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1、2022-4-19SIE 王树群 动本091-21第二篇第二篇 锅炉受热面锅炉受热面第五章第五章 蒸发受热面蒸发受热面本章主要内容：本章主要内容：1.不同压力下工质汽化过程？不同压力下工质汽化过程？2.不同压力下锅炉蒸发受热面组成？不同压力下锅炉蒸发受热面组成？3.锅炉蒸发受热面各个组成设备的作用、类型。锅炉蒸发受热面各个组成设备的作用、类型。4.直流锅炉水冷壁系统构成。直流锅炉水冷壁系统构成。2022-4-19SIE 王树群 动本091-22第五章第五章 蒸发受热面蒸发受热面按照锅炉是否有汽包可将锅炉分为两类：按照锅炉是否有汽包可将锅炉分为两类： 汽包炉汽包炉自然循环锅炉、控制循环锅炉自然循
2、环锅炉、控制循环锅炉 直流锅炉直流锅炉2022-4-19SIE 王树群 动本091-235.1 锅炉汽水工质吸热量的分配锅炉汽水工质吸热量的分配 问题问题1：送入锅炉汽水系统的工质是什么状：送入锅炉汽水系统的工质是什么状态？送出锅炉汽水系统的工质是什么状态？态？送出锅炉汽水系统的工质是什么状态？2022-4-19SIE 王树群 动本091-24 给水（低于临界压力时为未饱和水；超临界给水（低于临界压力时为未饱和水；超临界压力下为水）；压力下为水）； 过热蒸汽过热蒸汽 2022-4-19SIE 王树群 动本091-25水汽化过程2022-4-19SIE 王树群 动本091-26一、工质在锅炉内的
3、三个加热过程一、工质在锅炉内的三个加热过程1.1.水的加热水的加热水的预热设备水的预热设备省煤器省煤器2.2.水的汽化（水的蒸发）水的汽化（水的蒸发）水的蒸发（汽化）设水的蒸发（汽化）设备备蒸发设备蒸发设备 汽包炉蒸发设备由汽包、下降管、水冷壁、联箱汽包炉蒸发设备由汽包、下降管、水冷壁、联箱和连接管等组成；和连接管等组成； 直流锅炉蒸发设备即水冷壁。直流锅炉蒸发设备即水冷壁。3. 3. 蒸汽过热蒸汽过热蒸汽过热设备蒸汽过热设备过热器、再热器过热器、再热器2022-4-19SIE 王树群 动本091-271025t/h1025t/h亚临界参亚临界参数锅炉布数锅炉布置图置图2022-4-19SIE
4、 王树群 动本091-28高压高压锅炉锅炉受热受热面布面布置图置图2022-4-19SIE 王树群 动本091-29冷灰斗冷灰斗直流锅炉水直流锅炉水冷壁结构冷壁结构2022-4-19SIE 王树群 动本091-210上部垂直水冷壁 螺旋水冷壁出口集箱 垂直水冷壁进口集箱 垂直水冷壁进口集箱 螺旋水冷壁出口集箱 下部螺旋水冷壁 直流锅炉水冷直流锅炉水冷壁过渡段壁过渡段螺旋水冷壁刚性梁垂直段水冷壁刚性梁2022-4-19SIE 王树群 动本091-211表5-1 不同参数等级下工质吸热比例不同参数等级下工质吸热比例 2022-4-19SIE 王树群 动本091-212 问题问题2 2：亚临界参数锅
5、炉炉膛内的屏式过热器为什：亚临界参数锅炉炉膛内的屏式过热器为什么远多于高压锅炉？么远多于高压锅炉？ 随着压力升高，过热吸热量比例增大，蒸发吸热随着压力升高，过热吸热量比例增大，蒸发吸热量比例减少，过热器布置量增大，水冷壁吸热不量比例减少，过热器布置量增大，水冷壁吸热不能满足维持炉膛出口烟温的要求，故需要在炉膛能满足维持炉膛出口烟温的要求，故需要在炉膛内增加屏式过热器补充吸热。内增加屏式过热器补充吸热。2022-4-19SIE 王树群 动本091-213二、不同参数等级下工质吸热比例二、不同参数等级下工质吸热比例 压力升高，蒸发吸热比例减少、水的加热吸压力升高，蒸发吸热比例减少、水的加热吸热比例
