自然循环蒸发系统的安全运行

《自然循环蒸发系统的安全运行》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

自然循环蒸发系统的安全运行第一节自然循环原理与基本概念一、蒸发设备的组成1）作用：吸收炉内燃料燃烧放出的热量→把炉水转变为饱和蒸汽2）组成：图6-1由汽包、下降管、联箱、水冷壁、导汽管等组成。其中、汽包、下降管、导汽管、联箱位于炉外→不受热3）流程：给水→省煤器加热→汽包→水经下降管→下联箱→水冷壁受热达到ts后形成汽水混合物→汽4）自然循环：汽水密度差产生的流动动力

1●蒸发设备的组成：汽包、下降管、水冷壁、联箱及其连接管道。汽包水冷壁联箱下降管

2（2）蒸发系统的工作流程：汽包过热器下联箱水冷壁省煤器水蒸汽汽、水汽、水给水蒸发系统：由蒸发设备组成的系统。

3组成：自然循环锅炉的循环回路是由汽包、下降管、分配水管、水冷壁下联箱、水冷壁管、水冷壁上联箱、汽水混合物引出管、汽水分离器组成的．如图8—1所示。重位压差是由下降管和上升管(水冷壁管)内工质密度不同造成的。而密度差是由下降管引入水冷壁的水吸收炉膛内火焰的辐射热量后．进行蒸发，形成汽水混合物，使工质密度降低形成的。

4图8-1表示了一个简单的自然循环原理的示意图。根据图8-1，设汽包内静压力为P1，下降管下部的静压力为P2，则对于下降管和上s升管分别有水在回路中循环流动时，下降管侧的压差Yxj应大于上升管侧的压差Yss，即

5静力平衡时，应有yxj＝Yss，即自然循环的实质，是由重位压差造成的循环推动力克服了上升系统和下降系统的流动阻力，从而推动工质在循环回路中流动。而自然循环锅炉的“循环推动力”实际上是由“热”产生的，即由于水冷壁管吸热，使使水的密度ρxj改变成为汽水混合物的密度ρhu，

6并在高度为H的回路中形成了重位压差。1、回路高度越高，且工质密度差越大，形成的循环推动力越大。2、而密度差与水冷壁管吸热强度有关，在正常循环情况下，吸热越多，密度差越大、工质循环流动越快。二、自然循环的基本概念设进入上升管的流量为G，水冷壁的实际蒸发量为D，从汽包引出的蒸汽流量为D0，水冷壁的流通截面为F，则用于描写自然循环的几个主要概念是；

71)循环流速ω0定义为：在饱和水状态下进入上升管入口的水的流速。即(2)质量含汽率Xo定义为：上升管中蒸汽所占循环流量的份额，或汽水混合物中蒸汽所占的份额。即X＝D/G

8(3)循环倍率K定义为；上升管中实际产生lkg蒸汽需要进入多少干克水。K＝G/DX＝1/K

9第二节自然循环锅炉水冷壁的安全运行一、影响水冷壁安全运行的主要因素锅炉运行中，影响水冷壁安全运行的因素很多，既有管内诸多因素的影响，也有管外复杂因素的影响。1）管内影响因素;a)水质不良管内结垢和腐蚀b)水冷壁受热偏差影响导致个别或部分管子出现循环流动的停滞或倒流c)热负荷过↑→导致管内壁附近出现膜态沸腾d)汽包水位过↓→引起水冷壁中循环流量不足→甚至发生“干锅“

10管内因素导致内壁连续水膜被破坏由水冷却变为汽的冷却→冷却↓→传热恶化→t壁超温→管强度↓→承压能力↓→由于管内工质压力作用可导致管子局部“鼓包”裂口→以致爆管2、管外影响：a)燃烧生成腐蚀性气体对管壁的高温腐蚀b)结渣和积灰导致的对管壁的侵蚀c)煤粉气流或含灰气流对管壁磨损管外因素可能导致管壁减薄或管壁超温→管承压能力→引起爆管或泄漏本节主要叙述与水循环特性有关的停滞、倒流和膜态沸腾

11二、蒸发管内的停滞、倒流和膜态沸腾1．停滞水冷壁是将几百根管子并联组合成几个独立的循环回路，如图8-3所示。由于炉膛中温度场分布不均，随燃料和燃烧调整以及锅炉负荷(锅炉蒸发量)变化等因素变化，温度场分布也发生变化。这样，水冷壁管屏之间或管子之间的吸热强度就会存在偏差，加上上升系统的结构偏差和流量分配偏差，将导致每根管子和管屏问的受热强度不同，阻力不同，循环推动力就不同。

12虽然管屏进出口联箱的压差是相同的，但每根管子的流动表现可能不同。受热弱的管子中，工质密度大，当这根管子的重位压头接近于管屏的压差时，（Yss＝P2-P1＝Hρhug＋△Pss）管屏的压差只能托住液柱，而不能推动液柱的运动。这时，管内就出现了流体的停滞现象。从循环特性来看，停滞现象的表现是：循环流速ω。→0，即循环流量G＝D，但G≠0，停滞管的压差等于下降管的压差，即Yxj＝Ytz，但停滞管的流动阻力△P→0。

