第五讲 锅炉汽水系统

锅炉设备第五讲锅炉汽水系统2汽水系统的组成预热蒸发过热第一部分省煤器4一、省煤器的作用和分类省煤器是利用锅炉尾部烟气热量加热锅炉给水的热交换设备。省煤器是汽水系统中的承压部件，其主要作用是：1）节省燃料。2）降低了锅炉造价。3）改善了汽包的工作条件，延长其使用寿命。56二、省煤器的结构和工作原理7（一）基本结构和工作原理钢管省煤器是由许多并列的蛇形管和进出口联箱组成。其工作原理是：烟气在管外自上而下横向冲刷管束，将热量传递给管壁；水在管内自下而上流动，吸收管壁放出的热量，使水的温度升高。这种方式既可以形成逆流传热，节约金属用量；也便于疏水和排气，以减轻腐蚀；另外，烟气自上而下流动，还有利于吹灰。8（一）基本结构和工作原理9光管省煤器10H型省煤器11肋片式省煤器12鳍片管省煤器13膜式省煤器14（二）省煤器的管束布置方式1、按蛇形管的排列方式分：（1）顺列布置：横向节距大，涡流少，烟气阻力小，管子磨损较轻，但积灰严重。（2）错列布置：传热效果比顺列布置好，烟气阻力大，管子磨损较严重，但积灰较轻。错列布置顺列布置15（二）省煤器的管束布置方式2、按蛇形管在烟道中的放置方式分：（1）纵向布置：蛇形管垂直于后墙。（2）横向布置：蛇形管平行于后墙。16（二）省煤器的管束布置方式纵横向布置的特点：纵向布置特点：管子较短，支吊比较简单；平行工作的管子数目较多，因而水的流速较低。但全部蛇形管严重局部磨损，检修工作量大。多用于大容量的锅炉。横向布置特点：蛇形管排数少，管内水速较高；能减轻飞灰磨损，防护维修较简便。17（三）省煤器的支吊方式（1）支承式一般将固定管排的管子卡架在支承梁上，支承梁布置在烟道内，内心是空心的，一般通入冷却风，防止支承梁受热变形。18（三）省煤器的支吊方式（1）支承式支承式结构简单，换管、倒排较为方便。但处于烟道内，阻碍烟气流动，使管卡附近烟气流速加快，造成局部省煤器管子磨损加剧，另外，还需布置冷却风道来冷却支承梁，支承梁体积较大，易积灰。19（三）省煤器的支吊方式（2）悬吊管式结构省煤器的管卡是挂在悬吊管上的，由于管排同悬吊管固定在一起，结构较紧凑、复杂，因此倒排、换管都较为复杂，检修难度大。20（三）省煤器的支吊方式一般悬吊管式省煤器采用用顺列布置，节距较大，烟气阻力小，所以其磨损程度要小得多。采用悬吊管式结构的省煤器，其入口联箱一般布置在烟道内，悬吊管一般采用水冷结构，有的兼作省煤器的出水管。21（四）省煤器引出管与汽包的连接为避免在汽包壁上因温差热应力或金属热疲劳使汽包产生裂纹，在省煤器引出管与汽包连接处加套管，防止汽包壁的损伤。22三、省煤器的启动保护原因：省煤器起动时，常是间断给水，省煤器中的水处于停滞状态。易造成管壁超温烧坏。一般保护方法是在省煤器进口与汽包下部之间装有不受热的再循环管。或是在省煤器出口与除氧器之间装有一根带阀门的再循环管。23第二部分自然循环锅炉蒸发受热面25一、蒸发设备的作用及组成作用：吸收燃料放出的热量，使水受热汽化变成饱和蒸汽。组成：汽包、下降管、水冷壁、联箱及一些管道组成。锅炉蒸发的水循环回路：水从汽包——下降管——下联箱——水冷壁汽水混合物上联箱——回汽包。26二、汽包1、汽包的作用是加热、蒸发、过热的连接枢纽。可以缓冲汽压变化造成的影响。可以保证蒸汽的品质。可以保证锅炉的运行安全。2．汽包的结构Φ1600～1800mmL14～26m2728293031三、下降管下降管的钢材一般采用20号碳钢。下降管有小直径分散下降管和大直径集中下降管两种。小直径下降管，管径小，根数多，故下降管阻力较大，对水循环不利。大型锅炉一般采用大直径集中下降管。32四、联箱现代锅炉都采用圆形联箱，实际上是直径较大、两端封闭的圆管，可用来连接两部分相同或不同管数和管径的管子，起汇集、混合和分配工质的作用。圆形联箱通常用轧制的无缝钢管两端焊上弧形封头或平封头制成。联箱一般布置在炉外不受热，其材料常用20号碳钢。33五、水冷壁1、作用:吸收炉膛辐射热量，使水部分蒸发成饱和蒸汽。