第六章 蒸发设备
6.膜式水冷壁的优缺点
优点：
气密性好、对炉墙保护作用好、辐射传热面积大、现场吊装、较强的抗爆能力；
缺点：
制造检修工作量大、热应力大、人孔等处密封、刚性差。
7.凝渣管束的作用：
8.折焰角的作用：
1使炉内火焰分布更均匀，完善高温烟气对炉膛出口受热面的直接冲刷，减小上部死滞区；
2折焰角延长了锅炉的水平烟道，可布置更多的对流受热面，提高锅炉参数。
9.蒸发受热面的结渣、析铁、水冷壁的高温腐蚀：
《1》固态排渣煤粉炉的结渣：
1原因：燃烧过程中形成的熔融灰渣在凝固之前接触到受热面，凝结、积聚成坚硬难以清洗的灰渣层；
2发生部位：燃烧器区域、炉膛出口折焰角处、屏式过热器、及其后对流管束入口处、冷灰斗；
3结渣危害：
1）传热减弱，锅炉效率下降，经济性变差；
2）被迫负荷降低；
3）过热器损坏；
4）燃烧器喷口结渣破坏空气动力场；
5）水冷壁损坏；
6）下落焦块损坏冷灰斗；
7）阻塞冷灰斗，无法排渣；
4影响结渣的因素：
1）煤的灰分特性：软化温度ST <1200oC,易结渣；灰熔点越低，越易结渣；
灰分成分的影响:
碱性氧化物—Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等。
酸性氧化物—SiO2、Al2O3、TiO3等。
对灰熔点的影响 碱性氧化物↑ 灰熔点↓
酸性氧化物↑ 灰熔点↑
硅比灰分成分的影响:
碱性氧化物—Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等。
酸性氧化物—SiO2、Al2O3、TiO3等。
对灰熔点的影响 碱性氧化物↑ 灰熔点↓
酸性氧化物↑ 灰熔点↑
硅比SR，越不易结渣；
碱酸比B/A 越小，越不易结渣；
2）炉内空气动力工况：火焰中心偏移，水冷壁结渣；
燃烧组织不好，死滞漩涡区形成还原性气氛，FeO易与SiO2形成2FeO·SiO2（共晶体，灰熔点下降150~3000C。
3）炉膛的设计特性：qV qA qr过大，炉温升高，易结渣；
4）锅炉运行负荷：
5防止结渣的措施：【避免炉温过高； 防止灰熔点降低】
1）免受热面附近温度过高；
2）防止炉内生成过多还原性气体；
3）做好燃料管理工作；
4）加强运行监视，及时吹灰除渣；
5）做好设备检修工作；
《2》液态排渣炉底析铁：
析铁危害：1）析铁后熔渣粘度增大，不利于排渣
2）侵蚀炉底耐火涂层
3）与水反应生产H2引起爆炸
4)沉于炉底，停炉后，清除困难
防止析铁：防止煤粉落入渣池； 尽快排走溶渣。
《3》水冷壁的高温腐蚀：
发生区域：大多发生在燃烧器区域被火焰直接冲刷的水冷壁上。
原因：1）水冷壁附近烟气中的还原性气体，使灰熔点降低；
2）管壁高温；
减轻水冷壁高温腐蚀措施：
1）改进燃烧，合理的空气动力工况；
2）避免出现管壁局部温度过高；
3）保持氧化性气氛；
4）采用耐腐蚀材料
第七章 过热器 再热器
第一节 过（再）热器的作用及特点
1.过热器的作用：
将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽，并保证在一定负荷变化范围内维持气温的稳定。过热汽温度为540～555℃间。
2.再热器的作用:
将气轮机高压缸排汽加热到与过热汽温度相仿的温度，然后送回中低压缸继续做功，以提高汽机尾部蒸汽干度。
3.在对流过热器前，要布置大量的对流管束
中压锅炉——过热器直接布置在炉膛出口少量凝渣管束之后；
高压锅炉——必须把一部分过热器受热面布置在炉内（辐射式、半辐射式过热器）
第二节 过（再）热器结构型式 气温特性
1.结构型式：按传热方式分为：对流、辐射和半辐射式三种；
2.对流式过（再）热器在对流烟道内吸收对流热。（蛇形管+连箱连接）
1根据烟气、蒸汽相对流向分为逆流、顺流、混合流三种
顺流：温压最小、耗材多，安全（高汽温对低烟温）；
优缺点： 逆流：温压最大、耗材少，安全性差；
混流：介于两者之间；
2根据结构型式分为立式和卧式： 立式：疏水困难、支吊容易；
卧式：疏水容易、支吊困难；
3根据管圈数分为单管圈、双管圈、多管圈：大容量锅炉——多管圈，可降低蒸汽流速；
4根据管子布置结构分为顺列和错列
αs< αc ，但顺列吹灰容易，错列吹灰困难。
总原则：高温水平烟道立式顺列；低温竖直烟道卧式错列。
对流式过（再）热器
质量流速问题：
为保护金属管道，工质应有一定的质量流速。质量流速增大，对金属的冷却能力增强，但同时也增大了流动阻力。
一般，过热器内允许压降<10%Pgr,再热器内压降<0.2~0.3MPa。
因此，过热器内工质质量流速ρw＝800～1100kg/(m2.s)
再热器内工质质量流速ρw＝250～400kg/(m2.s)
烟气速度问题：
因此：烟速上限受磨损限制，与煤中Ay，灰分特性，及烟温有关。
炉膛出口之后水平烟道中，烟温较高，灰软，磨损较轻，烟速可在10～12m/s，
而在烟温较低时，一般情况下烟速小于9m/s。
3. 辐射式和半辐射式过热器
在炉膛内吸收辐射热。
注意的问题：工作条件恶劣（可采用的措施：布置在炉膛上部、作低温受热面、高质量流速）
半辐射式也叫屏式过热器）
前屏：布置在炉膛上部（大屏、分割屏）
特点：热负荷高、热偏差大，流动阻力大，工质流量小，易发生超温现象；
防超温措施：管子较短的长度、较大的管径、内外圈交叉
作用：降低炉膛出口烟温，减少烟气扰动和旋转，改善过（再）热蒸汽的气温特性。
后屏：布置在炉膛出口；
前屏横向节距s1比后屏大；
4.减温器布置问题
减温器的作用：在一定负荷变动范围内，保证气温稳定。
原理：采用热量交换降低蒸汽焓值。
布置方式：地点的选择————
末级过热器焓增一般小于30～70KCal/kg。
5.过、再热器的汽温特性
汽温特性－－汽温与锅炉负荷的关系
第三节 热偏差
1、热偏差φ：过（再）热器中各并联的管子由于结构、热负荷、工质流量大小不一致引起的工质焓增不同的现象，叫热偏差（受热管中吸热温升的不均匀程度）；
定义式：φ=ηqηF / ηG （热力不均系数ηq、结构不均系数ηF、流量不均系数ηG）
2.热偏差影响因素：
1热力不均系数ηq：受热面污染（积灰、结渣）；炉内温度场、速度场分布不均；
烟气走廊、屏式受热面的热力不均系数ηq大；
2流量不均系数ηG：1管子连接方式Z型、U型、多管型（ηG：Z型最大、U型居中、多管连接型最小）
2）热力不均引起流量不均：ηq变大→ηG变小→φ=ηqηF / ηG变大
3结构不均ηF： 管材厚度、长度、弯头数量等。
