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1、精选优质文档-倾情为你奉上余热锅炉系统一、简述在燃气轮机内做功后排出的燃气，仍具有比较高的温度，一般在540左右，利用这部分气体的热能，可以提高整个装置的热效率。通常是利用此热量加热水，使水变成蒸汽。蒸汽可以用来推动蒸汽轮机一发电机，也可用于生产过程的加热或供生活取暖用。对于稠油的油田可以用蒸汽直接注入油井中，以提高采油量。根据不同的蒸汽用途，要求有相应的蒸汽压力和蒸汽温度，也就需要不同参数的产汽设备。利用燃气轮机排气的热量来产汽的设备，称为“热回收蒸汽发生器”，表明回收了排气的热量，用英文字母HRSG来表示。我国习惯上称为“余热锅炉，本文也采用“余热锅炉”的名称，并把燃气轮机的排气简称为“烟
2、气”。“余热锅炉”通常是没有燃烧器的，如果需要高压高温的蒸汽，可以在“余热锅炉”内装一个附加燃烧器。通过燃料的燃烧使整个烟气温度升高，能够产生高参数的蒸汽。例如某余热锅炉不装燃烧器时，入口烟气温度为500，装设附加燃烧器后，可使入口烟气温度达到756。蒸汽的压力可以从4MPa升到10MPa，蒸汽的温度可以从450升到510，蒸汽可以供高温高压汽轮机用，从而增加了电功率输出。目前我国油田进口的余热锅炉的蒸汽参数有：4MPa配450及1.4MPa配195（饱和蒸汽）。前者供给中压汽轮机来发电，后者可以供生产或供生活取暖用。二、余热锅炉的组成（一）蒸汽的生产过程图191是一台余热锅炉的结构示意图，从
3、图中可以看出产汽的过程。图191强制循环余热锅炉（注意蒸发器为顺流布置，即管束流向自下而上，以免上下弯头处积汽。）从燃气轮机出口的烟气，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。排烟温度约为150180，烟气温度从540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105左右，先进入上部的省煤器，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。进入汽包的水与汽包内的饱和水混合后，沿汽包下方的下降管到循环泵，水在循环泵中压力升高，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
4、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。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，而蒸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，即省煤器、蒸发器和过热器。如果不需要过热蒸汽，只需要饱和蒸汽，可以不装过热器。（二）余热锅炉的型式1、强制循环余热锅炉图191所示的余热锅炉就是强制循环余热锅炉。从汽包下部出来的水经一台循环泵后，进入蒸发器，是靠循环泵产生的动力使水循环的，称为“强制循环余热锅炉”。其特点是；各受热面组件的管子是水平的，受热面之间是沿高度
5、方向布置，可节省地面的面积，并使出口处的烟囱高度缩短。但在运行中需要循环泵，使运行复杂，增加维修费用。目前油田进口的余热锅炉，多数采用此种型式。2自然循环余热锅炉图192是一自然循环余热锅炉，全部受热面组件的管子是垂直的。给水进入省煤器吸热后，进入汽包。汽包有下降管与蒸发部的下联箱相连，下降管位于烟道外面，不吸收烟气的热量。汽包还与蒸发器的上联箱相连。直立管簇吸收烟气的热量。当水吸收烟气热量就有部份水变成蒸汽，由于蒸汽的密度比水的密度要小得多，所以直立管内汽和水混合物的平均密度要小于下降管中水的密度，两者密度差形成了水的循环。也就是说：不吸热的下降管内的水比较重，向下流动。直立管内的汽水混合物
6、向上流动，形成连续产汽过程。此时进入蒸发器的水不是靠循环泵的动力，而是靠流体的密度差而流动，这种余热锅炉称为“自然循环余热锅炉”。其特点是：省去循环泵，使运行和维修简单。但各受热面是沿水平方向布置，占地面积大，在排烟处所需烟囱的高度要高。图2 自然循环余热锅炉本文主要介绍“强制循环余热锅炉”。（注：一般来说，余热锅炉的循环方式有5种：单压，双压无再热，双压再热，三压无再热，三压再热。）（三）余热锅炉的布置图193是强制循环余热锅炉的布置图，包括余热锅炉本体受热面及烟道系统，其特点如下：图193余热锅炉布置图1烟气系统从燃气轮机出来的高温烟气有两路出口，一路进人余热锅炉，从主烟囱排人大气，另一路
