鍋爐部分第三章汽水系統第1頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四主要內容鍋爐水循環鍋爐受熱面直流鍋爐簡介鍋爐水處理第2頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

鍋爐的汽水系統由省煤器、汽包、下降管、水冷壁、過熱器、再熱器等組成。使水吸熱產生合格的過熱蒸汽。

第一節鍋爐水循環

水在蒸發受熱面組成的循環回路中流動的過程。可分為自然水循環和強制水循環。

第3頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四一、自然循環的基本原理

（一）自然水循環概述僅僅依靠水和汽水混合物的重度差而產生的水循環。循環回路由汽包、下降管、聯箱、上升管（水冷壁）組成的簡單的循環回路。第4頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（二）運動壓頭自然循環推動力壓差克服了系統的流動阻力，推動工質循環流動。壓力越高，汽、水的密度差降低，工質循環流動速度越低。第5頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（三）上升管中的流動

單相水→氣泡流→彈狀流→環狀流→液環狀滴流→霧狀流→單相汽霧狀流型：汽流中雖仍有一些水滴·但冷卻作用不夠→傳熱惡化第6頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（四）自然循環工作可靠性主要指標1、循環流速水在飽和溫度下進入上升管入口水的流速。即

是判斷水循環安全性的重要指標之一。流速越大，進入的水多，帶走的熱量、產生的汽泡就多，冷卻效果好，管壁不超溫，

但并不是流速越高越好。第7頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2、循環倍率Ｋ上升管中循環水量G與產生的蒸汽量D之比。每kg水經過Ｋ次循環才能完全變成蒸汽K值越大，上升管出口段水含量越高，冷卻效果好，但導致產汽率太小。高壓鍋爐在8~15；超高壓5~8；鍋爐壓力↑汽化潛熱↓循環倍率↓第8頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四水循環故障

因水循環不正常導致爐管損壞的現象1、循環停滯

在受熱弱的水冷壁管中，進入上升管的循環流量僅足以補充蒸發量時。2、循環倒流

上升管接入汽包水容積時，循環停滯可能轉成循環倒流。3、下降管帶汽

下降管的流動阻力↑，密度差↓原因：下降管受熱產汽、下降管入口帶汽、自汽化、鍋爐壓力突降引起的自汽化等。（五）自然循環常見故障第9頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四1、產生原因

循環安全性↓（壓力升高；亞臨界；管徑變小）；2、形式

主要依靠低壓循環泵的壓頭進行循環優點（1）運動壓頭可以達到0.25～0.5MPa，可以采用小管徑，管壁薄，金屬消耗少；（2）可以任意布置蒸發受熱面；（3）較高質量流速，循環倍率低。二、控制循環鍋爐第10頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第二節鍋爐受熱面包括蒸發受熱面、過熱以及水的預熱受熱面。一、鍋爐蒸發設備（水→蒸汽）包括汽包、下降管、水冷壁、聯箱及連接管道。（一）汽包1、汽包結構長圓筒的密閉承壓容器，開有很多管孔，300MW鍋爐直徑約1.8m，壁厚15cm，長約22m。第11頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第12頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2、汽包的作用（1）工質加熱—蒸發—過熱的連接樞紐；（2）蓄水、蓄汽容積，及一定蓄熱能力，適應負荷驟變能力；（3）汽水分離和排污裝置，保證蒸汽品質；（4）壓力表、水位表、事故放水門、安全閥等附件，控制汽包壓力，監視水位，保證安全運行。第13頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第14頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（二）水冷壁

蒸發受熱面（輻射式）

1、水冷壁主要作用

(1)吸收熱量，將水變成汽水混合物；(2)煙溫降低到灰的軟化溫度以下，保護爐墻并防止結渣，提高運行的安全性和可靠性；(3)輻射受熱面節省鋼材，降低鍋爐造價；(4)使爐墻的厚度可以減小，重量減輕，簡化了爐墻結構。第15頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

2、水冷壁的結構

1、光管式水冷壁；2、銷釘式(刺管)水冷壁（衛燃帶）；3、膜式(鰭片管)水冷壁（普遍采用，分焊接和軋制）。第16頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四光管式水冷壁第17頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四銷釘式(刺管)水冷壁第18頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四膜式(鰭片管)水冷壁第19頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四膜式水冷壁主要優點A嚴密性，減少漏風；B輻射受熱面積增加，節約鋼材；C墻壁保護好，墻體輕，縮短啟停時間；D增加管子剛性；E提高緊固件壽命；F可成片預制，減少安裝工作量；第20頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（三）下降管

