【文章內(nèi)容簡介】 工質(zhì)的流動是靠水泵強制進(jìn)行的，稱為強制循環(huán)鍋爐。在自然循環(huán)鍋爐中，蒸發(fā)設(shè)備是由汽包、水冷壁、下降管、聯(lián)箱所組成。由于它們各自的結(jié)構(gòu)不同，在鍋爐設(shè)備中所處的位置不同，因而在運行中表現(xiàn)出的特性也不同。下面分別介紹。. 汽包. 汽包的作用汽包是鍋爐蒸發(fā)設(shè)備中的主要部件，是匯集爐水和飽和蒸汽的圓筒形容器。汽包具有一定的水容積，與下降管、水冷壁相連結(jié)組成自然水循環(huán)系統(tǒng)，同時，汽包又接受省煤器來的給水，向過熱器輸送飽和蒸汽。汽包是加熱、蒸發(fā)、過熱三個過程的分界點。為了減小蒸汽的帶水量，汽包內(nèi)裝有旋風(fēng)分離器、多孔板、波形板等汽水分離設(shè)備。此外在汽包內(nèi)還裝設(shè)有排污管、加藥管等，用以減小蒸汽中的含鹽量，保證蒸汽的品質(zhì)。在運行中，汽包的工作狀況是重要的監(jiān)視對象，因此在汽包上裝設(shè)了各種表計，如壓力表、溫度表、水位表等，用以控制汽包壓力、監(jiān)視汽包水位。在鍋爐負(fù)荷發(fā)生變化，而燃燒工況不變的情況下，由于汽包具有吸收和放出一部分熱量的能力。因此，能夠減緩汽壓的變化。比如，當(dāng)外界負(fù)荷增加而燃燒工況還沒有變化這段時間內(nèi)，由于汽包輸出蒸汽量增加，而產(chǎn)生的蒸發(fā)量不變，則汽包內(nèi)的蒸汽量減少，汽包壓力降低，其所對應(yīng)的飽和溫度降低，使處于原來未降汽壓下飽和溫度的水迅速放出熱量，達(dá)到新壓力下的飽和溫度。隨著水溫的下降，汽包的金屬壁的溫度也下降，釋放出熱量，釋放出的熱量加熱水，產(chǎn)生附加的蒸汽量。這樣，就彌補了部分蒸發(fā)量的不足，使汽壓下降的速度減緩。汽包的這種特點對于鍋爐的運行和調(diào)節(jié)具有重要的意義。. 汽包的結(jié)構(gòu)汽包一般橫置于爐外的頂部，不受火焰和煙氣的直接加熱，并給予良好的保溫。汽包是一個鋼質(zhì)的圓筒形壓力容器，它由筒身和封頭兩部分組成。筒身是由鋼板卷制焊接而成，封頭是用鋼板模壓成型的。通常在封頭上留有橢圓形的人孔，以備安裝和檢修之用。封頭經(jīng)加工后再與筒身焊成一體。汽包與管子的連接，現(xiàn)大多采用焊接，預(yù)先在汽包上開好管孔，在管孔上焊上短管，安裝時只需將管子對焊在短管上。汽包一般是用滾柱支承或用吊箍懸吊在爐頂大梁上，以保證其自由膨脹。汽包的尺寸和材料與鍋爐的參數(shù)、容量、內(nèi)部裝置的型式有關(guān)。容量較小、壓力較低、內(nèi)部裝置簡單時，可采用較小的內(nèi)徑和壁厚。汽包的材料，中壓鍋爐一般采用碳素鍋爐鋼，而高壓以上的鍋爐則采用合金鋼。. 水冷壁水冷壁由許多上升管所組成，布置在爐膛的四周，接受爐膛輻射的熱量。. 水冷壁的作用. 水冷壁是鍋爐的主要蒸發(fā)受熱面，吸收爐內(nèi)高溫?zé)煔夂突鹧娴妮椛錈?，把水加熱蒸發(fā)成飽和蒸汽。. 保護爐墻。由于爐墻內(nèi)表面被水冷壁所遮蓋，爐墻溫度可大大降低，爐墻不會被燒壞。同時，也有利于防止結(jié)渣和熔渣對鍋爐的侵蝕。. 可簡化爐墻，減輕爐墻的重量。. 水冷壁的類型隨著鍋爐的型式、參數(shù)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種型式。. 