貴州大學(xué)鍋爐原理PPT 6蒸發(fā)設(shè)備

1、熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程第六章蒸發(fā)設(shè)備第六章蒸發(fā)設(shè)備熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程第一節(jié)概述第一節(jié)概述自然循環(huán)汽包鍋爐的蒸發(fā)設(shè)備：自然循環(huán)汽包鍋爐的蒸發(fā)設(shè)備：由汽包、下降管、上升管、聯(lián)箱所組成。由汽包、下降管、上升管、聯(lián)箱所組成。熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程導(dǎo)氣管汽包上聯(lián)箱水冷壁下聯(lián)箱下降管自然循環(huán)蒸發(fā)設(shè)備自然循環(huán)蒸發(fā)設(shè)備熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程 第二節(jié)汽包第二節(jié)汽包（一）汽包的結(jié)構(gòu)（一）汽包的結(jié)構(gòu)熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程汽包連接管件汽包連接管件熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程 （二）汽包的作用（二）汽包

2、的作用 1. 汽包是工質(zhì)加熱、蒸發(fā)、過熱三個(gè)過程的汽包是工質(zhì)加熱、蒸發(fā)、過熱三個(gè)過程的連接樞紐，也是這三個(gè)過程的分界點(diǎn)。連接樞紐，也是這三個(gè)過程的分界點(diǎn)。 熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程 2.增加鍋爐的蓄熱量：具有較好的負(fù)荷調(diào)節(jié)特性。增加鍋爐的蓄熱量：具有較好的負(fù)荷調(diào)節(jié)特性。 鍋爐蓄熱量的變化是依靠汽壓的變化來實(shí)現(xiàn)的鍋爐蓄熱量的變化是依靠汽壓的變化來實(shí)現(xiàn)的。熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程 3.汽包內(nèi)裝有各種凈化裝置。如汽水分離裝置、蒸汽汽包內(nèi)裝有各種凈化裝置。如汽水分離裝置、蒸汽清洗裝置、排污及加藥裝置等、從而改善了蒸汽品質(zhì)。清洗裝置、排污及加藥裝置等、從而改善了蒸汽品質(zhì)。 熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)

3、力工程4.汽包上裝有壓力表、水位計(jì)和安全門等附件，保證了鍋爐汽包上裝有壓力表、水位計(jì)和安全門等附件，保證了鍋爐安全工作。安全工作。熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程 （三）汽包的安全運(yùn)行（三）汽包的安全運(yùn)行 汽包的應(yīng)力：機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力汽包的應(yīng)力：機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力汽包的強(qiáng)度計(jì)算汽包的強(qiáng)度計(jì)算汽包的超壓保護(hù)汽包的超壓保護(hù) 熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程汽包的運(yùn)行保護(hù)汽包的運(yùn)行保護(hù) 在鍋爐進(jìn)水、啟動(dòng)、停運(yùn)和負(fù)荷變化時(shí)都可能發(fā)生過在鍋爐進(jìn)水、啟動(dòng)、停運(yùn)和負(fù)荷變化時(shí)都可能發(fā)生過大的汽包上下壁、內(nèi)外壁溫差并產(chǎn)生相應(yīng)的熱應(yīng)力。運(yùn)大的汽包上下壁、內(nèi)外壁溫差并產(chǎn)

4、生相應(yīng)的熱應(yīng)力。運(yùn)行中必須限制汽包上下、內(nèi)外壁溫差。行中必須限制汽包上下、內(nèi)外壁溫差。熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程 第三節(jié)水冷壁第三節(jié)水冷壁 水冷壁的結(jié)構(gòu)、材料及布置水冷壁的結(jié)構(gòu)、材料及布置熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程一、水冷壁的作用一、水冷壁的作用（1）通過輻射傳熱，水變成汽水混合物；）通過輻射傳熱，水變成汽水混合物；（2）保護(hù)爐墻，便于采用輕型爐墻；）保護(hù)爐墻，便于采用輕型爐墻； （3）可使?fàn)t膛出口煙溫冷卻到灰的軟化溫度以下，防止結(jié)焦）可使?fàn)t膛出口煙溫冷卻到灰的軟化溫度以下，防止

5、結(jié)焦 。 熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程二、水冷壁的類型二、水冷壁的類型 1.光管水冷壁光管水冷壁 水冷壁的結(jié)構(gòu)要素見下圖水冷壁的結(jié)構(gòu)要素見下圖熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程 2.銷釘式水冷壁銷釘式水冷壁 銷釘長(zhǎng)為銷釘長(zhǎng)為20 25mm，直徑為，直徑為6 12mm。“衛(wèi)燃帶衛(wèi)燃帶”的作用的作用熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程 3、膜式水冷壁、膜式水冷壁 熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程膜式水冷壁的優(yōu)點(diǎn)膜式水冷壁的優(yōu)點(diǎn)能用全部面積吸收爐膛輻射熱；節(jié)省金能用全部面積吸收爐膛輻射熱；節(jié)省金屬材料；屬材料；對(duì)爐墻的保護(hù)最徹底；使?fàn)t

