本方法 基本方程 传热方程和热平衡方程 前述 换热器设计计算有两种方法 平均温差法和效能 传热单元数法 1 平均温差法 主要用于设计计算 步骤 1 根据已知条件 由热平衡方程式求出冷热流体中另以个未知温度和传热量 2 由冷热流体4个进出口温度 求出传热的平均温差 3 求出传热系数K 然后用传热方程求传热面积F 2 效能 传热单元数法 法 主要用于校对 1 换热器效能 实际换热量与最大可能换热量之比 即 由热平衡方程