13当汽水混台物从汽包汽空间引入时、还会出现自由水面。则在管中出现一个汽水分界面→称当存在自由水面时，管子上半部是汽，下半部是水，管子上部就会过热超温；且当自由水面的位置波动时，还会引起管子的疲劳应力。注：超高压和亚临界参数自然循环锅炉水冷壁出口的汽水混合物引入汽水分离器，不会出现自由水面。所以，水循环停滞实际上导致的是水冷壁管的传热恶化。水循环停滞现象主要发生在受热弱的管子上。

142．倒流在并联工作的水冷壁管子之间，由于受热不均，上升管之间形成了自然循环回路。这时，有的管中工质向上流；有的管中工质向下流。受热最弱的水冷壁管内的水不作上升流动→反而作下降流动的现象，称工质向下流的管子就叫“倒流管”。倒流的定义是：本来应该是工质向上流的上升管，变成了工质向下流的下降管。

15从循环特性来看．倒流现象的表现是：倒流管的压差大于同一片管屏或同一回路的平均压差，即Ydl＞Yhl，从而迫使工质向下流动。在发生倒流的管子中，水向下运动，而汽泡由于受到浮力向上运动。1、当倒流速度较慢且等于汽泡向上运动的速度时，向下流的水带不走汽泡，造成汽泡不上不下的状态，引起汽塞，发生传热恶化．以至使管子出现局部过热超温。2、当管内工质倒流速度很快时，管子仍能得到良好的冷却，不会出现超温。3、当汽水混合物引出管从汽包汽空间引入时，不会出现倒流。

16当水冷壁受热不均比较严重时、受热最差的管子有时可能出现停滞，有时可能出现倒流：所以，同一根管子出现停滞和到流以及向上流动的机会并不是固定的，而是随管外吸热状态和管内上质密度的变化而变化的。3．膜态沸腾--受热强的管子当水冷壁管受热时，在管子内壁面上开始蒸发．形成许多小汽泡。如果此时管外的热负荷不大，小汽泡可以及时地被管子中心水流带走，并受到“趋中效应”的作用力，向管子中心转移，而管中心的水不断地向壁面补充。这时的管内沸腾被称为核态沸腾。

17如果管外热负荷很高，在管子内壁面上，汽泡生成的速度大于汽泡脱离壁面的速度，汽泡就会在管子内壁面上聚集起来，形成蒸汽膜(即在水冷壁管子内壁面上产生了“蒸汽垫。)，将管子中心的水与管壁隔开，使管子壁面得不到水的冷却，引起管子壁面处出现传热恶化，导致管壁超温。这种现象被称为膜态沸腾，也称为第一类传热恶化。此类发生在质量含汽率较↓→但热负荷过↑→核态沸腾转为膜态

18膜态沸腾一般发生在亚临界参数锅炉水冷壁管内。这是因为，水的汽化潜热随着压力提高而大幅度减小，使得亚临界参数下在水冷壁管内壁面附近流体边界层中的水更容易汽化，即容易形成更多的汽化核心。因而产生膜态沸腾的机会相应增加，而膜态沸腾的产生取决于水冷壁管外的热负荷、管内工质的质量含汽率、管内的质量流速、工质压力、管径等多种因素。但主要取决于水冷壁的热负荷和质量含汽率。

19第三节蒸发管内的汽液两相流型及传热一、汽液两相流的流型在汽液两相流中，汽泡与液体之间存在许多形状的分界面．旦不断变化。将这些“界面”人为地分成几类，被称为“流型”。锅炉蒸发管内的流型主要分为四类，即泡状流弹状流、环状流和雾状流。如图8—4所示。

20(1)泡状流。在连续的液相中，分散散存在着的小汽泡。(2)弹状流。泡状流中，汽泡浓度增大时，小汽泡聚合成大汽泡，直径逐渐增大。汽泡直径接近于管子内径时，形成弹状流。(3)环状流。由于汽泡的内压力增大，当汽泡的内压力大于汽泡的表面张力时，汽泡破裂，液相沿管壁流动，形成一层液膜；汽相在管子中心流动，夹带着小液滴(4)雾状流。管子壁面上的水膜完全蒸干时，蒸干点的质量含汽率X＝0．8，即蒸汽中仍然夹带着小液滴，形成雾状流。自然循环锅炉的蒸发管中，因为限制X＜0．4，所以一般不会出现雾状流

21二、蒸发管内的传热在蒸发过程的各个阶段，蒸发管内的流型在不断变化。不同的流型状态下，流体对管子壁面的热交换方式不同，冷却能力也不同，即管内流体的放热系数在不断变化。放热系数越大，管壁温度越接近工质温度。图8—5表示了垂直管中的流型和传热工况的关系。图中蒸发管按流型发展的不同阶段分为不同的传热阶段。

