循环流化床锅炉学员培训教材（汽水系统部分）

相关阅读：

循环流化床锅炉原理与运行学员培训教材

循环流化床锅炉原理与运行

学员培训教材

（第一版）

目 录

第一章 循环流化床锅炉简介

第一节 循环流化床锅炉概念

第二节 循环流化床锅炉组成

第三节 循环流化床锅炉基本知识

第二章 燃烧系统

第一节 燃料

第二节 相关名词解释

第三节 循环流化床锅炉的传热

第四节 燃烧系统

第三章 风烟系统

第一节 风烟系统流程

第二节 风烟系统设备组成

第三节 风机

第四章 汽水系统

第一节 汽水系统流程

第二节 常用参数的基本概念

第三节 加热系统（省煤器）

第四节 蒸发设备

第五节 过热系统

第五章 锅炉辅助系统

第一节 燃煤制备与输煤系统

第二节 炉前给煤系统

第三节 除渣系统

第四节 吹灰系统

第五节 疏、放水系统

第六节 除尘系统

第七节 输灰系统

第八节 锅炉的膨胀和密封

第六章 循环流化床锅炉的计算机控制系统（DCS）

第一节 锅炉的燃烧控制

第二节 汽水系统的控制

第三节 FSSS 保护系统

第七章 循环流床锅炉的试验和调试

第一节 锅炉水压试验

第二节 安全门校验

第三节 冷态空气动力场试验

第四节 烘炉

第五节 化学清洗

第六节 吹管

第七节 除灰、除渣系统调试

第八节 锅炉整套启动

第九节 锅炉性能验收试验

第八章 循环流化床锅炉的启动和停运

第一节 启动前的检查和准备工作

第二节 启动前的准备工作

第三节 锅炉上水

第四节 冷态启动

第五节 压火热备用及热态启动

第六节 锅炉的停运

第七节 停炉后的冷却与保养

第九章 循环流化床锅炉正常运行调整

第一节 运行调整要求

第二节 锅炉运行参数的控制与调整范围

第三节 床温的控制

第四节 床压的控制

第五节 汽温的调整

第六节 负荷的调整

第七节 汽包水位的调整

第八节 一、二次风量调整

第九节 回料阀风量的调整

第十节 巡检工作

第十章 循环流化床锅炉常见的事故及处理方法

第一节 事故处理原则

第二节 事故紧急停炉

第三节 故障停运条件（申请停炉）

第四节 炉膛结焦事故

第五节 预防可燃物聚积引发的爆燃事故

第六节 循环流化床锅炉耐火材料塌落事故

第七节 返料器的堵塞事故

第八节 冷渣器的堵塞事故

第九节 “四管”泄漏事故

附录一：阀门知识

附录二：锅炉金属材料知识

附录三：压力(表压力)——饱和温度对照表

第四章 汽水系统

汽水设备主要是指锅炉中的蒸发设备和过热/再热设备。

在锅炉受热面中，吸收高温烟气的热量加热水并产生饱和蒸汽的受热面，称为蒸发受热面。蒸发受热面和与它直接相配合工作的设备称为蒸发设备，蒸发设备组成了锅炉的蒸发系统。在锅炉受热面中，通过吸收高温烟气的热量，加热饱和蒸汽或使蒸汽再热的受热面，称为过热器受热面或再热器受热面。通常又将布置在尾部烟道中的受热面，称为尾部受热面。尾部受热面还包括省煤器和空气预热器。省煤器是加热给水的受热面，空气预热器则是加热空气的受热面。通过加热给水和提高参与燃烧的空气温度，可以进一步降低排烟温度，提高锅炉热效率。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈！尾部受热面的工作条件比较恶劣。过热器和再热器所在区域的烟温较高，蒸汽的换热能力又比水的换热能力差，因此过热器和再热器的管壁温度较高；在省煤器区域，由于烟气所带飞灰粒子硬度高、表面棱角锐利，对省煤器的磨损比较严重；由于烟气中的酸蒸汽易于凝结在管壁上，因此空气预热器低温段容易遭受酸腐蚀和堵灰。这些问题都需要在锅炉运行中多加注意。

第一节 汽水系统流程

水在锅炉的受热面中由不饱和水加热成过热蒸汽必须经过加热、蒸发和过热三个阶段，这三个阶段在炉内有着各自的系统，但是都通过汽包作为连接枢纽。

锅炉给水除氧：

未经除氧的水进入锅炉，会对锅炉(主要是省煤器）产生氧腐蚀，缩短省煤器的寿命。省煤器的氧腐蚀使得给水中的含铁量增加。

热力除氧：

利用水中的溶解氧随着水温的升高而降低的特性来达到除氧的目的。一般都是将水加热到相应压力下的饱和温度。锅炉给水经除氧器热力除氧后，经给水泵加压后先通过给水操作平台后再进入省煤器。给水操作台有2 路管道可以给锅炉上水。

1）主路上水管道，能满足 30%～100%负荷工况下的锅炉给水。

2）旁路给水管道，能满足 10%～30%负荷工况下的锅炉给水，用于锅炉启动过程中的锅炉上水。

锅炉的给水量的调节：

主要是通过调节给水泵液力偶合器（勺管）的转速调 节给水量，必要时也可以用给水调节门调节，但节流损失大。给水进入尾部省煤器进口集箱，逆流向上经过卧式布置省煤器进入出口集 箱，从再通过连接管进入锅筒。给水引入锅筒水空间并通过集中下降管和下水连接管与水冷壁、水冷屏进口集箱相连接。给水向上流经炉膛水冷壁被加热成为汽水混合物。随后经各自的上部出口集箱，通过汽水引出管引入锅筒进行汽水分离。被分离出来的水重新进入锅筒水空间，并进行再循环。被分离出来的干燥蒸汽从锅筒顶部的蒸汽连接管引出。蒸汽从锅筒引出后，由左右导汽管引入尾部包墙过热器加热，再汇集于过热 器进口集箱，逆流向上进入水平顺列布置的过热器管束，然后进入过热器出口集箱，蒸汽从过热器出口集箱出来后经过减温器后进入集汽集箱，送给热用户。

第二节 常用参数的基本概念

1）压力：

单位面积上所承受的均匀垂直作用力称为压力（物理学中称为压强）。单位是帕斯卡，简称为帕（Pa）。由于单位太小，工程上常用兆帕(MPa)或 千帕(kPa)表示：

表压力：

在工程中，工质的压力是用压力表来测定的。压力表在测定压力时，一方面承受工质的压力，同时也承受大气的压力。因此，压力表所指示的压力，是工质真实压力与大气压力之差，称为表压力，也称相对压力。

负压：当工质的绝对压力低于大气压力时，其表压力是负值，故称为负压。此时，用压力表测得的数值是绝对压力低于大气压力的部分，我们称之为真空。

2）温度：

温度是表征物体冷热程度的物理量。从微观上来讲，温度标志分子热运动的强弱程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。

它规定了温度的读数起点（零点）和测量 温度的基本单位。温标主要有华氏温标、摄氏温标和热力学温标。

摄氏温度（℃）：

在标准大气压下，冰的熔点为 0 度，水的沸点为 100 度， 中间划分 100 等分，每第分为报氏 1 度，用 t 表示，符号为℃。

温度测量仪表：

温度测量仪表按测温方式可分 为接触式和非接触式两大类。在接触式温度测量仪 表热电偶和热电阻是工业上最常用的温度检测元件。500℃以上一般选择热电偶，500℃以下一般选择热电阻。

3）比容与密度：

单位质量工质所占有的容积称为比容，以符号ν表示；单位 容积工质的质量称为密度，用符号ρ表示；物质的密度和比容互为倒数。气体的 比容是随其温度、压力的不同而变化的，计算时多取标准状态（即 0℃、标准大 气压）下的数值。几种常用气体的比容列于下表中。