保护炉墙，简化炉墙结构，还可防止炉墙结渣。节省金属，降低锅炉造价。342、主要结构型式（1）光管水冷壁：由普通无缝钢管焊制而成。（2）销钉水冷壁（3）膜式水冷壁光管焊扁钢结构，鳍片管焊扁钢结构。它得到了广泛的应用。优点：能充分保护炉墙，良好的气密性，可节省钢材，简化炉墙结构，便于组装和安装。同时可制成双面水冷壁，两面受热。（4）内螺纹水冷壁亚临界锅炉，热负荷高，易发生膜态沸腾，采用内螺纹管可以破坏膜态沸腾，冷却效果好。353、后水冷壁结构（凝渣管）后水冷壁采用了折焰角结构，部分管子弯成折焰角，也有全部弯成折焰角。3637水冷壁流程第三部分直流锅炉水冷壁39温度/℃压力/bar亚临界超临界水分子密度与压力、温度关系40垂直水冷壁+内螺纹管螺旋水冷壁+内螺纹管负荷变化和煤种变化适应性对比炉膛水冷壁型式节流圈为针对锅炉某一负荷、某一煤种而设计。由于节流圈的固有特性，对所有负荷进行流量合理分配、调节较为困难；机组运行一段时间，节流圈将不可避免地结垢，偏离设计值。对煤种变化、炉膛结渣等所引起的炉膛热负荷变化适应性较差。采用较高质量流速设计，且进口不需装设节流圈，螺旋管圈水冷壁的传热、流量分配和介质出口温度等不会受到燃烧器、磨煤机切换等工况的影响。对煤种变化、炉膛结渣以及机组负荷变化所引起的吸热量的变化适应性好，变负荷、变压运行能力强41螺旋管圈+内螺纹管漩涡效果重力作用管子内表面充满了液体421.螺旋管圈水冷壁对于超临界变压运行锅炉，螺旋管圈水冷壁是首先应用于超临界变压运行锅炉的水冷壁型式。炉膛水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈方式【即下部炉膛的水冷壁采用螺旋管圈（内螺纹管），上部炉膛的水冷壁为垂直】，保证质量流速符合要求。水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁水冷壁采用一次中间混合联箱来实现螺旋管至垂直水冷壁管的过渡4344452.过渡段水冷壁螺旋水冷壁前墙、两侧墙出口管全部抽出炉外后墙出口管则是4抽1根管子直接上升成为垂直水冷壁后墙凝渣管，另3根抽出到炉外抽出炉外的所有管子均进入24根螺旋水冷壁出口集箱，由22根连接管从螺旋水冷壁出口集箱引入位于锅炉左右两侧的两个混合集箱（Φ444.5×95，SA335P12）混合后，再通过22根连接管从混合集箱引入到24根垂直水冷壁进口集箱，然后由垂直水冷壁进口集箱引出光管形成垂直水冷壁管屏，垂直光管与螺旋管的管数比为3：1。这种结构的过渡段水冷壁可以把螺旋水冷壁的荷载平稳地传递到上部水冷壁。46垂直膜式壁螺旋水冷壁出口集箱垂直水冷壁进口集箱垂直水冷壁进口集箱螺旋水冷壁出口集箱螺旋膜式壁47锅炉启动系统给水控制阀锅炉给水泵除氧器疏水扩容器冷凝水净化器冷凝水泵高加省煤器水冷壁储水罐启动分离器水位控制阀启动排污低温过热器屏式过热器高温过热器高温再热器高压缸中压缸低压缸冷凝器高压旁路阀疏水阀喷水喷水低压旁路阀HPIP低温再热器喷水喷水LP喷水启动循环泵再循环管路水位控制阀低加第四部分过热器和再热器49一、过热器和再热器的作用与工作特点（一）过热器和再热器的作用过热器：将饱和蒸汽加热成具有一定过热度的过热蒸汽。再热器：将汽轮机高压缸排汽加热成具有一定温度的再热蒸汽。（二）过热器和再热器的工作特点1．工质温度高、传热性能差，处于高温烟气段，金属壁温高，达到金属使用极限。2．再热器受热面工作条件更差（1）中压蒸汽放热系数比高压蒸汽小（1/5），导致管壁金属温度高；（2）中压蒸汽比热小，对热偏差更加敏感；（3）阻力损失要求严格；（4）启动中及汽轮机甩负荷时的保护问题；3．锅炉参数提高，容量增大，锅炉各受热面数量和位置发生变化，过热受热面向炉膛移动（辐射式过热器），工作条件更差；4．设计或运行不当，很容易引起受热面金属超温，长期超温会造成爆管，工质泄漏，停机，是锅炉故障最多的部件之一。50二、过热器与再热器的型式和结构再热器与过热器的结构相似，故重点介绍过热器。