锅炉设备与原理chapter工业锅炉的水动力工况与蒸汽净化装置

1、第六章 工业锅炉的水动力(dngl)工况及蒸汽净化装置6.1工业锅炉的水动力工况6.2工业锅炉蒸汽净化装置任务(rn wu)：了解工业锅炉的水动力工况；熟悉工业锅炉的蒸汽净化装置共三十九页6.1工业锅炉的水动力(dngl)工况锅炉的工作过程：炉内过程和锅内过程。本章研究和分析工业锅炉的锅内过程。 如果由于某种原因致使工质和金属内表面间的放热系数降低，金属壁温升高，当金属壁温度超过金属的允许最高工作温度时，金属材料就会因超温而破坏(phui)，致使锅炉发生爆管或爆炸事故。上升管内流动的工质，吸收高温烟气的热量，水被加热、蒸发，形成汽水混合物，密度减小；下降管不受热或受热较弱，工质的密度较大。共三

2、十九页一、锅内水循环工业锅炉水动力系统一般包括加热系统（水）、蒸发系统（汽水）、过热系统（汽）。蒸发系统按工质流动的方式：自然(zrn)循环和强制循环。依靠下降管与上升管内工质密度差作为水循环动力的蒸发系统，称为自然循环。工业锅炉绝大部分属于自然循环锅炉。（自然循环热水锅炉）如果蒸发系统中工质的流动依靠水泵的扬程使工质在受热面内流动，这种蒸发系统称为强制循环。共三十九页自然(zrn)循环回路：由锅筒、下降管、下集箱、上升管、上集箱及汽水引出管等部件组成，如图6-3所示。二、自然循环(xnhun)回路共三十九页1.自然循环回路的布置简单回路：一根(y n)下降管与一组上升管组成的封闭的汽水系统。

3、复杂回路：一根下降管与几组上升管成的封闭的汽水系统。循环流量：在锅炉的自然循环回路中，管内工质的质量流量。循环倍率：循环流量与蒸发量之比值，K=G/D。循环倍率=f（循环回路的阻力、流动压头、锅炉额定工作压力、负荷的变化等）。共三十九页（1）工业自然循环蒸汽锅炉 工作压力比较低，循环倍率K20，在正常水动力(dngl)工况下，上升管不致过热，水中的溶解盐也不会沉积在管内壁，不会发生爆管事故。（2）自然循环热水锅炉 循环倍率K等于锅炉各循环回路中的循环水质量流量之和与锅炉进水量之比值，其循环倍率可以大于1，也可以等于或小于1。强制循环热水锅炉=1。共三十九页2. 自然循环回路基本方程 如右图所示

4、。HsQ点前的高度(god)为上升管的加热水段高度；HqQ点后的高度为上升管的含汽段高度。在下集箱处取A-A截面，作用在该截面两侧的力应相等，即： 共三十九页运动压头：运动压头用来克服下降管与上升管的阻力。上升管、下降管压差(y ch)：有效压头：有效压头用来克服下降管的阻力。共三十九页利用在工作点Yxj=Yss原理来计算水循环的方法(fngf)称为压差法；利用在工作点Syx=Pxj的原理来计算水循环的方法称为有效压头法。图6-4所示为自然循环回路的水动力特性曲线。两曲线的交点A为水循环回路的工作点，该点所对应的流速，即为水循环的回路的循环流速。循环(xnhun)流速Syx共三十九页三、自然循

5、环(xnhun)锅炉水循环(xnhun)系统 1角管式锅炉(gul)水循环 如图6-5所示。共三十九页2.锅炉管束(gunsh)的水循环上、下锅筒与锅炉管束组成对流蒸发受热面循环回路，如图6-6所示。根据烟气流动方向，将锅炉管束分成三部分：第一管束，因处于炉膛出口，烟气温度很高，受热最强，管内工质平均密度最小；第二管束次之；第三管束受热最弱。但这不是绝对的（管束里面的下降管与上升管）。共三十九页四、自然循环锅炉(gul)的水循环故障 当锅内水动力工况不正常时，水循环的安全性就会遭到破坏，产生各种水循环故障，严重影响锅炉(gul)的正常运行。 1水循环的停滞和倒流(1) 循环停滞当在同一循环回路

