第六章、蒸發(fā)設(shè)備

第六章、蒸發(fā)設(shè)備第一節(jié)、概述一、蒸發(fā)設(shè)備的組成鍋爐中吸收火焰和煙氣熱量使水轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽的受熱面，稱為蒸發(fā)受熱面。自然循環(huán)鍋爐的蒸發(fā)設(shè)備包括：汽包、下降管、水冷壁、聯(lián)箱及連接管道。汽包、下降管、上升管、聯(lián)箱和連接管道組成的閉合蒸發(fā)設(shè)備，稱為水循環(huán)回路。流動的推動力是下降管與上升管之間的汽水密度差產(chǎn)生的，故稱為自然循環(huán)。為了維持蒸發(fā)受熱面的工質(zhì)良好的換熱，受熱管中應(yīng)該有足夠大的流量。在亞臨界壓力時，由于壓力升高使汽水密度差減小，，需要用輔助循環(huán)泵來推動工質(zhì)的流動。主要依靠循環(huán)泵的壓頭進(jìn)行循環(huán)的鍋爐，稱為多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐。在水冷壁上升管入口處加裝節(jié)流圈的多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐，又稱為控制循環(huán)鍋爐。二、下降管和聯(lián)箱下降管的作用是把汽包的水連續(xù)不斷的送往下聯(lián)箱供給水冷壁，以維持正常的水循環(huán)。小直徑分散下降管和大直徑集中下降管。三、循環(huán)泵高溫高壓循環(huán)泵，密封性能是關(guān)鍵問題。第二節(jié)、汽包一、汽包的結(jié)構(gòu)：圓筒形容器焊接而成，封頭留有橢圓形人孔。汽包開有很多管孔，分別連接給水管、下降管、汽水混合物引入管、蒸汽引出管，以及排污管、給水再循環(huán)管、加藥管和事故放水管等。汽包為吊箍懸吊在爐頂大梁上，以保證自由膨脹。汽包橫置于爐頂外部，不受火焰和煙氣加熱。汽包的尺寸和材料與鍋爐容量、參數(shù)及內(nèi)部裝置的型式等因素有關(guān)。為了限制汽包壁厚，一方面高壓以上鍋爐的汽包內(nèi)徑一般不超過1600㎜～1800㎜，相應(yīng)壁厚80～150㎜；另一方面材料采用低合金鋼，如15MnMoNi、18MnMoVNb、BHW35等。另外，汽包內(nèi)部采用合理的結(jié)構(gòu)布置，可減少鍋爐啟停和變工況運(yùn)行時產(chǎn)生的熱應(yīng)力。汽包封頭汽包檢修孔門汽包內(nèi)部亞臨界自然循環(huán)鍋爐汽包內(nèi)部一般不設(shè)蒸汽清洗裝置，汽包體積小，汽包可設(shè)置夾層，以減小熱應(yīng)力。二、汽包的作用：1、加熱、蒸發(fā)、過熱三個過程的連接樞紐和分界點；2、裝有汽水分離裝置和排污裝置，改善蒸汽品質(zhì)；3、具有蓄熱能力和水位平衡能力，緩和汽壓變動速度，有利于運(yùn)行調(diào)節(jié)；4、汽包裝設(shè)壓力表、水位表、安全閥連續(xù)排污管、給水再循環(huán)管、事故緊急放水門等附屬設(shè)備，控制汽包壓力，監(jiān)視水位，保證安全運(yùn)行。三、汽包的安全運(yùn)行工作壓力大、機(jī)械應(yīng)力大，溫度不均勻。設(shè)置安全閥。保證內(nèi)外壁溫差合適。