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全新认识锅炉基本部件

2018-7-11 18:04:53      点击:

摘要:锅炉广泛应用于石油化工、热电发力等工业生产场合的主要动力设备之一,是通过燃烧加热工质来提供热能动力的重要设备,同时又存在承压、受火、有爆炸危险而又普遍应用的与各行各业的特殊设备,是非常重要的热源。

锅炉主要部件(汽包,受热面,集箱,管道)包括炉本体:炉膛、燃烧器、空气预热器、烟风道;  锅本体:省煤器、汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器、再热器等。 

汽包  


汽包(亦称锅筒)是自然循环锅炉中最重要的受压元件,汽包的作用主要有:    

1:是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽,保证锅炉正常的水循环。  

2:内部有汽水分离装置和连续排污装置,保证锅炉蒸汽品质。    

3:有一定水量,具有一定蓄热能力,缓和汽压的变化速度。     

4:汽包上有压力表、水位计、事故放水、安全阀等设备,保证锅炉安全运行。 

汽包工作流程是:从水冷壁来的汽水混合物经过汽包上部引入管进入汽包内部,沿着汽包内壁与弧形衬板形成的狭窄的环形通道流下,使汽水混合物以适当的流速均匀的传热给汽包内壁,这样克服了锅炉启停时汽包上下壁温差过大的困难,可以较快的启动。进入汽包的汽水混合物分别进入汽水旋风分离器,利用改变流动方向时的惯性进行惯性分离,这是汽水混合物的第一次分离。被分离出来的蒸汽仍带有不少水分,从分离器顶部进入波形板分离器,它装在旋风分离器顶部,带有部分水滴的蒸汽在波形板间的缝隙中流动,利用使水黏附在金属壁面上形成水膜往下流,将水滴再次分离出来,称为二次分离。二次分离后的蒸汽最后经过蒸汽清洗,利用水的密度差进行重力分离,这是三次分离。蒸汽经过三次分离后,达到了蒸汽质量标准,再由汽包顶部饱和蒸汽管引往屏式过热器。 


受热面 


锅和炉是通过传热过程相互联系在一起的。锅和炉的分界面就是受热面 , 通过受热面进行着放热介质 ( 火焰、烟 气 ) 向受热介质 ( 水、蒸汽或空气 ) 的传热。受热面从放热介质吸收热量并向受热介质放出热量。

同时、连续进行吸热和放热的受热面称为间壁式受热面, 放热介质和受热介质分别处于受热面的两侧。如果放热介质和受热介质分别轮流交替地、周期地与受热面相接触, 在接触中向受热面放热或从受热面吸热, 则这种受热面称为蓄热式 ( 也叫再生式 ) 受热面。主要以辐射换热的方式吸收放热介质放热量的受热面称为辐射受热面。辐射爱热面布置在炉膛内。主要以对流换热的方式吸收放热介质放热量的受热面称 为对流受热面。对流受热面布置在炉膛出口以后的、烟气温 度较低的烟道内。布置对流受热面的烟道称为对流烟道。受热面向受热介质的放热主要通过对流换热的方式进行。根据水的加热、汽化过程的顺序, 可以将受热面划分为水的预热受热面、汽化受热面 ( 也叫蒸发受热面 ) 和蒸汽过热器。水的预热受热面通常布置在低温烟气部位以回收排烟余热、节约燃料, 因而一般称之为 ― 省煤器 。

此外, 排烟余热也可以回收利用于预热助燃空气, 这种余热回收受热面叫做空气预热器。省煤器和空气预热器都布置在锅炉烟气流程的尾部 , 所以又统称为尾部受热面。  

受热面按其结构又可分为板式和管式。烟气在管内流过的受热面称为烟管受热面 , 水在管内流过的受热面称为水管受热面。容纳水和蒸汽并兼作锅炉外壳的筒形受压容器称为 锅筒 或 锅壳 。受热面主要布置在锅壳内部的锅炉称为锅壳 锅炉 ( 旧称火管锅炉 ) 。  

内燃式锅壳锅炉的炉膛设置在炉壳内 , 叫做 ― 炉胆气炉 胆本身也就是辐射受热面。布置在锅壳内的烟管为对流受热面。  

外燃式锅壳锅炉的炉膛设置在锅壳之外, 此时 , 锅壳的一部分表面 ( 向火部位 ) 为辐射受热面。烟管仍布置在锅壳 内部。如果在外置炉膛内还布置水管受热面作为辐射受热面 , 则构成为水火管锅炉。外燃式锅炉的锅壳已不能完全起锅炉 外壳的作用 , 因为外置炉膛是用炉墙作为外壳的。以布置在炉墙砌体空间内的水管为主要受热面的锅炉称 为水管锅炉。受热面与锅筒、集箱和炉外管道构成整个水一汽系统。 