22

231、在管子入口的单相液体流动阶段，流体温度低于当地压力下的饱和温度，管壁温度低于产生汽泡所需的温度，为单相的过冷水对壁面的对流传热．放热系数α基本不变。2、在汽泡状流动的初级阶段是过冷沸腾阶段。因为此时的壁面温度大于饱和温度，在壁面上产生小汽泡，而管子中心流体温度尚未达到饱和温度，汽泡被带到水流中很快凝结而消失，放热系数增大。

243、在汽泡状流动的后期和环状流动阶段、由于不断吸热，管内的水流达到饱和温度在壁面上产生的蒸汽不再凝结，壁面上不断产生汽泡，又不断脱离壁面，水流中分散着许多小汽泡，此时饱和核态沸腾开始，并一直持续到环状流动阶段结束。此阶段中，管内放热系数变化不大，管壁温度接近流体温度。4、在有卷吸的环状流动阶段，环状流的液膜变薄，管子壁面上的热量很快通过液膜传递到液膜表面，此时在管子壁面上不再产生汽泡、蒸发过程转移到液膜表面进行。放热系数略有提高，管壁温度接近流体温度。

255、在雾状流动阶段，由于管子壁面的水膜被熬干，只有管子中心的蒸汽流中央带着小液滴，壁面由雾状蒸汽流冷却，工质对管壁的放热系数急剧减小，管壁温度发生突变性提高。随后，由于流动速度增加，工质对管壁的放热系数又有所增大，管壁温度略有下降。当雾状流蒸汽中水滴全部被蒸干以后，形成单相的过热蒸汽流动，放热系数进一步减小，管壁温度进一步上升.

26以上的流动工况和传热工况发生于热负何不大的条件下。当热负荷不断增大到一定程度时，壁面上产生的汽泡就来不及向管子中心转移，水也来不及向壁面上补充，就会产生膜态沸腾。膜态沸腾可能发生在环状流动阶段，当热负荷进一步提高时，也可能发生在饱和状流动阶段，特别是可能发生在过冷沸腾阶段。

27在蒸发管中，可能发生的另一类传热恶化的工况是“蒸干”，称为第二类传热恶化。在自然循环锅炉的水冷壁中不出现“蒸干”导致的传热恶化。对亚临界锅炉水冷壁出口质量含汽率相对较↑接近Xlj→有可能发生第二类传热恶化“蒸干”导致的传热恶化在直流锅炉水冷壁中有可能会出现。

28防护措施1)保证一定的质量流速质量流速↑→则传热恶化时t壁可大幅↓2)↓受热面的局部热负荷→使传热恶化区域t壁↓3）管内结构—使用内螺纹管、来复线管及绕流子管→使流体在管内旋转→↑边界层水量→以↑临界含汽率→传热位置向后推移三、内螺纹管抵抗传热恶化的作用图8-6表示了内螺纹管和光管的壁温随质量含汽率的变化关系。试验条件为：P＝18.5MPaq＝490kw／m2，ρw＝1000一l100kg／(m2，s)。试验用内螺纹管的结构如图8-7所示.

29内螺纹水冷壁管由于内螺纹钢管内壁的螺旋凸筋能使管水的流动沿螺旋方向旋转，从而破坏钢管内壁蒸汽膜的形成，使高温管壁与水保持直接接触，迅速吸收热量，提高了传热效率；同时，避免了钢管管壁承受极高高温，提高了钢管使用寿命。

30

31由图8-6可以看出，1、鳍片光管在f＝0．3左右，壁温开始飞升,到X＝0．6左右时，壁温达到第一个高峰点；此后壁温略有下降。这主要是由于汽水混合物的流速增大，对管壁的冷却作用增强，导致出现随质量含汽率的增加管壁温度下降趋势。大约在X＝0．8左右，由于出现蒸干，管壁温度再次出现飞升。2、而四头鳍片内螺纹管，在X＝0．8时，壁温才开始飞升。这充分说明了内螺纹管具有显著的抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化的作用。

32内螺纹管抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化的机理是：由于工质受到螺纹的作用产生旋转，增强了管子内壁面附近的扰动，使水冷壁管内壁面上产生的汽泡可以被旋转向上运动的液体及时带走，而水流受到旋转力的作用，紧贴内螺纹槽壁面流动，从面避免了汽泡在管子内壁面上的积聚所形成的“汽膜”，保证了管子内壁面上有连续的水流冷却。

33随X〃↑→ω0先↑后↓ω0上升区→热负荷↑→使循环流量G↑→有自补偿能力自补偿能力：自然循环回路中，当X＜Xlj（或K＞Klj）时→随热负荷↑，上升管受热↑→ω0和G↑→而当受热↓→ω0和G↓的特性ω0↓的区→热负荷↑→ω0反而↓→不安全

34第五节水循环特性曲线和全特性曲线四、影响循环安全性的主要运行因素1、水冷壁受热不均或受热强度过高运行中：炉内火焰偏斜，水冷壁局部结渣和积灰是造成水冷壁吸热不均的主要原因受热弱的管子易出现停滞或倒流→受热强的管子易出现膜态沸腾→→导致管子局部发生传热恶化→t壁↑