7、进入旁路烟囱排人大气。每路烟道上都装有挡板，共有三个挡板，主烟道上的挡板称“主挡板”，旁路烟道上的档板称“旁路档板”，主烟囱处的档板称“烟囱挡板”，各挡板是配合使用的。燃气轮机工作而余热锅炉不工作，要开启旁路挡板，关闭主挡板。燃气轮机与余热锅炉同时工作，要关闭旁路挡板，开启主挡板。另一方面为调节余热锅炉的产汽量，主挡板和旁路挡板可以部份开启或部份关闭，挡板调节的内容见后。余热锅炉工作时，应该开启烟囱挡板。当余热锅炉短时间停炉，可以关闭烟囱挡板，以防止余热锅炉内的热量损失。因为余热锅炉内温度比较高，周围冷空气可以进入余热锅炉，形成自然对流将热量带走，关闭烟囱挡板就能防止外界气流进入余热锅炉，以保
8、存热量，准备随时起动余热锅炉。如果余热锅炉要停炉检修，希望冷却速度快些，可以开启烟囱挡板。水平烟道经过一个90转弯接头与余热锅炉相连，这个转弯接头是经制造厂试验研究后确定的，其形状尺寸必须要保证转弯后的气流分布均匀，均匀的气流能够使得烟气放热也均匀，管内水或汽的吸热也均匀，否则会使一些管子吸热多而另一些管子吸热少，这对余热锅炉的安全运行是不利的。主烟道和旁路烟道都装有膨胀节，这是由于烟道受热后要伸长，会对烟道的支架产生热应力。采用膨胀节能吸收烟道的伸长量，可以减小热应力。2汽包汽包是用悬吊的方式来固定，悬吊在伸出的悬臂框架上，悬臂框架与省煤器的框架相接。采用悬吊方式可以使汽包有足够的挠性，因汽
9、包下部有下降管，上部有省煤器进水管、蒸发器的汽水混合物引入管以及饱和蒸汽引出管等，当这些连接管受热膨胀时，都会对设备产生附加应力，现在汽包用挠性支架，能减少对设备产生附加应力。3组件的装配整个余热锅炉分成几个大组件，每个大组件在制造厂组装好后装运。在现场直接安装，这样大大缩短安装工期。这些增加有：烟囱，膨胀节，90转弯段，支承框架，汽包，烟道，挡板，烟囱缩口，过热器，蒸发器I和II，省煤器，旁路烟道及其挡板和膨胀节等。1 内壁 2 外壁 3 保温层 4 连接螺栓5 法兰 6 法兰螺栓有热烟气流过的组件均装有管箱板，管箱板上有法兰。图194示出了上下拉杆组件管箱板的连接方式。考虑到减少散热损失，
10、保证运行人员安全，管箱板由金属板与保温层组成。与高温烟气接触的内壁采用耐热合金钢板，外壁采用碳钢板。两金属那边之间是矿物纤维保温层，外壁和内壁用螺栓连接，螺栓预先焊在外壁钢板的内侧，在内壁相应位置处预先冲孔眼，孔的直径要比螺栓直径大，多余的孔隙量可以允许内壁和外壁有相对移动。这是因为内壁和外壁的温度不同，材料不同，受热后的膨胀伸长量也不同，所以两壁之间会有相对移动。外壁上焊有加强框架，可保证管箱板的强度和刚度，外壁的两端焊有法兰，可以用来连接组件。 图194烟气在余热锅炉中自下而上流动，烟温逐渐降低，所以管箱板的保温层厚度也可减薄，省煤器出口的烟气温度不超过200，可以直接用碳钢的钢板制造烟道
11、，来代替管箱板。（四）受热面组件的特点受热面组件指的是省煤器、蒸发器和过热器，分别组成四个组件，其结构型式基本上是相同的。只有管子直径及有关尺寸略有不问，各组件由管组、联箱、管箱板和支吊架组成，现分别叙述之。1管组图5 受热面组件装配A 准备管子，锉坡口 B 焊接弯头及连接直管 C 装支吊架 D 支吊架装顶板和底板每个受热面组件的管组包括几十根管子，管子是带肋片的，组成水平蛇行管，见图195。肋片管是用一定厚度（1mm）和一定宽度（1220mm）的薄钢带绕在光管外壁上，绕的型式采用螺旋线。薄钢带是用电阻焊与光管外壁相接的，使钢带与管外壁紧密结合，保证传热效果好。图195表示了整个受热面组件的装
12、配过程，二根直的助片管用一个180弯头连接，连接方式采用焊接，最后组成一根水平蛇行管，几十根并联的蛇行管可以组成一个管组。2支吊架采用“蜂窝状”吊架，用两块凸凹板可以组成一个“蜂窝状”吊架，凸凹的形状是一个等六边形，像蜂窝的形状，所以称“蜂窝状”吊架。图195C中表示出一根水平蛇行管的吊架，如果管子沿水平方向很长，需要多装吊架，大约每隔一米需一个吊架。如果并联的管子数目是30根，在同一距离上就有30个吊架，采用吊架顶板和底板可以将此30个吊架组合起来，最后如图195D中表示的一个大的坚固的管组。顶板用1319mm厚的碳钢钢板制造，能够承受管组的重量。管子的肋片部份和支架板接触，肋片外形是圆的，