4）汽化：

液体变成蒸汽的过程称为汽化。气化速度取决于液体的温度，而液化速度取决于蒸气的压力。

5）蒸发：

在液体的表面进行的汽化过程称为蒸发。

6）沸腾：

液体表面和内部同时发生剧烈气化的现象称为沸腾。

7）汽化潜热：

在一定的压力下，每千克饱和温度的水变成饱和蒸汽所需的 热量称为汽化潜热，单位是 kj/kg。汽化潜热随着压力升高而降低。

8）凝结：

水蒸汽凝结成水的过程称为凝结。水蒸汽凝结成水的过程中放出 潜热，其数值与对应压力下的汽化潜热相等。

9）露点：

水蒸汽凝结成水的最高温度称为露点。水蒸汽的露点决定于水蒸气的分压力。露点随着水蒸汽的分压力提高而升高。当气体中全部是水蒸汽时，露点就等于对应压力下的饱和温度。

10）饱和温度：

水在一定压力下，沸腾时的温度称为饱和温度，饱和温度和压力是一一对应的，饱和温度随压力的增加而提高。

11）饱和蒸汽：

在一定的压力下，水沸腾时产生的蒸汽称为饱和蒸气，或温度等于对应压力下饱和温度的蒸汽称为饱和蒸气。不含水分的饱和水蒸汽称为干饱和水蒸汽。含有水分的饱和水蒸汽称为湿饱和水蒸汽。

12）过热蒸汽：

温度高于对应压力下的饱和温度的蒸汽称为过热蒸汽。蒸汽过热的程度称为过热度。过热度在数值上等于过热蒸汽温度减去对应压力下的饱和蒸汽温度。

13）临界压力：

当压力升高至 22.1MPa，相应的饱和温度为 374.15℃时，饱和蒸汽的比体积与饱和水的比体积一样（饱和水与干饱和蒸汽的密度差将为0， 有同样的压力和温度，还有相同的密度和比容），均为 0.0099 m3/kg，此时的压力即为临界压力，汽化潜热为 0。

14）传热方式：

对流、辐射、传导三种传热方式。物体以电磁波的形式向外传递热量，称为辐射传热。任何物体只要温度高于绝对零度，都能向外辐射电磁波，只是温度不同的物体向外辐射的热量大小不一样而已。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈！由于流体 (液体或气体）位置的变化而发生的热量传递，称为对流传热。物体中由于微观粒子 (分子、原子或电子）的热运动而传递热量的过程，称为热传导。

15）热力学第一定律：

在自然界中，任何物体都具有能量，其能量既不能增加也不能减少，只能从一种形式转变为另一种形式，这就是能量守恒定律。

16）热力学第二定律：

热量不可能自动地从低温物体传给高温物体，这是热力学第二定律的一种表达方式。任何热机工作时，都要受热力学第二定律的制约。

17）热力循环：

工质在经过一系刮的状态变化过程后，又回复到原始状态的 过程称为循环。如在火力发电厂中，水在锅炉中吸热变成高温高压蒸汽，然后进入汽轮机膨胀做功，做功后的乏汽在凝汽器中冷凝成水，再经给水泵送回锅炉，重新吸热变成蒸汽。如此周而复始，构成封闭的热力循环。

18）热膨胀：

大多数物质在外压不变的情况下，受热后体积随温度的升高而增大的现象，称物体的热膨胀。不同的物质，在温升相同的情况下的膨胀值是不一样的，其中气体最大，液体次之，固体最小。物体温度上升 1℃所引起的体积增大值与其 0℃时体积之比值，称膨胀系数。一切气体则都是受热膨胀，受冷收缩。而且一般气体（理想气体）的膨胀程度总是一样的，即在外压不变的情况下，总是温升 1℃，体积增大 0℃时的 1/273。对于一定质量的气体，其体积与温度成正比。水的热膨胀：水在 4℃以上和 0℃以下时，其热膨胀特性与其它大多数物质一样，受热膨胀，受冷收缩。而水在 0~4℃之间，却是受热收缩，受冷膨胀。0℃的水结成 0℃的冰，体积要增大 1/9。因此，在冬季对盛水的密闭容器及管道， 要特别注意防冻。

19）流体：

一切物质都是由分子组成的。在相同的体积中，气体和液体的分子数要比固体少得多，分子间的空隙就比较大，因此，分子之间的内聚力小，分子运动剧烈。这就决定了气体和液体不能保持固定的形状而具有流动性，所以，我们称气体和液体为流体。一般称液体为不可压缩流体。当温度不变时，气体的体积与压力成反比，即压力增加一倍，体积缩小为原来的一半。由于压力变化对气体体积影响明显，故一般称气体为可压缩流体。

20）管道一般知识管道的设计布置：

压力管道，一般应选用无缝钢管，管道的规格以管道的公称压力 PN 和公称直径 DN 来表示。锅炉主蒸汽管道，应根据其介质压力的高低及温度的高低来选择，输送蒸汽介质温度在 400℃以上的必须选用耐高温的合金钢管。管路的最低部位，必须设置可靠的疏水，蒸汽的使用地点，必须装设温度压力的测定装置，高低压管线，应设置减压装置。蒸汽和水管在布管时，必须按照介质的流动方向呈 3~5‰的坡度布置，这样既可减少阻力，也便于疏水及放水。具有压力和温度的管道，应考虑管道的自由伸缩。一般尽量利用管道的自然转弯来考虑其膨胀和收缩，当直管段长度超过 20m 时，应考虑设计伸缩节装置。伸缩节一般采用 “Ω和“Π”形伸缩节。管道应使用支架固定．也有采用悬吊装置的。无论采取何种支架，都应能满足压力管道的自由伸缩要求。不能用抱箍固定不动。同时，还要考虑管道在受热 过程中，因其自然伸缩，造成管道外壁与支点之间的往复摩擦损坏，一般都采用 滚动支点，即管道外壁与支架上的滚轴接触，以减轻摩擦损害。如在同一支架上 敷设多根管道时，应使大管件靠内布置，小管件靠外，以便检查管道运行使用情 况和方便维修。架空管道一般应高于地面 2m 以上。如有车辆通过的主要通道，其高度应为 5m 以上。

管道保温：

当管道内介质有温度控制要求时，必须进行保温或隔热，这样可以减少介质的散热损失，以及高温裸露可能对人体的伤害。其保温层厚度，视保温材料而定，其保温层表面温度不得超过 50℃。

管道的油漆及标识：

管道的染色必须能正确指示管道内的工作介质，一般工业锅炉：饱和汽管为红色，过热汽管为红色黄环；电站锅炉过热汽管为红色，饱和汽管为红色黄环，给水为绿色，软水为绿色白环。工业水管为黑色，疏水为绿色黑环，排污水为黑色。气管为蓝色，油管为黄色，盐液管为黄色等。管道的外表面还应使用规格箭头标明介质的流动流向。

第三节 加热系统（省煤器）

省煤器是利用锅炉尾部的烟气热量来加热给水的一种热交换装置。省煤器的应用，开始是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料消耗量，因此称为省 煤器。省煤器中的工质是给水，给水的温度要比饱和温度低得多，省煤器中的平均 水温一般也要比炉水温度低几十度，因此传热温差大，特别在省煤器为逆流布置时更为显著。其次，由于工质在省煤器中为强制流动，省煤器可以布置得很紧凑。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈！由于温差和传热系数的提高，使得在对流蒸发受热面的一般烟温范围内，降低相同的烟气温度时，所需的省煤器受热面差不多仅为蒸发受热面的一半。此外，省煤器的单位受热面价格也比蒸发受热面要低。

一、分类

1) 按给水被加热的程度：可分为非沸腾式和沸腾式两种。

2) 按制造材料分：有铸铁和钢管省煤器两种。非沸腾式省煤器多采用铸铁制成的，但也有用钢管制成的，而沸腾式省煤器只能用钢管制成。铸铁省煤器不耐水击，不允许产生蒸汽，而且锅炉的压力超过 2. 5MPa 时，应当采用钢管制成的省煤器。