352、下降管带汽或自汽化a)原因：Ⅰ、旋涡斗带汽：当下降管入口处以上水位↓→锅水在进入下降管的过程中→由于流速的大小和方向突然改变→在入口处将形成漩涡斗→若漩涡斗很深直至进入下降管时→将把汽包上部的蒸汽吸入下降管→造成下降管带汽下降管入口至汽包水面高度↓→下降管进口水速↑、管径↑→→易形成漩涡斗，大机组下降管入口流速↑，大直径下降管→易形成漩涡斗

36Ⅱ、下降管入口处锅水自汽化锅水入下降管时→水流速度↑→部分压能转为动能ρ′Wxj2/2,同时进口处有局ζρ′Wxj2/2→因此下降管进口处压力↓（1+ζ）ρ′Wxj2/2，由于汽包水面到下降管入口有一水柱高度h→产生重位压头使进口处P↑，ρ′gh→当h＜（1+ζ）ρ′Wxj2/2g时→下降管进口P＜P汽包→则锅水在入口会发生自汽化Ⅲ、汽包内锅水含汽：汽包内锅水或多或少会有部分蒸汽→当蒸汽上浮速度＜汽包中水的下降速度时→蒸汽被带入下降管

37危害:→汽进入下降管实际水流量↓→循环流量↓→汽水两相流→工质密度↓→下降管侧重位压差↓→→流动阻力↑→循环推动力↓→可能造成停滞、自由水面→影响循环安全防止下降管带汽的办法：1、在下将管入口安装隔栅，2、运行时，应注意维持正常的汽包水位。水位过低，下降管入口不但容易产生旋涡漏斗，而且下降管入口处的静压力降低，容易产生水的自汽化。

383、水冷壁内壁结垢1）运行水质不合格→含盐↑→当水在管内受热蒸发时→盐从水中析出→沉积在管壁上→管内壁无水膜冷却→管外吸收热量不能被水带走→传热热阻↑→t壁↑2）结垢后→流动阻力↑→易引起停滞和倒流4、上升系统的流动阻力—指配水管、水冷壁、导汽管的管径流通截面及管子弯头数量、汽水分离器的结构阻力系数、循环流速及锅炉负荷等的影响

39(5)变负荷速度过快或低负荷运行。1、锅炉低负荷运行时，蒸发量减少，水冷壁管内工质密度增大，使水冷壁重位压差增大、循环回路的运动压头减小，循环流速就会降低，因而低负荷运行时的水循环安全性较差。2、在快速变负荷，尤其是在快速降负荷时，循环系统内由于压力降低，工质的自汽化过程加快，由于汽包水室内水的自汽化和下降管内水的自汽化，使循环流量和运动压头同时减小，循环安全性大幅度降低。因此，控制变负荷速度是保证水循环系统安全工作的重要条件之一。

40提高水循环安全性措施:1)减少受热不均设计上要求：1、炉膛温度场均匀些，如四角布置燃烧器较前墙布置均匀，2、将炉膛四角取消，作成八角形3、有燃烧带时，不要遮住受热弱的管子4、看火孔、燃烧器结构上要均匀些运行上要求：1、限制最小负荷，因受热小受热不均↑2、不要使火焰偏斜3、防结渣，结渣后及时清除

412）为↓受热不均对水循环影响，将水冷壁分组（循环回路中水冷壁管屏的宽度，考虑一个管屏内的横向热负荷均匀，减少并联管的热偏差）1、受热和结构相同的组成一组件2、边角部分管子最好划成单独回路3、燃烧器让开管子划在同一组内4、一面墙分3-5个组件3）确定合适的上升管吸热量上升管吸热量Q不能太大，要使循环有自补偿特性，在循环自补偿特性范围内，W0随Q↑而↑4）确定合适的上升管高度和直径，

425）下降管和导汽管下降管流动阻力↓→循环流速和循环倍率↑→当管内径↑→相对摩擦阻力系数↓→故采用大直径下降管导汽管流动阻力↓→有效压头↑→W0↑、K↑→当下降管和导汽管总流通面积↑→工质流速和流通阻力压力降↓

43第六节汽包的工作过程一、汽包汽包也可以称为锅筒，是自然循环锅炉和强制循环锅炉最重要的受压元件。1．汽包的作用(1)汽包是工质加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，它把下降管、饱和蒸汽管管等数量众多的管子连接在一起：(2)汽包中安装有汽水分离装置和连续排污装置，用来保证蒸汽品质。

44(3)汽包中储存有一定数量的水和汽，因而具有蓄热能力。在锅炉工况变动时．可以缓解汽压的变化速度，有利于锅炉运行的调节。(4)汽包上装有压力表、水位计、事故放水门、安全阀等附属设备，用来监测汽包压力和汽包水位，用以保证锅炉安全。

45强制循环锅炉由于安装了循环泵，压力大、循环倍率小、分离出来的水分少，可以采用高效、体积小但是阻力大的分离元件，减少了分离装置的数量。因此，汽包的尺寸(内径、长度和壁厚)与相同容量、相同参数的自然循环锅炉相比要小。由此可知，汽包的几何尺寸(直径、长度和壁厚)与锅炉的循环方式(自然循环或强制循环)、容量、压力以及内部装置的形式和材料有关。