13、而支架板形状是六角形，除了接触点以外，两者之间有足够的空隙，吊架本身又有挠性，可以微微移动。所以当管子受热而膨胀时，不易被吊架卡住，同时管壁不会被磨损。这种型式的吊架对于联箱也是有好处的，因为管组的进口联箱和出口联箱都是固定不动的，采用这种吊架，管子膨胀伸长是自由的，能减少膨胀热应力作用到联箱上。3联箱在整个管组和吊架装配后，最后安装联箱，省煤器和过热器的进出口联箱型式是相同的。而蒸发器的联箱的型式常常是不同的。进口联箱的直径要小于出口联箱的直径，这是因为蒸发器入口是水而出口是汽水混合物。4特点组成的水平蛇行管的两端可以自由伸长。从图191中可以看到全部弯头都在高温烟道以外，表明焊缝不和高温烟
14、气接触。这种受热面结构对快速起动有利。所以余热锅炉能够随着燃气轮机快速起动。受热面的管子采用肋片管，可以增加传热量，反过来说，在传热量相同的情况下，可以减小受热面，使余热锅炉体积小，布置紧凑。所以目前不论是水平蛇行管或直立式管都趋向于采用肋片管。例如：省煤器中每公斤水需吸收热量314KJ。如果采用光管，需0.497米长的管子，如果采用同管径的肋片管。只需0.05米的管子；显然后者可以缩小尺寸。从传热的观点来分析，要提高传热量，就要减小传热的总热阻。余热锅炉管子外面流的是烟气，管内流的是水或汽或汽水混合物，前者的热阻远远大于后者，相差几十倍几百倍，所以就要从管外侧想办法来改善传热，最有效的措施就
15、是增加管外侧表面积，也就是采用管外加肋片的肋片管。（五）烟气温度变化烟气温度的变化影响平均温差，同时也影响传热系数。例题二的数据说明温度对传热系数的影响不大，主要是影响平均温差。现在仍然用A炉中的蒸发器为例说明影响传热量的大小（即产汽量的大小）。在烟气流量不变的条件下，假定进口烟气温度下降到400，先假定离开蒸发器的烟气温度不变时，得到烟气有效放热量降为原值的56，平均温差降为原值的69，传热系数降为原值的96.7，传热量降为原值的66.7，显然，此热量与烟气放热量不同，表明传热能力大，使离开蒸发器的烟气温度必然会下降。经试算后，得到离开蒸发器的烟气温度为207，此时烟气有效放热量为28840
16、kW，传热量为28822kW，两者相符。热量为原值的58，即产汽量为51400kg/h。选用多种烟气流量数值和烟气温度数值，可以算出各个平衡点，平衡点组成的曲线示于图13中。当烟气量不变时，温度与产汽量也是直线关系。3 蒸发器的工作特性及其系统蒸发器系统包括：两组蒸发器、循环泵及汽包三种主要设备。在此系统内是水吸收热量变成蒸汽，即沸腾过程。由于水平管组内的沸腾过程会影响设备的安全性，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。l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，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
17、有两组，是并联的，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。一、蒸发器的热力特性水的沸腾过程是一个复杂的换热过程，烟气加热肋片及管壁，管壁温度升高，使紧邻内壁的水温升高，当温度高于饱和温度一定值时，壁面上会有汽泡产生，长大，然后脱离壁面与水流一同流动，汽与水的流动型式是多种多样的，不同的流型具有不同的热力特性。（一）受热时水平管内汽水两相流的流型图16是一根水平管受热时的典型图，此图适用于余热锅炉，因其热负荷不大。现分析图中各区域的特点。I 泡状流 II 塞状流 III 弹状流 IV
18、波浪状流 V 环状流 VI 分层流a 间歇干燥区 b 长期干燥区图16 水平蒸发管中的流动形式I区：壁面上形成的汽泡进入水中，汽泡较小。当水流速低时，由于汽与水的密度不同，在重力影响下，使汽泡趋于管道的上半部，因汽泡小而数量多，称为“泡状流”。沿管内壁均有水，使管壁得到冷却，安全性好。当水流速增大后，水的动能可带动汽泡趋于管中间，使汽泡均匀分布。II区：随着汽泡数量增多，汽泡聚合而成大汽泡，在水流中流动，好像是个汽塞，称为“塞状流”。此大汽泡也是趋于沿管上半部流动。III区：在塞状流的基础上，汽泡又变大，变长，形状像子弹，称为“弹状流”。在弹状汽泡四周仍有水层，可以冷却管壁。IV区：蒸汽连成一
