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第一章 鍋爐的工作原理

鍋爐的用途及工作原理:

 鍋爐是國民經濟中重要的熱能供應設備。電力、機械、冶金、化工、紡織、造紙、食品等行業 , 以及工業和民用采暖都需要鍋爐供給大量的熱能。)   

 鍋爐是利用燃料燃燒釋放出的熱能或其他能量將工質 ( 中間載熱體 ) 加熱到一定參數的設備。應用于加熱水使之轉變為蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐,也稱為蒸汽發生器。應用于加熱水使之提高溫度轉變為熱水的鍋爐 , 稱為熱水鍋爐;而應用于加熱有機熱載體的鍋爐稱為有機熱載體鍋爐。  

 從能源利用的角度看 ,鍋爐是一種能源轉換設備。在鍋爐中,一次能源 ( 燃料 ) 的化學貯藏能通過燃燒過程轉化為燃燒產物 ( 煙氣和灰渣 ) 所載有的熱能 ,然后又通過傳熱過程將熱量傳遞給中間載熱體 ( 例如水和蒸汽 ), 依靠它將熱量輸送到用熱設備中去。 

 這種傳輸熱量的中間載熱體屬于二次能源 ,因為它的用途就是向用能設備提供能量。

 當中間載熱體用于在熱機中進行熱一功轉換時 , 就叫做 “工質“ 。如果中間載熱體只是向熱設備傳輸、提供熱量以進行熱利用 ,則通常被稱為 “熱媒“ 。  

 鍋爐按其用途可以分為電站鍋爐、工業鍋爐、船舶鍋爐和機車鍋爐等四類。前兩類又稱為固定式鍋爐,因為是安裝在固定基礎上而不可移動的。后兩類則稱為移動式鍋爐。本文介紹的是固定式工業鍋爐。 

在鍋爐中進行著三個主要過程 :  

      (1)、燃料在爐內燃燒,其化學貯藏能以熱能的形式釋放出來,使火焰和燃燒產物 ( 煙氣和灰渣 ) 具有高溫。 

      (2)、高溫火焰和煙氣通過 “受熱面“ 向工質 ( 熱媒 ) 傳遞熱量。  

      (3)、工質(熱媒) 被加熱 ,其溫度升高或者汽化為飽和蒸汽 ,或再進一步被加熱成為過熱蒸汽。  

        以上三個過程是互相關聯并且同時進行的,實現著能量的轉換和傳遞。

伴隨著能量的轉換和轉移還進行著物質的流動和變化 : 

       (1) 工質 ,例如給水 ( 或回水〉進入鍋爐 ,最后以蒸汽( 或熱水 ) 的形式供出。 

        (2) 燃料 ,例如煤進入爐內燃燒 ,其可燃部分燃燒后連同原含水分轉化為煙氣 ,其原含灰分則殘存為灰渣。 

       (3) 空氣送入爐內,其中氧氣參加燃燒反應 ,過剩的空氣和反應剩余的惰性氣體混在煙氣中排出。 

        水一汽系統、煤一灰系統和風二煙系統是鍋爐的三大主要系統 , 這三個系統的工作是同時進行的。  

       通常將燃料和煙氣這一側所進行的過程 ( 包括燃燒、放熱、排渣、氣體流動等 ) 總稱為 “ 爐內過程 “; 把水、汽這一側所進行的過程 ( 水和蒸汽流動、吸熱、汽化、汽水分離、熱化學過程等 ) 總稱為 “ 鍋內過程 “ 


第二章

鍋爐的分類

一、 按用途分類: 

        1. 電站鍋爐:用于發電,大多為大容量、高參數鍋爐,火室燃燒,效率高,出口工質為過熱蒸汽。  

        2. 工業鍋爐:用于工業生產和采暖,大多數為低壓、低溫、小容量鍋爐,火床燃燒居多,熱效率較低,出口,工質為蒸汽的稱為蒸汽鍋爐,出口工質為熱水的稱為熱水鍋爐。 

        3. 船用鍋爐: 

        4. 機車鍋爐:  

        5. 注汽鍋爐:用于油田對稠油的注汽熱采,出口工質一般為,高壓濕蒸汽。   

二、 按結構分類:  