光管水冷壁光管水冷壁是由普通的無縫鋼管彎制而成，一般是貼近燃燒室爐墻內(nèi)壁、互相平行地垂直布置，上端與汽包或上聯(lián)箱連接，下端與下聯(lián)箱連接。. 膜式水冷壁膜式水冷壁是由鰭片管焊接而成。其組成有兩種型式：一種是光管之間焊扁鋼形成鰭片管；另一種是由軋制成型的鰭片管焊成。由鰭片管組成的膜式水冷壁對爐墻的保護最為徹底。因此爐墻的重量、厚度大為減少。因為膜式水冷壁的爐墻只需要保溫材料，不用耐火材料，因而相對減輕了鍋爐爐墻的重量。同時，水冷壁的金屬耗量增加不多。此外膜式水冷壁的氣密性好，大大減少了爐墻的漏風(fēng)，并且有便于安裝和不易結(jié)渣的優(yōu)點。膜式水冷壁由于有顯著的優(yōu)點，因而得到了廣泛的應(yīng)用。. 刺管水冷壁刺管水冷壁也叫銷釘水冷壁。它是在光管水冷壁上焊上一些直徑為610mm長2025mm的圓鋼而成。刺管水冷壁的作用主要是敷設(shè)燃燒帶（也叫衛(wèi)燃帶）。所謂燃燒帶，就是對于不易著火的燃料，要使燃料迅速著火和穩(wěn)定燃燒或在旋風(fēng)燃膜式水冷壁 刺管式水冷壁燒室及液態(tài)排渣燃燒室中為了獲得較高的溫度，常常需要把一部分水冷壁管表面用耐火材料遮蓋起來，以減少該部分的吸熱量。這就形成了燃燒帶。抓釘是用以固牢耐火材料層的。刺管水冷壁的結(jié)構(gòu)較簡單，造價不高，但是由于抓釘數(shù)太多，焊接工作量大，質(zhì)量要求高，故刺管水冷壁只用于需要提高溫度的部位。. 下降管在所有自然循環(huán)鍋爐和強制循環(huán)鍋爐中都設(shè)有下降管。下降管的作用是將汽包中的水連續(xù)不斷地送入下聯(lián)箱并供給水冷壁。下降管的結(jié)構(gòu)、管子截面的大小和降水的情況等，直接影響鍋爐工作的安全可靠性。下降管一端與汽包連接，另一端與下聯(lián)箱連接。為了保證水循環(huán)的可靠性，下降管自汽包引出后都布置在爐外，不受熱。下降管分為小直徑分散下降管和大直徑集中下降管兩種。過去的鍋爐多采用小直徑分散下降管，其管徑為108159mm?，F(xiàn)代的鍋爐為減小流動阻力、加強水循環(huán)、節(jié)約鋼材和簡化布置都采用大直徑集中下降管，管徑為273426mm，壁厚一般為2040mm，材質(zhì)一般為20號碳鋼。下降管的結(jié)構(gòu)簡單，不宜采用不同直徑的管段對接組成，不宜用中間聯(lián)箱，不允許有水平管段與銳角彎頭。下降管應(yīng)盡可能從汽包下部最低位置引出，其入口距汽包最低水位線不小于300mm，為使水流暢通，在入口最好做成帶有圓角或錐形的平滑線型。在采用大直徑集中下降管時，尤其是采用汽包兩端引出的大下降管時，不但要求汽包水面距下降管入口的距離要大些，而且在下降管進(jìn)口處應(yīng)安裝十字板或柵格等裝置?；虿捎美瓤诠茏鳛橐鞴堋＿@樣做的目的是為了防止在下降管入口處產(chǎn)生旋渦和漏斗，將蒸汽帶入下降管，破壞水循環(huán)的安全。每一組循環(huán)回路的下降管數(shù)目應(yīng)盡可能少，但為了給水分配均勻和防止偶然堵塞，最好每一組循環(huán)回路中的下降管不少于兩根。下降管接入下聯(lián)箱時，應(yīng)盡可能使它與上升管之間有一接近90186。的夾角，必須避免它們的軸線相重合。. 