19、片。蒸汽的速度增大，使汽水分界面掀起扰动的波浪称为“波浪状流”，此波浪被甩到管壁上部，使上部管壁经常有水冷却。形成间歇干燥区。V区：当蒸汽速度很高，汽流就位于管道中心流动，形成汽核，在汽核周围有一层水膜，通常是下部水膜厚，上部水膜薄。水膜沿管内壁呈环状，故称为“环状流”。如果上部失去水膜，形成长期干燥区，将使管壁得不到冷却而超温损坏。VI区：管内水流速和蒸汽流速都很低时，由于重力的影响，使蒸汽沿管道上部流动，水沿管道下部流动，在蒸汽上部边界没有水膜，汽与水的分界面很光滑，称为“分层流”。以上六种流动型式的热力（传热）和水力（流阻）特性是不同的。从安全性的角度来看，只有“分层流”是不好的，所以蒸
20、发器在运行中，不允许出现“分层流”。下面将逐步解释此问题。（二）水沸腾的传热过程沸腾的定义是：在水的内部（而不是水的表面）产生汽泡的汽化过程。例如管内是饱和水，吸热后，在管壁上就会形成汽泡，这就叫沸腾。沸腾过程可分两种，一种是大空间沸腾，水是依靠自然对流作上下运动的，例如家庭用水壶烧开水、壶底的水吸热后上升，周围的水下降吸热，最后使壶内之水温都升高。另一种是对流沸腾，即水在管内流动而沸腾，余热锅炉的蒸发器内的水就属于对流沸腾。由于蒸发器内水温的不同，又可将沸腾分为过冷沸腾和饱和沸腾，现分别叙述之。1过冷沸腾过冷的意义与本章第二节中提到的欠温是相同的，即水温低于饱和温度。过冷沸腾指的是：整个水温
21、低于饱和温度，但在局部区域沸腾产汽。例如：进入蒸发器的水温通常是汽包压力对应的饱和水温，而进入蒸发器的水的压力要大于汽包压力，这是因为经循环泵后水压升高，此时的水温对应于水压而言，是过冷的。如果汽包压力是4MPa，对应的饱和水温是250.3，当水压升到4.2MPa时，对应的饱和水温应该是253.2，表明过冷度约为3”C。具有过冷度的水进入蒸发管，管外有高温烟气加热，使管壁温度升高，当壁温高于饱和温度时，使紧贴着管壁的水层温度也能略高于饱和温度，在此水层内的水会汽化（即沸腾）。汽泡的产生、长大和脱离将会强烈地扰动水层，使换热加强，即换热系数增大，这就叫做“过冷沸腾”。例题三A余热锅炉的蒸发器I中
22、，进入蒸发器的水沿最下排管内流动，此时最下排管子与540的高温烟气接触，有可能发生过冷沸腾。一般来说，由于管内的水温低于饱和温度，当这些汽泡脱离壁面进入主水流中，就会发生凝结现象，此时的过冷沸腾能够稳定进行。如果水流速低，管壁上部产生之汽泡不能脱离壁面，将会在管壁上形成汽膜，使管壁不能冷却，因壁温升高使强度下降而损坏，所以对于过冷沸腾也要注意其破坏性。2饱和沸腾水不断被加热，直至全部水温达到饱和温度以后，就发生饱和沸腾。此时蒸汽不会再凝结，蒸发器的大部份管内都进行着饱和沸腾。为了计算传热量，需要了解饱和沸腾时的换热系数的计算。饱和沸腾的传热随流动型式而不同，通常可以分为二类，一类是图16中的泡
23、状流、塞状流、弹状流，其特点是汽泡周围都有水层存在，汽泡在水流中流动，称为“饱和泡态沸腾”。另一类是图16中的环状流，水在四周流动，汽在中心区流动，各自有流通截面和流速，称为“两相强迫对流”，这两种沸腾的产汽方式也是不同的。（1）饱和泡态沸腾：汽泡常在管壁上产生、长大、再脱离。从管壁上带走热量有两种方式。一种是汽泡生成需要热量，汽泡脱离就带走热量。另一种是靠壁面内的水层的换热来带走热量，两者都起作用，综合后使传热增强，所以换热系数很大。（2）两相强迫对流：管内壁处有水层，水层的水温比饱和温度大的数值不足以在管壁上形成汽泡。也就是说水温的过热度不够。此时只能靠水层内水的流动所形成的对流换热，把管
24、壁的热量转移到水层，使水层与蒸汽的分界面上有水蒸发成蒸汽，连续的蒸发过程就把热量带走。这种“环状流”的水和汽流速高，水层的对流换热强，所以水层的温度难以升高到有足够的过热度，对于这种在汽水表面产汽的过程，通常不叫“沸腾”，而命名为“两相强迫对流”。在实际工程中可以根据热负荷、质量含汽率等参数来确定沸腾的形式，作为计算传热系数，两者差别不大，同时考虑到沿管段的热负荷和质量含汽率都是在变化的，也难以精确分开，所以不再分别叙述其传热计算。国外学者认为；饱和泡态沸腾和两相强迫对流的汽化过程中，都存在泡态沸腾和对流两种传热机理。例如从管壁上产汽，出现小汽泡，这是泡态沸腾。不产汽泡的区域有水层流动，这是对