不受熱、絕熱保溫，有分散（細）和集中（粗）兩種。（四）聯箱匯集、分配給水冷壁，裝有定排裝置、監視膨脹指示器及循環泵；（五）循環泵無軸封循環泵，用于強制循環。第21頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四二、蒸汽凈化

蒸汽品質蒸汽的潔凈程度，即蒸汽中所含雜質的多少。雜質包括鹽類物質、堿類物質和氧化物，主要是鹽類物質，所以通常也把蒸汽對雜質的攜帶稱為蒸汽帶鹽。第22頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四蒸汽帶鹽的危害①沉積在過熱器內；②沉積在汽輪機；③沉積在閥門。污染原因①機械性攜帶（中、低壓）；②溶解性攜帶（高壓以上）；措施提高給水品質、加強排污、汽水分離（機械攜帶↓）、清洗裝置（溶解攜帶↓）第23頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（一）汽水分離裝置常見的分離設備有多種，其中旋風分離器最常見。1）進口擋板（導向擋板）消除汽水混合物的動能，使水汽初步分離；

2）旋風分離器離心力作用（粗分離）；第24頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四3)波形板分離器（百葉窗）由許多波形鋼板組裝而成，屬細分離裝置；4）頂部多孔板（均汽板）

孔板的節流作用，細分離；沿汽包長度分布均勻，降低流速，避免帶水。第25頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四波形板第26頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（二）蒸汽清洗減少蒸汽的溶解性攜帶基本原理清潔給水與含鹽蒸汽接觸，鹽分擴散至清水，普遍采用穿層式清洗裝置。穿層式清洗裝置，蒸汽穿過清洗水層時水層會起泡，所以也稱為汽泡穿層式，多采用平板式清洗裝置。第27頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四(三)鍋爐排污蒸汽蒸發→雜質濃度↑→加藥→沉積在低處→排污。分為連排和定排兩種。（1）連續排污（表面排污）連續不斷地從鍋筒水位面附近將濃度最大的爐水排出，降低爐水中的含鹽量和堿度；（2)定期排污（間斷排污或底部排污）定期從水循環系統的最低點排放部分爐水。其主要目是排除水中的沉渣、鐵銹。第28頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四三、過熱器、再熱器和省煤器(一)

過熱器

飽和蒸汽→過熱蒸汽，提高電廠的循環熱效率；

表面式換熱器，按傳熱方式過熱器與再熱器可以分為：對流式、輻射式、半輻射式三類。第29頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四1、對流式過熱器

水平或尾部豎井煙道中，對流換熱，由蛇形管組成；立式吊掛方便，積灰較少，應用廣泛，但停爐后管內積水難以排除；常采用臥式易于疏水，但支吊較復雜；分為單管圈、雙管圈和多管圈三種；多采用多管圈，總壓降不應超過10%，最末級過熱器質量流速ρω=800～1100㎏/（㎡·s）第30頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第31頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四根據煙氣與蒸汽的相對流向不同，又可分為：（1）逆流傳熱溫壓大，傳熱效果好，減少受熱面面積，節約金屬。但蒸汽溫度高的管段恰好處在煙氣的高溫區域，管子出口端金屬壁溫高；（2）順流傳熱溫壓小，傳熱效果較差，需要的受熱面積大，消耗金屬多。但蒸汽溫度低的管段處于煙氣的低溫區域，管子出口端金屬壁溫較低；（3）混流集中了逆流和順流布置的優點，既安全，又經濟，多用于高溫級受熱面。第32頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第33頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

排列方式有順列和錯列兩種，s1為橫向節距，s2為縱向節距。在其它條件（如煙氣速度和管子排列特性）相同時，煙氣橫向沖刷順列布置受熱面管子時的傳熱系數比沖刷錯列布置時小，但順列管束管外積灰易被吹灰器清除。第34頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第35頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四布置在高煙溫區的過熱器和再熱器一般易產生粘結性積灰，為便于蒸汽吹灰器清除積灰，及支吊方便，都以順列方式布置。在尾部豎井中，煙溫較低，為增強傳熱，布置在其中的低溫過熱器和低溫再熱器一般采用錯列布置。第36頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四鍋爐受熱面結構動畫第37頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四吊掛受熱面第38頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2、輻射式過熱器