3) 按装置的形式分：有立式及卧式两种。

4) 按排烟与给水的相对流向分：有顺流式、逆流式和混合式三种。

5) 按结构形式分：光管省煤器和翅片式省煤器。

二、结构

大型循环流化床锅炉省煤器一般布置在尾部烟道中。国产大型高压或超高压循环流化床锅炉对流式钢管省煤器，一般采用尺寸为 Φ32 × 4 或Φ42×5mm 的钢管制造，管材为 20g，有光管和肋片管两种结构形式，通常采用螺旋肋片管。省煤器上还设置有充氮及排放空气的连接管座和阀门；省煤器入口联箱上设有放水门。省煤器入口联箱上装有带截止阀和止回阀的锅炉充水和酸洗冲水及排水的连接管座。省煤器入口联箱设置有牢靠的固定点，能承受主给水管道一定的热膨胀推力和力矩。对流式省煤器通常挂在省煤器出口悬吊管上，对流式过热器、对流式再热器管束也挂在省煤器出口悬吊管上。

三、省煤器再循环

锅炉启动时，为保护省煤器，省煤器出口集箱与汽包之间设有再循环管，以便在锅炉起停过程 中使省煤器能够得到有效的冷却，防止省煤器中的水静滞汽化而损 坏省煤器。

作用：

在锅炉升火和停炉时，当中断给水时保护省煤器。因为在升火和停炉48 时，当不上水时，省煤器中的水是不流动的，高温烟气有可能把省煤器管烧坏。开启省煤器再循环阀，利用汽包与省煤器工质比重差而产生从汽包到省煤器的自然循环，省煤器受热产生的蒸汽可以通过省煤器出口至汽包的导管进入汽包，从而使省煤器管得到冷却。

注意事项：

锅炉停止上水时省煤器再循环阀必须开启，使汽包与省煤器之间产生水循环保护省煤器。省煤器泄漏后，省煤器再循环不得打开。

四、系统流程

锅炉给水经除氧器热力除氧后，经过给水泵加压后先进入省煤器入口集箱，经过水平布置的省煤器进一步吸热，从省煤器的出口集箱流出后基本达到饱和状态甚至沸腾，最后由省煤器引出管接至锅筒。

第四节 蒸发设备

按照锅炉工作介质（简称工质）的流动方式，锅炉分自然循环和强制流动两大类。

自然循环：

如图所示，锅炉中的汽包、下降管、下联箱和水冷壁管组成了循环回路。锅炉在冷态下，下降管中 的水和水冷壁中水的温度是相同的，两者的重度（密度）是相等的，因此，炉水不会流动。在运行状态下，水冷壁吸收炉膛火焰的辐射热，产生一部分蒸汽。水冷壁管中汽水混合物的重度比炉膛外不受热的下降管中水的重度小，两者的重度差与降水管循环回路高度的乘积称为流动压头。炉水在流动压头的推动下不断循环。因炉水循环不依靠外力推动，故称为自然循环。

强制流动：

锅炉受热面中，工质的流动则是借助于水泵（液下泵）的压力来实现的。蒸发设备能否安全地工作在很大程度上取决于是否有可靠的水循环，即蒸发受热面管内是否有连续流动的水来冷却它，这也是锅炉安全工作的关键。若不能对管子进行有效的冷却，则在炉膛高温环境下，管子就有过热损坏的危险。

一、自然循环回路

1、蒸发设备的作用及组成

作用：

就是吸收燃料燃烧放出的热量，使水受热汽化变成饱和蒸汽。采用汽水自然循环方式运行的循环流化床锅炉，其蒸发设备主要是由汽包、下降管、水冷壁、翼墙管（悬吊屏）、联箱及一些连接管道所组成。这些部件在锅炉中的相互位置及连接关系如图所示。由省煤器来的给水进入汽包，汽包的上半部充满蒸汽，叫汽空间；下半部充满水，叫水空间或水容积，汽、水空间的交界面称为汽包蒸发面。从汽包下部引出的管子是下降管，它将汽包中的水一部分引至锅炉下部，经分配支管送入水冷壁的各个下联箱，汽包中的另一部分水经分配支管被引入翼墙管下联箱。下降管及各分配支管布置在炉外不受热。水冷壁管布置在炉膛内的四周，紧贴炉墙。从下联箱引入水冷壁的水，吸收炉内高温烟气的辐射/对流热并 部分汽化，变成密度比水小的汽水混合物向上流动（故水冷壁管也叫上升管），引入上联箱，再通过汽水混合物引出管引入汽包。

自然循环锅炉原理

汽水混合物在汽包内进行汽、水分离，蒸汽流入汽空间并经饱和蒸汽引出管送出；分离出的水流入水空间并与不断送入汽包的给水一道再流入下降管送至水冷壁/翼墙管下联箱，继续循环。这样，水从汽包→下降管→（水冷壁/翼墙管）下联箱→水冷壁/翼墙管→（变成汽水混合物）→上联箱→再回到汽包，就形成了一个闭合的流动回路，称为锅炉蒸发设备的水循环回路。一台锅炉的蒸发系统是由若干个独立的水循环回路所组成，每个回路均由自己的下降管及其分配支管、下联箱、水冷壁/翼墙管/水冷分隔墙（为整个炉膛水冷壁的一部分）、上联箱所构成，所有回路的汽水混合物最后都引入汽包。

2、蒸发受热面管中的汽水流动状态：

在锅炉的蒸发系统中，给水经加热而沸腾，沸腾过程是在蒸发受热面中进行的。蒸发受热面中为汽、水两相流体，两相流体流动中汽和水并不是均匀分布的，它们的流速也不一样。由于热负荷、汽水混合物中的含汽率、工质流速和压力等的不同，两相流体构成的流动状态（或称流动结构）也不一样。两相流体的流动状态则直接关系到沸腾过程的传热工况。根据实验可知，当汽水混合物向上流经均匀受热的垂直蒸发管（如水冷壁的 垂直部分）时，蒸汽在水中的分布形式是不同的，通常有四种不同的流动状态，即泡状流、弹状流、环状流和雾状流，如图 6-2 所示。当受热面热负荷不大时，汽水混合物中的蒸汽含量较少，流速很低，只是在管壁上产生少量小汽泡（壁面上产生汽泡的那些“点”叫做汽化核心，这种状态 的沸腾称为核态沸腾），这些小汽泡分散在水中，随着水流一起向上流动，这种 流动状态叫做汽泡状流动，如图 6-2 所示的 A 段。随着受热面热负荷的加大，产生的蒸汽量也增多，小汽泡就合并成大汽泡，占据了管子中的大部分截面。由于密度不同，汽水向上流动时，汽的流速高于水 的流速，因而水对汽泡有阻力，将汽泡逼迫成炮弹形状，这种流动状态称为弹状流动，这时弹状汽泡与管壁之间被较薄的水层隔开，如图 6-2 所示的 B 段。当受热面热负荷再加大时，蒸汽含量更多，弹状汽泡的长 度不断增长，各弹状汽泡之间的水柱则逐渐缩短，最后各弹状 汽泡汇合成一个蒸汽柱沿管子中心向上流动，水在蒸汽柱与管 壁之间成环状沿管壁向上流动，这种流动状态称为环状（或汽 柱状）流动，如图 6-2 所示的 C 段。当受热面热负荷进一步增加时，蒸汽含量和汽水流速都很 大，水环逐渐变薄，最后只在管壁上形成很薄的一层水膜，由 于壁面上的水膜逐渐被“蒸干”，同时高速汽流也会将水膜撕破， 形成许多细小的水滴，并将水滴均匀分布在汽流中，汽、水形成雾状混合物，这种流动状态称为雾状流动，如图 6-2 所示的 D 段。这时，虽然汽流中仍含有一些细小水滴，但由于管内壁上 的水膜已不复存在，形成管壁直接与蒸汽接触，管壁对工质（蒸 汽）的放热大大减弱，管壁温度急剧升高，很容易造成管子过 热而烧坏，这种现象称为沸腾传热恶化。蒸发受热面管中汽水混合物的流动特性，一般与管内工质 的质量流速、蒸汽含量、压力的高低和受热面热负荷的大小等因素有关。以上所述的四种流动状态，是在热负荷和压力都不太高的条件下得出的。当压力提高时，从一种流动状态转变为另一种 流动状态的范围将缩小，甚至完全消失。对弹状流动，由于压 力提高时，水的表面张力减小，不易形成大的汽泡，故弹状流动的范围将随压力的升高而缩小，当压力达 10MPa 时，弹状流动完全消失，这时随着产汽量的增多，汽水混合物就直接由汽泡状流动转变为环状流动（当流速增加时，环状流动存在的范围也会缩小）。若增大热负荷，则环状流动的范围同样会缩小甚至完全消失，雾状流动将会提前发生。当热负荷很高时，传热恶化将可能在汽泡状流动范围内发生。这时，由于管子受热十分强烈，壁面上的汽化点很多，在管子内壁上汽泡的生成速度大大超过汽泡的脱离速度，管子内壁形成一层连续而稳定的汽膜，将水挤向管子中部，这种状态的沸腾叫做膜态沸腾，也是一种沸腾传热恶化现象。这时，由于管壁得不到水的冷却，而紧贴管壁的汽膜导热性又很差，因而管壁的温升十分迅速，往往造成管壁超温破坏。从上述蒸发管的汽水流动状态可知，要使蒸发受热面安全可靠地工作，必须要有良好的水循环，即保证工质以一定的速度连续流动，使管内壁保持一层连续而稳定的水膜，以对蒸发管进行有效的冷却；同时应限制受热面热负荷，避免在 蒸发管的汽泡状流动范围内产生沸腾传热恶化现象。在循环流化床锅炉设计中，水循环一般问题不太大，与常规的锅炉水循环相近，运行时水循环是非常稳定的。