25、流传热，同样，在两相强迫对流过程中，水层表面形成的蒸发过程，也扰乱了水层，其作用与泡态沸腾相同。三、蒸发器的最小流量保护从安全性来分析对蒸发器本身而言，进入水量少是不利的，将会导致蒸发器管受到超温破坏。对循环泵而言，如果循环泵出水量少而使进入蒸发器的水量少，除了对蒸发器产生不刊后果以外，对泵本身也是不利的。因为进入循环泵水量少，泵的轮叶摩擦的热量容易使水汽化，使循环泵发生汽蚀现象。从热经济性来分析，进入蒸发器的水量少，会影响蒸发器管内的换热系数。尽管蒸发器内侧汽水混合物的换热系数很大，一旦水少而汽多，会使换热系数下降，最后使烟气放热量减少。烟气在蒸发器的放热量减少，会影响蒸汽产量，还会使锅炉排
26、烟温度增加，增加排烟损失使锅炉效率降低。综合上述二点理由，对于进入蒸发器的水流量要监视，还要采取一系列的保护措施来保护蒸发器和循环泵。每台余热锅炉有两组蒸发器，是并联接连的，其连接图示于图20中。由于两组蒸发器处在不同烟气温度区，其热负荷是不同的，又因两组蒸发器的结构不同，处于低温区的蒸发器II的管圈多，阻力系数大，所以蒸发器II内的水量会减少，使蒸发器I内的水量增加，以使水量的分配符合热负荷的要求。（参看图1。图20中两个蒸发器似乎反了。） 图20 蒸发器的连接循环水泵出口管道上装有流量计，测量进入蒸发器的水流量，随时监视其流量大小，以保证最小质量流速的要求。四、汽包汽包是与蒸发器紧密相连的
27、，除了汇集省煤器来水、汇集蒸发器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，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，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，使蒸汽出口温度达不到原设计值，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，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。所以锅炉要提供合格的蒸汽供
28、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。1蒸汽与水分离（1）蒸汽带水过程从图27的右图中可以看到，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，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，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，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，部份汽水从挡板上部周沿流出，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，增加
29、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、水滴直径有关。现分析一个水滴随汽流上升所受的力：水滴自身重力（2）汽水分离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，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，可以使汽流和水流均匀分配。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，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，沿汽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