6、减少、过热吸热比例增加。热比例减少、过热吸热比例增加。 不同参数下锅炉受热面布置变化大。不同参数下锅炉受热面布置变化大。2022-4-19SIE 王树群 动本091-2145.2汽包锅炉蒸发受热面系统汽包锅炉蒸发受热面系统一、自然循环锅炉蒸发受热面系统一、自然循环锅炉蒸发受热面系统2022-4-19SIE 王树群 动本091-2151.1.系统组成：系统组成： 水冷壁（布置在炉膛四周，在每面炉墙上分水冷壁（布置在炉膛四周，在每面炉墙上分为多个并联的回路，有联箱和受热面组成）为多个并联的回路，有联箱和受热面组成） 下降管（大直径，底部设有分配器）下降管（大直径，底部设有分配器） 供水管供水管 水
7、冷壁引出管（汽水混合物引出管）水冷壁引出管（汽水混合物引出管） 汽包。汽包。 2022-4-19SIE 王树群 动本091-216 问题问题3：工质离开水冷壁时为何种状态？：工质离开水冷壁时为何种状态？ 汽水混合物。汽水混合物。 含汽率（干度）：汽水混合物中，蒸汽流量含汽率（干度）：汽水混合物中，蒸汽流量占总流量的比例，以占总流量的比例，以X表示。表示。 循环倍率：水冷壁上升管入口水的流量与水循环倍率：水冷壁上升管入口水的流量与水冷壁上升管出口蒸汽流量的比值（含义可以冷壁上升管出口蒸汽流量的比值（含义可以理解为进入水冷壁的水经过多少次循环才能理解为进入水冷壁的水经过多少次循环才能全部蒸发为蒸汽
8、）。以全部蒸发为蒸汽）。以K表示。表示。 K=1/X2022-4-19SIE 王树群 动本091-217 问题问题4：自然循环锅炉中水冷壁内工质流动：自然循环锅炉中水冷壁内工质流动动力是什么？动力是什么？ 下降管内水和水冷壁内管内汽水混合物的密下降管内水和水冷壁内管内汽水混合物的密度差。度差。 2022-4-19SIE 王树群 动本091-21821PP ghPPP21ldPP以稳定的速度循环流动。以稳定的速度循环流动。2022-4-19SIE 王树群 动本091-2192.水冷壁回路水冷壁回路 为减轻热偏差的影响，将每面墙水冷壁分为为减轻热偏差的影响，将每面墙水冷壁分为若干回路。若干回路。
9、图图5-22022-4-19SIE 王树群 动本091-220二、控制循环锅炉蒸发受热面系统二、控制循环锅炉蒸发受热面系统1.1.系统组成：汽包、下降管、循环泵、供水包（水系统组成：汽包、下降管、循环泵、供水包（水冷壁环形下联箱）、水冷壁、汽水引出管。冷壁环形下联箱）、水冷壁、汽水引出管。 问题问题5 5：控制循环锅炉中水冷壁内工质流动动力是：控制循环锅炉中水冷壁内工质流动动力是什么？什么？ 循环泵提供的压头、系统中的汽水密度差。其中循环泵提供的压头、系统中的汽水密度差。其中以循环泵提供的压头为主。以循环泵提供的压头为主。 2022-4-19SIE 王树群 动本091-2212. 2. 控制循
10、环锅炉蒸发受热面系统与自然循环锅炉蒸控制循环锅炉蒸发受热面系统与自然循环锅炉蒸发受热面系统区别。发受热面系统区别。（1 1）控制循环设置有循环泵，提高了流动动力，提）控制循环设置有循环泵，提高了流动动力，提高了循环回路的可靠性。循环水泵电耗大，采用高了循环回路的可靠性。循环水泵电耗大，采用低循环倍率低循环倍率2-52-5，自然循环锅炉循环倍率，自然循环锅炉循环倍率4-104-10。（2 2）循环泵压头大，可简化循环系统，减少水冷壁）循环泵压头大，可简化循环系统，减少水冷壁回路数量，使用节流圈调节流量偏差。回路数量，使用节流圈调节流量偏差。（3 3）循环泵可克服较大阻力，减小水冷壁管径，节）循环