二、汽包

【锅炉圈】烧锅炉必备知识：汽包的结构与工作原理（各种照片）

【锅炉圈】学好锅炉，先从了解汽包构造开始！

【锅炉圈】锅炉有一个怎样的汽包

汽包，也叫锅筒，位于炉前顶部，横跨炉宽方向。汽包是锅炉蒸发设备中的主要部件，起着锅炉蒸发回路的贮水器的功能，在它内部有分离设备以及加药管，给水分配管和排污管等，是一个汇集炉水和饱和蒸汽的圆筒形容器。现代锅炉都只用一个汽包，横置于炉膛的顶部，不受火焰和烟气的直接加热，并进行良好的保温。

1、 汽包的作用

汽包的作用主要有以下几点：

1) 是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环

2) 内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸汽品质。

3) 有一定水量，具有一定蓄热能力，缓和汽压的变化速度。

如当外界负荷增加而尚未进行燃烧调节时，汽压要下降，则汽包中的水温就 要从原来较高汽压下的饱和温度降低至相应于较低压力下的饱和温度。随着水温下降，水冷壁、下降管、汽包的金属壁温度也降低。水和金属的温度降低，当然就要放出热量，这些热量用来使部分炉水汽化，就会多产生一些蒸汽（称为附加蒸发量），这样就部分地弥补了蒸汽量的不足，使汽压下降的速度减缓。相反，当外界负荷降低时，水和金属会吸收热量，使汽压上升的速度减缓。

4) 汽包上有压力表、水位计、事故放水、安全阀等设备，保证锅炉安全运行。

2、汽包的结构

汽包本体是一个圆筒形的钢质受压容器，由筒身（圆筒部分）和两端的封头 组成。筒身由钢板卷制焊接而成，凸形封头用钢板冲压而成，然后两者焊接成一体。封头上开有人孔，以便进行安装和检修。封头为了保证其强度，常制成椭球形的结构，或制成半球形的结构。半球形封头的应力分布很均匀，只要其厚度不小于筒身的厚度，强度是足够的。汽包内设置了覆盖汽包总长范围内的汽水大联通箱，可将汽包内的炉水和进入汽包的给水与汽包内壁隔开，避免炉水和进入汽包的给水与温度较高的汽包壁 直接接触。汽包水侧内壁绝大部分覆盖在汽水大联通箱之下，其壁温与汽水混合 物温度（即汽包工作压力下的饱和温度）一致，同时，也与暴露在饱和蒸汽空间 的汽包内壁温度一致，从而降低汽包壁温差和热应力。汽包外面有许多管座，用以连接各种管道，如给水管、下降管、汽水混合物 引入管、蒸汽引出管、连续排污管、事故放水管、加药管、连接仪表和自动装置的管道等。汽包与这些管道的连接现在都采用焊接，即预先在汽包上开好管孔，在管孔内焊上短管（称为管座），安装时只需将管子对焊在管座上即可。对于给水引入管等工质温度可能波动并低于筒壁温度的管道，在与汽包连接时还带有保护套管，以避免汽包壁产生局部应力。为了使汽包便于与大量的管子连接，故现代锅炉的汽包一般都在炉前顶部作横向布置，即平行于前墙布置。汽包内部装有各种提高蒸汽品质的装置，如汽水分离装置、蒸汽清洗装置、连续排污装置、加药装置、分段蒸发装置，还有给水分配装置、事故放水管等。通常在两端封头上都开汽包的人孔，以备安装及检修用，同时起通风作用。人孔为椭圆形或圆形，人孔盖一般由汽包里面向外关紧，这样可以借助于运行中汽包内的压力将人孔盖压紧。在人孔盖与人孔的结合面处有衬垫，以确保关闭严密。现代锅炉的汽包通常是采用圆形人孔，其人孔盖是事先装在封头内侧的，孔盖与封头之间是活动连接。由于现代锅炉普遍采用悬吊式构架，故汽包的支吊方式都采用悬吊，即用吊箍将其悬吊在炉顶钢梁上，以保证运行中汽包能自由膨胀。在中、小型锅炉上，一般是用滚柱支座将汽包支承在钢架上。

3、汽包内部设备

①、旋风分离器：

锅筒内部沿筒身全长两侧布置共有数量不等的旋风分离器，旋风分离器由筒体、引入管、顶帽、溢流环、筒底导叶和底板组成，能消除高速进入锅筒的汽水混合物的动能，以保持水位平衡和进行汽水混合物的粗分离，分离出的蒸汽沿分离器中部向上流动，而分离出的水沿筒内壁向下流动，平稳地流入锅筒的水空间。一般采用采取相邻两个旋风分离器旋转方向相反的布置方式， 可以消除旋风分离器排水旋转造成汽包水位的偏斜，保持汽包水位平稳。

②、梯形波形板分离器（顶帽）：

每只旋风分离器上部装有一只梯形波形板分离器，以均匀旋风筒中蒸汽上升速度，在离心力的作用下将蒸汽携带的水分进一步分离出来。

③、蒸汽清洗孔板及均汽板：

蒸汽清洗孔板为汽包的中上部，其上有清洁给水层，当蒸汽穿过水层时，便将溶于蒸汽或携带的部分盐份转溶于水中，以降低蒸汽的含盐（硅酸的溶解性携带）。靠近汽包的顶部设有均汽多孔板，均匀汽包内上升蒸汽流，并将清洗后的蒸汽中的水分进一步分离出来。④、排污管：

连续排污管布置在锅筒水空间的上部，以排出含盐浓度最大的锅水，维持锅水的含盐量在允许的范围内。连续排污管一般为多孔管，在汽包中部用三通汇成单根后由一端引出。⑤、加药管：

利用加药管沿全长向锅筒水空间加入磷酸盐（磷酸三钠），维持锅水碱度在 PH=9.0 ~9.7 范围内，降低硅酸盐的分配系数，降低蒸汽的溶解性 携带。

⑥、事故放水（紧急放水）管：

当锅炉给水与蒸发量不相吻合而造成水位增 高超过最高允许水位时，应通过紧急放水管放水至正常水位，防止满水造成事故。由于事故放水管只是将多余的炉水放掉，为防止放水时操作不慎又造成缺水，所以事故放水管的开口一般在汽包正常水位处（即 0 水位处）。

4、 汽包内的汽水流程

从省煤器来的给水经过汽包上部清洗水分配装置均匀的分布到孔板上，然后进入汽包水室，蒸汽自下而上通过清洗水层进行清洗；沿整个汽包直段上都装有弧形挡板，在汽包下半部形成一个夹套空间。从水冷壁汽水引出管来的汽水混合物进入夹套，再从汽水旋风分离器进口切向进入筒体，在筒体内产生旋转，利用改变流动方向时的惯性进行惯性分离：水贴近壁面，汽集中在中间。大部分水从底部叶片的空隙中流出，进行汽水混合物的第一次分离。带水蒸汽（湿度 1%左右）向上进入旋风分离器顶部的百叶窗分离器，由于蒸汽进入百叶窗分离器的流速低，而且汽流方向经多次突变，蒸汽携带的水滴能较好地粘附在波形板的表面上，形成水膜并靠重力流入汽包的下部，蒸汽在的百叶窗分离器内完成二次分离（湿度接近 0.1%）。最后经过蒸汽清洗孔板清洗，利用水的密度差进行重力分离，这是三次分离；蒸汽经过三次分离后，达到了蒸汽质量标准（湿度小于 0.1%），经过汽包顶部的均汽孔板后流入集汽室，再经锅炉筒顶部由饱和蒸汽管引往包墙过热器。分离出来的水进入锅炉水空间，通过防旋装置进入集中下降管，参与下一次循环。

