鍋爐設(shè)備與原理chapter工業(yè)鍋爐的水動(dòng)力工況與蒸汽凈化裝置

1、第六章 工業(yè)鍋爐的水動(dòng)力工況及蒸汽凈化裝置6.1工業(yè)鍋爐的水動(dòng)力工況6.2工業(yè)鍋爐蒸汽凈化裝置任務(wù)：了解工業(yè)鍋爐的水動(dòng)力工況；熟悉工業(yè)鍋爐的蒸汽凈化裝置6.1工業(yè)鍋爐的水動(dòng)力工況鍋爐的工作過(guò)程：爐內(nèi)過(guò)程和鍋內(nèi)過(guò)程。本章研究和分析工業(yè)鍋爐的鍋內(nèi)過(guò)程。 如果由于某種原因致使工質(zhì)和金屬內(nèi)表面間的放熱系數(shù)降低，金屬壁溫升高，當(dāng)金屬壁溫度超過(guò)金屬的允許最高工作溫度時(shí)，金屬材料就會(huì)因超溫而破壞，致使鍋爐發(fā)生爆管或爆炸事故。上升管內(nèi)流動(dòng)的工質(zhì)，吸收高溫?zé)煔獾臒崃?，水被加熱、蒸發(fā)，形成汽水混合物，密度減?。幌陆倒懿皇軣峄蚴軣彷^弱，工質(zhì)的密度較大。一、鍋內(nèi)水循環(huán)工業(yè)鍋爐水動(dòng)力系統(tǒng)一般包括加熱系統(tǒng)（水）、蒸發(fā)系統(tǒng)

2、（汽水）、過(guò)熱系統(tǒng)（汽）。蒸發(fā)系統(tǒng)按工質(zhì)流動(dòng)的方式：自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)。依靠下降管與上升管內(nèi)工質(zhì)密度差作為水循環(huán)動(dòng)力的蒸發(fā)系統(tǒng)，稱(chēng)為自然循環(huán)。工業(yè)鍋爐絕大部分屬于自然循環(huán)鍋爐。（自然循環(huán)熱水鍋爐）如果蒸發(fā)系統(tǒng)中工質(zhì)的流動(dòng)依靠水泵的揚(yáng)程使工質(zhì)在受熱面內(nèi)流動(dòng)，這種蒸發(fā)系統(tǒng)稱(chēng)為強(qiáng)制循環(huán)。自然循環(huán)回路：由鍋筒、下降管、下集箱、上升管、上集箱及汽水引出管等部件組成，如圖6-3所示。二、自然循環(huán)回路1.自然循環(huán)回路的布置簡(jiǎn)單回路：一根下降管與一組上升管組成的封閉的汽水系統(tǒng)。復(fù)雜回路：一根下降管與幾組上升管成的封閉的汽水系統(tǒng)。循環(huán)流量：在鍋爐的自然循環(huán)回路中，管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流量。循環(huán)倍率：循環(huán)流量與蒸發(fā)量之

3、比值，K=G/D。循環(huán)倍率=f（循環(huán)回路的阻力、流動(dòng)壓頭、鍋爐額定工作壓力、負(fù)荷的變化等）。（1）工業(yè)自然循環(huán)蒸汽鍋爐 工作壓力比較低，循環(huán)倍率K20，在正常水動(dòng)力工況下，上升管不致過(guò)熱，水中的溶解鹽也不會(huì)沉積在管內(nèi)壁，不會(huì)發(fā)生爆管事故。（2）自然循環(huán)熱水鍋爐 循環(huán)倍率K等于鍋爐各循環(huán)回路中的循環(huán)水質(zhì)量流量之和與鍋爐進(jìn)水量之比值，其循環(huán)倍率可以大于1，也可以等于或小于1。強(qiáng)制循環(huán)熱水鍋爐=1。2. 自然循環(huán)回路基本方程 如右圖所示。HsQ點(diǎn)前的高度為上升管的加熱水段高度；HqQ點(diǎn)后的高度為上升管的含汽段高度。在下集箱處取A-A截面，作用在該截面兩側(cè)的力應(yīng)相等，即： 運(yùn)動(dòng)壓頭：運(yùn)動(dòng)壓頭用來(lái)克服下

4、降管與上升管的阻力。上升管、下降管壓差：有效壓頭：有效壓頭用來(lái)克服下降管的阻力。利用在工作點(diǎn)Yxj=Yss原理來(lái)計(jì)算水循環(huán)的方法稱(chēng)為壓差法；利用在工作點(diǎn)Syx=Pxj的原理來(lái)計(jì)算水循環(huán)的方法稱(chēng)為有效壓頭法。圖6-4所示為自然循環(huán)回路的水動(dòng)力特性曲線(xiàn)。兩曲線(xiàn)的交點(diǎn)A為水循環(huán)回路的工作點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流速，即為水循環(huán)的回路的循環(huán)流速。循環(huán)流速Syx三、自然循環(huán)鍋爐水循環(huán)系統(tǒng) 1角管式鍋爐水循環(huán) 如圖6-5所示。2.鍋爐管束的水循環(huán)上、下鍋筒與鍋爐管束組成對(duì)流蒸發(fā)受熱面循環(huán)回路，如圖6-6所示。根據(jù)煙氣流動(dòng)方向，將鍋爐管束分成三部分：第一管束，因處于爐膛出口，煙氣溫度很高，受熱最強(qiáng)，管內(nèi)工質(zhì)平均密度