汽包壁溫差：內(nèi)外壁溫差導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力，啟動時更明顯；附加應(yīng)力：σ=αEΔt采取措施：（1）進(jìn)水水溫應(yīng)小于90℃，溫升速度不超過1.5～2℃/min；（2）汽包采用夾套結(jié)構(gòu)（3）啟停初期，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)水、放水，保證受熱均勻；四、水位：通常在中心線以下5cm；雙色水位計；電接點水位計。主控制臺汽包水位、溫度監(jiān)視第三節(jié)、水冷壁的作用和結(jié)構(gòu)水冷壁布置在爐膛四周,緊貼爐墻,接受爐內(nèi)火焰和高溫?zé)煔獾妮椛錈?。兩面分別吸收高溫?zé)煔獾妮椛錈嵝纬蓛擅嫫毓馑浔凇Ｒ?、水冷壁的作用：?）接受爐膛內(nèi)高溫輻射傳熱，將水逐漸蒸發(fā)為汽水混合物；（2）傳熱量與火焰熱力學(xué)溫度四次方成正比，吸收輻射熱可以節(jié)省金屬，使造價降低。（3）敷設(shè)水冷壁吸收大量輻射熱，使煙溫降低，避免結(jié)渣。（4）敷設(shè)水冷壁后，爐內(nèi)壁溫度降低，簡化爐墻結(jié)構(gòu)，厚度減小，重量減輕。二、水冷壁結(jié)構(gòu)1、光管式水冷壁現(xiàn)代大型鍋爐的光管水冷壁的結(jié)構(gòu)有如下兩個特點：（1）水冷壁管緊密排列，其s/d=1～1.1之間。（2）廣泛采用敷管式爐墻，這時水冷壁一半埋入爐墻中，即e/d=0。2、銷釘式式水冷壁光管水冷壁焊接圓柱形長度20～25㎜、直徑6～12㎜的銷釘，并在有銷釘?shù)乃浔谏戏笤O(shè)一層鉻礦砂耐火材料，形成衛(wèi)燃帶。3、膜管式水冷壁鰭片管兩種，焊接鰭片管和軋制鰭片管國產(chǎn)超高壓鍋爐采用φ60×6.5㎜軋制鰭片管焊接而成，國產(chǎn)亞臨界壓力自然循環(huán)鍋爐采用φ63.5×7.5㎜焊接鰭片管模式水冷壁。水冷壁結(jié)構(gòu)動畫鰭片管焊接水冷壁安裝中的水冷壁（1）膜式水冷壁主要優(yōu)點A、良好的氣密性，適用于正壓和負(fù)壓鍋爐，對于負(fù)壓鍋爐可以減少漏風(fēng)，降低排煙熱損失；B、墻壁保護(hù)好，墻體輕，縮短啟停時間；C、輻射受熱面積增加，鰭片代替管材，節(jié)約鋼材；D、可成片預(yù)制，減少安裝工作量；E、能夠承受較大側(cè)向力，增加墻壁剛性和抗爆炸能力；F、提高緊固件壽命；（2）膜式水冷壁的缺點A、制造、檢修工作量大且工藝要求高；B、運(yùn)行過程中要求相鄰管間溫差?。籆、設(shè)計膜式水冷壁時必須有足夠的膨脹延伸自由，還應(yīng)保持人孔、檢查孔、觀火孔等處的密封性；D、由于爐墻外無護(hù)板和框架梁，剛性差，為防止產(chǎn)生過大的變形或損壞，需布置圍繞爐膛周界的剛性梁。三、剛性梁1、剛性梁的作用沿爐膛高度2.5～3m爐膛受到側(cè)向推力，剛性梁用來加固水冷壁和爐墻；2、剛性梁的結(jié)構(gòu)圍繞在水冷壁四周的多層腰帶，不受熱，考慮相對滑動的自由，水冷壁和剛性梁之間用銷子連接；第四節(jié)、水冷壁的布置型式一、汽包鍋爐水冷壁的布置型式1、凝渣管2、折焰角增加了水平煙道的長度；改善了屏式過熱器的沖刷特性改善了前角充滿度3、水冷壁布置全懸吊，平爐頂結(jié)構(gòu)，采用20g無縫鋼管或低合金鋼。