3.减小过（再）热器热偏差的措施：
1分级布置，级间采用中间连箱进行中间混合；
2烟道宽度方向进行左右交叉流动；
3多管引入、引出；
4内外圈交换布置；
5减小屏前、管束前的烟气空间的尺寸；
6适当均衡管长和吸热量，增大热负荷高的管径；
7将分隔屏（前屏）过热器中每片屏分组；
8消除炉膛出口烟气的余旋造成的热偏差。
第四节 汽温调节
1.运行中汽温影响因素：
1、锅炉负荷（对流特性，D增大，汽温升高；辐射特性，正好相反）
2、过量空气系数（α增大，w增大，汽温升高）
3、给水温度（tgs升高，B下降→汽温降低）
4、污染情况（炉内污染，汽温升高；过热器污染，汽温降低）
5、饱和蒸汽用量（增加，增加）
6、燃烧器运行方式（摆动燃烧器喷嘴向上→汽温升高）
7、燃料种类或成分变化（ Qar增大→辐射热增大，对流热减小→汽温降低
煤粉变粗、水、灰增大→汽温升高）
2.蒸汽温度调节方法
1、蒸汽侧调温
表面式减温器：用锅炉给水冷却蒸汽（两者不直接接触），对水品质无要求；
（常用）喷水式减温器：蒋降温水（可自制冷凝水）直接喷入过热蒸汽中，使其雾化
（笛形管式、旋涡式、文氏管式） 100摄氏度 （多级） 吸热→降温
汽—汽热交换器：用过热蒸汽来加热再热蒸汽→降温（管式、筒式）
30—40摄氏度
2、烟气侧调温
烟汽挡板调节：改变烟气流量→调节蒸汽温度（并联：再-过；再-省）
摆动燃烧器：改变燃烧器倾角上、下调节→炉膛辐射传热量Qf与对流Qd比例→汽温调节
（-30o~+30o）
烟气再循环：将省煤器的烟气（250~350 oC）由再循环风机抽送回炉膛；
降低水冷壁的温度，提高对流受热面的吸热量Qd；
再循环率r越大→再热器出口汽温越低；
第八章 省煤器 空预器
第一节 省煤器
1. 省煤器的作用
1吸收尾部烟气热量，加热锅炉给水；
2节省燃料；
3改善汽包工作条件：提高给水温度，减小热应力、延长汽包寿命；
4降低锅炉造价。
2.省煤器分类：
按材料分：钢管省煤器、铸铁省煤器
钢管省煤器：优点：强度高，可承受高压、工作可靠；传热性能好；重量轻、体积小，价格低； 缺点：耐腐蚀性差；
按出口参数分：沸腾式、非沸腾式
中压锅炉——沸腾式：防止炉温过低 高压锅炉——非沸腾式：防止炉温、出口温度过高而引起结焦；
按结构分：光管式、鳍片式、膜片管式、螺旋肋片管式
按管子排列方式分：错列、顺列
错列布置：传热效果好，结构紧凑、减少积灰；但：磨损比顺列严重，吹灰困难；
2.省煤器布置方式：卧式逆流布置（纵式磨损靠近后墙严重）
原因：有利于停炉排除积水，减轻停炉期间的腐蚀；
有利于改善传热，节约金属；
3.省煤器的支吊方式：支撑+悬吊
中小型锅炉——支撑
大型锅炉——悬吊
4.省煤器引出管与汽包的连接：加装套管；
5.省煤器设计中应考虑的问题
1.省煤器中的质量流速和水速 =600-800 kg/(m2.s)
2. 烟气流速：经济烟速 8-11m/s；
3.结构设计： 管径d： 42-51mm
管子数 n
管子横向节距s1 ；纵向节距s2 (s1> s2)
6.省煤器的启动：在省煤器进口和汽包下部之间装设不受热的在循环管。
第二节 空预器
1.空预器的作用（略）
2.空预器的种类：导热式+蓄热式；
