簡述鍋爐蒸發(fā)設備

岳金麟

摘 要：給水進入鍋爐之后，經(jīng)過預熱、蒸發(fā)、過熱、再熱，分別在不同的受熱面內(nèi)完成加熱任務：省煤器將水預熱、水冷壁將水蒸發(fā)、過熱器將蒸汽過熱、再熱器將蒸汽再熱。本文主要論述鍋爐的蒸發(fā)設備中，鍋爐的汽包、下降管、水冷壁、聯(lián)箱和各個連接管道等設備的作用與功能。

關鍵詞：鍋爐;蒸發(fā)設備

一、概述

蒸發(fā)受熱面是鍋爐中來自于火焰和煙氣的熱量使水轉化成飽和蒸汽的受熱面。當鍋爐的水循環(huán)方式不同，鍋爐的蒸發(fā)設備也不同。自然循環(huán)中，鍋爐的蒸發(fā)設備由汽包、下降管、水冷壁、聯(lián)箱和連接管道等組成。汽包、下降管、聯(lián)箱、各個連接管道均位于鍋爐外不受熱，水冷壁在鍋爐的爐膛內(nèi)部的四周布置。水經(jīng)省煤器加熱之后，被送入汽包當中，同時水位保持動態(tài)平衡控制，將維持在一個穩(wěn)定的高度范圍內(nèi)，汽包里的水通過不受熱的下降管流下，經(jīng)過下聯(lián)箱進入水冷壁中，水在水冷壁中隨著上升也不斷在吸收熱量，受熱達到飽和狀態(tài)，部分變成了蒸汽，形成了汽水混合狀態(tài)。因為水在水冷壁中不斷吸收熱量，管子中的汽水混合物的密度要小于下降管中單相水的密度，所以兩者的密度差促使了水冷壁中的汽水混合物自動上升。

控制循環(huán)鍋爐是通過輔助循環(huán)泵來推動工質(zhì)流動的方式來工作的。由于需要受熱管子中的工質(zhì)要有足夠大的流速，維持蒸發(fā)受熱面中工質(zhì)具有良好的換熱效果，在亞臨界壓力的情況下，由于汽水的密度差減小，工質(zhì)在循環(huán)回路中的流動速度下降，需要使用控制循環(huán)。

直流鍋爐的蒸發(fā)設備是由水冷壁、汽水分離器和聯(lián)箱組成的。當鍋爐處于低負荷時，小容量的汽水分離器可充當控制循環(huán)鍋爐的汽包，配合循環(huán)泵進行工作;高負荷時，循環(huán)泵停止工作，鍋爐變成直流模式，水冷壁中出來的是微過熱蒸汽，汽水分離器成為一個蒸汽的聯(lián)箱。

二、汽包

1、汽包的結構

（1）汽包外部結構

汽包是由合金結構鋼制成的長圓筒形的容器，600MW超臨界電站鍋爐汽包使用的就是Q460鋼。由桶身和兩端的封頭組成的，桶身是由鋼板卷制焊接而成的;封頭是由鋼板模子壓制而成，焊接在桶身兩側。在封頭上留有橢圓形或圓形入孔門，便于工作人員安裝和檢修的時候進出。汽包長度大約為25～28米，直徑1.7～1.8米，壁厚130～200mm。

（2）汽包的內(nèi)部結構

汽包內(nèi)部主要有汽水分離器、連通管、加藥管、托板等。

2、汽包的作用

（1）與受熱面和管道連接。是鍋爐加熱、汽化、過熱三個過程的連接樞紐和分界點。

（2）儲能和緩沖作用。汽包內(nèi)存儲著一定的蒸汽與水，有一定的儲能作用，當負荷變化是，汽包對給水量與蒸發(fā)量的不平衡、氣壓的變化速度都又一定的緩沖作用。

（3）改善蒸汽的品質(zhì)。汽包中的汽水分離器、蒸汽清洗器等設備，可以有效地進行汽水分離加藥排污、清洗蒸汽的組偶用，從而改善了蒸汽品質(zhì)和鍋水品質(zhì)。

