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余热锅炉原理


余热锅炉原理 余热锅炉原理
一、余热锅炉的组成

(一)蒸汽的生产过程 19- 是一台余热锅炉的结构示意图, 图 19-1 是一台余热锅炉的结构示意图,从图中可以看出产汽 的过程。 的过程。

图 19-1 强制循环余热锅炉

烟气,经烟道到余热锅炉入口,烟气自下而上流动,流经过热器、 烟气,经烟道到余热锅炉入

口,烟气自下而上流动,流经过热器、 两组蒸发器和省煤器,最后排入烟囱。 00-220℃ 两组蒸发器和省煤器,最后排入烟囱。排烟温度约为 100-220℃,烟 380/33 降到排烟温度,所放出的热量用来使水变成蒸汽。 气温度从 380/330℃降到排烟温度,所放出的热量用来使水变成蒸汽。 进入余热锅炉的给水, 其温度约为 42—126℃左右, 42— 26℃左右, 进入余热锅炉的给水, 先进入上部的省煤 水在省煤器内吸收热量使水温上升, 器,水在省煤器内吸收热量使水温上升,水温升到略低于汽包压力下 的饱和温度,就离开省煤器进入汽包。 的饱和温度,就离开省煤器进入汽包。进入汽包的水与汽包内的饱和
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水混合后,沿汽包下方的下降管分别进入两组蒸发器, 水混合后,沿汽包下方的下降管分别进入两组蒸发器,在蒸发器内的 水吸热开始产汽,通常是只有一部份水变成汽, 水吸热开始产汽,通常是只有一部份水变成汽,所以在蒸发器管内流 动的是汽水混合物。汽水混合物离开蒸发器进入汽包上部。 动的是汽水混合物。汽水混合物离开蒸发器进入汽包上部。在汽包内 装有汽水分离设备,可以把汽和水分开,水落到汽包内水空间, 装有汽水分离设备,可以把汽和水分开,水落到汽包内水空间,而蒸 汽从汽包顶部出来到过热器。在过热器内吸收热量, 汽从汽包顶部出来到过热器。在过热器内吸收热量,使饱和蒸汽变成 过热蒸汽。根据产汽过程有三个阶段 对应的应该要有三个受热面, 有三个阶段, 过热蒸汽。根据产汽过程有三个阶段,对应的应该要有三个受热面, 即省煤器、 即省煤器、蒸发器和过 三、在运行条件下受热面传热量的变化 一台余热锅炉的产汽量与吸收的热量有关 也就是与传热量有关。 一台余热锅炉的产汽量与吸收的热量有关,也就是与传热量有关。 在运行条件下,各种因素都会影响到余热锅炉的产汽量,现分析如下。 在运行条件下,各种因素都会影响到余热锅炉的产汽量,现分析如下。 (一)烟气流量变化 已知 A 余热锅炉的进口烟气量为 135.5kg/s , 现烟气量降为 97.2kg/s;假走进口烟气温度不变,此时蒸发器产汽量将如何变化? 97.2kg/s;假走进口烟气温度不变,此时蒸发器产汽量将如何变化?

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图 13 产汽量与烟气参数的关系

71.7%, %,烟气的换热系数下降为原值的 烟气量下降为原值的 71.7 %, 烟气的换热系数下降为原值的 78.8%,假定其它各项热阻不变, 78.8%,假定其它各项热阻不变,总热阻增加 1.23 倍,传热系数下降 %,假定其它各项热阻不变 81.6%。由于传热系数下降的幅度小于烟气量的下降幅度, %。由于传热系数下降的幅度小于烟气量的下降幅度 为原值的 81.6%。由于传热系数下降的幅度小于烟气量的下降幅度, 表明蒸发器出口处的烟气温度也要下降,最终平衡在一个新的位置上, 表明蒸发器出口处的烟气温度也要下降, 的烟气温度也要下降 最终平衡在一个新的位置上, 经试算后, 73% 时是合适的。 经试算后 , 传热量为原值的 73 % 时是合适的 。 此时烟气量下降为 71.7%,产汽量下降为 73%, %,离开蒸发器的烟气温度比原设计值下降 71.7%,产汽量下降为 73%,离开蒸发器的烟气温度比原设计值下降 %, 考虑到进入省煤器的烟气温度降低, 省煤器的平均温差下降得多, 5 ℃, 考虑到进入省煤器的烟气温度降低, 省煤器的平均温差下降得多, 余热锅炉的产汽量与烟气量成比例, 可以认为生产饱和蒸汽的 A 余热锅炉的产汽量与烟气量成比例,图 13 示出了产汽量与烟气量的线性关系。 示出了产汽量与烟气量的线性关系。