5、 汽包水位计

锅炉正常水位在汽包中心线以下，高于或低于此水位的长期运行将影响分离器的性能。如果汽包水位高于正常水位（最高安全水位或高报警水位），DCS 发出警报；如果高于正常水位（最高水位或高水位跳闸），锅炉自动停炉。高水位引起卧式分离器内水泛滥，降低汽水分离能力；低水位也会使分离器效率降低，湿蒸汽离开汽包进入过热器系统。如果汽包水位低于正常水位（最低安全水位或 低警报水位），DCS 发出警报；如果低于正常水位（最低水位或低水位跳闸），锅炉自动停炉。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈！蒸汽夹带的水分会导致固体杂质沉积在过热器管壁和汽轮机叶片上，对电厂的安全经济运行产生重大危害，故锅炉运行入员应经常监视汽包水位。

为正确监视水位，汽包设置了如下装置：

①、平衡容器：

安装在汽包筒身上及左右封头上，与压差变送器配套使用， 对汽包水位进入监控，并对外输出水位变化时的压差信号。

②、就地水位表：

安装于锅炉汽包两侧，左右封头各一个，作就地水位计， 监视、校核汽包水位。

③、电触点水位计：

安装于锅炉汽包两侧，左右封头各一个，具有声光报警， 闭锁信号输出等功能，作为高、低水位报警的指示、保护用。高压锅炉一般采用“5 套配置”，即“2 套就地水位表和 3 套差压式水位测量 装置”，主体思路是以差压水位计实现监控保护三个功能子系统功能：监视仪表系统，以派生于自动调节系统的差压水位计（CRT 水位计）为监视系统基准表 （主表），以 1 个云母（或牛眼）水位计（可带工业电视，即水位 TV）、1 个配 套普通测量筒的电接点水位表为辅助仪表；以 3 套差压水位计为信号源的“三选 中”自动调节和“三取二”保护系统。

1）就地水位计作用：

一是用来指示汽包内的水位，二是用来校对核实操作盘上远传水位表 的准确性。

工作原理：

水位计是用连通管的工作原理，指示汽包水位的。根据连通管原理，两个形状不同、大小不等的容器在底部连接起来，如果上部压力相同，则液位的高度相等。汽包和水位计可作一连通器，连通器两液面上压力相等。但由于水位计本身及水连通管的散热，使水们计中的水与汽包内的锅水相比，温度低、密度大，所以水位计指示 的水位要比汽包内实际水位低。现在锅炉的就地水位计基本采用双色水位计。

双色水位计：

主要由表体、阀门、生物质循环流化床锅炉及辅助设备光源总成（光源箱、观察罩）可调式电源器组成。

工作原理：

无盲区双色水位计观察孔在表体两条直线上，通过观察孔交错组合消除中间的盲区。由发光二极管发出的红、绿光，分别射向表体的观察窗，在表体的汽相部分，红光射向正前方，绿光射到壁上被吸收；在液相部分由于水的折射使得绿光射向正前方，红光斜射到壁上被吸收。因此，在正前方观察将获得， 汽红水绿及汽满全红、水满全绿的效果（见上图）。

2）平衡容器

平衡容器与压差发讯器配套使用，可以在锅 炉启动、停炉过程中及正常运行情况下反映汽包 内质量（重量）水位。平衡容器由正压补偿管、负压管、水杯、滤斗等组成。由于饱和蒸汽同时对正压补偿管和负压补偿管加热，正压补偿管内水的重度，在任何情况下都近似等于相应汽鼓压力下饱和水的重度。同时，由于正确的选用正压补偿管的高度，不论汽鼓内压力如何变化，正压补偿管的压力与负压补偿管的压力变化值均相等，因此平衡容器所产生的压差不变，而低置水位表指示的水位也不变。又因为，由平衡容器引出相等的一段正、负压管内水温度，虽然受汽鼓压力和室温变化的影响，但它们的变化是相等的，所以对平衡容器产生的压差没有影响。平衡容器有双室和单室之分，现场多用单室平衡容器。单室平衡容器的工作原理：

从汽包内的汽水侧各引出一根导管，汽侧蒸汽凝结为水后，水位基本不变，水侧随汽包内水位变化而变。通过测量这两根管子内的差压，然后将此差压放大，转换，即可测出汽包内水位变化。

注：必须保证单室平衡容器安装后与汽包引出管处于水平位置。且单室平衡容器外部不准保温。

3）电接点水位计：

主要由测量筒体、陶瓷电极、二次仪表等几部分组成。

工作原理及特点：

利用炉水和蒸汽的导电率差异的特性进行测量。由于液位变化使部分电极进入水中，部分电极置于蒸汽中，炉水中电极对筒体的阻抗小，蒸汽中的电极对筒体的阻抗大，利用这一特性，可将非电量的水位转化为电量，送给智能二次仪表，从而实现水位的显示、报警输出等功能。

3）汽包水位的调节：采用三冲量调节方式，有效避免虚假水位。

三冲量给水自动调节：

所谓三冲量给水自动调节，是指给水自动调节器根据汽包水位脉冲、蒸汽 流量脉冲和给水流量脉冲三个脉冲信号进行汽包水 位调节的。因为给水自动调节的对象是汽包水位，所以汽包水位是主脉冲信号。汽包水位反映了蒸汽流量和给水流量之间的平衡关系，通常是蒸汽流量 因锅炉负荷变化而改变时，在给水流量未改变之前，因平衡破坏才引起汽包水位变化的，即蒸汽流量变化在前，汽包水位变化在后，所以蒸汽流量脉冲称为导前脉冲。调节器接受导前脉冲或主脉冲信号后，发出改变给水调节阀开度的信号，给水流量改变的脉冲又送至调节器，所以，给水流量脉冲称为反馈脉冲。三冲量给水调节器调节灵敏，调节质量好，汽包水位波动很小。

虚假水位：

当负荷骤增，汽压下降时，水位短时间增高。负荷骤增，压力下 降，说明锅炉蒸发量小于外界负荷。因为饱和温度下降，炉水自身汽化，使水冷壁内汽水混合物中蒸汽所占的体积增加，将水冷壁中的水排挤到汽包申，使水位 升高。反之，当负荷骤减，压力升高时，水位短时间降低。

三、下降管作用：

将汽包中的水通过下降管连续不断地送至水冷壁下联箱，以维持正常的水循环。下降管的一端与汽包连接，另一端直接或通过分配支管与下联箱连接。为了保证水循环的可靠性，下降管自汽包引出后都布置在炉外，不受热，并加以保温 以减少散热损失。下降管的钢材一般采用 20 号碳钢。现在高压以上大容量锅炉都采用根数较少（一般为 4~6 根）的大直径下降管，其下部是通过分配支管与水冷壁/翼墙管 下联箱连接，以达到配水均匀之目的。下降管重量主要由锅筒，水冷壁和锅炉钢结构分担，集中下降管支吊在前水 冷壁下集箱上，并设有两层导向装置。悬吊水冷屏分散下降管支吊在刚性平台上。