462．保证锅炉安全运行的措施由于汽包壁很厚．在锅炉启动时，汽包壁上、下壁温度差别很大。为了保证锅炉安全运行，要采取以下措施。(1)严格控制汽包壁温差，防止由于壁温差过大引起过大的热应力。为此，在锅炉上水时，进水温度一般小于90℃；严格控制汽包壁温的上升速度，一般不超过1．5—2℃／min，在任何情况下，各汽包壁温测点的温度差小于40℃。

47(2)在汽包的设计上采用环行夹套结构，见图8-16。美国CE公司的控制循环锅炉通常采用这种形式。这样极大地减少了汽包的上下壁温差，但是对至关重要的内外壁温差没有能够减少。(3)在锅炉启动前，投入邻炉加热装置。这种装置是把正在运行的其他锅炉的蒸汽在锅炉点火前送入水冷壁的下联箱，从水侧加热锅炉水。这样可以促进正常水循环的建立，使水冷壁受热均匀，减少启动时间。

48维持汽包正常和平稳的水位是自然循环锅炉安全运行的重要问题。因此，在汽包上通常没置几种不同功能的水位监控仪表。例如在汽包的两端的封头上安装有双色水位计，并配有电视监控器，电接点水位计用来作水位报警等用途。

49二、蒸汽污染蒸汽污染：蒸汽中含有杂质称之为蒸汽污染。蒸汽含盐：蒸汽中的非气体杂质叫做蒸汽含盐。积盐危害：由锅炉汽包送出的蒸汽含有盐分，可能有一部分沉积在过热器中，这将影响蒸汽的流动和传热．并使过热器管子金属温度升高。过热蒸汽中含的盐有可能沉积在管道、阀门、汽轮机的调节阀和叶片上。阀门上的积盐会使阀门动作失灵并影响其严密性；汽轮机叶片上的积盐会改变叶片的型线，降低效率．还会使蒸汽的流动阻力增加，降低汽轮机的功率，增大轴向推力，当沿着汽轮机圆周积盐不均匀时，将影响转子的平衡，甚至造成大事故。

50蒸汽被污染的原因有两个；一是饱和蒸汽携带锅炉水滴，而锅炉水中含有杂质；二是饱和蒸汽溶解某些杂质，这些杂质是随给水进入锅炉的。因此，蒸汽被污染的根本原因是锅炉的给水中含有杂质。含有杂质的给水进入锅炉后，由于不断蒸发而浓缩，使锅炉水的含盐量比给水大很多。蒸汽携带这种锅炉水的水滴而被污染。这是中、低压锅炉蒸汽污染的主要原因。随着压力升高，蒸汽溶解盐的能力增加。因此，高压以上锅炉蒸汽的污染是由蒸汽带水和溶盐两个原因造成的。

511．饱和蒸汽的机械携带机械携带：饱和蒸汽携带锅炉水滴称为蒸汽的机械携带。机械携带量的多少取决于携带水滴的多少和锅炉水含盐浓度的大小。蒸汽的带水量以蒸汽的湿度表示，湿度：即蒸汽的含水量占湿蒸汽总量的百分比。通常认为蒸汽带的水滴的含盐浓度与锅炉水的含盐浓度相同。

52这样，机械携带蒸汽的含盐量式中Sls—锅炉水的含盐量ω——蒸汽湿度。汽包内蒸汽带水过程较为复杂。可以来用浮泡筒作实验，用来分析各因素的影响。蒸汽净化设备在运行时，还应进行热化学试验，以确定实际因素运行时的容许值。

53(1)蒸汽空间高度(汽包水位)。保持浮泡筒压力和蒸发面的蒸汽负荷一定．锅炉水含盐量一定，改变浮泡筒中均汽孔板的位置测得蒸汽湿度ω与蒸汽空间高度之间H的关系，由实验知．汽包水位的高低影响蒸汽空间的实际高度，因面也就影响蒸汽带水。1、当水位降低而使蒸汽空间高度增大时，蒸汽带水减少；反之，蒸汽带水增加。这是因为当汽包蒸汽空间足够大时，大部分水滴上升到一定高度后会由于自身动能的消耗而返回水容积

54此时．再增加蒸汽空间高度，蒸汽湿度的降低则减小，超过一定高度后则不再降低了，因此，采用过大的汽包尺寸对减少蒸汽带水并无必要。另一方面．汽包水位也不应当太低，否则会影响水循环的安全。为了保证汽包有足够的蒸汽空间高度，通常汽包的正常水位在汽包中心线以下100—200mm。

55(2)锅炉负荷。利用浮泡筒，保持压力、锅炉水含盐量不变，均汽孔板的位置固定改变蒸发量D，测得蒸汽湿度与锅炉负荷的关系，如图8-19所示。试验关系可以整理为ω＝ADnD——锅炉蒸发量；A——与压力和汽水分离装置有关的系数：