5、最??；第二管束次之；第三管束受熱最弱。但這不是絕對(duì)的（管束里面的下降管與上升管）。四、自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)故障 當(dāng)鍋內(nèi)水動(dòng)力工況不正常時(shí)，水循環(huán)的安全性就會(huì)遭到破壞，產(chǎn)生各種水循環(huán)故障，嚴(yán)重影響鍋爐的正常運(yùn)行。 1水循環(huán)的停滯和倒流(1) 循環(huán)停滯當(dāng)在同一循環(huán)回路中，各上升管受熱不均勻時(shí)，受熱弱的上升管中所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)壓頭就比較小，甚至不能維持最低的循環(huán)流速，而處于停止不動(dòng)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為循環(huán)停滯。自由水面如果產(chǎn)生循環(huán)停滯的上升管直接接于鍋筒的蒸汽空間，水將停留在上升管的某一部位，水面以上全是蒸汽，此現(xiàn)象稱(chēng)為“自由水面”。危害：當(dāng)自由水面的位置波動(dòng)時(shí)，還會(huì)引起管子的疲勞應(yīng)力損壞。措施：把上升

6、管或上集箱的汽水引出管從鍋筒水位面以下引入鍋筒，避免形成自由水面。(2) 循環(huán)倒流由于受熱不均，有的管中工質(zhì)向上流，有的管中工質(zhì)向下流（流速大產(chǎn)生的抽吸作用），這種現(xiàn)象稱(chēng)為循環(huán)倒流。在倒流管中，水向下運(yùn)動(dòng)，汽泡向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)管內(nèi)工質(zhì)倒流速度很快時(shí)，管子仍能得到良好冷卻，不出現(xiàn)局部超溫。危害：當(dāng)Ws.d=Wq.s時(shí)，汽泡處于不上不下的狀態(tài)，引起“汽塞” ，發(fā)生傳熱惡化，以至使管子出現(xiàn)局部過(guò)熱超溫。停滯與循環(huán)倒流的根本原因是同一循環(huán)回路中并列工作的各上升管受熱不均勻，其主要因素：鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鍋爐運(yùn)行不良（爐膛火焰中心偏移或火焰分布不均，受熱面掛渣積灰）防止倒流、停滯的方法：2. 汽水分層在水平或傾

7、斜度很小的上升管中，汽水混合物的流速很小時(shí)，可能發(fā)生管子上部是汽，下部是水的流動(dòng)現(xiàn)象，稱(chēng)為汽水分層。汽水分層的管段受熱時(shí)，管壁上、下溫度不相等，會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力，使管子遭到破壞；汽水分界面處由于水面波動(dòng)而產(chǎn)生交變應(yīng)力，使管子產(chǎn)生縱向裂紋而破壞；水滴不斷濺到上半部管壁上，當(dāng)水分蒸發(fā)后，其中的鹽分在管壁上形成水垢，使上半部管壁的冷卻效果惡化，容易過(guò)熱燒壞。避免發(fā)生汽水分層的方法：w0不小于0.60.8m/s；汽水混合物的上升管或汽水引出管與水平線(xiàn)之間的傾角不宜小于15（燃用無(wú)煙煤的層燃爐，后拱角度8-10？） 。3. 下降管帶汽下降管帶汽原因（鍋表面水為飽和水）下降管入口阻力較大，產(chǎn)生較大的壓降，使

8、下降管入口處水壓降低而發(fā)生汽化，造成下降管帶汽。下降管入口離鍋筒水位面太近，上方水面形成旋渦斗，將蒸汽吸入下降管。下降管受熱強(qiáng)、上升管出口與下降管入口距離近而又無(wú)良好的隔離裝置。下降管帶汽對(duì)水循環(huán)的影響下降管帶汽，使下降管內(nèi)工質(zhì)密度減小，從而使循環(huán)回路的運(yùn)動(dòng)壓頭降低，對(duì)水循環(huán)非常不利。解決的辦法下降管盡量設(shè)置在鍋筒底部，以保證管口上方有足夠的水位高度。6.2工業(yè)鍋爐蒸汽凈化裝置一、蒸汽（數(shù)量與質(zhì)量）污染原因及影響因素鍋爐蒸汽污染的原因：蒸汽帶水和蒸汽溶鹽。工業(yè)鍋爐壓力低，蒸汽污染的原因：蒸汽帶水。蒸汽帶水的危害：蒸汽的熱焓減??；進(jìn)入過(guò)熱器，其中鹽分在表面結(jié)垢，惡化傳熱；鹽分沉積在閥門(mén)處，使其關(guān)