集箱


它是汇集炉管排列联接的主要元件,有分配供水和引出的作用,按其所在位置有上集箱和下集箱或进口集箱和出口集箱之分。

上集箱位于炉管上部,汇集上升管束的水汽混合物,通过导管引人上锅筒。有些上集箱安装在炉墙外部,在与炉管相对的位置开有成排手孔,以便清扫炉管内部。  

下集箱位于炉管的下部,与下锅筒连接供水、分配给上升炉管。位于炉排两侧的下集箱,具有防止炉排两侧炉墙烧坏或挂焦的作用,称为防焦箱。

下集箱有排污管,端部还开有手孔,以便检查清扫集箱内部。  

除锅炉本体集箱外,在省煤器,过热器等部件上也有各自相应的集箱。集箱一般由较大直径的无缝钢管和两个端盖焊接而成。近年来有些制造厂将管端旋压收口,取代焊接端盖,结构更加合理。 


省煤器


定义:利用低温烟气加热给水的受热面。    

省煤器(英文名称Economizer)就是锅炉尾部烟道中将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面,由于它吸收的是比较低温的烟气,降低了烟气的排烟温度,节省了能源,提高了效率,所以称之为省煤器. 

省煤器  钢管式省煤器不受压力限制,可以用作沸腾式,一般由外径为32~51毫米的碳素钢管制成。有时在管外加鳍片和肋片,以改善传热效果。钢管式省煤器由水平布置的并联弯头管子(习称蛇形管)组成.  省煤器分类

省煤器的分类有多种方式,可按如下几种方式分类: 

1、按给水被加热的程度:可分为非沸腾式和沸腾式两种。   

2、按制造材料分:有铸铁和钢管省煤器两种。非沸腾式省煤器多采用铸铁制成的,但也有用钢管制成的,而沸腾式省煤器只能用钢管制成。铸铁省煤器多应用于压力≤2.5MPa的锅炉。如压力超过2.5MPa时,应当采用钢管制成的省煤器。    

3、按装置的形式分:有立式及卧式两种。       

4、按排烟与给水的相对流向分:有顺流式、逆流式和混合式三种。   

省煤器作用:

1、吸收低温烟气的热量,降低排烟温度,减少排烟损失,节省燃料。   

2、由于给水进入汽包之前先在省煤器加热,因此减少了给水在受热面的吸热,可以用省煤器来代替部分造价较高的蒸发受热面。  

3、给水温度提高了,进入汽包就会减小壁温差,热应力相应的减小,延长汽包使用寿命。   

省煤器再循环:在锅炉(汽包锅炉)的启动过程中,由于其汽水管道的循环没有建立,即锅炉给水处于停滞状态,此时省煤器内的水处于不流动的状态,随着锅炉燃烧的加强,烟气温度的提高,省煤器内的水容易产生汽化,使省煤器的局部处于超温状态.为了避免这个情况的出现,从汽包的集中下水管再接一管道到省煤器的入口,作为再循环管道,使省煤器内的水处于流动状态.避免其汽化。 


再热器


定义:将汽轮机高压缸或中压缸的排汽再次加热到规定温度的锅炉受热面。   

热器实质上是一种把作过功的低压蒸汽再进行加热并达到一定温度的蒸汽过热器,再热器的作用进一步提高了电厂循环的热效率,并使汽轮机末级叶片的蒸汽温度控制在允许的范围内。  

好处:

1.降低水蒸气的湿度,有利于保护汽轮机的叶片 

2.可以提高汽轮机的相对内效率和绝对内效率  

作用:为了提高大型发电机组循环热效率,广泛采用中间再热循环。从锅炉过热器出来的主蒸汽在汽轮机高压缸作功后,送到再热器中再加热以提高温度,然后送入汽轮机中压缸继续膨胀作功,称为一次中间再热循环,可相对提高循环效率4~5%。有些大型机组,在中压缸后再次将排汽送回锅炉加热,称为两次中间再热循环,可再相对提高循环效率的2%左右。个别试验机组甚至采用三次中间再热循环。采用再热循环后,锅炉-汽轮机装置的热力系统、结构和运行调节都变得复杂,造价增加,故在100兆瓦以上的发电机组中才采用,通常只采用一次中间再热。   

结构和类型:再热器由管子和集箱组成。蒸汽和烟气分别在管内、外流过。按传热方式的不同,再热器可分为对流式和辐射式。对流式再热器布置在对流烟道内;辐射式再热器布置在炉膛内(见过热器)。   