二、直流鍋爐水冷壁的布置型式（一）直流鍋爐的類型直流鍋爐出現(xiàn)的初期，水冷壁有三種相互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)型式：即水平圍繞管圈型(拉姆辛型)、垂直管屏型(本生型)和回帶管圈型(蘇爾壽型)。折焰角結(jié)構(gòu)動畫后墻折焰角爐膛結(jié)構(gòu)動畫鍋爐本體結(jié)構(gòu)動畫垂直管屏式（本生式）結(jié)構(gòu)動畫回帶管圈式（蘇爾壽式）結(jié)構(gòu)動畫水平管圈式（拉姆辛式）結(jié)構(gòu)動畫（二）螺旋管圈型水冷壁現(xiàn)代直流鍋爐的水冷壁結(jié)構(gòu)型式演變?yōu)閮煞N型式：一種是垂直管屏，另一種是螺旋管圈。螺旋管圈適用于超臨界和亞臨界鍋爐，燃料適應(yīng)性廣，適用于滑壓運(yùn)行，還可采用整體焊接膜式水冷壁。缺點是指調(diào)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造、安裝工藝要求高。1、水冷壁的布置與支吊高負(fù)荷下部的螺旋管圈和熱負(fù)荷低的上部垂直管屏兩部分組成。冷灰斗區(qū)域兩種都可以。螺旋管和垂直管間連接方式，一種可以通過聯(lián)箱連接；另一種通過分叉管連接。易結(jié)渣的煤、熱偏差較大的爐膛不易采用聯(lián)箱結(jié)構(gòu)。螺旋管支吊采用均勻受載型支吊結(jié)構(gòu)

2.螺旋管圈水冷壁

對于超臨界變壓運(yùn)行鍋爐，螺旋管圈水冷壁是首先應(yīng)用于超臨界變壓運(yùn)行鍋爐的水冷壁型式。爐膛水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈方式【即下部爐膛的水冷壁采用螺旋管圈（內(nèi)螺紋管），上部爐膛的水冷壁為垂直】，保證質(zhì)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間混合聯(lián)箱來實現(xiàn)螺旋管至垂直水冷壁管的過渡螺旋管水冷壁的布置圖1螺旋管水冷壁的布置圖2現(xiàn)場水冷壁的布置圖垂直水冷壁

螺旋水冷壁出口

垂直水冷壁進(jìn)口螺旋水冷壁過渡段水冷壁廠內(nèi)組裝過渡段水冷壁安裝后2、螺旋管圈的傾斜角θ降低管子傾斜角就可以減少并聯(lián)數(shù)目n、使管內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量流速ρω提高，對水冷壁冷卻作用有利。不采用內(nèi)螺紋管的情況下，也能保證低負(fù)荷時水冷壁的安全，這是螺旋管圈的一個重要優(yōu)點。。3、螺旋管圈圍繞爐膛圈數(shù)Z螺旋管圈并聯(lián)管間熱偏差很小，可不用在水冷壁進(jìn)口加裝節(jié)流圈，這是螺旋管圈的又一優(yōu)點。內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu)