蒸发器的工作特性及其系统 蒸发器系统包括:两组蒸发器、汽包三种主要设备。 蒸发器系统包括:两组蒸发器、汽包三种主要设备。在此系统内 是水吸收热量变成蒸汽,即沸腾过程。 是水吸收热量变成蒸汽,即沸腾过程。由于水平管组内的沸腾过程会
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影响设备的安全性,所以本节主要叙述沸腾过程的特点 腾过程的特点, 影响设备的安全性,所以本节主要叙述沸腾过程的特点,以及各主要 设备的安全性。 表示三种主要设备的连接。 l 设备的安全性。 表示三种主要设备的连接。 从省煤器出来的水进入汽 包的水空间,与汽包内的水均匀混合后, 包的水空间,与汽包内的水均匀混合后,从汽包底部的一根下降管到 循环泵入口,水在循环泵内升压后,进入蒸发器。蒸发器有两组, 循环泵入口,水在循环泵内升压后,进入蒸发器。蒸发器有两组,是 并联的,部分水在蒸发器内汽化成汽, 并联的,部分水在蒸发器内汽化成汽,汽水混合物离开蒸发器进入汽 在汽包内使汽水分离,蒸汽从汽包顶部管子引出, 包,在汽包内使汽水分离,蒸汽从汽包顶部管子引出,去用户或去过 热器。水留在空间,再进入下降管依次循环。 热器。水留在空间,再进入下降管依次循环。 一四、 一四、汽包 汽包是与蒸发器紧密相连的,除了汇集省煤器来水、 汽包是与蒸发器紧密相连的,除了汇集省煤器来水、汇集蒸发器 来的汽水混合物以外, 来的汽水混合物以外,还能提供合格的饱和蒸汽进入过热器或供给用 汽包的内部结构见图 27, 汽包的外部管路及管制件、 28。 户。 汽包的内部结构见图 27, 汽包的外部管路及管制件、 仪表见图 28。 (一)汽包内件 从蒸发器来的是汽水混合物。当蒸汽带水时, 从蒸发器来的是汽水混合物。当蒸汽带水时,水中溶解有各种盐 类,如钠盐、硅酸等,这些盐随水滴留在蒸汽中。蒸汽进入过热器内, 如钠盐、硅酸等,这些盐随水滴留在蒸汽中。蒸汽进入过热器内, 水滴在过热器内汽化,将盐类积存在过热器管壁上形成垢, 水滴在过热器内汽化,将盐类积存在过热器管壁上形成垢,垢的热阻 很大,增加了传热的热阻,妨碍传热, 很大,增加了传热的热阻,妨碍传热,使蒸汽出口温度达不到原设计 同时管壁不能被汽流冷却,管壁温度升高,减弱金属的强度, 值,同时管壁不能被汽流冷却,管壁温度升高,减弱金属的强度,会 使管子烧坏。有些硅酸盐随着蒸汽进入汽轮机, 使管子烧坏。有些硅酸盐随着蒸汽进入汽轮机,又随着蒸汽压力降低 附在汽轮机的喷嘴和叶片上,影响汽轮机的功率。 附在汽轮机的喷嘴和叶片上,影响汽轮机的功率。所以锅炉要提供合 格的蒸汽供给用户。汽包内装置一些元件就能达到改善蒸汽品质的要 格的蒸汽供给用户。汽包内装置一些元件就能达到改善蒸汽品质的要 求,这些元件的主要任务是使蒸汽内无水滴。 这些元件的主要任务是使蒸汽内无水滴。 1.汽与水离
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(1)蒸汽带水过程分 蒸汽带水过程分 的右图中可以蒸看到, 从图 27 的右图中可以蒸看到,蒸发器来的汽水混合物通过四根管 子进入汽包右上方的分配器,分配器是沿汽包长度布置的, 子进入汽包右上方的分配器,分配器是沿汽包长度布置的,分配器是 由二块互成直角的钢板制成,钢板上开小孔,可以让部分汽及水通过, 由二块互成直角的钢板制成,钢板上开小孔,可以让部分汽及水通过, 在四根管子出口处装的直角挡板,挡板上没有孔, 在四根管子出口处装的直角挡板,挡板上没有孔,挡板与分配器的形 式相同,用钢条将挡板固定在分配器上, 式相同,用钢条将挡板固定在分配器上,从蒸发器来的汽水混合物的 动能(流速)很大,当汽水流冲击挡板时会消耗动能, 动能(流速)很大,当汽水流冲击挡板时会消耗动能,部份汽水从挡 板上部周沿流出,大部分水从挡板下沿流出, 板上部周沿流出,大部分水从挡板下沿流出,挡板四周流出的汽水进 入分配器。采用直角型挡板可以防止汽水流直冲时溅起小水滴, 入分配器。采用直角型挡板可以防止汽水流直冲时溅起小水滴,增加 汽水分离的困难,但无论如何总是有水滴被溅起的, 汽水分离的困难,但无论如何总是有水滴被溅起的,这些飞溅起来的 水滴会与蒸汽一起流动。蒸汽带水滴的多少与汽流速度、 水滴会与蒸汽一起流动。蒸汽带水滴的多少与汽流速度、水滴直径有 关。现分析一个水滴随汽流上升所受的力: 现分析一个水滴随汽流上升所受的力: 水滴自身重力
G=