30、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，依靠压差的作用，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，蒸汽多从垂直板上小孔流出。第二阶段：蒸汽从垂直板上小孔流出后，因前方有隔板，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。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。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。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，金属丝网分离的原理是这
31、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，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，汽流在挡板中多次改变流动方向，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，可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。通常要求蒸汽含盐量为0.Ippm，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，大部分留在汽包内水中，随着运行时间的延续，水中含杂质
32、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）浓度大的水，这就是“连续排污”，汽包内的水称为“锅水”。锅水含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。排污有两种，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。五、循环泵循环泵的任务有二项，正常运行时，将汽包下降管来水经循环泵升压后送到蒸发器。在起动或暂时停炉时，通过再循环管路，把水送到省煤器。形成汽包一下降管
33、一循环泵一再循环管一省煤器一汽包的循环回路。由于循环泵输送的是高温水，工作条件差，容易出故障，工作人员需要掌握循环泵的工作特性。循环泵的运行故障中，以汽蚀最危险，现重点介绍如下：（三）循环泵的结构特点循环泵产生的扬程不高，最大是29m水柱（284KPa），所以采用单级叶轮的离心泵。循环泵输送的水温高，根据汽包压力的大小，水温在195250范围内，这使得泵的工作条件差，因此要求泵的强度好、严密性好。此泵的内件是采用合金钢制造，以防内部锈蚀，泵体（外壳）采用碳钢制造。泵的接合面是垂直于地面，便于取出叶轮转子检修。泵体与转轴间采用机械密封，密封面用石墨及碳化钨制造的静动环互相啮合。机械密封装置示于图
34、32，叶轮轴上有轴套7与转动密封环2相连接，密封压盖8把静止密封环5与转动密封坏2压在一起，使其接触。当轴转动时，静环5与动环2之间有相对运动会摩擦生热，引人冷却水带走此热量，保证泵能长期安全工作。图32 循环泵的机械密封装置冷却水的最大压力是600kPa，入口水温约为10，允许冷却水最高出口温度为50，每分钟需冷却水量约为11升（dm3）。（四）循环泵的保护每台余热锅炉装二台循环泵，一台运行一台备用，两泵的电动机之间有联锁控制，一台泵出故障而使水流量少或停泵，另一台泵自动启动投入运行。循环泵电动机的控制系统示于图33，控制箱有四路控制线路，即正常运行、停止、启动和过载。4自动控制余热锅炉的自
35、动控制包括自动调节及自动保护两部分。自动调节系统有：汽包水位调节；蒸汽温度调节；蒸汽压力调节；省煤器人口水温调节；给水泵再循环水量调节；除氧器水箱水位及压力调节等。自动保护系统有：蒸发器水量的最小值保护；还有调节系统中失调的保护；如汽包水位过高或过低保护；除氧器水箱水位太低；水泵的联锁保护等，现分别叙述如下。一、汽包水位调节及保护（一）稳定水位的必要性1水位高水位高于正常规定值，会减小蒸汽空间，使蒸汽在汽包汽空间的流速增加，所携带水滴也增加。由于流速增加，蒸汽停留时间短，使有些水滴来不及从蒸汽中分离出来。上述二方面都会造成汽水分离条件恶化，影响蒸汽品质。如果水位很高，水可能冲到过热器中，本锅炉