        1. 火管鍋爐:煙氣在火管內流過,一般為小容量、低參數鍋爐,熱效率低,但結構簡單,水質要求低,運行維修方便。  

         2. 水管鍋爐:汽水在管內流過,可以制成小容量,低參數鍋爐,也可以制成大容量、高參數鍋爐。電站鍋爐一般均為水管鍋爐,熱效率高,但對水質和運行水平的要求也較高。 

三、 按循環方式分類

        1. 自然循環鍋筒鍋爐 

        2. 多次強制循環鍋筒鍋爐 

        3. 低倍率循環鍋爐 

        4. 直流鍋爐 

        5. 復合循環鍋爐  

四、 按鍋爐出口工質壓力分類 

        1. 低壓鍋爐:一般壓力小于1.275MPa 

        2. 中壓鍋爐:一般壓力為3.825MPa

        3. 高壓鍋爐:一般壓力為9.8MPa 

        4. 超高壓鍋爐:一般壓力為13.73MPa 

        5. 亞臨界壓力鍋爐:一般壓力為16.67MPa 6. 超臨界壓力鍋爐:一般壓力為22.13MPa 

五、 按燃燒方式分類  

        1. 火床燃燒鍋爐:主要用于工業鍋爐,包括固定爐排爐、往復爐排爐等。  

        2. 火室燃燒鍋爐:主要用于電站鍋爐,燃用液體燃料、氣體燃料和煤粉的鍋爐均為火室燃燒鍋爐  

        3. 沸騰爐:送入爐排空氣流速較高,使大顆粒燃煤在爐排上面的沸騰床中翻騰燃燒,小顆粒燃煤隨空氣上升  并燃燒。 

六、 按所用燃料或能源分類  

        1. 固體燃料鍋爐:燃用煤等固體燃料; 

        2. 液體燃料鍋爐:燃用重油等液體燃料; 

        3. 氣體燃料鍋爐:燃用天然氣等氣體燃料; 

七、 按排渣方式分類 

        1. 固態排渣鍋爐 

        2. 液態排渣鍋爐 

八、 按爐膛煙氣壓力  

        1. 負壓鍋爐:爐膛壓力保持負壓,有送、引風機,是燃煤鍋爐主要型式; 

        2. 微正壓鍋爐:爐膛表壓2—5KPa,不需引風機,易于低氧燃燒; 

九、 鍋筒布置分類 

        1. 單鍋筒 

        2. 雙鍋筒  

十、 余熱鍋爐:利用冶金、石油化工等工業的余熱作熱源; 

十一、 原子能鍋爐:利用核反應堆所釋放熱能作為熱源的蒸汽發                  生器;  

十二、 廢熱鍋爐:利用垃圾、樹皮、廢液等廢料作為燃料的鍋                 爐;  

十三、 其它能源鍋爐:利用地熱、太陽能等能源的蒸汽發生器或              熱水器。

A級鍋爐:額定工作壓力(表壓,下同)P≥3.8MPa的鍋爐,包括: 

         1.超超臨界鍋爐: P≥27.0MPa或額定出口溫度≥590℃的鍋爐; 

         2.超臨界鍋爐: 22.1MPa≤P<27.0MPa; 

         3.亞臨界鍋爐: 16.7MPa≤P<22.1MPa;

         4.超高壓鍋爐: 13.7MPa≤P<16.7MPa; 

         5.高壓鍋爐:   9.8MPa≤P<13.7MPa; 

         6.次高壓鍋爐: 5.4MPa≤P<9.8MPa; 

         7.中壓鍋爐:   3.8MPa≤P<5.4MPa。  

B級鍋爐;

        1.蒸汽鍋爐: 0.8MPa<P<3.8MPa或額定蒸發量>1.0t/h;

        2.熱水鍋爐: 額定出水溫度≥120℃或額定熱功率>4.2MW; 

        3.有機熱載體鍋爐: 

        (1)使用氣相有機熱載體的鍋爐;  

        (2)液相有機熱載體鍋爐:額定熱功率>4.2MW;  

C級鍋爐,除D級鍋爐外的下列鍋爐: 

        1.蒸汽鍋爐: 額定工作壓力≤0.8MPa且額定蒸發量≤1.0t/h的蒸汽鍋爐; 

        2.熱水鍋爐: 額定出水溫度<120℃且額定熱功率≤4.2MW; 

        3.液相有機熱載體鍋爐: 額定熱功率≤4.2MW。  

D級鍋爐:

        1.蒸汽鍋爐:設計正常水位時水容積≤50L且額定工作壓力<0.8MPa; 

        2.汽水兩用鍋爐: 額定工作壓力≤0.04MPa且額定蒸發量≤0.5t/h的鍋爐;  E僅用自來水加壓的熱水鍋爐,且出水溫度≤95℃。

十五、 自由名稱分類:  

       燃煤鍋爐 熱水鍋爐 燃油鍋爐 蒸汽鍋爐 電熱鍋爐 環保鍋爐 特種鍋爐 燃氣鍋爐 水管鍋爐 導熱油鍋爐 專用鍋爐 雙燃料鍋爐 余熱鍋爐 常壓鍋爐 電鍋爐 工業鍋爐 熱風鍋爐 承壓鍋爐 真空鍋爐 鏈條鍋爐 家用鍋爐 沼氣鍋爐 取暖鍋爐 茶\浴鍋爐 電站鍋爐 秸桿氣化爐 焚燒爐 水煤漿鍋爐 煤氣發生爐 有機熱載體鍋爐 循環流化床鍋爐 注:我們的常說的鍋爐是指工業鍋爐,有蒸汽鍋爐、熱水鍋爐和有機熱載體鍋爐。


第三章

鍋爐型號

 我國工業鍋爐產品的型號的編制方法是依據JB1626標準規定進行的。其型號由三部分組成。各部分之間用短線隔開。表示方法如下:

       第一部分:表示鍋爐型式,燃燒方式和額定蒸發量或額定熱功率。

        共分三段:第一段用兩個漢語拼音表示鍋爐總體形式見表1—1表1—2;第二段用一個漢語拼音字母代表燃燒方式(廢熱鍋爐無燃燒方式代號)見表1—3;第三段用阿拉伯數字表示蒸汽鍋爐的額定蒸發量,單位為t/h(噸/小時),或熱水鍋爐的額定熱功率,單位為MW(兆瓦)或廢熱鍋爐的受熱面,單位為m2(平方米)。 第二部分:表示介質參數。共分兩段,中間用斜線分開,第一段用阿拉伯數字表示介質出口壓力,單位為MPa(兆帕);第二段用阿拉伯數字表示過熱蒸汽溫度或出水溫度、回水溫度,單位為℃,生產飽和蒸汽的鍋爐沒有這段數字。  第三部分:表示燃料種類和設計次序。共分兩段:第一段用漢語拼音字母代表燃料種類,同時以羅馬數字代表燃料分類與之并列,見表1—4。如同時使用幾種燃料,主要燃料放在前面一段連接書寫。原型設計無第二段。   

舉類:  

      (1)DZL4—1.0—AⅡ,表示單鍋筒縱置式鏈條爐排額定蒸發量為4噸/小時,蒸汽壓力為1.0MPa,蒸汽溫度為飽和溫度,燃用Ⅱ類煙煤,原型設計的蒸氣鍋爐。  

      (2)WNS2—0.7—YC,表示臥式內燃室燃爐,額定蒸發量為2噸/小時,蒸汽壓力為0.7 MPa,蒸汽溫度為飽和溫度,燃柴油原型設計的蒸氣鍋爐。  

      (3)QXS7—1.0/115/90—QT,表示強制循環室燃爐,額定功率為7MW,供水壓力為1.0 MPa,供水溫度為115℃,回水溫度為90℃,天然氣原型設計的熱水鍋爐。


第五章

鍋爐的基本部件 

       主要部件(汽包,受熱面,集箱,管道) 爐本體:爐膛、燃燒器、空氣預熱器、煙風道  鍋本體:省煤器、汽包、下降管、聯箱、水冷壁、過熱器、再熱器等。 

一、汽包  

        汽包(亦稱鍋筒)是自然循環鍋爐中最重要的受壓元件,汽包的作用主要有:    