四、联箱

除蒸发设备外，过热器、再热器、省煤器等设备上也有联箱。

三冲量给水自动调节系统

现代锅炉都采用圆形联箱，它实际上是直径较大、两端封闭的圆管，可用来连接两部分相同或不同管数和管径的管子。

联箱在系统中主要起汇集、混合、再分配工质的作用。

通过一些管子把工质 引进联箱，即起汇集工质的作用；工质在联箱内相互混合，起到将工质温度均匀的作用，消除或减小前段受热所形成的热偏差；由联箱通过管子把工质引出去，起到再分配工质的作用。圆形联箱通常用轧制的无缝钢管两端焊上弧形封头或平封头制成。联箱一般布置在炉外不受热，其材料常用 20 号碳钢。常用的水冷壁联箱尺寸有Φ219×16（用于中压）、Φ273×28、Φ273×36 等，其长度由所需连接的管数决定。联箱与管子的连接现在都采用焊接，联箱上都带有与管子对焊用的管座（也叫管头或焊接短管）。水冷壁下联箱，通常都装有定期排污装置和膨胀指示器，为节省燃料，还装有锅炉启动时的蒸汽加热装置（邻炉加热）。

五、水冷壁

水冷壁：敷设在锅炉炉膛四周，由多根并联上升管组成的水冷包壳，一般垂直地布置在炉膛内壁四周或部分布置在炉膛中间。主要吸收炉膛中高温燃烧产物的辐射热量，工质在其中做上升运动，受热蒸发。

作用：

1) 是现代锅炉的蒸发受热面。即依靠炉膛高温烟气对水冷壁的辐射传热，使水受热产生饱和蒸汽。与对流受热面相比，辐射受热面的热负荷要大得多；热负荷大，则传递同样的热量可以用较少的受热面积。所以，采用水冷壁作为蒸发受热面可以节省金属。

2) 保护炉墙。炉膛敷设水冷壁，由于炉墙内表面被水冷壁管遮盖，因而炉墙温度大为降低，同时可使炉膛出口烟气被冷却到灰的软化温度以下，有利于防止炉墙和受热面结渣以及熔渣对炉墙的侵蚀。

3) 可以简化炉墙结构，减轻炉墙质量（便于采用轻型炉墙）。当采用膜式水冷壁时，水冷壁还起着悬吊炉墙的作用。

1、水冷壁的主要结构形式

现代高压以上大容量锅炉的水冷壁，一般都是将水冷壁管两端与联箱一起制成组合件，以便于安装。管子钢材通常采用碳钢，在亚临界锅炉上有采用低合金钢的（如 15CrMo 钢）。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈！现代锅炉的水冷壁都是通过其上联箱悬吊在炉顶钢粱上，受热时向下膨胀。水冷壁的主要结构型式有光管式、销钉式、膜式和内螺纹管式。由于循环流 化床锅炉炉膛压力较高，因此不采用光管式水冷壁，而是采用膜式水冷壁管。

1）膜式水冷壁：

这种水冷壁如图 6-5 所示。它是将整个水冷壁管连成一体，使炉膛空间四周被一层整块的水冷壁严密地包围起来，因此称为膜式水冷壁。膜式水冷壁有两种结构形式，如图：一种是光管之间加焊扁钢，这种结构形 式在亚临界压力锅炉上有应用；另一种是目前我国普遍采用的由轧制的鳍片管焊 接而成的膜式壁结构，这种结构是把一根根鳍片管沿纵向相互焊接在一起，并按水循环回路的要求焊制成若干个膜式壁组件，安装时再将各组件焊接起来，组成 整块的水冷壁受热面。鳍片管的结构如图 6-6 (b）所示。管子与其两翼的鳍片是轧制成一体的，鳍片的断面大致成梯形。图中所示为超高压锅炉上采用的一种鳍片管，其鳍片的顶宽、根宽和高分别为 6mm、9mm 和 10mm。由于运行中鳍片的冷却条件比管壁差，故鳍片的几何尺寸不宜过大。若鳍片过高，则其顶部的温度将较高；鳍片过厚，则其两面金属的温差将较大。它们都会产生很大的热应力，甚至过热损坏，危及膜式水冷壁的安全。循环流化床锅炉的膜式水冷壁通常采用Φ60×6.5 的管子，材料为 20g。采用膜式水冷壁时，要求相邻管子间的热偏差要尽量小；若相邻管间温差过 大，则由于膨胀不均、热应力过大易导致管子损坏。

2）悬吊水冷屏：

为增加水冷壁吸热能力，降低炉膛温度，还可以采用在炉膛前上部增加水冷壁受热面，及悬吊水冷壁；悬吊水冷屏也采用膜式结构，在悬 吊水冷屏下部水平段、倾斜段及一部分垂直段设置有耐磨材料，以防止炉内灰粒子对屏式受热面的磨损、冲蚀。悬吊水冷屏下部穿墙处通过密封罩壳固定在前墙 水冷壁上，整个悬吊水冷屏除随前水冷壁向下膨胀外，还有部分向上膨胀，通过 弹簧吊架悬吊在大板梁之上。

2、水冷壁的刚性梁结构

现代高参数、大容量锅炉，由于炉膛都比较高大，水冷壁管屏又长又宽，特别是采用膜式水冷壁后，炉墙只是一层很薄的保温层，炉墙外层又无框架梁和护板， 因此水冷壁和炉膛的刚性较差。为了增强水冷壁和整个炉墙的性，承受炉内压力波动而产生的作用力，减轻振动，并防止炉内发生爆燃事故时水冷壁产生过大的结构变形或损坏，故采用刚性梁结构。刚性梁就是在炉膛外侧四周用型钢（通常用工字钢和角钢）将前后左右的水冷壁围起来，四个角再连在一起，沿炉膛高度每隔一定距离围一圈，好像一圈腰带将水冷壁框紧，使整个水冷壁成为刚性整体，如图所示。

第五节 过热系统

从蒸发系统中汽水混合物经汽包内部汽水分离后，引到过热器系统加热到相应压力下的过热蒸汽。过热器是电厂锅炉的重要组成部件，它的作用是将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。过热器是锅炉所有受热面中工作温度最高的受热面。过热器管内流过的是高 温蒸汽，其传热性能较差，而管外又是高温烟气，这就决定了过热器的管壁温度比较高。此外，运行中并列各管间还存在受热偏差，故实际的最高壁温可能会超 过管子金属材料的极限耐热温度。所以，过热器的工作条件都是比较差的。运行中如果壁温长期超过钢材的极限耐热温度，则会造成管子胀粗以致爆破损坏。从实际运行中管子发生的损坏特别是过热器管损坏的情况来看，往往就是由于管子长期超温过热而引起的。大型循环流化床锅炉的过热器布置方式较多。通常都以对流过热器和屏式（翼墙）过热器两种方式布置。其中对流式过热器布置在尾部烟道中，屏式（翼 墙）过热器布置在炉膛中。

一、过热器的结构

循环流化床锅炉的过热器有多种结构型式，一般按传热方式分为烟气对流式、炉内辐射式这两种基本型式。

1、对流式过热器

布置在锅炉烟道中，主要依靠对流传热方式吸收烟气热量的过热器称为对流过热器。对流过热器有两种结构形式：一种是由许多平行并列的蛇形管和进出口联箱所构成；另一种是布置在尾部烟道上部由膜式壁和进出口联箱组成的包墙管过热器。

1）蛇形管对流过热器的基本结构：

循环流化床锅炉的蛇形管对流过热器是由布置在尾部竖井烟道中的许多平行并列的蛇形管和进出口联箱所构成，如图 6-11 所示。蛇形管与联箱之间采用焊接连接。联箱布置在炉墙外面。蒸汽在蛇形管内流动，蛇形管外受到烟气的横向冲刷。这样，烟气将热量传给蛇形管，蒸汽则从管壁上将热量带走，从而蒸汽受到加热，温度得到提高。过热器蛇形管一般采用外径为 28~42mm 的无缝钢管，其壁厚由强度计算确定，一般为 3~ 9mm。蛇形管管圈的弯曲半径一般为 l.5~ 2.5d（d 表示管子外径），若弯曲半径过小，则弯头外侧管壁太薄，将影响强度。循环流化床锅炉过热器管束的钢材，根据工作条件即壁温来确定，低温段可用 20 号碳钢或低合金钢，高温段常用铬钼钢 或铬钼钒钢，如 15CrMoG、12CrMVG 等，高温段出口区则一般用 12CrMoVG 、 12Cr2MoWTiB、SA213 - T91 或同等级的耐热性能较好的合金钢。对流过热器并联蛇形管的数目，主要取决于管内蒸汽流速，蒸汽流速按管子的壁温状况和过热器的压力降大小来决定。蒸汽流速高，则传热性能好，管壁金属能得到较好的冷却，但压降也增大，过热器系统允许的压降一般不应超过其工作压力的 10%。对流过热器区的烟气流速按传热性能、飞灰磨损和积灰等多方面因素来考虑。烟气流速高，则传热性能好，可以减少过热器的受热面面积，但飞灰对管壁的磨损较严重；烟气流速过低，则不仅影响传热，而且容易积灰。对流过热器区的烟速一般为 8 ~12m/s。根据锅炉容量和过热器管内必须维持的蒸汽流速，对流过热器的蛇形管可以采用不同结构的管圈形式，即可以增加或减少同一排管子管圈的重叠数，如图所示。大容量锅炉的过热器一般采用多管圈结构。当管圈重叠数增多时，蒸汽流通截面积增大，则蒸汽演'速可以降低；反之，则蒸汽流速可以提高。但是，管圈重叠数不宜太多，否则容易引起蛇形管之间的蒸汽流量分配不均，造成温度偏差。