11、泵可克服较大阻力，减小水冷壁管径，节省金属，汽包采用较小尺寸。省金属，汽包采用较小尺寸。2022-4-19SIE 王树群 动本091-222、图图5-3图图0-32022-4-19SIE 王树群 动本091-2232022-4-19SIE 王树群 动本091-224三、水冷壁三、水冷壁（一）作用：吸收炉内辐射热量，将工质蒸发为汽水混合（一）作用：吸收炉内辐射热量，将工质蒸发为汽水混合物；降低烟气温度，保证炉膛出口烟气温度在合适的范物；降低烟气温度，保证炉膛出口烟气温度在合适的范围。围。（二）布置方式：每面墙由多个水冷壁管屏并列构成，其（二）布置方式：每面墙由多个水冷壁管屏并列构成，其中的每个管
12、屏由进口联箱、受热面管组、出口联箱组成。中的每个管屏由进口联箱、受热面管组、出口联箱组成。（三）型式：（三）型式：1.1.光管：光管：2.2.膜式：膜式：3.3.销钉式：在水冷壁管子表面焊销钉，固定并冷却卫燃带。销钉式：在水冷壁管子表面焊销钉，固定并冷却卫燃带。4.4.内螺纹管：在水冷壁管内壁形成多道凹槽，可强化流体内螺纹管：在水冷壁管内壁形成多道凹槽，可强化流体和壁面传热，降低管子壁温，推迟传热恶化的发生。和壁面传热，降低管子壁温，推迟传热恶化的发生。2022-4-19SIE 王树群 动本091-225内螺纹管结构 2022-4-19SIE 王树群 动本091-2262022-4-19SIE
13、 王树群 动本091-2272022-4-19SIE 王树群 动本091-2282022-4-19SIE 王树群 动本091-2292022-4-19SIE 王树群 动本091-2302022-4-19SIE 王树群 动本091-2312022-4-19SIE 王树群 动本091-2322022-4-19SIE 王树群 动本091-2332022-4-19SIE 王树群 动本091-234四、汽包四、汽包（一）作用：（一）作用：1.1.是加热、蒸发、过热过程的连接枢纽和分界。是加热、蒸发、过热过程的连接枢纽和分界。2.2.提高了锅炉蓄热能力，负荷变动时具有一定的缓提高了锅炉蓄热能力，负荷变动时
14、具有一定的缓冲能力。冲能力。3.3.在汽包内进行汽水分离。在汽包内进行汽水分离。4.4.对锅水进行化学处理，保证了蒸汽的洁净度。对锅水进行化学处理，保证了蒸汽的洁净度。2022-4-19SIE 王树群 动本091-2352022-4-19SIE 王树群 动本091-2362022-4-19SIE 王树群 动本091-237（二）结构：（二）结构： 长度长度25-2825-28米，直径米，直径1.7-1.81.7-1.8米，厚度米，厚度130-200mm130-200mm； 沿长度方向和周界方向开有许多管孔，焊上管座，沿长度方向和周界方向开有许多管孔，焊上管座，分别连接饱和蒸汽引出管、给水管、下
15、降管、汽分别连接饱和蒸汽引出管、给水管、下降管、汽水混合物引入管、加药管、排污管、再循环管、水混合物引入管、加药管、排污管、再循环管、事故防水管等管道；事故防水管等管道；2022-4-19SIE 王树群 动本091-238（三）布置：（三）布置： 布置在锅炉前部最顶端。布置在锅炉前部最顶端。（四）汽包内部装置：（四）汽包内部装置： 内部设置汽水分离装置、蒸汽清洗装置（超高压内部设置汽水分离装置、蒸汽清洗装置（超高压以下锅炉才有）、加药装置、排污装置等。其中以下锅炉才有）、加药装置、排污装置等。其中以汽水分离装置为最多。以汽水分离装置为最多。 2022-4-19SIE 王树群 动本091-239