        1:是工質加熱、蒸發、過熱三過程的連接樞紐,保證鍋爐正常的水循環。  

        2:內部有汽水分離裝置和連續排污裝置,保證鍋爐蒸汽品質。   

        3:有一定水量,具有一定蓄熱能力,緩和汽壓的變化速度。     

        4:汽包上有壓力表、水位計、事故放水、安全閥等設備,保證鍋爐安全運行。 

        汽包工作流程是:從水冷壁來的汽水混合物經過汽包上部引入管進入汽包內部,沿著汽包內壁與弧形襯板形成的狹窄的環形通道流下,使汽水混合物以適當的流速均勻的傳熱給汽包內壁,這樣克服了鍋爐啟停時汽包上下壁溫差過大的困難,可以較快的啟動。進入汽包的汽水混合物分別進入汽水旋風分離器,利用改變流動方向時的慣性進行慣性分離,這是汽水混合物的第一次分離。被分離出來的蒸汽仍帶有不少水分,從分離器頂部進入波形板分離器,它裝在旋風分離器頂部,帶有部分水滴的蒸汽在波形板間的縫隙中流動,利用使水黏附在金屬壁面上形成水膜往下流,將水滴再次分離出來,稱為二次分離。二次分離后的蒸汽最后經過蒸汽清洗,利用水的密度差進行重力分離,這是三次分離。蒸汽經過三次分離后,達到了蒸汽質量標準,再由汽包頂部飽和蒸汽管引往屏式過熱器。 

二,受熱面  

       鍋和爐是通過傳熱過程相互聯系在一起的。鍋和爐的分界面就是受熱面 , 通過受熱面進行著放熱介質 ( 火焰、煙 氣 ) 向受熱介質 ( 水、蒸汽或空氣 ) 的傳熱。受熱面從放熱介質吸收熱量并向受熱介質放出熱量。

       同時、連續進行吸熱和放熱的受熱面稱為間壁式受熱面, 放熱介質和受熱介質分別處于受熱面的兩側。如果放熱介質和受熱介質分別輪流交替地、周期地與受熱面相接觸, 在接觸中向受熱面放熱或從受熱面吸熱, 則這種受熱面稱為蓄熱式 ( 也叫再生式 ) 受熱面。主要以輻射換熱的方式吸收放熱介質放熱量的受熱面稱為輻射受熱面。輻射愛熱面布置在爐膛內。主要以對流換熱的方式吸收放熱介質放熱量的受熱面稱 為對流受熱面。對流受熱面布置在爐膛出口以后的、煙氣溫 度較低的煙道內。布置對流受熱面的煙道稱為對流煙道。受熱面向受熱介質的放熱主要通過對流換熱的方式進行。根據水的加熱、汽化過程的順序, 可以將受熱面劃分為水的預熱受熱面、汽化受熱面 ( 也叫蒸發受熱面 ) 和蒸汽過熱器。水的預熱受熱面通常布置在低溫煙氣部位以回收排煙余熱、節約燃料, 因而一般稱之為 ― 省煤器 。

        此外, 排煙余熱也可以回收利用于預熱助燃空氣, 這種余熱回收受熱面叫做空氣預熱器。省煤器和空氣預熱器都布置在鍋爐煙氣流程的尾部 , 所以又統稱為尾部受熱面。  

        受熱面按其結構又可分為板式和管式。煙氣在管內流過的受熱面稱為煙管受熱面 , 水在管內流過的受熱面稱為水管受熱面。容納水和蒸汽并兼作鍋爐外殼的筒形受壓容器稱為 ― 鍋筒 ― 或 ― 鍋殼 ― 。受熱面主要布置在鍋殼內部的鍋爐稱為鍋殼 鍋爐 ( 舊稱火管鍋爐 ) 。  

       內燃式鍋殼鍋爐的爐膛設置在爐殼內 , 叫做 ― 爐膽氣爐 膽本身也就是輻射受熱面。布置在鍋殼內的煙管為對流受熱面。  

       外燃式鍋殼鍋爐的爐膛設置在鍋殼之外, 此時 , 鍋殼的一部分表面 ( 向火部位 ) 為輻射受熱面。煙管仍布置在鍋殼 內部。如果在外置爐膛內還布置水管受熱面作為輻射受熱面 , 則構成為水火管鍋爐。外燃式鍋爐的鍋殼已不能完全起鍋爐 外殼的作用 , 因為外置爐膛是用爐墻作為外殼的。以布置在爐墻砌體空間內的水管為主要受熱面的鍋爐稱 為水管鍋爐。受熱面與鍋筒、集箱和爐外管道構成整個水一汽系統。 

三、集箱  

       它是匯集爐管排列聯接的主要元件,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進口集箱和出口集箱之分。