2）对流式过热器的布置。

对流过热器按照烟气与蒸汽的相互流向可分为顺流、逆流及混流等几种布置方案，如图所示。顺流布置时，其蒸汽温度高的一端，处于烟气低温区，因而管璧温度较低，比较安全，但其传热温差最小，传热性能较差，需要较多的受热面，不经济。逆流布置具有最大的传热温差，故传热性能好，可以节省受热面，较经济，但其蒸汽温度高的一端正处在烟气高温区，壁温高，故安全性较差。所以，一般不用纯顺流或纯逆流的布置方案。双逆流布置的过热器的特点是充分利用了逆流布置传热性能好的优点，又将蒸汽温度的最高端避开了烟气高温区，从而改善了蒸汽高温端管壁的工作条件。混流布置的过热器的特点则是低温蒸汽段为逆流，有较好的传热性能，而高温蒸汽段为顺流，其管壁温度又不会过高。故总的说来，混流布置和双逆流布置的过热器的壁温虽高于顺流布置的过热器，但却低于逆流布置的过热器，其经济性也在顺流与逆流之间，而混流布置方案则更为合理，因此得到了广泛的应用。

在现代高参数锅炉中，高温对流过热器常作为整个过热器系统的最后一级，并常采用两侧逆流、中间顺流的混合布置方案。在这种混流布置方案中，逆流与顺流部分按烟气流向是并联布置故称为并联混流，如图，其蒸汽温度较低的冷段部分，在烟道两侧为逆流布置，蒸汽温度高的热段部分，在烟道中间为顺流布置，这样使“冷段”有较好的传热性能，而“热段”金属壁温又不致过高。

3）管子的布置方向与排列方式。

对流过热器按照管子的放置方向，有立式和卧式两种布置形式。

卧式布置：优点是疏水比较方便，但易积灰，且管子的支吊比较困难。大型循环流化床锅炉多采用悬吊管的支吊方式，即用有工质冷却的受热面管（如省煤器的引出水管）作为悬吊管。过热器蛇形管直接或间接地支吊在悬吊管上，悬昂管与锅炉顶部的悬吊结构相连接。卧式过热器与锅炉尾部烟道中其他卧式布置受 热面的悬吊方式是相同的。对流过热器的管子有顺列和错列两种排列方式。在其他条件相同时，错列管束的传热系数比顺列管束的高。但顺列排列有利于防止结渣、减轻磨损和吹扫积灰，其横向管间节距 S1/d 一般为 2~3（错列时为 3~3.5），纵向管间节距 S2/d 一 般为 1.8~2.5。S2/d 主要取决于蛇形管的弯曲半径，在管子弯曲半径允许的条件下，纵向节距应小一些，以使过热器的结构较紧凑。为了防止管间结渣，常把过热器管束靠近炉膛出口的前几排蛇形管拉稀布置，以加大管距，拉稀部分的管子成错列排列，一般 S1/d≥4.5，S2/d≥3.5。

国产中压循环流化床锅炉一般在高温水平烟道中采用立式顺流布置的对流 过热器，在尾部烟道中采用卧式错列布置的对流过热器。

4）包墙管过热器

在循环流化床锅炉中，为了采用悬吊结构和敷管式炉墙，在尾部竖井烟道的内壁，像膜式水冷壁那样布置膜式壁过热器管，称为膜式包墙管过热器。这样可将尾部竖井的耐火保温材料直接敷设在包墙管外侧上，形成敷管炉墙，从而可以减轻炉墙的质量，简化炉墙的结构，并减少炉墙漏风。包墙管悬吊于炉顶，采用比较简单的全悬吊锅炉结构。循环流化床锅炉尾部烟道包墙管的管径通常与对流式过热器相同。管间节距 S/d：2~3。膜式包墙管可以保持锅炉的严密性，减少漏风，并可节省钢管耗量。包墙管紧靠炉墙，仅受烟气单面冲刷，而且烟速较低，因此传热效果较差。图 6-14 是某高压循环流化床锅炉尾部包墙过热器的布置和蒸汽流程。如图 6-14 所示，来自汽包的蒸汽，进入侧包墙上联箱，经侧包墙管过热器向下流入侧包墙下联箱，然后进入前包墙下联箱，向上流过 前包墙后流入烟道进口下联箱，再同时流入两个烟道进口垂直联箱、然后流入前墙进口上联箱，再依次流经顶棚包墙管、后墙包墙管流入后墙下部联箱。后墙下部联箱也是第一级对流式过热器的入口联箱。在某些循环流化床锅炉中，前包墙膜式壁管，以拉稀管的形式（拉稀成 2~3 排），直接穿过水平烟道，然后进入设置在炉顶的前包墙上 联箱或者直接弯成顶棚包墙管。

2、辐射式过热器

布置在锅炉炉内高温区域的过热器称为辐射式过热器。实际上，在循环流化床锅炉中，由于炉膛温度不高，炉内布置的辐射式过热器以对流方式吸收的热量仍占有相当份额，但习惯上仍称为辐射式过热器。尽管如此，由于循环流化床锅炉炉膛温度随负荷的增减变化不大，因此在变负荷时，炉内辐射式过热器仍能起到调节过热器出口蒸汽温度的作用。

二、再热器

1、结构

再热器管束结构与过热器类似，同样可以布置在炉内、尾部烟道和外置式流 化床热交换器中。与过热蒸汽相比，再热蒸汽的压力较低，对再热器管壁的冷却能力较弱；由于受系统阻力不能过高的限制（否则对热力系统的热经济性影响很大），再热蒸汽的流速远低于过热蒸汽的流速，因此再热器管子直径要比过热器管子直径略大一些。国产 135-150MW 级循环流化床锅炉一般在尾部烟道布置低温段再热器，在炉内采用翼墙管屏形式布置高温段再热器。为了调节再热汽温，对流式再热器与对流式过热器分别平行地布置在尾部竖井的前后烟道中，在两者之间设置汽冷分隔墙。也有将再热器全部布置在尾部竖井的前烟道中的布置方案，此时低温过热器和中温过热器均采用翼墙管屏结构，布置在炉膛中；并在尾部竖井的后烟道中，由上到下依次布置高温过热器和高温省煤器。采用烟气挡板调节进入再热器烟道的烟气量，对再热汽温进行粗调。在两级再热器之间还设置有喷水减温装置，对再热汽温进行细调。此外，在低温段再热器入口还设置有事故喷水装置，以保证再热器的安全。低温再热器布置在尾部烟道时，管子材料可采用 20G、15CrMoG 或 12Cr1MoVG。当高温再热器布置在炉膛中，管子材料采用 SA213 - T91；当高温 6162 再热器布置在尾部烟道中，管子材料采用 12Cr1MoVG 或 SA213 - T91。