輻射式過熱器布置在爐膛壁面上或爐膛上方，直接吸收爐膛輻射熱；輻射式過熱器的另一種型式是屏式結構；由焊在聯箱上的許多U型管緊密排列成管屏組成，所以稱之為屏式過熱器。第39頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第40頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

第41頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第42頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四汽溫特性曲線第43頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四132負荷，100%汽溫，℃第44頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四3、半輻射式過熱器

布置在爐膛出口處，既吸收爐膛輻射熱，又吸收高溫煙氣的對流熱，又稱為后屏式過熱器。汽溫特性介于對流和輻射之間，略偏向與對流。具有較高的熱負荷。特別是外圈管子，受熱最強，長度最長，因此阻力大，工質流量小，易發生超溫爆管，為保證其工作安全，可采取如圖所示的各項措施。第45頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四(二)再熱器

汽機高壓缸排汽→再熱→中、低壓缸做功，汽輪機末幾級干度↑和電廠循環熱效率↑

（6~8%），布置在過熱器后的煙道內。特點：1、放熱系數小，質量流速ρω小；2、壓力低，對熱偏差敏感；3、進口汽溫隨負荷變化，調節幅度大；4、需要安裝旁路；5、阻力對機組熱效率影響大；第46頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四(三)蒸汽溫度調節

過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度對機組的安全性與經濟性有直接影響。研究表明：過熱器超溫10~20℃的狀態下長期運行，會使其壽命縮短一半以上；而汽溫每下降10℃，會使循環熱效率相應降低0.5％。運行中通常規定汽溫偏離額定值的波動范圍為+5℃~10℃。第47頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

汽溫調節的方法有兩大類：一是蒸汽側調溫，二是煙氣側調溫法。1、蒸汽側調溫方法采用面式減溫器、噴水減溫器（用于過熱汽溫調節）和汽—汽熱交換器（用于再熱汽溫調節）等。1）面式減溫器管殼式熱交換器，調節慣性大，一般用于中小容量鍋爐。第48頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2）噴水減溫法

減溫水噴入過熱蒸汽中特點：噴水減溫法調節靈敏、慣性小，易于實現自動化，加上調溫范圍大、設備結構簡單。一般設計采用2~3級噴水減溫方式，噴水量約為鍋爐容量的5%~8%。*噴水減溫一般不用在再熱器調溫3）汽—汽熱交換器用過熱蒸汽加熱再熱蒸汽。第49頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2、煙氣側調溫通過改變鍋爐內輻射受熱面和對流受熱面的吸熱量分配比例來調節汽溫的方法。主要有①煙氣擋板法（煙氣流量）；

②擺動燃燒器（改變火焰中心位置）；③煙氣再循環法（改變吸熱平均溫度）。。第50頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第51頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第52頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四四、省煤器

用于加熱鍋爐給水，尾部豎井內，吸收對流熱，煙溫低于600℃；省煤器特點1、省煤器吸收尾部煙道中低溫煙氣的熱量，降低鍋爐的排煙溫度，提高了鍋爐熱效率，節省燃料；2、省煤器提高了進入鍋筒的水溫，減少了鍋筒壁與給水的溫度差，鍋筒熱應力降低，提高了壽命；

尾部受熱面存在低溫腐蝕、積灰、磨損等問題。第53頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（一）省煤器的型式和布置

大容量、高參數鍋爐均采用鋼管式省煤器，煙氣與水逆向流動，增加傳熱溫差，提高傳熱效果。1、型式

工質是否飽和：沸騰式（中、小型鍋爐）,非沸騰式（大型鍋爐）；鋼管式，鑄鐵式；第54頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第55頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2、布置

省煤器可以采用水流方向與鍋爐前墻垂直或平行兩種布置方式；垂直：管子短而多，水流速小，便于懸吊，轉向室后墻位置所有的管子都磨損嚴重；平行：管子少，流速高，只有幾根管子受到磨損；可以錯列或順列布置：錯列：磨損大，換熱系數大；順列：磨損輕，換熱差；第56頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第三節直流鍋爐簡介一、直流鍋爐的工作原理