       上集箱位于爐管上部,匯集上升管束的水汽混合物,通過導管引人上鍋筒。有些上集箱安裝在爐墻外部,在與爐管相對的位置開有成排手孔,以便清掃爐管內部。  

       下集箱位于爐管的下部,與下鍋筒連接供水、分配給上升爐管。位于爐排兩側的下集箱,具有防止爐排兩側爐墻燒壞或掛焦的作用,稱為防焦箱。

        下集箱有排污管,端部還開有手孔,以便檢查清掃集箱內部。  

        除鍋爐本體集箱外,在省煤器,過熱器等部件上也有各自相應的集箱。集箱一般由較大直徑的無縫鋼管和兩個端蓋焊接而成。近年來有些制造廠將管端旋壓收口,取代焊接端蓋,結構更加合理。 

四、省煤器(economizer)  

        定義:利用低溫煙氣加熱給水的受熱面。    

        省煤器(英文名稱Economizer)就是鍋爐尾部煙道中將鍋爐給水加熱成汽包壓力下的飽和水的受熱面,由于它吸收的是比較低溫的煙氣,降低了煙氣的排煙溫度,節省了能源,提高了效率,所以稱之為省煤器. 

        省煤器  鋼管式省煤器不受壓力限制,可以用作沸騰式,一般由外徑為32~51毫米的碳素鋼管制成。有時在管外加鰭片和肋片,以改善傳熱效果。鋼管式省煤器由水平布置的并聯彎頭管子(習稱蛇形管)組成.  省煤器分類

省煤器的分類有多種方式,可按如下幾種方式分類: 

        1、按給水被加熱的程度:可分為非沸騰式和沸騰式兩種。   

        2、按制造材料分:有鑄鐵和鋼管省煤器兩種。非沸騰式省煤器多采用鑄鐵制成的,但也有用鋼管制成的,而沸騰式省煤器只能用鋼管制成。鑄鐵省煤器多應用于壓力≤2.5MPa的鍋爐。如壓力超過2.5MPa時,應當采用鋼管制成的省煤器。    

         3、按裝置的形式分:有立式及臥式兩種。       

         4、按排煙與給水的相對流向分:有順流式、逆流式和混合式三種。   

省煤器作用:

         1、吸收低溫煙氣的熱量,降低排煙溫度,減少排煙損失,節省燃料。 

         2、由于給水進入汽包之前先在省煤器加熱,因此減少了給水在受熱面的吸熱,可以用省煤器來代替部分造價較高的蒸發受熱面。  

        3、給水溫度提高了,進入汽包就會減小壁溫差,熱應力相應的減小,延長汽包使用壽命。   

       省煤器再循環:在鍋爐(汽包鍋爐)的啟動過程中,由于其汽水管道的循環沒有建立,即鍋爐給水處于停滯狀態,此時省煤器內的水處于不流動的狀態,隨著鍋爐燃燒的加強,煙氣溫度的提高,省煤器內的水容易產生汽化,使省煤器的局部處于超溫狀態.為了避免這個情況的出現,從汽包的集中下水管再接一管道到省煤器的入口,作為再循環管道,使省煤器內的水處于流動狀態.避免其汽化。 

五、再熱器(reheater,RH)  

       定義:將汽輪機高壓缸或中壓缸的排汽再次加熱到規定溫度的鍋爐受熱面。   

       再熱器實質上是一種把作過功的低壓蒸汽再進行加熱并達到一定溫度的蒸汽過熱器,再熱器的作用進一步提高了電廠循環的熱效率,并使汽輪機末級葉片的蒸汽溫度控制在允許的范圍內。  

好處:

       1.降低水蒸氣的濕度,有利于保護汽輪機的葉片 

       2.可以提高汽輪機的相對內效率和絕對內效率  

       作用:為了提高大型發電機組循環熱效率,廣泛采用中間再熱循環。從鍋爐過熱器出來的主蒸汽在汽輪機高壓缸作功后,送到再熱器中再加熱以提高溫度,然后送入汽輪機中壓缸繼續膨脹作功,稱為一次中間再熱循環,可相對提高循環效率4~5%。有些大型機組,在中壓缸后再次將排汽送回鍋爐加熱,稱為兩次中間再熱循環,可再相對提高循環效率的2%左右。個別試驗機組甚至采用三次中間再熱循環。采用再熱循環后,鍋爐-汽輪機裝置的熱力系統、結構和運行調節都變得復雜,造價增加,故在100兆瓦以上的發電機組中才采用,通常只采用一次中間再熱。   