6、中，各上升管受热不均匀时，受热弱的上升管中所产生的运动压头就比较小，甚至不能维持最低的循环流速，而处于停止不动的状态，这种现象称为循环停滞。共三十九页自由水面如果产生循环停滞的上升管直接接于锅筒的蒸汽空间，水将停留在上升管的某一部位，水面以上(yshng)全是蒸汽，此现象称为“自由水面”。危害：当自由水面的位置波动时，还会引起管子的疲劳应力损坏。措施：把上升管或上集箱的汽水引出管从锅筒水位面以下引入锅筒，避免形成自由水面。共三十九页(2) 循环倒流由于(yuy)受热不均，有的管中工质向上流，有的管中工质向下流（流速大产生的抽吸作用），这种现象称为循环倒流。在倒流管中，水向下运动，汽泡向上运动。

7、当管内工质倒流速度很快时，管子仍能得到良好冷却，不出现局部超温。危害：当Ws.d=Wq.s时，汽泡处于不上不下的状态，引起“汽塞” ，发生传热恶化，以至使管子出现局部过热超温。共三十九页停滞与循环倒流(doli)的根本原因是同一循环回路中并列工作的各上升管受热不均匀，其主要因素：锅炉的结构特点锅炉运行不良（炉膛火焰中心偏移或火焰分布不均，受热面挂渣积灰）共三十九页防止(fngzh)倒流、停滞的方法：共三十九页2. 汽水(qshu)分层在水平或倾斜度很小的上升管中，汽水混合物的流速很小时，可能发生管子上部是汽，下部是水的流动现象，称为汽水分层。汽水分层的管段受热时，管壁上、下温度不相等，会产生温

8、差应力，使管子遭到破坏；汽水分界面(jimin)处由于水面波动而产生交变应力，使管子产生纵向裂纹而破坏；水滴不断溅到上半部管壁上，当水分蒸发后，其中的盐分在管壁上形成水垢，使上半部管壁的冷却效果恶化，容易过热烧坏。避免发生汽水分层的方法：w0不小于0.60.8m/s；汽水混合物的上升管或汽水引出管与水平线之间的倾角不宜小于15（燃用无烟煤的层燃炉，后拱角度8-10？） 。共三十九页3. 下降(xijing)管带汽下降管带汽原因（锅表面(biomin)水为饱和水）下降管入口阻力较大，产生较大的压降，使下降管入口处水压降低而发生汽化，造成下降管带汽。下降管入口离锅筒水位面太近，上方水面形成旋涡斗，

9、将蒸汽吸入下降管。下降管受热强、上升管出口与下降管入口距离近而又无良好的隔离装置。共三十九页下降管带汽对水循环的影响下降管带汽，使下降管内工质密度减小，从而使循环回路的运动压头降低，对水循环非常不利。解决的办法(bnf)下降管尽量设置在锅筒底部，以保证管口上方有足够的水位高度。共三十九页6.2工业锅炉蒸汽(zhn q)净化装置一、蒸汽（数量与质量）污染原因及影响因素(yn s)锅炉蒸汽污染的原因：蒸汽带水和蒸汽溶盐。工业锅炉压力低，蒸汽污染的原因：蒸汽带水。蒸汽带水的危害：蒸汽的热焓减小；进入过热器，其中盐分在表面结垢，恶化传热；盐分沉积在阀门处，使其关闭不严；影响产品质量。共三十九页蒸汽进入

10、锅筒的途径：锅筒水位面以上进入，撞击产生的水滴；水位面以下进入，依靠(yko)自身动能，穿越水位面引起的锅水飞溅。蒸汽与水是混合在一起的，所以为了使蒸汽净化，需要安装汽水分离装置。共三十九页蒸汽污染(wrn)的影响因素锅炉负荷在一定的运行工况下，锅炉负荷增加，蒸发面负荷增加，汽水(qshu)混合物流速增加，锅水飞溅量增大，因此蒸汽湿度增加。蒸汽空间高度蒸汽空间高度小，汽水重力分离效果差，因此湿度大，随着高度增加，明显减小，但是到一定高度之后变化不明显。共三十九页锅水含盐量含盐量高，锅水粘度及表面张力大，小气泡不易形成大气泡，且上升速度慢，锅筒水位膨胀，不利于重力分离，因此蒸汽湿度增大。含盐量到

