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1、锅炉蒸发设备及蒸汽净化讲解一、自然水循环的可靠性锅炉炉膛四周布满膜式水冷壁，水冷壁组成了循环系统的主要部分。省煤器来的炉水由汽包下降管通过分配管进入水冷壁下联箱。下联箱位于锅炉下部的前、后墙及两侧墙，它向水冷壁提供炉水。水冷壁是由下联箱引出的鳍片管组成的膜式水冷壁，前、后墙水冷壁分别有23根管子在火拱起点处从水冷壁上分出，作为悬吊管；炉后墙水冷壁在标高40298mm处分叉，一部分水冷壁（28根）垂直向上，而另一部分水冷壁（106根）延伸到未分叉的水冷壁管组成锅炉折焰角。组成折焰角的水冷壁管在前廊底部成扇形分布，形成前廊水冷壁和出口隔离屏；其余132根管子作为水平烟道侧墙分为6个管屏对称分布在两
2、侧。水冷壁出口联箱（共28个）的汽水混合物由74根导汽管引入汽包。全部水冷壁管下端与28个水冷壁下联箱（前后墙各10个，两侧墙各4个），前后墙水冷壁下部形成50（与水平面的夹角）V型炉底，形成冷灰斗。汽包下部接出6根集中下降管，然后由64根分散供水管与水冷壁下联箱连接。锅炉顶棚及尾部烟道（省煤器以上）的前后墙，两侧墙及顶部分别由顶棚过热器管和包覆过热器管所包覆，以保证炉顶和烟道的密封。在炉膛上部垂直布置有前屏过热器和末级过热器，水平烟道上布置了再热器，在尾部烟道竖井中由上而下分别布置了低温过热器和省煤器；烟气经省煤器后转向进入三分仓再生式回转空预器、电除尘器，由引风机通过烟囱排向大气。省煤器位
3、于尾部竖井烟道的下部，给水经省煤器蛇形管并通过悬吊管汇集到两个出口联箱，然后由20根出口管与汽包相连。为保证锅炉水循环的可靠性，在结构和运行中均采取了相应的措施：1 .适当选取循环倍率循环倍率k的选取。首先应考虑使锅炉具有良好的水循环特性，在锅炉负荷变动时.始终保持较高的循环水量，使水冷壁得到充分冷却，而且当热负荷增加时，各回路循环水量也能随之增加。另一方面，如果循环倍率过低.则水冷壁管内蒸汽质量含汽率就大。在亚临界压力下如热负荷高时，就可能发生传热恶化，也就是安全性差的管子将是受热最强的管子。为此，应保证所有上升管的出口含汽率都不高于04,本锅炉在额定蒸发量时的循环倍率为K=3.2o循环倍率
4、较低是采用内螺纹管阻力增加的结果。2 .采用内螺纹水冷壁管为了防止在炉膛热负荷较高的地带出现膜态沸腾现象；本锅炉在水平烟道前厅以下部分采用了内螺纹水冷壁管。工质在内螺纹管内流动时，发生强烈扰动；将水压向壁面并迫使汽泡脱离壁面被水带走，从而破坏汽膜层的形成，使管内壁温度降低。为了保证循环的安全可靠，在炉底部到前廊入口位置采用螺纹水冷壁。前墙在42297mm以下范围内为内螺纹管，后墙在42415mm以下范围内为内螺纹管，侧墙在42297mm以下范围内为内螺纹管，其范围以上为光管。英国三井巴布科克公司针对60万千瓦亚临界参数自然循环高热负荷的燃油锅炉，曾进行过采用光管和内螺纹管时不同循环回路设计方案
5、的比较。结果发现：采用内螺纹管后，虽然循环倍率由6减为3.2,供水管和导汽管的总截面也有较大幅度的减少，但是水循环的安全裕度却反而增加了。3、减少并列管束的受热不均为了提高水循环的可靠性，循环回路的合理布置是非常重要的。一般来说，炉膛内温度是中间高，旁边低。为了减少循环回路中各水冷壁受热的不均匀性，以及流动阻力的不均匀性，常将水冷壁分成数个独立的循环回路，以提高循环工作的可靠性。当然，划分的回路越多，每一回路的并联管数越少，吸热就越均匀，但结构也复杂了。本锅炉炉拱以下炉膛横截面设计成八角形，主要是考虑到炉角管子的吸热最差。为防止发生循环事故，下炉膛设计成八角形，以增加炉角管的吸热量，减少受热不