16、2022-4-19SIE 王树群 动本091-240五、循环泵五、循环泵（一）作用：提升水循环压头（当压力升高到（一）作用：提升水循环压头（当压力升高到19-19-20MPa20MPa时，汽水密度接近，汽水密度差形成的自然时，汽水密度接近，汽水密度差形成的自然循环压头不能保证水循环的安全工作），保证工循环压头不能保证水循环的安全工作），保证工质在水冷壁管内的质量流速，保证循环的安全。质在水冷壁管内的质量流速，保证循环的安全。（二）布置位置：（二）布置位置： 在下降管系统中部设置，采用控制循环方式的锅在下降管系统中部设置，采用控制循环方式的锅炉，其下降管分为上段和下段两部分，上段进入炉，其下降管
17、分为上段和下段两部分，上段进入循环泵，循环泵出口接在下段入口；位置在锅炉循环泵，循环泵出口接在下段入口；位置在锅炉前部汽包下方。前部汽包下方。 2022-4-19SIE 王树群 动本091-2412022-4-19SIE 王树群 动本091-242（三）型式：湿式定子型（三）型式：湿式定子型 泵的电机浸没在高压冷却水中，来冷却电机；泵的电机浸没在高压冷却水中，来冷却电机； 泵体和电机之间设有热屏，将电机与高温炉水接泵体和电机之间设有热屏，将电机与高温炉水接触的泵体隔开。触的泵体隔开。六、下降管六、下降管（一）作用：把汽包内的水连续不断地通过下联箱（一）作用：把汽包内的水连续不断地通过下联箱供给
18、水冷壁。供给水冷壁。（二）型式：大口径集中型、小直径分散型。（二）型式：大口径集中型、小直径分散型。 普遍采用大口径集中型，可降低流动阻力。普遍采用大口径集中型，可降低流动阻力。2022-4-19SIE 王树群 动本091-2432022-4-19SIE 王树群 动本091-2442022-4-19SIE 王树群 动本091-2452022-4-19SIE 王树群 动本091-2465.6 直流锅炉蒸发受热面系统直流锅炉蒸发受热面系统一、蒸发受热面系统一、蒸发受热面系统 问题问题6：正常运行时的直流锅炉水冷壁出口：正常运行时的直流锅炉水冷壁出口工质是什么状态？工质是什么状态？ 过热蒸汽。过热蒸
19、汽。 问题问题7：直流负荷以下时，直流锅炉水冷壁：直流负荷以下时，直流锅炉水冷壁出口工质是什么状态？出口工质是什么状态？ 汽水混合物。汽水混合物。2022-4-19SIE 王树群 动本091-2471.1.系统组成：水冷壁、启动分离器、储水器、再循系统组成：水冷壁、启动分离器、储水器、再循环泵。环泵。2.2.系统流程：系统流程： 启动时：水冷壁启动时：水冷壁分离器（汽水分离出的蒸汽分离器（汽水分离出的蒸汽过热器）（汽水分离出的水过热器）（汽水分离出的水储水器储水器再循环系再循环系统统锅炉省煤器或水冷壁）锅炉省煤器或水冷壁） 正常运行时：水冷壁正常运行时：水冷壁分离器分离器过热器过热器 图图5-
20、85-82022-4-19SIE 王树群 动本091-2482022-4-19SIE 王树群 动本091-2492022-4-19SIE 王树群 动本091-2503.3.主要设备作用主要设备作用（1 1）启动分离器：）启动分离器：作用：在锅炉启动过程中，进行汽水分离。作用：在锅炉启动过程中，进行汽水分离。 在锅炉启动过程中，水冷壁在直流负荷以下工在锅炉启动过程中，水冷壁在直流负荷以下工作时，水冷壁出口为汽水混合物，汽水混合物作时，水冷壁出口为汽水混合物，汽水混合物进入分离器分离，分离后的蒸汽送入过热器，进入分离器分离，分离后的蒸汽送入过热器，分离的水经启动分离系统送回给水系统。分离的水经启动