       結構和類型:再熱器由管子和集箱組成。蒸汽和煙氣分別在管內、外流過。按傳熱方式的不同,再熱器可分為對流式和輻射式。對流式再熱器布置在對流煙道內;輻射式再熱器布置在爐膛內(見過熱器)。   

       工作特點:蒸汽在再熱系統中的流動阻力對機組循環熱效率影響較大,每增加0.1兆帕阻力,循環熱效率就降低0.2~0.3%。因此,常用較大的管子直徑(42~60毫米)和較低的蒸汽質量流速〔250~400千克/(米2·秒)或更低〕,以控制再熱器本體阻力不超過其進口蒸汽壓力的5~7%。再熱蒸汽的壓力比主蒸汽的低,管內蒸汽對管壁的對流傳熱較差,所以管壁金屬溫度較高,需采用較好的耐高溫鋼,甚至鉻鎳奧氏體鋼。再熱蒸汽的溫度可以調節(見鍋爐汽溫調節)。   

       保護措施:在鍋爐啟動和事故停機時,再熱器中沒有蒸汽流過,或者蒸汽流量很小。為了防止再熱器超溫損壞,除采用耐高溫合金鋼材料外,還應有保護措施,常用的有:控制鍋爐啟動速度;將再熱器布置在低煙溫區域;啟動和事故時引入主蒸汽冷卻(見汽輪機旁路系統)等。  

六、熱管換熱器 

(一)、熱管概述  

        熱管是一種具有高導熱性能的傳熱組件,它通過在全封閉真空管殼內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量,具有極高的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、可控制溫度等一系列優點。缺點是抗氧化、耐高溫性能較差。此缺點可以通過在前部安裝一套陶瓷換熱器來予以解決,陶瓷換熱器較好地解決了耐高溫、耐腐蝕的難題。   

       由熱管組成的熱管換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小、有利于控制露點腐蝕等優點。目前已廣泛應用于冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機械等行業中,作為廢熱回收和工藝過程中熱能利用的節能設備,取得了顯著的經濟效益。  

(二)、熱管換熱器的分類

        按照熱流體和冷流體的狀態,熱管換熱器可分為:氣—氣式、氣-汽式、氣—液式、液—液式、液—氣式。按照熱管換熱器的結構形式可分為:整體式、分離式和組合式。  

(三)、熱管換熱器主要特點    

        1、熱管換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開,在運行過程中單根熱管因為磨損、腐蝕、超溫等原因發生破壞時基本不影響換熱器運行。熱管換熱器用于易然、易爆、腐蝕性強的流體換熱場合具有很高的可靠性。

       2、熱管換熱器的冷、熱流體完全分開流動,可以比較容易的實現冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均在管外流動,由于管外流動的換熱系數遠高于管內流動的換熱系數,用于品位較低的熱能回收場合非常經濟。     

        3、對于含塵量較高的流體,熱管換熱器可以通過結構的變化、擴展受熱面等形式解決換熱器的磨損和堵灰問題。   

       4、熱管換熱器用于帶有腐蝕性的煙氣余熱回收時,可以通過調整蒸發段、冷凝段的傳熱面積來調整熱管管壁溫度,使熱管盡可能避開最大的腐蝕區域。  

七、過熱器(superheater,SH)  

        定義:將飽和溫度或高于飽和溫度的蒸汽加熱到規定過熱溫度的受熱面。   

        過熱器(superheater)是鍋爐中將一定壓力下的飽和水蒸氣加熱成相應壓力下的過熱水蒸氣的受熱面。 

(一)、簡介:  

       鍋爐中將蒸汽從飽和溫度進一步加熱至過熱溫度的部件,又稱蒸汽過熱器。大部分工業鍋爐不裝設過熱器,因為許多工業生產流程和生活設施只需要飽和蒸汽。在電站、機車和船用鍋爐中,為了提高整個蒸汽動力裝置的循環熱效率,一般都裝有過熱器。采用過熱蒸汽可以減少汽輪機排汽中的含水率。過熱蒸汽溫度的高低取決于鍋爐的壓力、蒸發量、鋼材的耐高溫性能以及燃料與鋼材的比價等因素,對電站鍋爐來說,4兆帕的鍋爐一般為450℃左右;10兆帕以上的鍋爐為540~570℃。少數電站鍋爐也有采用更高過熱汽溫的(甚至可達650℃)。  