过热器构成：联箱与并列的受热面管组连接构成。51二、过热器与再热器的型式和结构过热器分类：（1）根据传热方式分：对流、辐射和半辐射式。（2）根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向分：逆流、顺流和混合流。（3）根据对流受热面的放置方式分：立式、卧式。（4）根据管子排列方式分：顺列、错列。（5）根据管圈数分：单管圈、双管圈、多管圈。（6）根据结构分：屏式过热器、壁式过热器、对流过热器。52（一）对流式过热器对流过热器布置在对流烟道中，以对流传热为主，吸收烟气的热量。它由进出口联箱，及许多并列的蛇形管组成，蛇形管与联箱之间通过焊接连接。联箱一般布置在炉墙外，并进行保温以减小散热损失。烟气在管外横向冲刷蛇形管，并将热量传给管壁；蒸汽在蛇形管内纵向流动，吸收管壁传入的热量。对流过热器区的烟气流速受传热性能、飞灰磨损和受热面积灰等诸多因素制约，烟气流速高，则传热性能好，受热面积灰轻，但管子磨损严重；反之，烟气流速低，则管子磨损轻，但传热性能降低和受热面容易积灰。53正在吊装的低温对流过热器54高温过热器（冷段）55按烟气与管内蒸汽的相对流动方向，对流过热器可分为顺流、逆流、双逆流和混合流等四种布置方式，如上图所示。56（二）辐射式过热器辐射过热器是指布置在炉膛内部，以吸收炉膛辐射热为主的过热器。根据布置方式分屏式过热器、墙式过热器和顶棚过热器等三种形式。1）屏式过热器由进出口联箱和管屏组成，做成一片一片“屏风”形式的受热面，管屏沿炉宽相互平行地悬挂在炉膛上部靠近前墙处（所以又称为前屏过热器。联箱布置在炉顶外，整个屏通过联露吊挂在炉顶钢架上，屏式过热器对炉膛上升的烟气能起到分隔和均流的作用，故也有的称之为分隔屏或大屏。现代大型锅炉的前屏过热器屏的片数一般较少，故屏间横向节距大（2500～3500mm）。57组装好的屏式过热器583）顶棚过热器布置在炉膛顶部，一般采用膜式受热面结构。由于它处于炉膛顶部。热负荷较小，故吸热量较少。采用顶棚过热器的目的主要是用来构成轻型平炉顶，即在顶棚上直接敷设保温材料而构成炉顶，使炉顶结构简化。59（三）半辐射式过热器半辐射过热器布置在炉膛出口处，它既接受炉膛的辐射热量，又吸收烟气对流热。半辐射过热器也采用挂屏形式，又称后屏过热器。半辐射过热器的热负荷很高，而且并列各管的结构尺寸和受热条件相差较大，造成管问壁温可能相差80～90℃，为保证其安全工作，除了采取与辐射过热器相类似的安全措施此外，还应将烟气流速控制在5～6m／s左右。60（四）包覆墙式过热器在大型锅炉的水平烟道、转向室和垂直烟道内壁，一般都布置有包覆墙过热器。由于靠近炉墙处的烟气温度和烟气流速都较低，因此包覆墙过热器的辐射和对流吸热量都很少。这样布置包覆墙过热器的主要作用便于采用敷管式炉墙、以简化烟道炉墙的结构和重量，为悬吊结构创造了条件；同时提高了炉墙的严密性。减少了烟道漏风。6162过热蒸汽系统流程63三、过热器的汽温特性对流过热器的汽温特性是：出口汽温随锅炉负荷的增大而升高；反之，锅炉负荷减小则出口汽温降低，如图所示曲线a。辐射过热器的汽温特性与对流过热器相反、，即锅炉负荷增大时，出口汽温降低；反之，锅炉负荷减小时，出口汽温升高，如图中曲线b所示。对于“辐射一半辐射一对流”组合式过热器，若配合和布置恰当可以获得比较平稳的汽温特性。其汽温特性与半辐射过热器相似。64四、汽温的调节1．蒸汽侧调温方法现代锅炉蒸汽侧调温方法基本上都采用喷水减温器。其工作原理是将减温水直接喷入蒸汽中，通过减温水使蒸汽温度降低。它是电厂锅炉过热蒸汽的主要调温手段。65减温器6667四、汽温的调节2、烟气侧调温方法烟气侧调温原理是通过改变流经过热器、再热器的烟气流量或烟气温度，以改变烟气的放热量，从而改变蒸汽吸热量，来达到调节汽温的目的。烟气侧的调温一般作为调节再热汽温的主要手段。其方法有：改变火焰中心位置、采用分离烟道挡板或烟气再循环等。68