無汽包，給水靠給水泵壓頭一次通過受熱面，產生蒸汽的鍋爐稱為直流鍋爐。第57頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四二、直流鍋爐的特點（1）無汽包；（2）蓄熱能力差，對負荷變化敏感，對控制系統要求高；（3）汽水密度差不影響工作，可以超臨界；（4）沒有排污，對給水品質要求高；（5）熱水段、蒸發段和過熱段不分界，產生水動力特性不穩定；第58頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（6）應防止膜態沸騰；（7）消耗較多的水泵功率；（8）啟動時要設置啟動系統和分離器；（9）節省鋼材20%～30%，制造簡單，運輸方便；（10）啟停爐快；（11）蒸發受熱面隨意布置。第59頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四三、直流鍋爐優缺點1、優點（1）適用于任何壓力的鍋爐；（2）金屬耗量少；（3）制造、安裝及運輸方便；（4）受熱面可自由布置；（5）啟、停速度快；第60頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四缺點：（1）水品質要求高；（2）給水泵功率消耗大；（3）對自動調節及控制系統要求高。第61頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四四、應用實例第62頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第四節鍋爐水處理一、鍋爐的水質工況

1、給水品質影響鍋水含鹽量，影響蒸汽品質。為防止腐蝕、結垢，保證給水品質合格，必須對給水品質進行監督。2、鍋水標準二、給水處理水處理方法有軟化、化學除鹽、蒸發除鹽。第63頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

一般流程：給水→澄清和過濾→陽離子交換器→排氣器→陰離子交換器→一級除鹽→陰陽離子混合交換器→二級除鹽→儲水箱→除氧氣除氧→鍋爐三、直流鍋爐的水質工況比汽包爐要求高1、給水品質指標2、水處理一般方法第64頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四以一臺蒸發量為1000噸／時的直流鍋爐為例：每千克給水所含的鹽分不超過0.05毫克，即為干凈自來水（每千克約含鹽0.1～0.7克）所含鹽分的萬分之一左右，甚至比醫用蒸餾水的含鹽量還少。即使這樣，在一年運行期中還會有幾百公斤的鹽分進入鍋爐。當然，最終留在鍋爐中的僅是一部分。許多國家都制訂有各類鍋爐的給水質量標準。第65頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第66頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第67頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四Question?第68頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（2）膜式水冷壁結構軋制，焊接4、水冷壁布置:吊掛式5、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第69頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第70頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第71頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第72頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第73頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四第74頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四1）．改變火焰中心位置

擺動式燃燒器多用于四角布置的鍋爐中。調節擺動式燃燒器噴嘴的上下傾角，可以改變火焰中心位置的高低，從而改變爐膛出口煙溫，以調節鍋爐輻射吸熱量和對流吸熱量的比例，達到調節汽溫的目的。大型鍋爐上常采用多層燃燒器(4～5層)，改變上下排燃燒器的負荷，就可以改變爐膛火焰中心的位置，調節蒸汽溫度。

第75頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2)分隔煙道擋板分隔煙道擋板調溫法，是將尾部豎井煙道分隔成并聯的兩部分，將再熱器和過熱器分別布置在相互隔開的兩個煙道中。過熱器和再熱器的下面布置省煤器，在省煤器的下方裝設煙氣調節擋板，調節擋板開度，可以改變流經再熱器的煙氣量，達到調節再熱汽溫的目的。與此同時，流經過熱器的煙氣量也將改變，從而使過熱汽溫改變，但這可通過調節減溫器的噴水量來維持過熱汽溫的穩定。第76頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四3)煙氣再循環用再循環風機從鍋爐尾部低溫煙道中抽出一部分低溫煙氣，由冷灰斗附近送入爐膛，可改變爐內輻射和對流受熱面的吸熱量分配，從而達到調節汽溫的目的。當低溫再循環煙氣送入爐膛后，爐膛溫度會降低些，使爐內輻射傳熱減少，而爐膛出口煙溫變化不大。在對流受熱面中，因為煙氣量增加其對流吸熱量將增加，使蒸汽溫度升高。第77頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四鍋爐給水品質不良會引起：①在鍋爐管子內壁上結水垢；②蒸汽品質惡化，在過熱器和汽輪機通流部分生成沉積物；③鍋爐和水汽通道內壁發生金屬腐蝕。這些后果都直接影響鍋爐的傳熱效果，降低鍋爐、汽輪機的效率，嚴重時甚至會造成鍋爐爆管事故。由于水垢的導熱能力只有鋼鐵的幾十分之一到幾百分之一，有些低壓鍋爐受熱面上積1毫米厚的水垢，燃料耗量就會增加1.5～2.0％。第78頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四鍋爐水處理的任務就是針對鍋爐的爐型、參數和原水品質，按照鍋爐水質標準選擇合適的處理方法以保證鍋爐安全、經濟地運行。高參數大容量的電站鍋爐對給水品質的要求很高。第79頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四簡史