工作特点:蒸汽在再热系统中的流动阻力对机组循环热效率影响较大,每增加0.1兆帕阻力,循环热效率就降低0.2~0.3%。因此,常用较大的管子直径(42~60毫米)和较低的蒸汽质量流速〔250~400千克/(米2·秒)或更低〕,以控制再热器本体阻力不超过其进口蒸汽压力的5~7%。再热蒸汽的压力比主蒸汽的低,管内蒸汽对管壁的对流传热较差,所以管壁金属温度较高,需采用较好的耐高温钢,甚至铬镍奥氏体钢。再热蒸汽的温度可以调节(见锅炉汽温调节)。   

护措施:在锅炉启动和事故停机时,再热器中没有蒸汽流过,或者蒸汽流量很小。为了防止再热器超温损坏,除采用耐高温合金钢材料外,还应有保护措施,常用的有:控制锅炉启动速度;将再热器布置在低烟温区域;启动和事故时引入主蒸汽冷却(见汽轮机旁路系统)等。  


热管换热器


(一)、热管概述  

热管是一种具有高导热性能的传热组件,它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量,具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决,陶瓷换热器较好地解决了耐高温、耐腐蚀的难题。   

由热管组成的热管换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中,作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备,取得了显著的经济效益。  

(二)、热管换热器的分类

按照热流体和冷流体的状态,热管换热器可分为:气—气式、气-汽式、气—液式、液—液式、液—气式。按照热管换热器的结构形式可分为:整体式、分离式和组合式。  

(三)、热管换热器主要特点    

1、热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开,在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。

2、热管换热器的冷、热流体完全分开流动,可以比较容易的实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动,由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数,用于品位较低的热能回收场合非常经济。     

3、对于含尘量较高的流体,热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。   

4、热管换热器用于带有腐蚀性的烟气余热回收时,可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度,使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。


过热器


定义:将饱和温度或高于饱和温度的蒸汽加热到规定过热温度的受热面。   

过热器(superheater)是锅炉中将一定压力下的饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气的受热面。 

(一)、简介:  

锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件,又称蒸汽过热器。大部分工业锅炉不装设过热器,因为许多工业生产流程和生活设施只需要饱和蒸汽。在电站、机车和船用锅炉中,为了提高整个蒸汽动力装置的循环热效率,一般都装有过热器。采用过热蒸汽可以减少汽轮机排汽中的含水率。过热蒸汽温度的高低取决于锅炉的压力、蒸发量、钢材的耐高温性能以及燃料与钢材的比价等因素,对电站锅炉来说,4兆帕的锅炉一般为450℃左右;10兆帕以上的锅炉为540~570℃。少数电站锅炉也有采用更高过热汽温的(甚至可达650℃)。  

(二)、类型和特点:  

过热器按传热方式可分为对流式、辐射式和半辐射式; 按结构特点可分为蛇形管式、 屏式、墙式和包墙式。它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。管子的外径一般为30~60毫米。对流式过热器最为常用,采用蛇形管式。它具有比较密集的管组,布置在 450~1000℃烟气温度的烟道中,受烟气的横向和纵向冲刷。烟气主要以对流的方式将热量传递给管子,也有一部分辐射吸热量。屏式过热器由多片管屏组成,布置在炉膛内上部或出口处,属于辐射或半辐射式过热器。前者吸收炉膛火焰的辐射热,后者还吸收一部分对流热量。在10兆帕以上的电站锅炉中,一般都兼用屏式和蛇形管式两种过热器,以增加吸热量。敷在炉膛内壁上的墙式过热器为辐射式过热器,较少采用。包墙式过热器用在大容量的电站锅炉中构成炉顶和对流烟道的壁面,外面敷以绝热材料组成轻型炉墙。图为几种过热器的布置。装有过热器的小容量工业锅炉一般只用单级管组的对流式过热器即能满足要求。  

(三)、性能:  

锅炉运行工况的变化,例如负荷高低、燃料变化、燃烧工况变动等,都对过热器出口汽温有影响,所以在电站锅炉中都有调节锅炉出口汽温使其稳定在规定值的手段。

常用手段有:

①用喷水式或表面式减温器直接调节汽温;

②用摆动燃烧器改变炉膛出口烟气温度;

③用烟气再循环调节过热器吸热量(见锅炉汽温调节)。

锅炉负荷升高时,对流式过热器的进出口蒸汽温度升高值增大,辐射式过热器的温度升高值减小。若将对流式、辐射式和半辐射式过热器合理组合配置,则可在负荷、燃烧工况等变化时使出口汽温变化较小。过热器管组中各并联管子的吸热量和蒸汽流量在运行中都会有差别。为避免个别管子中温度过高,在大型锅炉中把过热器分成若干管组,用炉外的集箱对各管组蒸汽进行混合并用导汽管使各管组换位,以避免各管间出现过大的温度差。  

(四)、材料:  