6、均。本锅炉的水冷壁系统共分为22个循环回路，前后墙各8个回路，两侧墙各3个回路。锅炉炉膛四周布满水冷壁，水冷壁组成了循环系统的主要部分。省煤器来的给水进入汽包后，由汽包下降管通过分配管进入水冷壁下联箱。全部水冷壁管下端与28个水冷壁下联箱(前后墙各10个，两侧墙各4连接个)，前后墙水冷壁下部形成50(与水平面的夹角)V型炉底，形成冷灰斗。汽包下部接出6根集中下降管，然后由64根分散供水管与水冷壁下联箱连接。4.防止下降管带汽下降管内含有蒸汽会使下降管的重位压头减小，同时.由于下降管中有蒸汽存在，平均容积流量要增加，下降管里的流速就会增加，因而流动阻力也增加。因此，下降管含汽会使总压差变小，对水
7、循环不利.下降管产生蒸汽的原因有：(1)在汽包中导流管出口与下降管入口距离太近，或下降管的入口位置太高，均会由于蒸汽被吸或水位波动而突然降低时，使下降管入口露出水面而使蒸汽进入下降管。(2)炉水在进入下降管时，蒸汽随锅水一起进入下降管。(3)汽包水室含汽，蒸汽随锅水一起进入下降管。（4）汽包内的水在进入下降管的过程中，由于流动方向和流动速度的突然变化，在管口处产生旋转涡流。涡流的中心区是一个低压区，形成空心旋涡斗。如果斗底很深，一直进入下降管，则蒸汽就会由旋涡中心吸入下降管。下降管带汽的原因虽然很多。但对现代大型锅炉而言，由于结构上考虑得较合理，导汽管与相邻下降管的距离一般比较大。下降管从汽包
8、最低部引出，可以避免蒸汽被抽吸或下降管入口露出。另外，高参数锅炉的锅水欠帽一般比较大（本锅炉汽包压力下的饱和水温度与省煤器出口工质的温度之差达约57）,并且采用较大直径的下降管，所以自汽化的可能性比较小。下降管带汽主要是水室含汽及下降管入口截面产生旋涡斗水面所引起的。因在亚临界压力下,汽水分离困难，汽水分离出来的水中含有蒸汽。另外由于采用大直径下降管，下降管入口水速比较大，而蒸汽在水中的上浮速度较小，下降管带汽是很难避免的.为消除旋涡斗，本锅护在下降管进口截面上都加装了防旋格栅和十字板,将下降管入口器面分割成许多细小截面，用以破坏旋转涡流的产生，从而达到防止旋涡斗出现的目的。运行中为防止下降管
9、带汽，应维持正常的汽包水位，防止汽压和负荷的突变。因炉膛内所能布置的水冷壁的数目取决于炉膛周界和管子节距，而管子的高度则取决于炉膛高度。随锅炉容量的增大，炉膛周界的相对长度（折合到每T/H蒸发量的周界长度）减少，使每T/H蒸发量所能布置的管子数目也减少，但水冷壁管子的高度也增加。也就是说，随着锅炉容量的增加，每根水冷壁管必须产生更多的蒸汽。所以，大容量锅炉水冷壁管出口含汽率和循环流速都比较高。炉膛水冷壁管径的选取要考虑多方面的因素。采用较小的管径可以节省金属耗量。从水循环安全方面考虑，为保证管子长期安全工作，应维持足够大的循环流速不太高的出口含汽率。5、水冷壁的支吊和膨胀水冷壁采用全悬吊结构，