21、分离系统送回给水系统。2022-4-19SIE 王树群 动本091-251型式：内置式、外置式型式：内置式、外置式 内置式内置式锅炉在任何负荷下，水冷壁出口工锅炉在任何负荷下，水冷壁出口工质都流经分离器再进入过热器；质都流经分离器再进入过热器； 外置式外置式分离器只在直流负荷以下时才有工分离器只在直流负荷以下时才有工质流入，在锅炉正常运行时，水冷壁出口工质流入，在锅炉正常运行时，水冷壁出口工质不流经分离器，经由管道直接送至过热器。质不流经分离器，经由管道直接送至过热器。启动分离器功能和特点：在锅炉启停及低负荷运行期间，汽水分离器湿态运行，起汽水分离作用；在锅炉正常运行期间，汽水分离器只作为蒸汽
22、通道。在启动时将蒸汽从水中分离出来收集的水排入储水罐内置式典型结构.在锅炉启停及正常运行过程中，汽水分离器均投入运行。序号名称1筒身2汽侧封头3水侧封头4管接头5手孔管接头6热电偶插座2022-4-19SIE 王树群 动本091-254（2）再循环泵：将分离出的锅炉水送回水冷）再循环泵：将分离出的锅炉水送回水冷壁或省煤器中。壁或省煤器中。（3）储水器（蓄水器）：在分离器下部，与）储水器（蓄水器）：在分离器下部，与分离器相连，收集分离器分离下来的水，送分离器相连，收集分离器分离下来的水，送回再循环系统。回再循环系统。2022-4-19SIE 王树群 动本091-2572022-4-19SIE 王
23、树群 动本091-258二、水冷壁二、水冷壁型式型式 传统传统：水平围绕管圈、回带管圈、垂直多管：水平围绕管圈、回带管圈、垂直多管屏屏 现代现代水冷壁由上段和下段两部分组成，按照水冷壁由上段和下段两部分组成，按照下段结构分类：螺旋管圈型、垂直管屏型下段结构分类：螺旋管圈型、垂直管屏型（一次上升型、多次上升型）（一次上升型、多次上升型）2022-4-19SIE 王树群 动本091-259三、垂直管屏型三、垂直管屏型1.1.一次上升一次上升 水冷壁沿高度方向分为几部分，工质从下至上依水冷壁沿高度方向分为几部分，工质从下至上依次流过串联的各个水冷壁管屏。次流过串联的各个水冷壁管屏。 图图2022-4
24、-19SIE 王树群 动本091-2602.2.多次上升型（上升多次上升型（上升- -上升型）上升型） 水冷壁分为上下两部分，下部水冷壁并列布置，水冷壁分为上下两部分，下部水冷壁并列布置，但是在工质流程中，并列布置的管屏串联在系统但是在工质流程中，并列布置的管屏串联在系统中，工质依次流过串联的受热面。具体见图中，工质依次流过串联的受热面。具体见图5-14.5-14. 上部和下部水冷壁采用联箱过渡连接。上部和下部水冷壁采用联箱过渡连接。 2022-4-19SIE 王树群 动本091-2612022-4-19SIE 王树群 动本091-262四、螺旋管圈型四、螺旋管圈型1.结构：下部为螺旋管，上部
25、为垂直管。结构：下部为螺旋管，上部为垂直管。2022-4-19SIE 王树群 动本091-2632022-4-19SIE 王树群 动本091-264冷灰斗冷灰斗直流锅炉水直流锅炉水冷壁结构冷壁结构2022-4-19SIE 王树群 动本091-2652.上部和下部水冷壁连接方式上部和下部水冷壁连接方式 分叉管：分叉管： 过渡联箱连接：过渡联箱连接：2022-4-19SIE 王树群 动本091-266上部垂直水冷壁 螺旋水冷壁出口集箱 垂直水冷壁进口集箱 垂直水冷壁进口集箱 螺旋水冷壁出口集箱 下部螺旋水冷壁 直流锅炉水冷直流锅炉水冷壁过渡段壁过渡段螺旋水冷壁刚性梁垂直段水冷壁刚性梁2022-4-