聯(lián)箱現(xiàn)代汽包鍋爐和直流鍋爐中，均用一些大圓管將水冷壁管連接起來，分成若干組。該大圓管習(xí)慣上稱為聯(lián)箱。其主要作用是將工質(zhì)分配到水冷壁管中（下聯(lián)箱）或?qū)⑺浔诠苤械墓べ|(zhì)匯集起來，加以混合再分配出去（上聯(lián)箱或中間聯(lián)箱）。過去的聯(lián)箱多為方形?，F(xiàn)代鍋爐廣泛采用圓形聯(lián)箱。圓形聯(lián)箱比方形聯(lián)箱愛力合理，制造方便，所以逐漸取代了方形聯(lián)箱。圓形聯(lián)箱系用軋制的無縫鋼管，兩頭焊上平封頭制成。由于聯(lián)箱和短管廣泛采用焊接，所以制成手孔聯(lián)箱，這樣可以提高聯(lián)箱的強度。視聯(lián)箱長度的大小，可在聯(lián)箱的一端或兩端封頭上或在聯(lián)箱的中部，裝置進(jìn)行檢查和清洗的孔口，孔口允許用手孔蓋封閉。在沒有必要進(jìn)行檢查和清洗時，宜于焊上一個封閉短管，必要時將短管割開，檢查和清洗完后再焊上。聯(lián)箱的長度由所連接的管排寬度來決定。聯(lián)箱的內(nèi)徑由其中的工質(zhì)流速來決定。其壁厚由工作壓力、內(nèi)徑大小、使用的材料等決定。材料主要視工質(zhì)溫度而定。在水冷壁的下聯(lián)箱常裝設(shè)有定期排污裝置、膨脹指示裝置和點火通汽預(yù)熱裝置。除蒸發(fā)設(shè)備上有聯(lián)箱外，過熱器、省煤器上均有聯(lián)箱。. 自然水循環(huán)原理. 概述水和汽水混合物在鍋爐蒸發(fā)設(shè)備的循環(huán)回路中連續(xù)流動的過程，稱為鍋爐的水循環(huán)。為了使鍋爐安全、可靠地運行，必須保證蒸發(fā)設(shè)備的水循環(huán)。我們知道，鍋爐的蒸發(fā)受熱面周圍的溫度很高。如果管壁溫度超過了管子材料的極限允許溫度，管子就容易損壞。管壁溫度的高低，主要決定于管內(nèi)汽水混合物的流動情況。汽水混合物在垂直圓管中的流動狀態(tài)主要有四種，即汽泡狀、汽彈狀、汽柱狀、和霧狀。當(dāng)受熱面的熱負(fù)荷不大時，汽水混合物中蒸汽含量較少。只是在管壁上產(chǎn)生一些小汽泡。這些小汽泡被水流沖刷到管子中心，隨著水流一起向上流動。這就是汽泡狀流動。當(dāng)受熱面熱負(fù)荷進(jìn)一步增加時，蒸汽含量增多，小汽泡就會合并成大汽泡，占據(jù)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動時，汽的流速高于水的流速。因而水對汽泡有阻力，將汽泡逼迫成炮彈形狀。這就是汽彈狀流動。汽泡狀 汽彈狀 汽柱狀 霧狀當(dāng)受熱面負(fù)荷再加大時，蒸汽含量更多，汽彈狀汽泡的長度不斷增長，各彈狀汽泡之間的水柱則逐漸縮短。最后，各汽彈狀汽泡匯合成一個蒸汽柱沿管子中心向上流動，而水在蒸汽與管壁之間成環(huán)狀沿管壁向上流動。這就是汽柱狀流動。當(dāng)受熱面熱負(fù)荷進(jìn)一步增加時，蒸汽含量和汽水流速都很大。這時管壁的水膜已完全被蒸發(fā)，即出現(xiàn)“蒸干”的情況。這種流動稱為霧狀流動雖然這時汽流中仍會有不少小水滴，但由于管壁的連續(xù)水膜已被破壞，蒸汽與壁面直接接觸，傳熱開始惡化，壁溫急劇升高，很容易使管壁過熱而燒壞。