导热式：板式（漏风大、金耗多，不采用）；管式：钢管、铸铁、玻璃管式；
1钢管式（立式）：管内烟气，管外空气
优点：结构简单，制造方便，漏风量小；
缺点：体积大，耗材多；
2回转式空预器 优缺点
优点：1)结构紧凑、传热密度高，管式体积的1/10 2)重量轻，节省钢材：蓄热板 薄
3)布置灵活 4)不易低温腐蚀：传热元件 怱冷怱热
缺点：1)受热面腐蚀时，不增加漏风量，更换方便
2)漏风大：转动与静止部件之间7)结构复杂，运行维护工作多，检修较复杂
第三节 尾部受热面的布置
1.尾部受热面：省煤器+空气预热器
2.单级布置：一级省煤器+一级空气预热器；
降低排烟温度，提高锅炉效率，节省价格较高的省煤器受热面金属，防止低温腐蚀；
在一定的排烟温度（120--160）限制下，采用单极布置，热风温度限制在300度左右；
3.双级布置：一级省煤器+一级空气预热器+二级省煤器+二级空气预热器；
使省煤器、空气预热器都具有较高的传热温压，增强尾部受热面传热，节省受热面金属；
第四节 低温受热面的积灰、磨损、腐蚀
1. 低温受热面的积灰
影响因素：
1)、灰粒特性
2）、飞灰浓度
3）、管束排列与冲刷方式：顺列厚于错列；水平、倾斜管厚于垂直管；
4）、烟速：烟速越大，越不易积灰；
5）、运行因素：烟道漏风等
2. 低温受热面的飞灰磨损
冲蚀磨损：当灰粒相对管壁表面的冲击角较小时，对管壁表面产生的是切削作用。
撞击磨损：当灰粒相对管壁表面的冲击角较大时，或接近于垂直，使管壁表面产生微小的塑性变形或显微裂纹。
烟气横向正面冲刷：第1排管子，最严重的磨损点发生在30-40度角度内—————
错列：第1排以后，磨损集中在25-30度的对称点上，最大磨损在第2排管子上；
顺列：第1排以后，磨损集中在 60 度的对称点上，最大磨损在第2排管子上；
纵向磨损比横向轻；
磨损因素：飞灰颗粒动能、飞灰量、飞灰撞击率；
防磨措施：
1. 限制烟气流速；（很有效）；
2. 降低速度分布不均、飞灰浓度分布不均（加装均匀挡板、装百叶窗式或离心式除尘器）；
3. 磨损严重部位加装防磨装置（省煤器：防磨板、防磨阻流板、防磨罩；空预器：管内防磨套管）；
4. 改善省煤器结构：（选用大直径的管子；S1/越大越好；顺列；膜式或螺旋肋片是省煤器）；
3.低温腐蚀
露点（酸露点）：水蒸汽或硫酸蒸汽开始凝结的温度（露点越低越不易发生腐蚀）
低温腐蚀：当烟温降低或接触到温度较低的金属受热面时，只要温度低于露点，水蒸汽或硫酸蒸汽就会凝结
水蒸汽凝结：氧腐蚀 硫酸蒸汽凝结：酸腐蚀
措施（低温腐蚀的减轻和防止）：
1.减少烟气中的SO3（燃料脱硫；烟气脱硫；低氧燃烧；烟气再循环 ）
2.提高受热面壁温（热风再循环；提高空预器入口温度，进口安装暖风器(汽机抽汽)；采用螺旋槽管）
3.其他（采用添加剂à降低酸露点；
回转式空预器：高度方向分段，易更换
采用玻璃管或热管作前置式预热器，提高进入主预热器的风温
采用耐腐蚀材料）
第九章 自然循环原理
第一节 自然循环的基本原理
1.1 下联箱中心两侧产生液柱的重位差
下降管与上升管的密度差→循环推动力（运动压头P yd）
有效压头Pe是用来克服下降管阻力的；
工质稳定流动时，有效压头与下降管系统阻力相等。
2循环推动力的影响因素：
1.饱和水和饱和汽的密度差（压力） 【正比】