10、在所有水冷壁出口联箱上均焊有吊耳，通过悬吊杆悬吊在炉顶梁上。以炉顶部为零点，在锅炉运行时，各墙水冷壁均向下膨胀。二、汽包1.汽包的技术规范：汽包水位报警、跳闸值：期望的最大汽包水位变化10Omm正常水位汽包中心线以上51mm+200mm水位变送器来延时3秒MFT+100mm电接点水位计来报警-100mm电接点水位计来报警-350mm两电接点水位计来或变送器来跳闸2、汽包的作用和结构汽包是自然循环锅炉蒸发设备中的重要部件，它的主要作用有以下三个方面：(1) .它与下降管、联箱、水冷壁等组成水循环系统，同时接受从省煤器来的给水，还供给过热器饱和蒸汽。所以汽包是加热区段、蒸发区段、过热区段三者的连接
11、枢纽。(2) .在汽包中装有各种设备，以净化和提高蒸汽品质。如汽包中的汽水分离装置能分离掉蒸汽中含盐的水滴；清洗装置能去掉蒸汽中的溶盐；汽包中的间隙排污，可以降低炉水含盐量，另外还有进行锅内水处理的加药设备等。(3) .汽包是一个汇集炉水中的饱和蒸汽的圆筒形容器，起储水蓄汽的作用，以适应负荷的骤然变化。3、锅炉排污:锅炉运行中，由给水带入汽包的杂质，除了很少一部分被蒸汽带走外,绝大部分被留在炉水中，使炉水的含盐浓度不断增大。当炉水合盐浓度超过允许值时，将使蒸汽品质恶化。因此，必须排走一部分含盐浓度较大的炉水，代之以比较清洁的给水，以将炉水的含盐浓度维持在一定的范围之内。在锅炉运行中，排走一部分
12、含盐浓度较大的炉水叫做锅炉排污。我厂锅炉有间断排污。间断排污是间断地排出一部分炉水，使炉水合盐浓度不致过高，并维持炉水有一定的碱度。炉水中还可能有些沉渣和铁锈，这些杂质多沉积在汽水系统的较低处，所以经过一定时间后必须把这些杂质排出，这就是定期排污的作用。锅炉排污有炉水损失，也有热量损失，因此锅炉的排污量也应受到限制。我国规定对于凝汽式电厂排污率为1一2%o4.炉内加药处理给水带入的盐分一大部分随排污除去，小部分随蒸汽带入汽轮机，其余则留在炉水中，在蒸发系统内循环。为了防止受热面结垢，汽包锅炉的给水标准中规定了硬度、Fe.Cu等含量。但为了进一步清除炉水中的残余硬度，在汽包锅炉中还应用对炉水的校
13、正处理：其方法是在汽包内加入药剂磷酸三钠（Na3P4）o磷酸盐与炉水中易形成水垢的盐类作用后能生成松散的混渣沉淀，然后由排污除去。稀释后的磷酸三钠由加药系统的加药泵压入汽包，由加药管均匀分配进入汽包水容积中。三、点火后汽包水位的控制1、冷态和温态启动，汽包水位控制如下：a. 一旦要求的汽包水位（冷态-30Omm,温态-15Omm）达到，则锅炉可点火，炉膛热量被水冷壁吸收，汽包内水膨胀，水位上升。b. 一旦第一只燃烧器点火，单冲量汽包水位控制设定点以一个稍低的裕量跟踪实际汽包水位，直至汽包水位上升至Omm的正常水位。这样当汽包水位在Omm以下时，给水15%启动控制伐关闭（当汽包压力大于7Mpa时
14、，正常水位同样变成汽包水位设定点。c.连续膨胀直至水位上升至正常水位以上，这是DCS打开（或操作员打开）汽包放水阀减低汽包水位至正常，然后关闭。d防止省煤器产生蒸汽，如果探测到省煤器出口温度高（在饱和温度的10。（:内），汽包放水阀打开，同时单冲量汽包水位控制设定点上升至+10Omm,迫使省煤器通水降低它的温度,当省煤器温度降至正常范围内，单冲量汽包水位控制设定点降至正常值，当汽包水位降至正常值时，关闭汽包放水阀。e.一旦汽包水位降至正常水位设定点Omm以下，单冲量汽包水位控制将通过调整给水15%启动控制阀上水。2.热态启动水位控制如下:a.热态启动，汽包水位膨胀不明显，这样，当汽包水位升至正