2、再热器的安全保护

由于再热蒸汽压力低、比体积大、密度小，其传热系数比过热蒸汽小得多，因此在相同的蒸汽出口温度时，再热器管壁温度要比过热器管壁温度高出很多。此外，由于再热器系统阻力不能过高，再热蒸汽的交叉流动布置也受到限制，在同等条件下的热偏差高于过热器，因此再热器的工作条件比过热器更恶劣，必须重视对再热器的安全保护。此外，再热器还存在一个锅炉启动过程和汽轮机甩负荷后的冷却保护问题。在汽轮机甩负荷时，再热器与过热器不同，过热器可以引入饱和蒸汽冷却，然后将蒸汽排向大汽或凝汽器；而在再热器中，则由于汽轮机甩负荷而中断蒸汽来源，使再热器有烧坏的危险。为此，在过热器与再热器之间，装有快速动作的减温减压器，在启停和汽轮机甩负荷时，将高压过热蒸汽减温、减压后送入再热器中进行冷却，再热器出口蒸汽则经减温、减压后排入凝汽器或排入大气。

国产带有中间再热的大型循环流化床锅炉往往还采用以下措施保护再热器安全：

1) 在翼墙管屏再热器和对流式再热器入口安装烟温测点，通过燃烧速率的调整，控制启动过程中烟温不超过设定值，确保再热器可以在短时间内安全地“干烧”；

2) 在再热器进出口管路上设置安全阀，且出口安全阀的整定压力低于进口安全阀，确保事故状态时，整个再热器仍可得到充分的冷却，从而有效保护再热器；

3) 再热器管束、管屏选用高级合金钢材制造，有较大的裕度；

4) 在再热器管束、管屏出口设置对空排汽；

5) 在再热器管束、管屏入口设置事故喷水。

3、 启动旁路系统

设置旁路系统的主要目的是为了改善机组启动工况以及在发电机组全部甩负荷时，快速减少锅炉负荷，保护再热器系统，达到停机不停炉或带基本负荷的目的，这有助于电网的稳定性和减少损失。

设置启动旁路系统主要有以下几个优点：

1) 汽轮机甩负荷或紧急停炉时冷却再热器。在汽轮机甩负荷过程中，由于汽轮机的切除而不再向锅炉提供再热蒸汽，由于耐火材料和床料的蓄热，整台锅炉的温度难以在短时间内降下来，需要部分蒸汽去冷却保护再热器，此时应投入旁路系统。

2) 有时汽轮机或发电机局部故障需停机检修，希望停机不停炉或带厂用电的目的，一般需要借助旁路系统稳定锅炉的最低负荷以使损失降到最小，此时旁路系统也起到了防止再热器干烧功能。

3) 改善机组的启动性能。在机组启动时，降低锅炉的热损耗，并能控制锅炉汽温，使与汽轮机汽缸金属温度较快地相匹配，从而缩短启动时间和减少汽轮机的寿命损耗。

4) 减少锅炉的起停次数，经济性好。当汽轮机或电动机出现故障而需要短期停机检修时，用旁路系统带锅炉最低稳燃负荷，故障排除后立即投运，可减少锅炉的起停次数，经济性好。

5) 机组甩负荷时减少安全阀的起跳次数。

三、过热、再热汽温的调节

为了调节过热汽温和再热汽温，锅炉过热蒸汽系统和再热蒸汽系统通常采用辐射和对流过热器／再热器相结合的汽温调节方案。下图所示为两种类型过热器的蒸汽温度与额定蒸汽流量百分比的关系曲线。值得注意的是，辐射式过热器中随着锅炉负荷的降低温度反而上升，在最大和最小蒸汽流量之间这一温度变化很小（一般不超过 93℃）。在辐射式过热器中，蒸汽温升与蒸汽流量有关。如果炉膛内的温度基本保持不变，则辐射式过热器的吸热量就基本不变，那么随着蒸汽流速（量）的下降，蒸汽温度将上升。对流过热器的传热取决于流经该过热器的烟气速度和烟气温度。当锅炉负荷下降时烟气速度和烟气温度同时降低，对流过热器的吸热量大幅降低，即使此时蒸 汽流量下降，蒸汽温度仍将下降。锅炉中同时布置对流式过热器与辐射式过热器的目的是要在两者之间找到一个升温和降温的平衡点，以使锅炉在较宽的负荷范围内能够维持额定的蒸汽温度。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈！从图中还可以看出，在 40~100%的负荷范围内，同时布置对流式过热器和辐射式过热器后，汽温随负荷的变化曲线比较平坦。除了采用辐射和对流过热器相结合的布置方案以得到较为平均的过热汽温特性外，运行中还需要采取必要的减温手段对过热汽温进行调节，同时保护过热 器安全。

常有的调温方式有烟气侧调温和蒸汽侧调温。

1、烟气侧调温

烟气侧调温主要采用烟气挡板调节流经过热器／再热器的烟气量；采用烟气 再循环调节进入尾部烟道的烟温、烟气量；通过调整燃烧工况改变烟气量和烟温等措施来调节过热蒸汽／再热蒸汽的出口汽温。烟气侧调温比较滞后，主要用于过热／再热汽温的粗调。

2、蒸汽侧调温 蒸汽侧调温主要采用表面式减温器和喷水减温器两种方式调节（降低）过热器／再热器出口蒸汽温度。对中、低压电 站锅炉，由于给水品质不太高，通常采用表面式减温器；过热蒸汽和给水通过换热表面进行热交换，从而达到调节过热蒸汽温度的目的。

高压、超高压以上等级的电站锅炉一般采用喷水减温器。

将高品质凝结水雾化后喷入过热蒸汽中，由于凝结水汽化吸热，而使过热蒸汽温度降低。减温器在过热蒸汽系统或再热蒸汽系统中的布置位置对蒸汽调节和过热器／再热器保护也相当重要。减温器布置在过热器／再热器之前（蒸汽先流过减温器，再流入过热器／再 热器），对过热器／再热器管壁的安全保护比较及时、可靠，但对过热蒸汽和再热蒸汽温度的调节有滞后；减温器布置在过热器／再热器之后，对过热蒸汽和再 热蒸汽温度的调节非常准确、及时，但对过热器／再热器管壁的安全保护则比较差。因此，在大型电站锅炉的过热蒸汽系统和再热蒸汽系统中，通常设置多级减 温器。减温器用水一般从给水操作台的主给水管道流量计前的供给，减温水管道上 装有截止阀、调节阀、流量孔板、等组成减温水的自动控制装置。

四、过热器与再热器管束的热偏差

过热器和再热器长期安全工作的首要条件是其金属壁温不超过材料的最高允许温度。然而，要满足这一条件是有一定难度的，这是因为过热器和再热器中往往工作在烟气温度较高、工质换热能力较差的场合，因此管壁温度已接近钢材 的最高允许温度。运行时，一旦出现热偏差，就可能导致个别管子因壁温过高或 超过允许温度而爆管损坏。所谓热偏差，是指过热器和再热器管组中因各根管子的结构尺寸、内部阻力系统和外部热负荷不同而引起的每根管子中的蒸汽吸热量不同的现象。蒸汽流量小，外界热负荷大的管子，自然壁温就高。引起热偏差的主要原因有吸热不均和流量不均。

造成吸热不均的主要原因是：

从旋风分离器出来的烟气往往还带有少量的旋 转动能，沿尾部竖井烟道宽度方向上分布不均；进入尾部竖井烟道的烟气的速度 场和温度场客观上呈现中间温度高、速度大，两侧温度低、速度小的现象；此外， =炉膛烟气沿炉膛宽度分布不均、尾部烟道受热面积灰和存在烟气走廊等因素，都会导致吸热不均。

造成流量不均的主要原因是：

对流受热面多管圈结构造成管子长度不同，使得同一管屏中每根管子的流动阻力不同；不适宜的集箱连接方式，也是造成流量 不均的一个重要原因。比如，“U”形集箱连接方式就要比“Z”形集箱连接方式要好。为了防止热偏差，锅炉设计上可以采用受热面分级、分段布置，蒸汽左右交叉，管束加装横向定距装置、加装节流圈调节管子流量等措施。在锅炉运行上，要尽量保持炉膛两侧燃烧工况、温度分布和烟气流量分布均匀；及时吹灰，避免 因积灰和结渣引起受热不均。

思考题：循环流化床锅炉返料系统的结构和工作原理是什么？

在锅炉运行的路上

锅炉圈

感谢大家的转发，喜欢的朋友们点点关注！

赞是一种友谊 | 感恩传递智慧

——————————————————————