9、閉不嚴(yán)；影響產(chǎn)品質(zhì)量。蒸汽進(jìn)入鍋筒的途徑：鍋筒水位面以上進(jìn)入，撞擊產(chǎn)生的水滴；水位面以下進(jìn)入，依靠自身動(dòng)能，穿越水位面引起的鍋水飛濺。蒸汽與水是混合在一起的，所以為了使蒸汽凈化，需要安裝汽水分離裝置。蒸汽污染的影響因素鍋爐負(fù)荷在一定的運(yùn)行工況下，鍋爐負(fù)荷增加，蒸發(fā)面負(fù)荷增加，汽水混合物流速增加，鍋水飛濺量增大，因此蒸汽濕度增加。蒸汽空間高度蒸汽空間高度小，汽水重力分離效果差，因此濕度大，隨著高度增加，明顯減小，但是到一定高度之后變化不明顯。鍋水含鹽量含鹽量高，鍋水粘度及表面張力大，小氣泡不易形成大氣泡，且上升速度慢，鍋筒水位膨脹，不利于重力分離，因此蒸汽濕度增大。含鹽量到一定數(shù)值，蒸汽濕度急劇

10、增加，此時(shí)為臨界含鹽量（定期排污&連續(xù)排污）。二、蒸汽凈化原理（1）重力分離；（2）慣性力分離原理；（3）離心力分離原理；（4）水膜分離原理。三、蒸汽凈化裝置1粗分離裝置(1)旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)形式：由筒體、波形板頂帽、開(kāi)式溢流環(huán)、圓形底板和導(dǎo)向葉片等組成，如下圖6-10所示。分離原理：離心力分離、重力分離和水膜分離。(2)進(jìn)口擋板進(jìn)口擋板安裝在汽水混合物引入管的進(jìn)口處，擋板沿鍋筒長(zhǎng)度縱向布置，兩端空出，如圖6-11所示。分離原理：消除動(dòng)能，慣性力。汽水混合物的引入速度不宜過(guò)大，否則易把水膜沖碎成細(xì)小水滴，不利于分離。為減慢抵達(dá)擋板時(shí)的流速，擋板與管口之間應(yīng)保持有不小于兩倍引入管管徑的距離。兩擋板

11、間應(yīng)有合適的空隙截面，以便此處蒸汽速度保持在1.54.5m/s。此外，擋板與汽水流動(dòng)方向的夾角應(yīng)小于45，以平穩(wěn)地消除動(dòng)能，否則會(huì)使汽沖破水膜而成水滴飛濺。水下孔板 進(jìn)口擋板 (3)水下孔板水下孔板是布置在鍋筒水空間中的平孔板，如圖6-12所示。分離原理：節(jié)流、均流、消除動(dòng)能，防止沖擊水面，減少汽水混合物穿過(guò)水面時(shí)形成的細(xì)小水滴；均勻蒸發(fā)面負(fù)荷。2細(xì)分離裝置(1)均汽孔板裝在鍋筒頂部的多孔板，如圖6-13所示。分離原理：節(jié)流，均勻負(fù)荷，降低蒸汽上升速度，重力分離；阻擋細(xì)小水滴。勻汽孔板與水下孔板工作原理基本相似，是借小孔節(jié)流作用使鍋筒汽空間各處負(fù)荷均勻。通?？装寰鶆蜷_(kāi)孔，孔徑可取810mm，孔

12、間間距不宜大于50mm，蒸汽穿孔流速為1327m/s。為了增加鍋筒汽空間重力分離效果，孔板盡量裝得高些，以增加蒸汽空間的有效分離高度。勻汽孔板(2)集汽管在工業(yè)鍋爐中，為了均勻蒸汽空間負(fù)荷，防止蒸汽帶水，常采用集汽管，如圖6-14所示。集汽管形式：縫隙式和多孔式。(a)抽汽孔集汽管；(b)縫隙式集汽管(3)波形板分離器（百葉窗）結(jié)構(gòu)形式由許多塊波形板相間排列組成，水平布置在鍋筒頂部，如圖6-15（a）和圖6-15（b）所示。分離原理慣性力，水膜，重力。波形板用0.81.2mm的鋼板壓成，邊框用23mm的鋼板制作，每組波形板大小以能通過(guò)鍋筒上的人孔為限。相鄰兩塊波形板的間距為10mm，水平布置時(shí)，其長(zhǎng)度要求超過(guò)鍋筒直段長(zhǎng)度的2/3。波形板的底部應(yīng)加裝疏水管，且應(yīng)延伸至鍋筒最低水位以下。波形板應(yīng)與勻汽孔板配合使用，蒸汽先經(jīng)波形板再經(jīng)勻汽孔板