2.上升管的含气率x 【正比】
3.循环回路的高度 【正比】
4.上升管入口工质的欠焓 【反比】
第二节 两相流
1.传热恶化：放热系数急剧下降，壁温飞升
第一类沸腾传热恶化：(q>qc)
原因：管外局部热负荷太高，管壁形成汽膜导致
沸腾传热恶化
发生在：欠热区、低干度区（x小）、热负荷高区
第二类沸腾传热恶化：（含气率x>xc）
原因：工质的含气率过x高→保护管壁的水膜被
蒸干，管内汽水混合中水欠缺；
管壁温度周期性波动；
发生在：含气率x较大、热负荷不太高的情况下；
第三节 两相流的特性参数及流动阻力
1.两相流流速
1质量流速pw—单位时间内流过单位流通截面的工质质量
2循环流速w0---循环回路中在饱和温度下按上升管入口截面计算的水速
3折算流速---假定流过汽水混合物中某相工质占有管子全部截面时计算所得流速。蒸汽折算速度和水折算速度。
4混合物流速whu---蒸汽折算速度和水折算速度之和
5真实流速---分别计算蒸汽和水的流速。
2.含汽率
1质量含汽率x=D/G汽水混合物中，流过蒸汽的质量流量D与流过工质总质量流量G之比
2容积含汽率 ---流经管子某一截面的蒸汽容积流量与汽水混合物总容积流量之比。
3截面含汽率---管道截面上蒸汽所占截面与管子总截面之比。
3.两相流密度
1流量密度---两相流中混合物质量流量与体积流量之比
（不存在，用于计算流动阻力、动量、质量流速等）
2真实密度---某段管段中汽水混合物实际存在的密度；
（计算两相流的质量、重位压头和必须考虑非均相流的各项）
4.两相流的流动阻力
1流体加速压降 2重位压差 3摩擦阻力 4局部阻力
5.自然循环的可靠性指标
1质量流速 2循环流速 3循环倍率K 4自补偿能力和界限含气率xjx
6、
1自然循环常见故障:循环停滞和倒流、汽水分层、下降管带汽；
2下降管带汽：
原因：下降管受热；下降管入口锅水自汽化；水带汽；锅炉压力突然下降
3提高水循环安全性的措施：（4点）
1）防止蒸发管吸热不均：按受热情况划分循环回路； 改善四角管子受热情况、
采用平炉顶； 避免火焰倾斜、保持水冷壁清洁、避免长时间低负荷运行
2）减小下降管阻力：大直径下降管；
3）减小汽包汽水引出管的阻力：大直径引出管，增大流通截面积；
4）压力变化速度控制在允许范围内。
第十章 蒸汽净化
1.蒸汽品质
指两方面的参数需满足机组工作要求。
第一：汽温、汽压波动在汽机工作允许范围内；
第二：蒸汽中杂质含量（含盐量）不允许超过规定界限。
2. 蒸汽含盐量的危害：
结垢，产生垢下腐蚀，超温爆管，汽轮机叶片结垢堵塞通流面积，效率下降；
3.蒸汽污染的原因：
4.净化蒸汽的原则措施：
Ø 控制锅炉水品质—排污（连续排污+定期排污）
Ø 提高给水品质—水处理
Ø 减少机械性携带—高效汽水分离设备
Ø 减少选择性携带—蒸汽清洗
5.锅水含盐量的影响：
含盐量增加 ，水表面张力下降 ，动力粘度增加 ，汽泡直径减小，汽水分离困难
6.蒸汽压力的影响：
1压力增大，汽水密度差减小，汽水分离困难；
2压力增大，饱和水温度升高，分子运动加强，相互间引力减小，水表面压力减小（更易破
3面张力减小，水易破裂成细水滴。 裂被带走）
4运行中压力骤降，导致蒸汽大量带水，出现虚假水位。（水位假升高，此时应加水）