從上述汽水混合物的流動狀況可知，要保證受熱蒸發(fā)面安全、可靠地工作，應(yīng)保證工質(zhì)連續(xù)流動，即保證有良好的水循環(huán)，使管子內(nèi)壁有一層連續(xù)的水膜，并使汽水混合物在向上流動過程中具有一定流速，防止形成霧狀流動。. 自然水循環(huán)原理鍋爐蒸發(fā)設(shè)備的水循環(huán)，分自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種。依靠工質(zhì)的密度差而產(chǎn)生的循環(huán)流動，稱為自然循環(huán)。借助水泵壓力使工質(zhì)循環(huán)流動，稱為強制循環(huán)。為了進(jìn)一步理解自然循環(huán)原理?，F(xiàn)以水循環(huán)回路為例，說明如下。由汽包、下降管、下聯(lián)箱、和上升管（即水冷壁）組成一個循環(huán)回路。由于上升管在爐內(nèi)吸收輻射熱，部分水變成了蒸汽，汽水混合物的密度小，而下降管在爐外不受熱，管中是水，工質(zhì)密度大，兩者密度差就產(chǎn)生了推動力，使汽水混合物沿著上升管向上流動進(jìn)入汽包，汽包中的水經(jīng)下降管流入下聯(lián)箱進(jìn)入水冷壁，從而就形成了水的自然循環(huán)流動。. 水循環(huán)故障在鍋爐運行中，由于各種原因自然水循環(huán)可能會出現(xiàn)一些不正常或不安全的情況。自然循環(huán)鍋爐的主要故障是：上升管中工質(zhì)產(chǎn)生循環(huán)停滯、循環(huán)倒流、和汽水分層，下降管帶汽等。. 蒸汽凈化. 蒸汽污染對熱力設(shè)備的危害電廠鍋爐生產(chǎn)的蒸汽除了要保持比較穩(wěn)定的汽溫、汽壓外，還要求蒸汽的品質(zhì)很高，特別是高參數(shù)大容量的熱力設(shè)備對蒸汽的要求更為嚴(yán)格。否則，將會影響機爐的安全經(jīng)濟運行。如果蒸汽含雜質(zhì)過多，部分雜質(zhì)沉積在過熱器中，會使過熱器受熱面?zhèn)鳠釤嶙柙黾?，管壁超溫，甚至爆管，如果鹽垢沉積在汽輪機的通流部分，將使蒸汽的流通面積減小，葉片的粗糙度增加，甚至改變?nèi)~片的型線，使汽輪機的阻力增大，出力的效率降低，此外還將引起葉片應(yīng)力和軸向推力增加，以及汽輪機的振動增大，造成汽輪機事故。鹽垢如沉積在蒸汽管道的閥門處，可能引起閥門動作失靈和閥門漏汽。. 蒸汽中雜質(zhì)的來源蒸汽的清潔程度是蒸汽質(zhì)量的主要指標(biāo)。它表示蒸汽中所含雜質(zhì)的多少。蒸汽中的雜質(zhì)主要來源于鍋爐給水。含有一定鹽分的給水進(jìn)入汽包后，不斷蒸發(fā)，產(chǎn)生蒸汽由于給水中的鹽分只有少量被蒸汽帶走，而大部分則留在爐水中，這就使?fàn)t水含鹽量大大超過給水含鹽量。爐水中的鹽分是以兩種途徑進(jìn)入到蒸汽中的：一是蒸汽的機械攜帶；二是蒸汽直接溶解某些鹽分，也稱為蒸汽的選擇性攜帶。在中低壓鍋爐中由于蒸汽的壓力比較低，鹽分在蒸汽中的溶解度較小，因而蒸汽的純潔度決定于蒸汽的機械攜帶；在高壓以上的鍋爐中，鹽分在蒸汽中的溶解能力大大增加，因而蒸汽的純潔程度決定于蒸汽機械攜帶和蒸汽溶鹽兩個方面。. 蒸汽的機械攜帶蒸汽的機械攜帶是指由于蒸汽攜帶爐水而使蒸汽含鹽的現(xiàn)象。其攜帶含鹽量取決于蒸汽機械攜帶水分的多少及爐水含鹽量的大小。汽水混合物由上升管進(jìn)入汽包時，無論引入汽空間還是水空間，都具有很大的動能，流速很高。