过热器管壁金属在锅炉受压部件中承受的温度最高,因此必须采用耐高温的优质低碳钢和各种铬钼合金钢等,在最高的温度部分有时还要用奥氏体铬镍不锈钢。锅炉运行中如果管子承受的温度超过材料的持久强度、疲劳强度或表面氧化所容许的温度限值,则会发生管子爆裂等事故。  


空气预热器


定义:利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需空气以提高锅炉效率的热交换设备。  

空气预热器就是锅炉尾部烟道中的烟气通过内部的散热片将进入锅炉前的空气预热到一定温度的受热面。用于提高锅炉的热交换性能,降低能量消耗。 

一般简称为空预器。多用于燃煤锅炉。在锅炉中的应用一般为三分仓式。

使用时空预器缓慢旋转,烟气入口和空气入口不变。烟气进入空预器的烟气侧后排出,吸收了烟气热量的散热片在空预器的旋转下来到空气侧,将热量传递给空气。   

(一)、附带系统:主要有火灾报警(热点探测)、间隙调整、变频控制。   影响空气预热器性能的关键问题是:振动噪声漏风、腐蚀和堵灰。在设计管式空气预热器时,应合理地选用空气流速和管箱尺寸,或者沿气流方向加装防振隔板,以防止引起空腔共振。防振隔板还有消除噪声的作用。回转式空气预热器的漏风是一个重要问题,应从设计、制造、安装和运行等方面采取措施,使其在热状态下动静组件之间保持合理的密封间隙。燃用高硫燃料时,管式和回转式预热器均易产生腐蚀和堵灰。防止的措施有:在空气进口处加装暖风器或采用热风再循环;采用低氧燃烧或掺烧添加剂,以减少烟气中SO2 气体的生成量;定期吹灰,以保持受热面清洁;受热面采用耐腐蚀的材料等。  

(二)、空气预热器的分类  

按空气预热器的传热方式可将空气预热器分为导热式和再生式两大类。在导热式空气预器中最常用的是管式空气预热器。随着锅炉参数的提高和容量的增加,管式空气预热器的受热面也增大,这给尾部受热面的布置带来了困难。因此,在大容量机组中多数采用结构紧凑、质量较轻的回转式空气预热器。  


水冷壁


定义:敷设在锅炉炉膛四周,由多根并联管组成的水冷包壳。主要吸收炉膛中高温燃烧产物的辐射热量,工质在其中做上升运动,受热蒸发。  

(一)、简介:  

水冷壁是锅炉的主要受热部分,它由数排钢管组成,分布于锅炉炉膛的四周。它的内部 为流动的水或蒸汽,外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。 

水冷壁最初设计时,目的并不是受热,而是为了冷却炉膛使之不受高温破坏。後来,由于其良好的热交换功能,逐渐取代汽包成为锅炉主要受热部分。   

敷设在锅炉炉膛内壁、由许多并联管子组成的蒸发受热面。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量,在管内产生蒸汽或热水,并降低炉墙温度,保护炉墙。在大容量锅炉中,炉内火焰温度很高,热辐射的强度很大。锅炉中有40~50%甚至更多的热量由水冷壁所吸收。除少数小容量锅炉外,现代的水管锅炉均以水冷壁作为锅炉中最主要的蒸发受热面。  

(二)、分类:  

光管式水冷壁:由一般的锅炉钢管组成。管子排列越密对炉墙保护效果越好。炉墙广泛采用轻质耐火材料和保温材料。这些材料可以砌成炉墙,也可敷设在水冷壁上成为敷管式炉墙以便于安装。 

膜式水冷壁:将鳍片管(或扁钢与光管)相互焊接在一起组成的整块管屏。它的优点是气密性好;管屏外侧仅需敷以较薄的保温材料,炉膛高温烟气与炉墙不直接接触,有利于防止结渣;管屏可在制造厂成片预制,便于工地安装。  

(三)、材质:  

水冷壁材料一般用碳素钢。锅炉压力在14兆帕以上时也有部分用合金钢的。管子外径:自然循环锅炉一般用51~83毫米;多次强制循环锅炉和直流锅炉一般用22~60毫米。直流锅炉的水冷壁不像自然循环锅炉那样一定是直立式的,也可以是水平围绕或其他形式的。

参数高时,尤其在直流锅炉中,为了在炉膛高热负荷区防止传热恶化,常采用内螺纹管或在管内装设扰流子  


热交换器


 又称换热器和换热设备。使两种流体间进行热量交换而实现加热或冷却等目的的设备。 

一般是用固体间壁(传热面)将不同温度的流体隔开。也有的使两种流体在器内直接接触而进行热量交换。   

根据作用原理可分为间壁式换热器、蓄热式换热器和混合式换热器。   

根据使用目的可分为冷却器、加热器、冷凝器和汽化器。   

根据结构材料可分为金属材料换热器和非金属材料换热器。   

根据传热面的形状和结构可分为管式换热器和板式换热器