πd 3
6

ρ ′g

N

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6

(2)汽水分离

在汽包内的汽水分离过程有三个阶段: 在汽包内的汽水分离过程有三个阶段: 第一阶段:汽水混合物进入分配器。分配器有三个作用, 第一阶段:汽水混合物进入分配器。分配器有三个作用,可以减 少汽水混合物动能(利用挡板) 可防止水流冲到汽包水面, ,可防止水流冲到汽包水面 少汽水混合物动能(利用挡板) 可防止水流冲到汽包水面,可以使汽 , 流和水流均匀分配。 流和水流均匀分配。上述第二个作用是靠分配器本身阻碍了水流向下 冲到汽包水面,第三个作用是靠分配器上的小孔, 冲到汽包水面,第三个作用是靠分配器上的小孔,因为汽水混合物是 从四个管口进入汽包的,管口处的汽水混合物多,其余地方少, 从四个管口进入汽包的,管口处的汽水混合物多,其余地方少,沿汽 包长度分布是不均匀的。通过分配器上的小孔, 包长度分布是不均匀的。通过分配器上的小孔,就能使汽水混合物沿 分配器均匀流出,这是因为流经小孔有流阻,孔前和孔后有压力差, 分配器均匀流出,这是因为流经小孔有流阻,孔前和孔后有压力差, 如果孔前的混合物分布不均匀就会造成孔前的压力分布不匀, 如果孔前的混合物分布不均匀就会造成孔前的压力分布不匀,依靠压 差的作用,使孔前的混合物分布均匀, 差的作用,使孔前的混合物分布均匀,达到各个小孔均有混合物流动 的情况。水流靠重力从分配器下部水平板上小孔流出, 的情况。水流靠重力从分配器下部水平板上小孔流出,蒸汽多从垂直
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板上小孔流出。 板上小孔流出。 第二阶段:蒸汽从垂直板上小孔流出后,因前方有隔板, 第二阶段:蒸汽从垂直板上小孔流出后,因前方有隔板,必须向 下流然后再向上折向左上方出口, 见图 27 中箭头所示。 中箭头所示。 下流然后再向上折向左上方出口, 当汽流改变方 向时,在惯性力作用下,质量大的水滴从汽流中甩出来降落到水面。 向时,在惯性力作用下,质量大的水滴从汽流中甩出来降落到水面。 同时蒸汽流从小孔进到汽空间后,流通截面增加,流速降低, 同时蒸汽流从小孔进到汽空间后,流通截面增加,流速降低,使得原 来被汽流携带的较小水滴能分离出来。 来被汽流携带的较小水滴能分离出来。 第三阶段: 第三阶段:通过分离元件进行细分离 汽包上方装有金属丝网分离器和百叶窗分离器, 汽包上方装有金属丝网分离器和百叶窗分离器,金属丝网分离的 原理是这样的:垂直于汽流方向的金属丝遇到汽流中的水滴 中的水滴, 原理是这样的:垂直于汽流方向的金属丝遇到汽流中的水滴,水滴会 被粘附于丝网上,使水滴离开汽流。金属丝网是很多层压在一起的, 被粘附于丝网上,使水滴离开汽流。金属丝网是很多层压在一起的, 丝网的面积大,因而可以捕集到大部分水滴, 丝网的面积大,因而可以捕集到大部分水滴,水滴沿金属丝流下来进 入集水管。百叶窗分离器是多层挡板, 入集水管。百叶窗分离器是多层挡板,汽流在挡板中多次改变流动方 使汽流中水滴受离心力作用甩到挡板上,在挡板上形成水膜, 向,使汽流中水滴受离心力作用甩到挡板上,在挡板上形成水膜,沿 挡板流下来进入集水管。采用集水管将水直接送到汽包水面以下, 挡板流下来进入集水管。采用集水管将水直接送到汽包水面以下,可 防止收集的水滴再被汽流带走。 防止收集的水滴再被汽流带走。 经过三个阶段的分离过程,蒸汽带的水份很少,可以满足要求。 经过三个阶段的分离过程,蒸汽带的水份很少,可以满足要求。 0.1ppm ppm, 1ppm。 