第十一章 控制流动锅炉————直流锅炉
1.控制循环锅炉：工作在亚临界或超临界（压力）状态下；
2.低循环倍率锅炉：K ~ 1.5
特点：（优点）：取消汽包； 循环泵功率小 ； 传热好
（缺点）：汽水分离效率低；水位及汽温调节困难
【3】直流锅炉
1没有汽包，由许多并联管子、联箱连接而成；（对水质要求很高）
2工质流动的流动有水泵压头推动（强制流动）；
3直流锅炉的循环倍率K=1；
4原理：右图
5直流锅炉的工作特点：
1）加热、蒸发、过热没有固定界限；
2）热惰性小，调节更灵敏；
3）不能连续排污（无汽包）；
4）会流动不稳定、脉动；
5）膜态沸腾（第一类沸腾传热恶化）；
6）要求较高的给水压头；
7）启动时，管内要有足够的水量，以保护受热面；
8）不构成循环，无汽水分离问题。
6直流锅炉的优缺点：
优点：1）适用于各种压力；
2）节省钢材；
3）无汽包，制造、安装和运输方便；
4）受热面可自由布置；
5）起停速度快。
缺点：
1）给水品质要求高；
2）给水功率消耗大；
3）对自动调节系统要求高。
7没有汽包但有汽水分离器————亚临界锅炉；
没有汽包也没有汽水分离器———超临界锅炉；
8直流锅炉的流动特性
1）两相流体的水动力不稳定性(提高工作压力; 减小欠焓; 增加加热区段阻力; 加装呼吸联箱) ;
2）并联管圈的流体脉动现象(提高质量流速; 增大加热段与蒸发段的阻力比值; 提高工作压力);
3) 热偏差( 节流圈; 中间联箱或混合器; 合理组织燃烧工况);
第十二章 锅炉布置
1.锅炉典型布置方案：
2.布置影响因素：
1 蒸汽参数：（见右图）
2锅炉容量：
容量增大，锅炉容积和内表面积增大幅度不同，容积增大速度高于面积增大速 度，致使布置水冷壁的面积不够，需布置较多的屏式受热面。
容积增长速度远大于线形尺寸增长速度，会出现双管圈、多管圈布 置的过热器。
3燃料性质
水分（M）：水分增大，需要较高热风温度，空预器尺寸增大。
灰分（A）：灰分髙，需采用防磨设计（可采用塔型布置）。
挥发分（V）：挥发分高，矮胖型；反之，瘦高型、卫燃带、高温热风。
硫分（Ｓ）：硫分含量高，需在设计时格外注意
（Ｈ２Ｓ还原性气氛易结渣；高温腐蚀；低温腐蚀）
4热空气温度对省煤器、空预器布置的影响：决定了尾部受热面单双级布置。（３５００Ｃ）；
3.锅炉主要设计参数的选择
（一）炉膛热强度（热负荷）
? 容积热强度qv
? 截面热强度qA 越接近无烟煤，应选qA的上限；越接近烟煤，应选qA的下限
? 燃烧区域壁面热强度qr qr越大，火焰越集中，温度越高；但过高，易结渣
? 炉膛壁面热强度qlb
（二）炉膛主要尺寸
指锅炉的宽度a、深度b和高度h。根据热强度值计算。
（三）炉膛出口烟温
取决于辐射、对流换热的比例，最佳比值：出口烟温为1250℃，但实际上受灰分变形温度及NOx、SOx生成量的影响，一般低于1200℃。
（四）排烟温度
排烟温度根据燃料价格、金属耗量的经济比较，结合给水温度、燃料水分、硫分及省煤器和空预器金属价格比等因素综合设计。
（五）热空气温度： 主要取决于燃料性质、燃烧方式、排渣方式。
（六）工质质量流速
（七）烟气速度 上限受限于“磨损”；下限受制于“积灰” ；