6、墻厚度減輕，對(duì)爐墻的保護(hù)最徹底；使?fàn)t墻厚度減輕，簡(jiǎn)化了爐墻的懸吊結(jié)構(gòu)；簡(jiǎn)化了爐墻的懸吊結(jié)構(gòu)；熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程能承受較大的側(cè)向力，增加了抗爆能力；能承受較大的側(cè)向力，增加了抗爆能力；安裝工作量減??；安裝工作量減小；氣密性良好，漏風(fēng)小。氣密性良好，漏風(fēng)小。熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程三、剛性梁三、剛性梁剛性梁設(shè)置是用來保護(hù)爐膛水冷壁，不會(huì)因受到爐內(nèi)煙氣壓力的作用而發(fā)生變形。 每面墻的每層剛性梁水平上均設(shè)有膨脹中心，以此為固定端，即導(dǎo)向點(diǎn)。 螺旋管水冷壁和垂直水冷壁具有不同的剛性梁結(jié)構(gòu)。剛性梁和水冷壁之間相互不直接焊接，可以相對(duì)滑動(dòng)，可防止附加熱應(yīng)力的產(chǎn)生，保證爐膛安全可靠運(yùn)行。 熱能與

7、動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程垂直水冷壁剛性梁熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程螺旋水冷壁剛性梁螺旋水冷壁剛性梁熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程第四節(jié) 水冷壁的高溫腐蝕 高溫腐蝕是燃料中的硫在燃燒過程中生成腐蝕性灰污層或渣層以及腐蝕性氣氛，使高溫受熱面金屬管子表面受到侵蝕的現(xiàn)象。 內(nèi)部原因主要是燃料中的硫 外部原因是由于水冷壁管處于高溫?zé)煔獾沫h(huán)境中，金屬壁面溫度又很高，當(dāng)火焰貼近爐墻時(shí)，金屬壁面鄰近的區(qū)域中形成還原性氣氛，使灰的熔點(diǎn)溫度降低，加劇金屬管子表面的積灰或結(jié)渣過程，并使管子表面產(chǎn)生高溫腐蝕 腐蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象通常出現(xiàn)在燃燒器區(qū)域或過熱器區(qū)域。 水冷壁高溫腐蝕大致有三類，第一類是硫酸鹽型高溫腐蝕；第二類是硫

8、化物型高溫腐蝕。第三類是爐內(nèi)的SO3、H2S、HCl氣體也會(huì)對(duì)水冷壁產(chǎn)生高溫腐蝕。熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程一 水冷壁的高溫腐蝕機(jī)理 1 . 硫酸鹽型腐蝕 硫酸鹽型腐蝕： 灰渣層中的堿金屬硫酸鹽與SO3共同作用產(chǎn)生腐蝕； 堿金屬焦硫酸熔鹽腐蝕 熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程1.在水冷壁管壁金屬表面生成薄氧化層（Fe2O3）和極細(xì)灰粒沾污層。2. 冷凝在管壁上的堿性金屬氧化物與周圍煙氣中的SO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鹽23242324Na O+SONa SOK O+SOK SO3.水冷壁管壁金屬表面的硫酸鹽層增厚，熱阻增大，表面溫度提高，灰渣熔化，促使黏結(jié)煙氣中的飛灰形成疏松的灰渣層。硫酸鹽熔化時(shí)

9、釋放出SO3，并向內(nèi)外擴(kuò)散。硫酸鹽與硫酸鹽與SO3一起對(duì)水冷壁管子的腐蝕過程一起對(duì)水冷壁管子的腐蝕過程 熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程3433424343342410F+2Na Fe(SO )3Fe O +3FeS+3Na SO10Fe+2K Fe(SO )3Fe O +3FeS+3K SO反應(yīng)生成的Na2SO4和K2SO4循環(huán)作用使鐵的腐蝕不斷進(jìn)行。 上述反應(yīng)使管壁上的Fe2O3保護(hù)層被破壞。Na3Fe(SO4)3和K3Fe(SO4)3則熔化，并與鐵發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕： 4.硫酸鹽釋放出的SO3和煙氣中的SO3會(huì)穿過疏松的灰渣層向內(nèi)擴(kuò)散2423324 32423334 33Na SO +Fe O