當(dāng)汽水混合物沖擊水面，沖擊汽包內(nèi)部裝置或互相撞擊以及汽泡由水面下穿出時，均引起大量的爐水飛濺。導(dǎo)致蒸汽攜帶水滴。蒸汽攜帶的水滴進(jìn)入蒸汽空間以后，有一部分較大的水滴，由于自身的重力作用，又重新返回水面，而其余則被蒸汽帶走，這就是蒸汽帶水的原因。影響蒸汽帶水的主要因素是鍋爐負(fù)荷、蒸汽壓力、蒸汽空間高度和爐水含鹽量。下面分別就這幾個因素加以介紹。. 鍋爐負(fù)荷的影響鍋爐負(fù)荷增加時，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽量增加，導(dǎo)致蒸汽速度增加，以及生成細(xì)微水滴的直徑和數(shù)量都將增大，因而蒸汽的帶水量增加，蒸汽品質(zhì)惡化。在蒸汽壓力、汽包尺寸及爐水含鹽量一定的條件下，蒸汽濕度與鍋爐負(fù)荷的關(guān)系如圖，蒸汽帶水量是隨著鍋爐負(fù)荷的增加而增大。但蒸汽帶水量的增加幅度存在著三種不同情況：在A點以前蒸汽帶水量隨負(fù)荷增加而變化的幅度較小，蒸汽只攜帶細(xì)微的水滴；在A點以后，蒸汽帶水量增加很快；到B點以后，蒸汽濕度急劇增加，這是由于鍋爐負(fù)荷增加時，蒸汽流動速度和汽水混合物的循環(huán)速度都較高的緣故，%%這正好符合AB負(fù)荷區(qū)域濕度變化的情況。B點稱為鍋爐的臨界負(fù)荷點，其對應(yīng)的蒸汽負(fù)荷稱為臨界負(fù)荷。用Dlj表示。在正常運行條件下，為了保證蒸汽品質(zhì)符合要求，應(yīng)滿足DDlj的條件。. 蒸汽壓力的影響隨著蒸汽壓力的增加，汽水密度差減小，這就使汽水分離更為困難，增加了蒸汽帶水的能力，即在較小蒸汽流速下就可卷起水滴。使蒸汽更容易帶水；此外壓力高，飽和溫度也高水分子的熱運動也加劇，相互間的引力減小，這就使水的表面張力減小，水就越容易破碎成細(xì)小水滴被蒸汽帶走。以上說明隨著蒸汽壓力的增加蒸汽的帶水量增加。在壓力低于15MPa時隨著蒸汽壓力的增加，蒸汽帶水量緩慢增加；在壓力高于15MPa時，隨著蒸汽壓力增加，蒸汽的濕度有急劇增加的趨勢。因此，對于高壓鍋爐，蒸汽在汽空間的上升速度應(yīng)比中壓鍋爐低。蒸汽壓力急劇降低也會影響蒸汽帶水。這是因為壓力急劇降低時，相應(yīng)的飽和溫度也降低，蒸發(fā)管和汽包中的水以及金屬管壁都會放出熱量產(chǎn)生附加蒸汽，使汽包水位膨脹，并且穿過水面的蒸汽量增多，這樣導(dǎo)致蒸汽的濕度增加，蒸汽的品質(zhì)惡化。. 蒸汽空間高度的影響蒸汽空間高度對蒸汽帶水的影響，隨著蒸汽空間高度的增加，蒸汽的帶水量急劇減小，蒸汽帶水量變化較平緩甚至不變。這是因為在蒸汽空間高度較小時，相當(dāng)大的水滴也能被汽流帶進(jìn)蒸汽引出管，使蒸汽帶水量增多，因而蒸汽濕度很大。隨著蒸汽空間高度的增加，蒸汽中的較大水滴在未達(dá)到蒸汽引出管時，便由于重力作用失去自身的速度落回水面，從而使蒸汽濕度迅速減小。，由于被蒸汽帶走的細(xì)小水滴不受蒸汽空間高度的影響，因而蒸汽濕度變化就很平緩，當(dāng)蒸汽空間高度達(dá)1m以上時，蒸汽濕度幾乎不變化。鍋爐正常運行時，水位應(yīng)保持在正常水位線177。50177。75mm范圍內(nèi)波動，因為水位過高，會使蒸汽空間高度減小，蒸汽濕度增加。此外，負(fù)荷突然增加或壓力突然降低，都將導(dǎo)致水位大幅度的波動，蒸汽濕度