15、常以上时，DCS（或操作员）打开汽包放水阀降低汽包水位至正常后关闭放水阀。b.一旦汽包水位降至正常水位设定点Omm以下，单冲量汽包水位控制将通过调整给水15%启动控制阀上水。c.当蒸汽流量建立，汽包水位开始下降，单冲量汽包水位控制将维持汽包水位。d在给水15%控制伐开度达70%、给水流量超过10%前，电泵将维持定速运行，之后转换为转速控制，给水主电动截止伐打开，另外，给水15%控制阀逐步关闭。e.负荷至25-30%BMCR汽包水位控制将自动地转换为三冲量控制。f.降负荷至小于20%BMCR,汽包水位控制将自动地转换为单冲量控制。如果双色水位计不清晰，应排污冲洗，电接点水位计不能排污。3 .正常
16、运行这部分描述了在升温升压及正常运行期间系统的运行情况，操作员必须熟悉这些。a.锅炉水侧运行主要包括汽包水位、水质和金属温度的监视和控制。冷态启动，如果汽包水温低于95或汽包压力1.25MPa,必须使用炉底加热将水温加热到95oCz这样可节约启动时的燃油。b.锅炉蒸汽侧的运行包括升压、升温、启动疏水的循环开闭、低点疏水和预暖疏水的Jll三操作等大部分自动控制。一旦到达预定负荷，疏水伐关闭，过热汽和再热汽温度控制释放到自动。汽包水位：必须经常观察在集控室后备盘上显示的电接点水位监视器,确保给水控制系统工作正常。汽包金属温度：确保不能超过允许的温差，如果水和蒸汽侧壳体受到不同的加热或冷却率超过高限
17、时,DCS屏上提供报警。C升压汽包饱和压力上升率在点火初期阶段，饱和温度100以下（相当于汽包压力0.1MPa）温升率不能超过LrC/min。当饱温度在Ic）O-265。C之间（相当于汽包压力0.1-5MPa）允许温升率1.5oCmin（确切的设定和转换是可调整的），在这个温度之上，没有温升率限制。若温升率超过限制有报警发出,可通过调节燃烧率或运行的燃烧器的数量使温升率保持在限制范围内。4 .锅炉汽包自动给水控制系统汽包锅炉自动给水控制系统的任务维持汽包水位在一定范围内变化，使给水量适应蒸发量。汽包水位是锅炉正常运行中的最重要的监视参数,它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。维持汽包水位在一
18、定范围内变化，是保证汽轮机和锅炉安全运行的重要条件。因此，汽包水位保护设计了高保护、低保护。如果汽包水位过高，影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分过多，结果导致过热器受热面结垢,从而导致过热器烧坏，同时还会使过热器温急剧变化，直接影响机组的经济性和安全性，汽包水位过低，则可能使锅炉循环工况受到破坏，造成水冷壁管道供水不足而烧坏。4.1 对于给水系统来说，影响汽包水位变化的主要因素有三个：(1)、给水流量的变化，包括给水压力变化，调节阀开度的变化，这个扰动主要是来自给水管道和给水泵，亦称为内部扰动。(2)、蒸汽流量(负荷)扰动，包括蒸汽管道阻力的变化和汽轮机调门开度变化。(3)、燃
19、料量扰动，包括燃料发热量引起的种种变化。其中蒸汽流量扰动经常发生，扰动幅度大，而且影响快。当外界负荷突然增加时原来给水流量等于蒸发量的平衡被打破，此时蒸发量瞬间大于给水流量但此时汽包水位不但不下降，反而迅速上升，这种现象称虚假水位。当然影响汽包水位变化的因素很多，只有了解了这些原因之后，才会在做汽包水位试验、系统分析、参数整定时取得良好的效果。对于运行人员来说也需要了解一些这方面的知识，才能维持机组运行中汽包的安全水位，当然仅靠运行人员辛勤劳动和热情是不够的，热工人员必须经过无数次的试验将水位系统投入自动，汽包水位保护完全投运。在这里根据以往的经验，简单介绍一下日常维护中常见的水位系统问题：1