4.過熱器（三）垂直管屏型水冷壁1、垂直一次上升型水冷壁美國B＆W公司首先采用，稱通用壓力（即UP型）鍋爐，可用于亞臨界和超臨界鍋爐。結(jié)構(gòu)簡單，便于組合安裝和采用全懸吊結(jié)構(gòu)；各受熱面膨脹一致，差別小，宜采用整體焊接膜式水冷壁結(jié)構(gòu)；管系流動總長度短，流動阻力小，而且水動力特性穩(wěn)定。熱偏差較大，對熱偏差敏感，需中間混合，同時在各聯(lián)箱供水管裝節(jié)流閥或節(jié)流圈。要求有足夠的質(zhì)量流速ρω，宜在500～600MW機(jī)組以上采用。2、上升—上升型水冷壁能采用直徑較大的水冷壁管，而又保證管內(nèi)有足夠的質(zhì)量流速，有利于水冷壁安全工作。第五節(jié)、蒸發(fā)受熱面存在的問題及其防止措施一、固態(tài)排渣煤粉爐爐膛受熱面結(jié)渣1、受熱面結(jié)渣的形成過程燃料的灰分是由多種礦物性雜質(zhì)化合而成，這些礦物雜在高溫火焰中可以熔化。當(dāng)未凝固的熔融的灰渣接近受熱面時，若未被冷卻凝固，并黏結(jié)在受熱面外壁上，便積聚形成了硬結(jié)且難于清除的灰渣層，這種現(xiàn)象稱為“結(jié)渣”。煤粉爐易于結(jié)渣的部分通常是燃燒器布置區(qū)域和爐膛出口折焰角處，甚至還在屏式過熱器及其后的對流管束入口等處，有時在爐膛下部冷灰斗處。2、受熱面結(jié)渣的危害積灰或結(jié)渣的危害歸納為下述幾個方面：（1）使?fàn)t內(nèi)傳熱熱阻增加，傳熱變差，排煙溫度提高，鍋爐效率降低,為保持鍋爐出力而增加燃料.（2）鍋爐結(jié)渣時，保持鍋爐出力而增加通風(fēng)時，阻力增加，導(dǎo)致通風(fēng)電耗增加,否則就被迫降低負(fù)荷；（3）爐膛出口的受熱面結(jié)渣，導(dǎo)致熱偏差，引起過熱器超溫?fù)p壞；為保證運(yùn)行安全，需限制鍋爐負(fù)荷；（4）燃燒器噴口結(jié)渣，影響燃燒進(jìn)程；（5）水冷壁結(jié)渣，導(dǎo)致自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)安全和控制鍋爐的水冷壁熱偏差，導(dǎo)致水冷壁損壞。爐膛內(nèi)未結(jié)渣的受熱面金屬表面溫度升高，腐蝕性氣體增加，引起高溫腐蝕；（6）結(jié)渣嚴(yán)重時，大塊渣落下，可能撲滅火焰或砸壞爐底水冷壁，造成惡性事故。3、影響結(jié)渣的主要因素（1）煤灰分特性和化學(xué)組成灰熔點低的煤容易結(jié)渣，與此同時，低灰熔點的灰分通常粘附性也強(qiáng)，因而增加了結(jié)渣的可能性。因為煤灰的成分太復(fù)雜，現(xiàn)介紹幾種煤灰結(jié)渣性常規(guī)判別方法如下：A、硅比判別指數(shù)：硅比越大，灰的黏度越高，越不容易結(jié)渣?；业暮F量和含鈣量增加，會使SR減小，灰的黏度降低，一般當(dāng)SR＞72時，不易發(fā)生結(jié)渣，當(dāng)SR＜65時，有可能發(fā)生嚴(yán)重結(jié)渣；B、堿酸比判別指數(shù)：B/A越小的煤越不容易結(jié)渣。

式中：B——煤灰中堿性成分含量；A——煤灰中酸性成分含量。對于固態(tài)排渣煤粉爐，當(dāng)B/A=0.4～0.7時，為結(jié)渣煤；當(dāng)B/A=0.1～0.4時，為輕微結(jié)渣煤；當(dāng)B/A<0.1時，為不結(jié)渣煤。從防止結(jié)渣的要求來看，則B/A<0.5為宜。對液態(tài)排渣爐和旋風(fēng)爐，B/A<0.27時，灰渣的流動性較差。C、結(jié)渣指數(shù)Rs:對于Fe2O3>CaO+MgO的煙煤型灰，結(jié)渣指數(shù)為：式中：Sd—煤的干燥基硫分，%。結(jié)渣指數(shù)與堿酸比相似，Rs小則灰渣有較高的黏度。通常Rs＜0.6時，結(jié)渣可能性很??