10、 +3SO2Na Fe(SO )3K SO +Fe O +3SO2K Fe(SO )熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程5. 運(yùn)行中管壁外層灰渣層因?yàn)榍寤一蚧以鼘舆^厚而脫落，使Na3Fe(SO4)3等暴露在高溫火焰輻射中，發(fā)生分解反應(yīng)： 34324233343242332Na Fe(SO )3Na SO +Fe O +3SO3K Fe(SO )3K SO +Fe O +3SO新的堿金屬硫酸鹽層，在SO3作用下使管壁不斷受到腐蝕。堿金屬焦硫酸鹽的熔點(diǎn)很低，在一般的壁溫下就呈現(xiàn)熔化狀態(tài)。如果在灰渣附著層中存在焦硫酸鹽時(shí)會(huì)形成反應(yīng)速度更快的熔鹽型腐蝕。焦硫酸鹽與氧化鐵保護(hù)膜的反應(yīng)方程式如下： 2272334

11、3227233433Na S O +Fe O2Na Fe(SO )3K S O +Fe O2K Fe(SO )熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程 熔融硫酸鹽積灰層對(duì)金屬壁面的腐蝕速度比氣態(tài)硫酸鹽要快的多。當(dāng)溫度600左右時(shí)，熔融硫酸鹽的腐蝕速度約為氣態(tài)時(shí)的4倍。爐內(nèi)水冷壁溫度通常在600以下，所以熔融硫酸鹽的腐蝕速度隨著管壁溫度增高而加快。高參數(shù)鍋爐的水冷壁管壁溫度高，高溫腐蝕快，因而容易發(fā)生爆管事故。 熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程2硫化物型腐蝕 在水冷壁管子附近，呈現(xiàn)還原性氣氛并且有硫化氫（H2S）存在時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生硫化物腐蝕，它的反應(yīng)過程如下。（1） 黃鐵礦硫粉末隨著高溫?zé)煔饬鬟^水冷壁的管壁，在還

12、原性氣氛下受熱分解： 2FeSFeS+S 當(dāng)水冷壁管子附近有一定濃度的H2S和SO2的時(shí)候， 2222H S+SO2H O+3 S熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程（3） 在還原性氣氛中，由于缺氧自由硫原子可以存在。當(dāng)水冷壁管壁溫度達(dá)到350時(shí)，會(huì)有硫化反應(yīng)，同時(shí)還有硫化亞鐵與氧化亞鐵的反應(yīng)： 22Fe+ SFeSFeO+H SFeS+H O（3）硫化亞鐵（FeS）的熔點(diǎn)為1195 ，在溫度較低的時(shí)候可以穩(wěn)定存在。在溫度比較高的時(shí)候，F(xiàn)e將被氧化成Fe3O4，使管壁腐蝕： 23423FeS+5OFe O +3SO熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程煤中的黃鐵礦FeS2和有機(jī)硫化合物燃燒時(shí)生成SO2： 223

13、2224FeS+11O2Fe O +8SOS+OSO由SO2轉(zhuǎn)化為SO3的過程有以下幾種方式：3. SO2和SO3的生成及腐蝕 （1）在高溫下，SO2與煙氣中的自由氧原子反應(yīng)，生成SO3。而自由氧原子可以由如下三種方式產(chǎn)生：氧氣在爐膛內(nèi)的高溫條件下分解； 22CO+OCO + O 222H +OH O+ O熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程（2）催化反應(yīng)生成SO3。當(dāng)高溫?zé)煔饬鬟^水冷壁積灰層的時(shí)候，由于有灰層中的五氧化二釩和氧化鐵的催化作用，產(chǎn)生了下列反應(yīng)： 2522432224442523V O +SOV O +SO2SO +O +V O2VOSO2VOSOV O +SO +SO熱能與動(dòng)力工程熱能

14、與動(dòng)力工程（3） 煤中的硫酸鹽熱解產(chǎn)生SO3，反應(yīng)方程如下： 43CaSOCaO+SO SO2和SO3的存在，除了能促使硫酸鹽型和硫化物型腐蝕發(fā)生以外，它們本身也會(huì)直接對(duì)水冷壁發(fā)生腐蝕。三氧化硫氣體可以穿過灰層直接與壁面的氧化鐵膜反應(yīng)生成硫酸鐵： 23343Fe O +SOFe(SO )熱能與動(dòng)力工程熱能與動(dòng)力工程二、防止高溫腐蝕的措施 （1）在水冷壁金屬表面噴涂耐腐蝕材料，或提高水冷壁金屬材料的耐腐蝕性能。（2）采用低氧燃燒技術(shù)。減小爐內(nèi)的過量空氣系數(shù)，自由氧原子的生成量減少，二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的轉(zhuǎn)化率降低，三氧化硫的濃度低，發(fā)生高溫腐蝕的機(jī)會(huì)就會(huì)減少。（3）合理配風(fēng)和強(qiáng)化爐內(nèi)氣流的湍流混合過程，避免出現(xiàn)局部還原性氣氛，以減少H2S和硫化物型腐蝕。（4）加強(qiáng)一次風(fēng)煤粉氣流的調(diào)整