56一般锅炉均在第二负荷区域工作，蒸汽负荷D2叫做临界蒸汽负荷。实际运行中的最大负荷应当低于临界负荷，以免蒸汽湿度过大。锅炉的临界负荷和最大负荷可由热化学试验来确定。首先调整锅炉在中间水位和容许锅炉水含盐量下运行，然后逐渐增大蒸汽负荷．蒸汽的含盐量也将增大。当在某一负荷下蒸汽含盐量突然剧增时，这个负荷就是临界负荷。再逐渐降低负荷，直到蒸汽含盐量符合标准值，这时的负荷就是最大连续负荷。

57(3)锅炉水含盐量。锅炉水含盐影响水的表面张力和动力粘度。因此也就影响蒸汽的带水量。1、锅炉水含盐多，特别是碱性物质增多，会使溶液表面张力减小，汽泡直径也减小。2、随着锅炉水含盐浓度的增高，相邻汽泡间的液体粘度增大，沿汽泡表面水层流动的摩擦阻力加大，汽泡难于完成从小到大的合并过程。

58随着锅炉水含盐浓度的升高，生成的汽泡变小，汽泡对水的相对运动将减慢。这时，汽包水容积中的含汽且增多，促使水容积膨胀，蒸汽空间高度减小。结果是蒸汽带水增多。汽泡直径越小，内部过剩压力越高，破裂时抛出的水滴越多；汽泡液膜强度增大则汽泡只能在液膜很薄时才会破裂。液膜越薄，破裂时生成的水滴就越小，更容易被蒸汽带走。

59(4)工作压力。1、随着工作压力的升高，饱和蒸汽与水的密度差减小．汽水分离困难。压力高时，蒸汽卷起水滴的能力增强，蒸汽更容易带水。压力高，饱和温度也高，水的表面张力减小．更容易破碎成细水滴。所有这些都说明，工作压力越高，蒸汽越容易带水。2、工作压力的急剧波动也会影响蒸汽带水。例如，当蒸汽负荷突然增大而炉膛燃烧放热还来不及增大时，蒸汽压力就急剧下降。汽压降低，相应饱和温度也降低，这时，汽包和蒸发系统中的存水处于过饱和状态，因而放出热量产生附加蒸汽。同时，蒸发系统的金属也会放出热量产生附加蒸汽。因此，蒸发管和汽包水容积中的含汽量突增，汽包水容积膨胀，这时穿过蒸发面的蒸汽量增多，造成蒸汽大量带水。这种现象称为汽水共腾。这时，过热蒸汽温度将降低，严重时，还可能有锅炉水冲入汽轮机。

602．蒸汽的溶盐及选择性携带蒸汽溶盐：在高压及以上锅炉中，饱和蒸汽和水一样有直接溶解盐的能力，这就是蒸汽溶盐。选择性携带：由于蒸汽对不同杂质的溶解能力不同，也就是说，蒸汽的溶盐具有选择性，所以又称为选择性携带：蒸汽对某种物质的溶解量用分配系数a来表示。

61所谓分配系数a，是指某物质溶解于蒸汽中的量与该物质溶解于锅炉水中的量的比值，即对于高压及以上锅炉，蒸气污染是由蒸气带水和溶盐两种原因引起的。此时蒸气中含有某种物质的总量为式中K——蒸气的携带系数

62蒸气溶盐具有以下特点：(1)饱和蒸气和过热蒸气都可溶解盐类。凡是溶于饱和蒸气的盐类也能溶于过热蒸汽。(2)蒸气溶盐能力随压力升高而增大．表8-1、表8-2给出了不同盐类的数据。由表可见，压力升高、各种盐类的分配系数迅速增大。这是因为，压力升高，水的密度减少，而蒸气的密度增加，使饱和蒸气的性质逐渐接近水的性质，所以分配系数随着增加。这个关系如下式中n——某种盐类的溶解指数，取决于这种盐类的性质。

63

64(3)蒸气对不同盐类的溶解是有选择性的，只与盐类的性质有关。在相同的条件下，不同盐类在蒸气中的溶解度相差很大。根据饱和蒸气的溶盐能力．可将锅炉水中常见的盐分分为三类：第一类物质为硅酸(H2SiO3)，分配系数最大；第二类物质为NaOH、NaCL2，这类物质在蒸气中的溶解度比硅酸低得多；第三类物质是Na2SO2、Na2SiO3、Na3PO4、等，这类物质的溶解度很低，压力在20MPa以下时，对自然循环锅炉可以不考虑它们在蒸气中的溶解。

65蒸气中硅酸的溶解度大，而且它们沉积在汽轮机叶片上不易被水清洗掉，所以危害最大。在锅炉水中，一般同时存在硅酸和硅酸盐。1、提高锅炉水的pH值，oH—离子浓度增大，有利于硅酸转变为难溶于蒸气的硅酸盐，从而使蒸气中的硅酸含量减少，减少了蒸气的溶解性携带。2、但是，碱度增高，锅炉水容易产生泡沫，提高了实际水位，使蒸气的机械携带增加．3、同时还会引起金属的碱腐蚀。