；而當(dāng)Rs＞2時，就會發(fā)生嚴(yán)重結(jié)渣。（2）爐內(nèi)空氣動力特性當(dāng)爐內(nèi)局部區(qū)域過量空氣過小，且煤粉與空氣混合不均勻時，介質(zhì)氣氛發(fā)生變化，可能產(chǎn)生還原性氣氛，而煤粉在還原性氣氛不能充分氧化，灰分中的Fe2O3被還原成FeO，F(xiàn)eO與SiO2等形成共晶體，其熔點溫度就會降低，因而，結(jié)渣傾向隨之增加。（3）爐膛溫度水平爐內(nèi)燃燒器區(qū)域的溫度越高，煤灰越容易達(dá)到軟化或熔融狀態(tài)，結(jié)渣的可能性就越大。而鍋爐負(fù)荷越高，送入爐內(nèi)的熱量也越多，結(jié)渣的可能性也越大。（4）火焰貼墻對于四角布置直流式燃燒器的爐膛，煤粉氣流由于受到氣流剛度，補(bǔ)氣條件和鄰角氣流的撞擊等影向而引起火焰貼墻時，這必然結(jié)渣。對于旋流式燃燒器，當(dāng)旋流強(qiáng)度太大時，會引起火焰貼壁形成結(jié)渣。（5）爐膛設(shè)計特性：爐膛容積熱負(fù)荷qv、爐膛截面積熱負(fù)荷qA和爐膛燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷qr的大小。（6）鍋爐運(yùn)行負(fù)荷鍋爐負(fù)荷升高，爐膛溫度相應(yīng)升高，結(jié)渣可能就增大。（7）煤粉細(xì)度粗煤粉的燃燒時間比較長，當(dāng)煤粉中粗煤粉的比例增加時，容易引起火焰延長，導(dǎo)致爐膛出口處的受熱面結(jié)渣。（8）吹灰吹灰器長期不投，受熱面積灰增多時，可能導(dǎo)致結(jié)渣。（9）燃用混煤鍋爐燃用混煤時，灰渣的特性有可能改變。一般，結(jié)渣性強(qiáng)的煤與結(jié)渣性弱的煤混合燃燒時，結(jié)渣性低于結(jié)渣性強(qiáng)的煤。4、防止結(jié)渣的措施：（1）防止受熱面附近溫度過高，力求使qv、qA和qr的設(shè)計合理，避免鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行；堵塞爐底漏風(fēng)，防止火焰中心上移；防止火焰中心偏移和水冷壁結(jié)渣。（2）防止?fàn)t內(nèi)生成過多的還原性氣體，避免過量空氣系數(shù)過低。（3）做好燃料特性分析，特別是灰的成分、灰熔點和結(jié)渣特性分析。（4）加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視，及時吹灰除渣。（5）做好設(shè)備檢修工作，適當(dāng)調(diào)整燃燒器。二、液態(tài)排渣爐的爐底析鐵1、爐底析鐵的危害（1）鐵的熔點很高，因而析鐵后熔渣黏度大，不利于排渣；（2）鐵的質(zhì)量較大，高溫鐵水滲入爐底，侵蝕耐火涂料層，從爐底的縫隙中漏出而損壞爐底結(jié)構(gòu)，造成爐底水冷壁管過熱而爆管。（3）析鐵嚴(yán)重時，鐵水流入?；?，與水化合產(chǎn)生大量氫氣，引起爆燃。3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2（4）鐵水沉于爐底，停爐后凝成大塊，很難清除。2、析鐵原因來源于灰中的氧化鐵，燃燒過程中分解和氧化形成各種形態(tài)的氧化鐵。熔渣池中為FeO，未燃盡煤粉落入渣池內(nèi)。FeO+C=Fe+CO3、防止析鐵的措施（1）防止煤粉落入渣