（4）保證鍋爐安全運行。汽包上裝有多種安全設備，用于實時監(jiān)測汽包的壓力、水位等。

3、汽包的安全運行

（1）控制汽包的運行壓力

在設計汽包階段，嚴格把握強度計算，確定所選用材料及壁厚;在使用汽包階段，設置安全閥，如遇超壓情況，安全閥自動開啟。實現(xiàn)安全運行。

（2）制汽包的熱應力

保證汽包內(nèi)部的上下壁溫差合理;確保汽包的內(nèi)外壁溫差合理;要求溫差小于40℃～50℃之內(nèi)。

三、下降管

1、下降管的作用

下降管的作用是將汽包中的水連續(xù)不斷的送至下聯(lián)箱，經(jīng)過下聯(lián)箱的合理分配后，提供給水冷壁，實現(xiàn)正常的水循環(huán)。

2、下降管的結構形式與布置

（1）下降管的布置

下降管布置在爐外，主要特點為不受熱。

（2）下降管的結構形式

小直徑分散下降管。管子的直徑小且數(shù)量多，但阻力較大，不利于水循環(huán)，但可以與下聯(lián)箱直接相連接。大直徑集中下降管。管子的直徑大但數(shù)量少，有利于循環(huán)，簡化布置，但需通過分支引出管與下聯(lián)箱連接。

四、聯(lián)箱

1、聯(lián)箱的作用

將工質(zhì)集中混合并將其均勻分配。

2、聯(lián)箱的結構形式

聯(lián)箱由20號碳鋼制成，可連接著若干根管子，一般情況下不受熱。

五、循環(huán)泵

1、濕式電動機拖動循環(huán)泵

循環(huán)泵是控制循環(huán)鍋爐的關鍵，循環(huán)泵的運行可靠性直接影響到鍋爐的安全工作，濕式電動機拖動循環(huán)泵，泵的一個輔助葉輪安裝在電動機的自由端，輔助葉輪會把冷卻水在電動機內(nèi)腔與冷卻器之間進行循環(huán)，可以保證電動機內(nèi)部在低溫下還能進行工作，其溫度一般不會超過45℃。

六、水冷壁

1、水冷壁的布置型式

水冷壁一般布置在爐膛的四周，是為了更好地接受火焰和煙氣的熱輻射受熱。當鍋爐為氣泡鍋爐時，水冷壁即為蒸發(fā)受熱面;當鍋爐為直流鍋爐時，由于系統(tǒng)沒有汽包進行工作，水冷壁作用蒸發(fā)受熱面以外，部分還用作預熱作用、過熱作用。

2、水冷壁的作用

（1）水冷壁是吸收燃料室火焰的高溫輻射熱量，使進水冷壁的水吸收熱量后變?yōu)槠旌衔?

（2）由于輻射傳熱量與熱力學溫度四次方成正比，因此增加水冷壁管，會降低對流受熱面的數(shù)量;

（3）簡化爐墻結構，便于安裝;

（4）保護鍋爐墻體，水冷壁是四周敷設，隔開了燃燒室與爐墻，防止了爐墻被燒壞、結渣、積灰。

3、水冷壁的結構

（1）光管式水冷壁

由于隨著鍋爐的容量增大，其爐壁的面積增長速度小于鍋爐容量的增長速度，其s與d的比值在1～1.1之間。如圖 1。由于光管式水冷壁為敷管式爐墻，水冷壁埋入爐墻中，因此e/d=0。這樣布置可以使相對節(jié)距s/d較小，一般為1.0～1.05。

（2）膜式水冷壁

氣密性良好。適用于正壓或者負壓的爐膛，對于負壓爐膛來講，膜式水冷壁還具有減少漏風、降低排煙熱損失的特點;保護爐墻。因為膜式水冷壁將爐墻和爐膛完全隔開了，需使用輕質(zhì)的保溫材料即可;當爐墻面積相同的情況下，膜式水冷壁的熱輻射傳熱面積比一般的光管水冷壁的面積要大，同時角系數(shù)x=1，用鰭片代替管材，節(jié)約高價管材;膜式水冷壁可成片在現(xiàn)場吊裝安裝，大大減少工作量，節(jié)約了安裝鍋爐的時間;膜式水冷壁可承受較大的側向應力，可以增加爐膛抗爆炸的能力。

（3）銷釘式水冷壁

銷釘式水冷壁有燃燒帶，可以提高爐膛溫度;有燃燒帶可以為著火困難的煤料創(chuàng)造和穩(wěn)定燃燒條件。

參考文獻：

[1]葉江明，《電廠鍋爐原理及設備（第四版）》，中國電力出版社

[2]周強泰，《鍋爐原理（第三版）》，中國電力出版社

[3]張永濤，《鍋爐設備及系統(tǒng)》，中國電力出版社

[4]陳學俊，陳聽寬，《鍋爐原理》，機械工業(yè)出版社