锅筒内部装置的布置

时间：2024-10-24 百科知识版权反馈

【摘要】：锅筒内部装置的作用包括净化蒸汽、实施锅内加药水处理、分配给水及排污等，其设计布置的合理性是达到蒸汽品质指标和满足水循环可靠性要求的保证。锅筒内安装的各种锅内装置可以进行汽水分离及排除部分盐分，保证输出品质合格的蒸汽。若是沸腾式省煤器，其管中的汽水混合物应进入锅筒内的汽水粗分离装置。对于不同压力和容量的锅炉，锅筒内部装置有不同的选择和布置方式，大致可以按低压锅炉、中压锅炉及高压以上锅炉分类。

15.2.4　锅筒内部装置的布置

锅筒内部装置的作用包括净化蒸汽、实施锅内加药水处理、分配给水及排污等，其设计布置的合理性是达到蒸汽品质指标和满足水循环可靠性要求的保证。

1.锅筒及其它锅内辅助装置

锅筒内部装置除了前述主要的蒸汽清洗、分段蒸发及汽水分离等装置外，还有一些辅助装置，如加药、给水分配及及排污装置等。

锅筒是自然循环及控制循环锅炉中必不可少的部件，其承受饱和蒸汽压力并在饱和温度下工作，为锅炉本体中直径最大的承压容器。一般锅筒的内径为：低压800～1200mm，中压1400～1600mm，高压及超高压1600～1800mm。它输入从省煤器来的给水，向过热器输出饱和蒸汽，与上升管和下降管形成循环回路时，是连接加热、蒸发和过热三个受热面的枢纽。由于有一定的贮存水量，可以减缓汽压随运行工况发生改变时的变化速度。锅筒内安装的各种锅内装置可以进行汽水分离及排除部分盐分，保证输出品质合格的蒸汽。

锅筒及其内部装置的设计和布置应考虑下列一些原则：

（1）确定适当的锅筒长度和直径，满足蒸汽空间和水容积的要求，尽量减少尺寸。

（2）采取相应措施使锅筒内的蒸汽负荷沿锅筒长度和宽度分布均匀，如旋风分离器沿锅筒长度均匀布置。

（3）根据蒸汽品质的要求，正确布置汽水分离系统及锅内装置，消除汽水混合物进入锅筒时的动能，防止工质冲击水面和水滴粉碎，避免分离后的水滴再次被汽流携带，并保证良好的蒸汽清洗。但同时必须满足水循环可靠性的要求，如旋风分离器阻力过大导致循环流量减小，锅内水位过低引起下降管带汽等，都对水循环不利。

（4）合理布置各种管道，包括给水管、排污管、加药管、蒸汽引出管及锅筒与水循环系统的连接管道等。

（5）制造安装简单，检查维修方便。

加药装置是为了防止苛性脆化和蒸发管形成水垢，运行中往炉水中投放磷酸盐的分配通道。加药管沿锅筒长度布置，其直径一般为50mm左右，沿管长均匀开有3～5mm的小孔，孔中流速不小于加药管中的最大纵向速度的2.0～2.5倍。加药管应远离排污管，位于给水管或下降管附近。

图15.30　给水分配装置

给水分配装置是为了使给水按水循环需要进入预定部位的装置，以便得到合理的锅内水工况，其结构如图15.30所示。由于从省煤器出口集箱引入锅筒的给水管温度较低，而厚壁锅筒温度较高，两者直接连接将产生温度应力，因此给水管进入锅筒时必须加装套管。进入锅筒后的给水管与一沿锅筒长度水平布置的配水管相连接。配水管上开有8～12mm的小孔，孔间距为100～200mm。小孔水速在超高压锅炉时应不大于2m/s，低于超高压时为3～4m/s。配水管中的水流量应按变工况时锅炉额定蒸发量的1.2～1.5倍考虑，其流速不大于孔中水速的一半。配水管通常装设在水空间，应远离排污管以提高排污水的含盐浓度，但也可根据需要布置在汽空间。若是沸腾式省煤器，其管中的汽水混合物应进入锅筒内的汽水粗分离装置。