36、汽包的位置高于过热器，这种现象更可能发生。所以水位升高是不允许的。2水位低从循环泵的汽蚀问题中，知道汽包水位低会使泵入口水柱降低，即入口水压力低，容易使泵入口水汽化。从另一方面来看，当泵的工作扬程不变时，入口压力低必然造成出口压力低。出口压力与汽包内压力的差值是用来克服蒸发器及连接管路的流动阻力。现在这个压力差值减小，势必引起蒸发器的流量减小，这对蒸发器也是不利的，所以水位降低也是不允许的。由于水位高低的影响太大，一定要采用自动调节系统来调节水位，使其稳定在规定值。3水位的选定通常的水位正常值在汽包中心附近，A、B余热锅炉水位的设计值在汽包中心以下152.4mm处，此设计值作为正常运行的水位标
37、准值（给定值）。当锅炉启动时，选定的水位给定值要低于正常运行的水位值。这是因为汽包下部通过下降管与蒸发器相连接，蒸发器的位置又低于汽包，启动时蒸发器内充满水。启动后烟气流经蒸发器使水吸热，水温升高使水容积略有增加。有汽产生后，水内有汽使水容积又增大，这部分增加的水容积将通过下降管转移到汽包，使汽包水位上升。如果当初选用正常运行时的水位，现在水位将会过高。所以启动时的水位给定值要低，现选定值比允许最低水位高50mm。确定的允许最低水位值是从循环泵不发生汽蚀的原则来考虑的，在运行条件下水位低会使循环泵人口压力低，而泵入口压力低会发生水汽化，入口有汽就使泵发生汽蚀。现在规定允许最低水位值不会发生入口
38、水汽化，再加50mm更安全。当锅炉在低负荷时，即蒸汽流量小于额定值的20，也采用较低的水位给定值。（二）影响汽包水位的因素进入汽包的物质量有给水，离开汽包的物质量有蒸汽和排污，如果三者数量不平衡，会造成水位变化。蒸汽压力的变化，短时间内蒸发器的循环倍率发生变化都会使汽包水位变化。现分别叙述之1蒸汽流量用户突然改变用汽量，而给水量没有变化，此时汽包水位要变化。当用汽量突然增加时，水位要降低。当蒸汽流量增加DD时，水位的反应曲线如图34。线H1表示蒸汽量增加DD时水位按比例下降，这是物质不平衡引起的。由于蒸汽量的变化同时引起汽包内压力的变化，当用汽量增加时汽包压力降低，在汽包水容积内部的部分水会自
39、蒸发成蒸汽，蒸汽的比容大，占的体积大，使整个水容积变大，表示出水位升高，形成所谓的“虚假水位”。“虚假水位”用图中线H2来表示，稳定后的“虚假水位”不变。实际水位是上述二种情况的综合，也就是线H1加线H2，因H1线位于负值区，实际值是H2十（一H1）得到H线。从0到t1这段时间内，H线位于正值区，水位上升，是“虚假水位”阶段，自时间t1以后水位开始下降，表明需要增加给水量。2给水流量外界用蒸汽量不改变时，给水量的多少与水位高低是直接有关的。图35表示给水量变化时水位的反应曲线，当蒸汽量和蒸汽压力不变时，给水量增加DG，由于物质不平衡，水位应该增加，线H1表示物质不平衡的影响，按直线比例增加。从
40、另一方面来看，由于给水量的水温低于饱和水温，给水量的增加使汽包内水温降低，水容积内的蒸汽泡会凝结，使水容积减小，水位降低。等到汽泡凝结稳定后，汽泡容积不变，水位也不变，线H2表示水温低对汽包水位的影响。综合两方面的水位变化，线H1十（一H2）得到曲线H。从曲线H可以看到给水量变化对水位的影响，时间从0到t1的范围内，水位略有降低，或者无变化，时间t1以后，才有升高趋势。表示出水位变化有滞后阶段。综合上述蒸汽量和给水量的水位反应曲线，可以得到以下结论：1汽包水位在给水流量作用下，具有滞后性，水位不会自平衡。2汽包水位在蒸汽流量作用下，不仅没有自平衡能力，而且存在“虚假水位”现象。这两条结论决定了
41、汽包水位调节的方式。（三）水位调节系统二、蒸汽温度调节（一）调节的必要性过热器的任务是：把饱和蒸汽加热到过热蒸汽，蒸汽温度达到450才能满足蒸汽轮机的用汽要求。蒸汽温度高于设计值，管道及汽轮机的材料强度下降。蒸汽温度低于设计值，使蒸汽焓下降，做功能力下降，影响汽轮发电机输出功率。从另一方面来看，蒸汽初温度低，会使汽轮机末级叶片含湿量增加，对汽机不利。因此锅炉在运行中要保证蒸汽温度。（二）影响蒸汽温度的因素过热器是面式热交换器，蒸汽在管内流动，烟气在管外流动，热量是依靠对流传输方式来转移的，转移热量的多少要符合热平衡方程式和传热方程式。热平衡方程式 j（II”）VD（i”i）Q 见3式传热方程式