通常要求蒸汽含盐量为 0.1ppm,含杂质为 1ppm。 (二)排污 锅炉运行中,给水带入的杂质只有极少部分被蒸汽带走 带走, 锅炉运行中,给水带入的杂质只有极少部分被蒸汽带走,大部分 留在汽包内水中,随着运行时间的延续,水中含杂质的数量不断增加, 留在汽包内水中,随着运行时间的延续,水中含杂质的数量不断增加, 超过一定浓度会使蒸汽品质变坏,因此要排出一部分含杂质(盐类) 超过一定浓度会使蒸汽品质变坏,因此要排出一部分含杂质(盐类) 浓度大的水,这就是“连续排污” 汽包内的水称为“锅水” 浓度大的水,这就是“连续排污” 汽包内的水称为“锅水” 锅水含 , 。
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杂质浓度最大的区域在水面以下 100mm 处,通常排污管装在水面以下 以防水位波动时排不出水,排污管是沿汽包长度布置的, 200mm 处,以防水位波动时排不出水,排污管是沿汽包长度布置的,管 上开小孔或小槽,锅水沿小孔或小槽进入排污管、排出汽包。 上开小孔或小槽,锅水沿小孔或小槽进入排污管、排出汽包。排污有 两种,一种是连续排污,一种是定期排污。 上均有标明。 两种,一种是连续排污,一种是定期排污。图 27 和 28 上均有标明。 定期排污主要排去汽包下部的软渣和锈皮等,所以装在汽包下部。 定期排污主要排去汽包下部的软渣和锈皮等,所以装在汽包下部。 (三)水位 1.加磷酸盐 为了保持水的碱度( ,需要钠盐 为了保持水的碱度(PH 值) 需要钠盐。加加磷酸磷酸盐的管路上 ,需要钠盐。 加磷酸磷酸盐的管路上 装三个阀,二个关断阀,一个逆止阀, 装三个阀,二个关断阀,一个逆止阀,防止汽包内水倒流入磷酸盐管 路。 2.取样管路 汽包内锅水的取样是从连续 路的支路上取得的, 路的支路上取得的 , 见图 28 中 V112C) (A 炉是 V112C) 因连续排污管路 , 适用于锅水的连续取样以供化 的, 用。 PSV117A( 4.安全阀 PSV117A(B) 汽包上部装有二个安全阀, 是 汽包上部装有二个安全阀, 式的, 所示。 式的,见图 30 所示。 阀芯杆上有弹簧, 靠弹簧力将 阀芯杆上有弹簧, 在阀座上, 阀的下部经喷管与汽包 在阀座上, 连。当汽包压力升高,阀芯下部的 当汽包压力升高,
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排污管 V112B 是开启 学分析

折角型

阀芯压 管 相

力超过

上部的弹簧力,阀芯向上移动,开启阀门,蒸汽通过喷管,压力降低, 上部的弹簧力,阀芯向上移动,开启阀门,蒸汽通过喷管,压力降低, 簧力 排入大气。当蒸汽流出去后,汽包内压力下降, 排入大气。当蒸汽流出去后,汽包内压力下降,弹簧力又大于下部的 阀芯又下降到阀座上,关闭阀门。安全阀的阀芯采用圆盘式的, 力,阀芯又下降到阀座上,关闭阀门。安全阀的阀芯采用圆盘式的, 其面积大,因压力升高引起的作用力就大,效果好。 其面积大,因压力升高引起的作用力就大,效果好。安全阀上有手动 杠杆,必要时可以用手来操作安全阀。 杠杆,必要时可以用手来操作安全阀。 安全阀在使用前,要试验动作压力, 安全阀在使用前,要试验动作压力,证明其能按预定动作压力而 动作。否则要进行调整以满足要求。 动作。否则要进行调整以满足要求。

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图 52 汽水管路图

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