排污装置的作用是在锅炉运行中排出一些盐分浓度较高的炉水，使炉水含盐量保持在允许的范围内，以提高炉水品质和蒸汽品质，但排污会使锅炉的热损失和水损失增加。锅炉排污水量与锅炉蒸发量的的比值称为锅炉排污率ρ_pw，通常用质量分数%表示。一般对于工业锅炉，蒸发量≤20t/h时ρ_pw＝5%，蒸发量≥20t/h时ρ_pw＝2%～5%；对于电站锅炉，我国规定的最大允许排污率，对于凝汽式电站ρ_pw＝1%（除盐水）～2%（软化水），对于热电站ρ_pw＝2%（除盐水）～5%（软化水）。运行中实际的排污率可以根据水质分析结果计算确定。

锅炉排污分为定期排污和连续排污两种，前者定时从水冷壁下集箱或锅筒底部排放炉水、沉淀物及水渣，后者连续从锅筒中排放炉水、悬浮物及油脂等。定期排污ρ_pw＝0.1%～0.5%，排污量小，但间隔时间长，一般8～24小时或更长时间排一次。

排污装置应远离给水管和加药管，并装设在炉水浓度最高的区域。排污管一般为直径28～60mm的管子，沿锅筒长度布置，管上开有直径为8～12mm间隔均匀的小孔，并与向下引出锅筒的疏水管连接。用作定期排污时开孔向下，连续排污时开孔向上。排污管内的纵向水速小于0.5m/s，小孔中的水速为排污管内纵向水速的2～2.5倍。

2.锅内装置的典型布置方式

对于不同压力和容量的锅炉，锅筒内部装置有不同的选择和布置方式，大致可以按低压锅炉、中压锅炉及高压以上锅炉分类。

（1）低压小容量锅炉的锅内装置的布置方式

图15.31（a）为锅壳式锅炉的布置方式，只采用匀汽孔板或集汽管。其余的类型均用于水管锅炉。其中图15.31（b）和（c）用于装有过热器的锅炉，图（b）的缝隙挡板和水下孔板用于粗分离，波形板百叶窗和匀汽孔板用于细分离；图（c）的水下孔板及蜗壳式分离器分别为粗分离及细分离设备。图15.31（d）和（e）用于没有过热器的锅炉，分别采用水下孔板加挡板及缝隙挡板用于粗分离，两者的细分离设备均为匀汽孔板或集汽管。图15.31（f）中水下孔板用于粗分离，波形板百叶窗和均汽板用于细分离，这种布置方式对没有过热器的锅炉可以去掉波形板百叶窗。

（2）典型的中压锅炉锅内装置的布置方式

图15.31　低压锅炉锅内装置的布置简图（加药、给水分配及排污等装置未示出）

（a）匀汽孔板；（b）匀汽孔板、百叶窗、缝隙挡板和水下孔板；（c）蜗壳式分离器和水下孔板；（d）匀汽孔板、挡板和水下孔板；（c）匀汽孔板和缝隙挡板；（f）匀汽孔板、百叶窗和水下孔板

图15.32中（a）～（d）的粗分离装置依次为缝隙挡板对置百叶窗、垂直节流挡板、水下孔板及锅内旋风分离器，视汽水混合物引入锅筒的形式、通过分离装置阻力的大小及对蒸汽品质的要求进行选择，当然也可配置图15.23所示的入口挡板和缝隙挡板。细分离装置可采用匀汽孔板、波纹板百叶窗或钢丝网分离器，也可多种组合使用。图示的给水分配装置布置在水位面上的蒸汽空间，对蒸汽起到一定的清洗作用，并可减少水位面上的泡沫层。