66三、汽包内部装置汽包内部装置包括三个部分，第一部分是汽水分离装置，它的作用是减少饱和蒸气的机械携带，提高蒸气品质。第二部分是蒸气清洗装置，作用是使蒸气通过洁净的清洗水，利用清洗水与锅炉水含盐的浓度差降低蒸气的含盐量；第三部分是排污、加药、事故放水等其他装置。

671．汽水分离装置汽水分离装置利用汽和水的密度差以及离心分离作用，实现汽水分离。主要的汽水分离装置有旋风分离器和百叶窗分离器。旋风分离器是一种高效的一次分离元件。汽包内的旋风分离器主要有涡轮式、立式和卧式三种。应用较广的是立式旋风分离器，由简体、筒底和顶帽三部分组成，如图8—20所示。

68

69汽水混合物以一定的速度沿着切线方向进入简体，产生旋转运动。水滴由于离心作用被抛向简壁，沿着筒壁流下，蒸汽则从简体中心上升。为防止贴筒壁的水膜层被上升汽流撕破，重新使蒸汽带水，在筒的顶部装有溢流环，使上升的水膜能完整地溢流出简体。同时，为防止水向下排出时把蒸汽带出，筒底中心有一个圆形底板，水只能从底板周围的环形通道排出，通道内装有倾斜的导叶，使水稳定地流人汽包水容积。分高器顶部还装有波形板组成的项帽(波形板分离器)，既能均匀上升的蒸汽的流速，又再次使汽水分离。

70百叶窗分离器是有效的二次分离元件，由很多平行的波纹板组成，如图8-21所示。当携带水滴的蒸汽在波纹板之间流经弯曲通道时，细微水滴粘附在板上形成水膜。1、卧式百叶窗分离器中，蒸汽与水平行反向流动；2、立式百叶窃分离器蒸汽流向与水膜流动方向垂直。

712．蒸汽请洗装置蒸汽清洗的目的就是要降低蒸汽中溶解的盐分。要特别注意蒸汽中溶解的硅酸。溶于饱和蒸汽的硅酸量取决于同蒸汽接触的水的硅酸含量和硅酸的分配系数。压力一定时，分配系数为常数。因此，要减少蒸汽中的溶盐，就只有设法降低同蒸汽接触的水的硅酸浓度。蒸汽清洗：就是用含盐低的清洗水与蒸汽接触，使已溶于蒸汽的盐分转移到清洗水中，从而减少蒸汽中溶解的盐分。

72理论上，这种物质变换会使蒸汽中的溶盐与清洗水中的溶盐达到平衡；实际上，由于种种原因，清洗过程不会十分完善。目前所用的清洗装置的清洗效率约为60％一70％。图8-22给出平板式清洗装置图。从汽包来的给水，一部分通过旁路水管到汽包的下部与分离器分离出来的饱和水混合；另一部分经过清洗水管和清洗水分配装置流到清洗孔板上，接着向左右两侧流去，跨过溢水门坎向下流到水容积。清洗孔板下面来自旋风分离器的蒸汽，经过孔板的孔，以汽泡状穿过清洗水层。在水层中，溶解在蒸汽中的盐分有一部分溶解到清洗水中，使蒸汽台盐降低，提高了蒸汽品质。

73

743．其他内部装置汽包中其他内部装置，主要有排污装置、加药管、事故放水管以及有关仪表的汽包内部装置。(1)排污。饱和蒸汽的品质在很大程度上决定于锅炉水的含盐浓度。锅炉给水的杂质含量一般很低，但是，在锅炉运行中，由于水的不断蒸发而浓缩。这些杂质中，只有少部分被蒸汽带走，大部分被留在锅炉水中，因而锅炉水的含盐浓度不断增大。为了保证蒸汽品质合格，锅炉水的含盐浓度一定要维持在容许的范围之内。为了保证锅炉水的含盐浓度在限度内，就要将部分含盐较浓的锅炉水排出，并补充一些较为清洁的水。这就是锅炉排污。

75锅炉排污分为连续诽污和定期排污两种。1、连续排污管安装在汽包内，它是连续不断地排出一部分含盐浓度大的锅炉水，使锅炉水的含盐量保持在规定的范围内。2、定期排污管装在水冷壁下联箱上，它的作用是把锅炉水中的沉渣和铁锈等杂质定期排出掉，防止这些杂质在水冷壁管子里结垢和堵塞。排污量与额定蒸发量的比值称为排污率，即对凝汽式发电厂排污率为1％一2％，热电厂为2％一5％

76(2)加药。为了防止受热面结水垢，汽包锅炉的给水标准中规定了硬度及Fe、Cu等物质的含量。但是，为了进一步清除锅炉水中的残余硬度，在电厂的汽包锅炉的汽包中还广泛应用对锅炉水的校正处理。所谓较正，就是人为地移动化学平衡，使某些物质形成泥渣排出锅炉。常用的磷酸盐处理方法，是在汽包中加入药剂磷酸盐(磷酸三钠、六偏磷酸钠)，也就是锅炉加药。锅炉的加药系统，是用加药泵把配制好的药液通过汽包的加药管送入汽包。加药管是在汽包水容积中沿汽包长度方向布置的向下开有许多小孔的管子，能把药液均匀分配到汽包水容积。