11、一定(ydng)数值，蒸汽湿度急剧增加，此时为临界含盐量（定期排污&连续排污）。共三十九页二、蒸汽净化原理（1）重力(zhngl)分离；（2）惯性力分离原理；（3）离心力分离原理；（4）水膜分离原理。共三十九页三、蒸汽净化(jnghu)装置1粗分离装置(1)旋风分离器结构形式：由筒体、波形板顶帽、开式溢流(y li)环、圆形底板和导向叶片等组成，如下图6-10所示。分离原理：离心力分离、重力分离和水膜分离。共三十九页共三十九页(2)进口挡板(dn bn)进口挡板安装在汽水混合物引入管的进口处，挡板沿锅筒长度纵向布置，两端空出，如图6-11所示。分离原理：消除动能，惯性力。汽水混合物的引入速度不

12、宜过大，否则易把水膜冲碎成细小水滴，不利于分离。为减慢抵达挡板时的流速，挡板与管口之间应保持有不小于两倍引入管管径的距离。两挡板间应有合适的空隙截面，以便此处蒸汽速度保持在1.54.5m/s。此外，挡板与汽水流动方向的夹角应小于45，以平稳地消除动能，否则会使汽冲破水膜而成水滴飞溅。共三十九页水下(shu xi)孔板 进口(jn ku)挡板 共三十九页(3)水下孔板水下孔板是布置在锅筒水空间中的平孔板，如图6-12所示。分离原理：节流、均流、消除动能，防止冲击水面，减少汽水混合物穿过水面时形成的细小水滴；均匀(jnyn)蒸发面负荷。共三十九页2细分离(fnl)装置(1)均汽孔板装在锅筒顶部的多

13、孔板，如图6-13所示。分离原理：节流，均匀负荷，降低蒸汽上升速度，重力分离；阻挡细小水滴。匀汽孔板与水下孔板工作原理基本相似，是借小孔节流作用使锅筒汽空间各处负荷均匀。通常孔板均匀开孔，孔径可取(kq)810mm，孔间间距不宜大于50mm，蒸汽穿孔流速为1327m/s。为了增加锅筒汽空间重力分离效果，孔板尽量装得高些，以增加蒸汽空间的有效分离高度。共三十九页匀汽孔板共三十九页(2)集汽管在工业锅炉中，为了均匀蒸汽空间负荷，防止蒸汽带水，常采用(ciyng)集汽管，如图6-14所示。集汽管形式：缝隙式和多孔式。(a)抽汽孔集汽管；(b)缝隙(fngx)式集汽管共三十九页(3)波形板分离器（百叶

14、窗）结构形式由许多块波形板相间排列组成，水平(shupng)布置在锅筒顶部，如图6-15（a）和图6-15（b）所示。分离原理惯性力，水膜，重力。共三十九页波形板用0.81.2mm的钢板压成，边框用23mm的钢板制作，每组波形板大小以能通过锅筒上的人孔为限。相邻两块波形板的间距为10mm，水平布置时，其长度要求超过锅筒直段长度的2/3。波形板的底部应加装疏水管，且应延伸至锅筒最低水位(shuwi)以下。波形板应与匀汽孔板配合使用，蒸汽先经波形板再经匀汽孔板，为获得较好的分离效果，波形板的上沿与匀汽孔板之间应保持一定距离，一般取3040mm。共三十九页（a）水平式波形板分离器 （b）竖立(shl)式波形板分离器共三十九页(4)钢丝网分离器由两片拉网钢板内夹数层钢丝网组合而成，工艺简单，流动阻力小，应用广泛，见图6-16。(5)蜗壳式分离器由缝隙式集汽管及其外加的蜗壳组成，如图6-17所示，在离心力的作用将汽水(qshu)分离。共三十九页钢丝网分离器蜗壳(w k)式分离器共三十九页习题(xt)2，3，5，7，8，10共三十九页内容摘要第六章 工业锅炉的水动力工况及蒸汽净化(jnghu)装置。锅炉的工作过程：炉内过程和锅内过程。下降管不受热或受热较弱，工质的密度较大。复杂回路：一根