图15.33所示为一中压锅炉锅筒的内部装置简图，粗分离设备采用旋风分离器，细分离设备采用钢丝网分离器。

（3）高压和超高压锅炉的粗分离设备采用的旋风分离器

由于压力增高，蒸汽的选择性携带盐分问题突出，通常配以蒸汽清洗装置。细分离设备与中压锅炉相同，可采用匀汽孔板、波纹板百叶窗及钢丝网分离器，或者是它们的组合。图15.34为压力14MPa，蒸发量为670t/h的超高压锅炉锅筒内部装置简图。汽水混合物进入旋风分离器，初分离后的蒸汽向上经卧式波纹板百叶窗顶帽，可以分离出一部分水滴。然后进入穿层式清洗装置，以减少蒸汽的含盐量。最后进入细分离装置卧式波纹板百叶窗及匀气孔板，进一步分离出细小水滴，则能满足蒸汽品质的要求。给水进入锅筒后分两路，一路进入锅筒的水空间，另一路去蒸汽清洗装置的配水器。

图15.32　典型中压锅炉锅内装置的布置方案

（a）缝隙挡板和对置百叶窗；（b）垂直节流孔板；（c）水下孔板；（d）锅内旋风分离器

（4）多次强制循环锅炉

图15.35所示为一配600MW机组多次强制循环（即控制循环）锅炉的锅筒内部装置组合布置简图。该锅筒与自然循环锅炉的重要差别是锅筒内部采用环形夹层结构作为汽水混合物的通道。因为采用了控制循环的方式，使得循环的运动压头比自然循环大许多倍，允许锅筒内部有大的流动阻力，为环形夹层结构的使用提供了条件。采用环形夹层的优点在于大大减少了锅筒在启动过程中的上、下壁温差。从水冷壁来的汽水混合物从锅筒的顶部沿着环形通道流动，使得锅筒内壁的上、下部金属均与同一种工质（即汽水混合物）接触，所以在启动中无需再考虑锅筒的上、下壁温差问题，从而提高了启动的速度。由于采用锅炉水循环泵，保证了回路中所需的运动压头，故可以采用流动阻力大、分离效率高、轴向进口带内置螺旋形叶片的轴流式分离器作为一次分离元件。另外，因采用的给水品质好，可以不用蒸汽清洗，给水直接送至下降管入口附近。与超高压锅炉相比，亚临界压力控制循环锅炉锅筒内部装置的主要特点为采用轴流式旋风分离器和不用蒸汽清洗装置^［6］。

图15.33　中压锅炉锅筒内部装置简图

1—饱和蒸汽引出管；2—钢丝网分离器；3—给水管；4—汇流箱；5—汽水混合物引入管；6—旋风分离器引入管；7—旋风分离器；8—再循环管；9—溢水管；10—下降管；11—十字挡板；12—加药管；13—事故放水管；14—排污管；15—疏水管

由水冷壁来的汽水混合物从锅筒的顶部引入，沿着锅筒内壁和夹套之间的环形夹层向下流动，开始进行汽水分离。分离过程经历以下三个阶段：第一次分离是在旋风分离器中进行的。当汽水混合物向上进入旋风分离器内圆筒时，在转向叶片作用下产生离心旋转运动，使得较重的水沿内筒壁向上流动，在内圆筒顶部遇到转向弯板而折向下方，通过两个圆筒之间的通道流回到锅筒水空间。分离出的蒸汽继续向上流动去进行第二次分离。第二次分离是在旋风分离器顶部布置的波形板顶帽中进行的。蒸汽在通过薄板之间的曲折通道时，频繁改变着流动方向，由于惯性作用，使得蒸汽中包含的水分打到波形板上，并形成连续的水膜，水膜垂直向下流动，回到水空间，而蒸汽则水平地从顶帽周围流出。第三次分离过程为在锅筒的顶部沿锅筒长度方向布置有数排百叶窗分离器，各排间装有疏水管道，在蒸汽以相当低的速度穿过百叶窗弯板间的曲折通道时，携带的残余水分会沉积在波形板上，水分不会被蒸汽再次带起，而是沿着波形板流向疏水管道，通过这些管道返回到锅筒水空间。