26、19SIE 王树群 动本091-2672022-4-19SIE 王树群 动本091-2682022-4-19SIE 王树群 动本091-269中间过渡水冷壁螺旋水冷壁螺旋水冷壁垂直水冷壁垂直水冷壁混合集箱混合集箱垂直水冷壁入口集箱垂直水冷壁入口集箱半炉膛混合，减少吸热偏差小，适应变压运行半炉膛混合，减少吸热偏差小，适应变压运行2022-4-19SIE 王树群 动本091-2702022-4-19SIE 王树群 动本091-2712022-4-19SIE 王树群 动本091-2723.3.螺旋管圈型水冷壁特点：螺旋管圈型水冷壁特点：（1 1）上辐射区为立管，下辐射区为螺旋管或立管；）上辐射区为立
27、管，下辐射区为螺旋管或立管；（2 2）提高管内质量流速、采用内螺纹管，减轻传热恶化影响；）提高管内质量流速、采用内螺纹管，减轻传热恶化影响；（3 3）采用节流圈，减轻热偏差影响；）采用节流圈，减轻热偏差影响；（4 4）上下段（上下辐射区）分界点工质温度为微过热；）上下段（上下辐射区）分界点工质温度为微过热；（5 5）下辐射区管内工质质量流速为）下辐射区管内工质质量流速为2500-3500Kg/(m2500-3500Kg/(m2 2s s），上辐），上辐射区工质质量流速为下辐射区的一半；射区工质质量流速为下辐射区的一半；（6 6）上下辐射区水冷壁管的数目、管径、水冷壁型式可采用不）上下辐射区水冷
28、壁管的数目、管径、水冷壁型式可采用不同的设计；同的设计；2022-4-19SIE 王树群 动本091-273五、垂直管水冷壁五、垂直管水冷壁 一次上升一次上升; ; 上升上升两种。上升上升两种。 见右图所示见右图所示2022-4-19SIE 王树群 动本091-274六、螺旋管和垂直管水冷壁特点比较：六、螺旋管和垂直管水冷壁特点比较： （一）垂直管水冷壁特点：（一）垂直管水冷壁特点：1.1.制造工艺简单，支吊简单；制造工艺简单，支吊简单；2.2.不同管子之间以及管屏之间热偏差大；不同管子之间以及管屏之间热偏差大；3.3.水冷壁进口设置节流圈，减轻热偏差、传热恶化和水冷壁进口设置节流圈，减轻热偏
29、差、传热恶化和水动力不稳定性；水动力不稳定性；2022-4-19SIE 王树群 动本091-275（二）螺旋管水冷壁特点：（二）螺旋管水冷壁特点：1.1.制造工艺复杂，支吊系统复杂，安装检修难度大；制造工艺复杂，支吊系统复杂，安装检修难度大；2.2.由于每根管子都围绕四面水冷壁，热偏差小，不用由于每根管子都围绕四面水冷壁，热偏差小，不用在水冷壁进口设置节流圈；在水冷壁进口设置节流圈；3.3.可根据要求设计管子数目，合理控制流速；可根据要求设计管子数目，合理控制流速；4.4.比垂直管更适合变压运行。比垂直管更适合变压运行。2022-4-19SIE 王树群 动本091-276复习思考题：复习思考题
30、： 螺旋管圈水冷壁与垂直管水冷壁相比，具有螺旋管圈水冷壁与垂直管水冷壁相比，具有哪些优点和缺点？哪些优点和缺点？2022-4-19SIE 王树群 动本091-277燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器水冷壁出口水冷壁出口 介质温度介质温度垂直管布置水冷壁垂直管布置水冷壁螺旋上升式水冷壁螺旋上升式水冷壁热负荷热负荷前墙前墙侧墙侧墙后墙后墙侧墙侧墙前墙前墙侧墙侧墙后墙后墙侧墙侧墙流向流向流向流向流向流向流向流向螺旋管管间吸热偏差小，适应变压运行；螺旋管管间吸热偏差小，适应变压运行；螺旋管不需设置水冷壁进口节流圈；螺旋管不需设置水冷壁进口节流圈；垂直管需要采用节流圈调节进口流量，以减轻热偏差影响。垂直管需要采用节流圈调节进口流量，以减轻热偏差影响。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。