(二)、類型和特點:  

       過熱器按傳熱方式可分為對流式、輻射式和半輻射式; 按結構特點可分為蛇形管式、 屏式、墻式和包墻式。它們都由若干根并聯管子和進出口集箱組成。管子的外徑一般為30~60毫米。對流式過熱器最為常用,采用蛇形管式。它具有比較密集的管組,布置在 450~1000℃煙氣溫度的煙道中,受煙氣的橫向和縱向沖刷。煙氣主要以對流的方式將熱量傳遞給管子,也有一部分輻射吸熱量。屏式過熱器由多片管屏組成,布置在爐膛內上部或出口處,屬于輻射或半輻射式過熱器。前者吸收爐膛火焰的輻射熱,后者還吸收一部分對流熱量。在10兆帕以上的電站鍋爐中,一般都兼用屏式和蛇形管式兩種過熱器,以增加吸熱量。敷在爐膛內壁上的墻式過熱器為輻射式過熱器,較少采用。包墻式過熱器用在大容量的電站鍋爐中構成爐頂和對流煙道的壁面,外面敷以絕熱材料組成輕型爐墻。圖為幾種過熱器的布置。裝有過熱器的小容量工業鍋爐一般只用單級管組的對流式過熱器即能滿足要求。  

(三)、性能:  

       鍋爐運行工況的變化,例如負荷高低、燃料變化、燃燒工況變動等,都對過熱器出口汽溫有影響,所以在電站鍋爐中都有調節鍋爐出口汽溫使其穩定在規定值的手段。

常用手段有:

       ①用噴水式或表面式減溫器直接調節汽溫;

       ②用擺動燃燒器改變爐膛出口煙氣溫度;

       ③用煙氣再循環調節過熱器吸熱量(見鍋爐汽溫調節)。

       鍋爐負荷升高時,對流式過熱器的進出口蒸汽溫度升高值增大,輻射式過熱器的溫度升高值減小。若將對流式、輻射式和半輻射式過熱器合理組合配置,則可在負荷、燃燒工況等變化時使出口汽溫變化較小。過熱器管組中各并聯管子的吸熱量和蒸汽流量在運行中都會有差別。為避免個別管子中溫度過高,在大型鍋爐中把過熱器分成若干管組,用爐外的集箱對各管組蒸汽進行混合并用導汽管使各管組換位,以避免各管間出現過大的溫度差。  

(四)、材料:  

        過熱器管壁金屬在鍋爐受壓部件中承受的溫度最高,因此必須采用耐高溫的優質低碳鋼和各種鉻鉬合金鋼等,在最高的溫度部分有時還要用奧氏體鉻鎳不銹鋼。鍋爐運行中如果管子承受的溫度超過材料的持久強度、疲勞強度或表面氧化所容許的溫度限值,則會發生管子爆裂等事故。  

八、空氣交換器(air preheater)  

        定義:利用鍋爐尾部煙氣的熱量加熱燃料燃燒所需空氣以提高鍋爐效率的熱交換設備。  

        空氣預熱器就是鍋爐尾部煙道中的煙氣通過內部的散熱片將進入鍋爐前的空氣預熱到一定溫度的受熱面。用于提高鍋爐的熱交換性能,降低能量消耗。 

        一般簡稱為空預器。多用于燃煤鍋爐。在鍋爐中的應用一般為三分倉式。

        使用時空預器緩慢旋轉,煙氣入口和空氣入口不變。煙氣進入空預器的煙氣側后排出,吸收了煙氣熱量的散熱片在空預器的旋轉下來到空氣側,將熱量傳遞給空氣。   

      (一)、附帶系統:主要有火災報警(熱點探測)、間隙調整、變頻控制。   

         影響空氣預熱器性能的關鍵問題是:振動噪聲漏風、腐蝕和堵灰。在設計管式空氣預熱器時,應合理地選用空氣流速和管箱尺寸,或者沿氣流方向加裝防振隔板,以防止引起空腔共振。防振隔板還有消除噪聲的作用。回轉式空氣預熱器的漏風是一個重要問題,應從設計、制造、安裝和運行等方面采取措施,使其在熱狀態下動靜組件之間保持合理的密封間隙。燃用高硫燃料時,管式和回轉式預熱器均易產生腐蝕和堵灰。防止的措施有:在空氣進口處加裝暖風器或采用熱風再循環;采用低氧燃燒或摻燒添加劑,以減少煙氣中SO2 氣體的生成量;定期吹灰,以保持受熱面清潔;受熱面采用耐腐蝕的材料等。  