77(3)事故放水。汽包中的水位过高时，由于汽包蒸汽容积和空间高度的减小，蒸汽带水将大量增加，会使蒸汽品质恶化，其王产生事故。这时，就需要让汽包水位降下来。因此，在汽包内装有事故放水管，管子的进水口与正常水位平齐，管子一直通到汽包外面，送入扩容器。事故放水门可以手动控制，也可以自动控制。自动控制时，在水位高于一定数值时自动开启，水位降到正常水位时立即关闭。

78

79

80

81第七节水冷壁的高温腐蚀燃煤锅炉的水冷壁一般都会受到烟气中灰粒的沾污，甚至造成结渣。水冷壁的沾污又称为积灰，是指温度低于灰熔点的灰粒在受热面上的沉积。结渣，是指由高温烟气夹带的熔化或部分熔化的粘性颗粒碰到炉墙或受热面上，粘结形成灰渣层。由水冷壁沾污和结渣引起的水冷壁高温腐蚀主要有硫酸盐型和硫化物型两种，此外，炉内SO3、H2S、HCl气体也会对水冷壁产生高温腐蚀。

82一、水冷壁的高温腐蚀1．硫酸盐型腐蚀硫酸盐型腐蚀主要有两种途径，一种是灰渣层中的碱金属硫酸盐与SO3共同作用产生腐蚀；另一种是碱金属焦硫酸熔盐腐蚀。硫酸盐与参与作用的SO3一起对水冷壁管子的腐蚀过程可用图8—23来描述。

83

84第一步：在水冷壁管壁生成薄氧化层(Fe2O3)和极细灰粒沾污层。其厚度很小，实际上是金属的保护层。第二步：冷凝在管壁上的碱金属氧化物与周围烟气中的SO3发生化学反应生成硫酸盐，化学反应如下：

85第三步：硫酸盐层增厚，热阻加大，表面温度升高，灰渣熔化，粘结烟气中的飞灰形成疏松的灰渣层。硫酸盐熔化时耍放出So3，向内外扩散。第四步：硫酸盐释放出来的和烟气中的SO3会穿过疏松的灰渣层向内扩散，进行反应；

86

87熔融硫酸盐积灰层对金属壁向的腐蚀速度比气态硫酸盐要快得多。当温度在600℃以下有时，熔融硫酸盐的腐蚀速度约为气态时的4倍。炉内水冷壁管壁温度通常在600℃以下，所以熔融硫酸盐的腐蚀速度随着管壁温度增高而加快。高参数锅炉的水冷壁管壁温度高，高温腐蚀快，因而容易发生爆管事故。

882．硫化物型腐蚀在水冷壁管子附近，呈现还原性气氛并且有硫化存在时，就会氢腐蚀，它的反应过程如下。

89

90

91二、防止高温腐蚀的措施(1)采用低氧燃烧技术。过量空气系数小的时候生成的自由氧原子的数量少，烟气中的三氧化硫浓度低，发生高温腐蚀的机会减少。(2)合理配风和强化炉内湍流混合，避免出现局部还原性气氛，以减少H2S和硫化物型腐蚀。(3)加强一次风煤粉输送的调整，尽可能使各燃烧器煤粉流量相等，以及燃烧器内横截面上煤粉浓度分布均匀。避免局部缺氧、着火困难、燃烧不稳以及局部结渣。

92(4)合理控制煤粉浓度。在煤粉较粗时燃尽困难，火焰延长冲刷水冷壁管，造成水冷壁管壁磨损和局部壁温结渣，引起高温腐蚀。(5)过高的水冷壁管壁温度是引起水冷窒结渣和高温腐蚀的重要原因。应当避免出现水冷壁局部管窒温度过高现象。燃烧器区域是炉内烟气温度最高的区域，火焰中心偏斜会造成水冷壁局部热负荷过高而产生结渣和腐蚀。由于水冷窒管子内流量不均匀，引起部分管子内结垢，传热不好，从而产生管壁超温，造成结渣和腐蚀。

93(6)采用烟气再循环，可以降低炉膛内火焰温度和烟气中的SO3含量，降低高温腐蚀。(7)在结渣和腐蚀的水冷壁劈面附近喷空气保护膜。就是在受腐蚀的水冷壁区域的炉壁上布置一些小孔，人为地喷入一定的空气，在壁面附近形成氧化气氛，避免高温腐蚀。(8)在燃料中加入添加剂，改变灰渣特性。(9)提高水冷窒管的抗腐蚀能力。

94(10)对出现高温腐蚀的水冷壁管子及时更换，避免发生爆管。对于下列的情况的水冷壁管子要及时更换：①管壁减薄厚度大于30％；②碳钢管涨粗超过3．5％直径；合金铜管超过2．5％直径；③腐蚀点深度大于30％壁厚；④石墨化大于4级；③表面裂纹肉眼可见；⑥常温条件下机械性能低，现有壁厚已不能满足强度需要。