42、 QKDtA 见4式在运行条件下，随着燃气轮机负荷的变化，进入余热锅炉的烟气流量V和烟气温度（烟气焓I）都会变化，这样导致蒸汽出口焓i”（蒸汽出口温度）要变。当烟气温度增高，公式（3）中的I增加，烟气放热量增多，公式（4）中的平均温差Dt和传热系数K均要增大，使传热量增多，最后使蒸汽温度升高。同样烟气流量增大，也有类似效果。这些变化因素总是存在的，因此要采取调节方法来保证蒸汽温度。（三）调节原则及方法常采用喷水或喷饱和蒸汽的方法来降低蒸汽温度符合设计值。从调节的观点来看只能从高温向低温调节，反过来则不行。所以设计过热器时，常多装些传热面，以达到双方向调节的目的。例如多装传热面，在设计工况下，因
43、传热面大而使传热量多，使蒸汽出口温度高于设计值，此时可以喷水或喷低温饱和蒸汽，使汽温下降。当烟气温度下降时，蒸汽温度也会低于设计值，此时可以减少喷入水的数量，使汽温上升恢复设计值。减温方式都采用减温器，常用减温器有面式和混合式两种，见图42。（a）是面式减温器，管外是蒸汽，管内是冷却水（用给水），是通过传热面来传递热量。调节汽温时反应迟缓，调节不及时。（b）是混合式减温器，过热蒸汽与水（或饱和蒸汽）直接混合。汽温变化快，调节及时，是目前广泛采用的减温器。用水来减温时，要求水中含盐量少，最好采用除盐水来减温，以防止水中盐类进入蒸汽带到汽轮机中。有的余热锅炉有两级过热器，可以将减温器放在两级之间，
44、用喷水减温方式。（四）蒸汽温度调节1蒸汽温度变化的动态特性（1）加热量不变时蒸汽流量的变化过热器内蒸汽流量减少，必然引起出口蒸汽温度上升，由于传热有个过程，温度上升有滞后现象，滞后时间为t1 ，见图43所示。当出口蒸汽温度升高后，传热方程式中的平均温差减小，传热量减少，使蒸汽温度不能继续上升，最后稳定在某一范围，说明此时有自平衡能力。（2）蒸汽流量不变而加热量变化加热量增加（烟气温度增加），蒸汽温度先上升后稳定，但稳定的温度要高一些。上述两种情况下温度的响应曲线是类似的，见图43。注意，尽管有这种自平衡能力，但如果不调节的话，将超过蒸汽温度的允许变化范围。三、蒸汽压力调节锅炉生产的蒸汽的压力必
45、须符合设计值，压力过高会造成管路设备的强度不够而损坏，压力降低会使汽轮机作功能力下降，整个动力装置的效率降低。通常采用调节的方法来维持压力在规定范围内。 （一）引起压力变化的因素压力能够表示锅炉产汽量和汽轮机用汽量之间的关系（或其它蒸汽用户）。当用汽量增加，产汽量不变，压力要降低，反之压力就升高。产汽量又是与加热量有关的，烟气的温度升高或烟气量增加都表示加热量增加，此时产汽量也增加。所以影响蒸汽压力的因素主要有：用汽量及烟气温度和烟气流量。能调节压力的对象只有用汽量和烟气流量。例如：加热量减少，产汽量少，压力要下降，此时可以相应地减少用汽量来维持压力不变。要求汽轮机的调节负荷器减少负荷。如果压
46、力升高，可以利用余热锅炉前方的旁路烟囱来调节，改变旁路挡板的开度，排走部分烟气量来减少进人锅炉的热量。本节主要介绍利用挡板来调节蒸汽压力。（二）蒸汽压力的动态特性1加热量突然变化时，对应有二种情况。一种是假定蒸汽量不变，此时压力变化如图45中（a）（1）所示，因传热需要时间，所以压力变化一开始有滞后，以后直线上升，这是一个无自平衡能力的调节对象。线P1表示汽包出口压力，线P2表示过热器出口压力，两者之间的差值用来克服管道及过热器管束的流阻，由于假定蒸汽流量不变，所以此流阻也不变。另一种情况是压力变化必然引起蒸汽流量变化，图中（a）（2）表示汽轮机调节开度不变时的压力变化，开始有滞后段，以后汽包
47、内压力先略有上升，过热器出口蒸汽压力也随之而上升，汽机调节阀不动作，锅炉出口和汽机入口之间的压差略有增加，蒸汽流量随之有些增加。这样自发地限制了锅炉出口汽压增加，使压力进入稳定范围，此时汽压是有自平衡能力的调节对象。由于蒸汽流量增加，使过热器及管道的流阻增加，即过热器出口的蒸汽压力增加得少。随着时间的增加，汽包出口和过热器出口的压力差增大。使得锅炉出口的压力（即过热器出口压力）增加量要小些。2加热量不变，蒸汽量突然变化图45中（b）表示加热量不变而蒸汽量变化时的二种情况。（b）(1)是汽轮机调节阀动作引起蒸汽量变化。（b）（2）是假定用汽量突然增加时的压力反应曲线。分析（b）（l）：汽机调节阀突然开大，蒸汽流量突然增加，又因调节阀前的压力尸P0突然下降，使得过热器出口的蒸汽管路中压力