(二)、空氣預熱器的分類  

        按空氣預熱器的傳熱方式可將空氣預熱器分為導熱式和再生式兩大類。在導熱式空氣預器中最常用的是管式空氣預熱器。隨著鍋爐參數的提高和容量的增加,管式空氣預熱器的受熱面也增大,這給尾部受熱面的布置帶來了困難。因此,在大容量機組中多數采用結構緊湊、質量較輕的回轉式空氣預熱器。  

九、水冷壁(water cooled wall)  

        定義:敷設在鍋爐爐膛四周,由多根并聯管組成的水冷包殼。主要吸收爐膛中高溫燃燒產物的輻射熱量,工質在其中做上升運動,受熱蒸發。  

(一)、簡介:  

        水冷壁是鍋爐的主要受熱部分,它由數排鋼管組成,分布于鍋爐爐膛的四周。它的內部 為流動的水或蒸汽,外界接受鍋爐爐膛的火焰的熱量。 

        水冷壁最初設計時,目的并不是受熱,而是為了冷卻爐膛使之不受高溫破壞。後來,由于其良好的熱交換功能,逐漸取代汽包成為鍋爐主要受熱部分。   

        敷設在鍋爐爐膛內壁、由許多并聯管子組成的蒸發受熱面。水冷壁的作用是吸收爐膛中高溫火焰或煙氣的輻射熱量,在管內產生蒸汽或熱水,并降低爐墻溫度,保護爐墻。在大容量鍋爐中,爐內火焰溫度很高,熱輻射的強度很大。鍋爐中有40~50%甚至更多的熱量由水冷壁所吸收。除少數小容量鍋爐外,現代的水管鍋爐均以水冷壁作為鍋爐中最主要的蒸發受熱面。  

(二)、分類:  

        光管式水冷壁:由一般的鍋爐鋼管組成。管子排列越密對爐墻保護效果越好。爐墻廣泛采用輕質耐火材料和保溫材料。這些材料可以砌成爐墻,也可敷設在水冷壁上成為敷管式爐墻以便于安裝。 

       膜式水冷壁:將鰭片管(或扁鋼與光管)相互焊接在一起組成的整塊管屏。它的優點是氣密性好;管屏外側僅需敷以較薄的保溫材料,爐膛高溫煙氣與爐墻不直接接觸,有利于防止結渣;管屏可在制造廠成片預制,便于工地安裝。  

(三)、材質:  

       水冷壁材料一般用碳素鋼。鍋爐壓力在14兆帕以上時也有部分用合金鋼的。管子外徑:自然循環鍋爐一般用51~83毫米;多次強制循環鍋爐和直流鍋爐一般用22~60毫米。直流鍋爐的水冷壁不像自然循環鍋爐那樣一定是直立式的,也可以是水平圍繞或其他形式的。

       參數高時,尤其在直流鍋爐中,為了在爐膛高熱負荷區防止傳熱惡化,常采用內螺紋管或在管內裝設擾流子  

十、熱交換器(heat exchanger)  

        定義1:能在一定結構和一定工況下進行熱量交換的設備。  

        所屬學科:船舶工程(一級學科);船舶機械(二級學科)  

        定義2:能使具有溫差的兩種流體交換熱量的裝置。  

        所屬學科:電力(一級學科);通論(二級學科)    

         又稱換熱器和換熱設備。使兩種流體間進行熱量交換而實現加熱或冷卻等目的的設備。 

        一般是用固體間壁(傳熱面)將不同溫度的流體隔開。也有的使兩種流體在器內直接接觸而進行熱量交換。   

        根據作用原理可分為間壁式換熱器、蓄熱式換熱器和混合式換熱器。   

        根據使用目的可分為冷卻器、加熱器、冷凝器和汽化器。   

        根據結構材料可分為金屬材料換熱器和非金屬材料換熱器。   

        根據傳熱面的形狀和結構可分為管式換熱器和板式換熱器。



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