早期的小型鍋爐直接采用天然水，或僅用一些簡單的方法除去水中的懸浮物和大顆粒雜質，這種鍋爐常常需要停爐清除水垢。后來，人們采用鈉沸石等天然軟化劑對給水進行處理，并在鍋水內添加某些藥品以減緩水垢的生成，延長鍋爐的連續運行期。隨著鍋爐參數不斷提高，進入鍋爐的水量越來越大，鍋爐單位受熱面積的吸熱量也不斷增加，鍋爐水汽系統對鍋爐水質也提出了更高的要求。第80頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四為此而采用了蒸發器，用蒸餾水來補充鍋爐給水。20世紀30年代，人造離子交換樹脂（一種不溶于水的顆粒狀高分子化合物）問世，并被用于鍋爐給水除鹽，取得了良好的效果，這是鍋爐水處理技術的一項大進展。此后，除鹽裝置普遍采用離子交換樹脂。從50年代末起，又陸續研究成功多孔型樹脂、大孔型樹脂和其他種類的新型樹脂。各種更為新型的現代除鹽設備也相繼出現，進一步促進了鍋爐水處理技術的發展。第81頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四處理范圍

鍋爐水處理主要包括補給水（即鍋爐的補充水）處理、凝結水（即汽輪機凝結水或工藝流程回收的凝結水）處理、給水除氧、給水加氨和鍋內加藥處理4部分。

補給水處理

因蒸汽用途（供熱或發電）和凝結水回收程度的不同，鍋爐的補給水量也不相同。凝汽式電站鍋爐的補給水量一般低于蒸發量的3％。補給水處理流程如下：第82頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四①預處理：當原水為地表水時，預處理的目的是除去水中的懸浮物、膠體物和有機物等。通常是在原水中投加混凝劑（如硫酸鋁等），使上述雜質凝聚成大的顆粒，借自重而下沉，然后過濾成清水。當以地下水或城市用水作補給水時，原水的預處理可以省去，只進行過濾。常用的澄清設備有脈沖式、水力加速式和機械攪拌式澄清器；過濾設備有虹吸濾池、無閥濾池和單流式或雙流式機械過濾器等。為了進一步清除水中的有機物，還可增設活性炭過濾器。

第83頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

②軟化:采用天然或人造的離子交換劑,將鈣、鎂硬鹽轉變成不結硬垢的鹽，以防止鍋爐管子內壁結成鈣鎂硬水垢。對含鈣鎂重碳酸鹽且堿度較高的水，也可以采用氫鈉離子交換法或在預處理（如加石灰法等）中加以解決。對于部分工業鍋爐，這樣的處理通常已能滿足要求，雖然給水的含鹽量并不一定明顯降低。

第84頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四③除鹽：隨著鍋爐參數的不斷提高和直流鍋爐的出現，甚至要求將鍋爐給水中所有的鹽分都除盡。這時就必須采用除鹽的方法。化學除鹽所采用的離子交換劑品種很多，使用最普遍的是陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，簡稱“陽樹脂”和“陰樹脂”。在離子交換器中，含鹽水流經樹脂時，鹽分中的陽離子和陰離子分別與樹脂中的陽離子(H+)和陰離子(OH-)發生變換后被除去。第85頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四當水的堿度較高時，為了減輕陰離子交換器的負擔，提高系統運行的經濟性，在陽離子交換器之后一般都要求串聯脫碳器以除去二氧化碳。含鹽量特別高的水，也可采用反滲透或電滲析工藝，先淡化水質，再進入離子交換器進行深度除鹽。對高壓以上的鍋筒鍋爐或直流鍋爐，還必須除去給水中的微量硅；中、低壓鍋爐則按含量情況處理。第86頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四凝結水處理

凝結水