20、）、汽包水位监视设备之间的偏差。水位监视手段有：变送器测量水位、电接点式、就地双色水位计，由于内在和外在的因素，这几种设备测量出来的水位没有办法一致，只能是采取一定的措施把这些偏差减到最小，让它们的结果上匕较接近。2）、变送器测量误差的原因：变送器校验偏差，实验室校验与就地校验有一定的误差；变送器投运偏差，变送器投运不正确，使变送器受到较大冲击产生的偏差，或者是应该开的阀门没有开或者没有开全，应该关的阀门没有关或者没有全关，都会造成变送器测量偏差；变送器测量系统渗漏偏差，大家知道，汽包压力高达20MPa左右，高温高压也很容易出现渗漏点，都会影响测量结果的准确性；系统误差，变送器本身有误差，系统
21、卡件有误差，显示表有误差等等，在每一次大小修系统投运之前，必须将此系统误差消除到最小允许范围内；环境温度的影响，环境温度变化对汽水凝结有很大影响，凝结程度不同，汽水密度也会有偏差，环境温度冬夏季温差很大，加上一次测量表管保温不全，拌热系统冬季投运等等，都会对汽包水位产生一定的影响。既然影响水位测量的因素很多，在实际工作中，应该逐一进行分析，才能将水位偏差减至最小程度。运行人员在机组运行中，主要监视CCS（变送器来）这个水位，正常运行水位投自动为主要手段，一般认为CCS这个最准，因此，保持这个水位的准确性可信度是很重要的,如果这个水位经常不准,或者偏差大,运行人员会经常找你，会使你厌烦，且对你的
22、工作产生怀疑，凑合、应付等等。3）、就地水位计，和汽包是联通的，一旦汽包就位后，就地所标注的刻度就没有人怀疑它不准，所以首次标注要准确。随着温度压力参数的升高，汽水冷凝程度不同，汽水密度发生不同变化，对水位的测量会有一定的影响，就地远传电接点水位计也是同样情况，经常指示不准、漏汽，所以许多电厂的电接点水位计投运不好或弃用。4、2三冲量给水控制系统在这个系统中，调节器接受三个信号：水位H、蒸汽流量D、给水流量W,其中水位H是主被调量（主要反馈信号），给水流量为辅助反馈信号，而蒸汽流量作为补偿信号（前馈信号:前馈信号一般是引起系统快速随动的信号,具有一定的超前性,补偿因系统惯性迟延产生的误差），上
23、述所说的三个信号同时在一个系统中，这就是三冲量给水系统。在这个系统中，水位H是主要信号，水位升高时减少给水流量，水位降低时增加给水流量W,保持水位基本不变。给水流量W和蒸汽流量D是引起水位变化的主要原因，把它们作为水位的前馈信号，当蒸汽流量发生变化时，调节器立即动作，去适当改变给水流量；而当给水流量自发地变化时，调节器也能立即动作，使给水流量恢复到原来的数值，这样才能有效地控制水位。由于系统中采用了蒸汽流量信号D,所以当负荷改变时，就有一个使给水流量与负荷同方向变化的信号，从而可以减少或抵消由虚假水位现象而引起的水位上升而使给水流量减少的趋势，也就是使虚假水位不至于太严重。我厂600MW机组采
24、用一台30%容量的电泵和2台50%容量的汽泵，根据机组实际运行需要均可采用变速运行。低负荷时，如果虚假水位不严重，可只根据水位信号来控制其系统称单冲量系统，一般地300MW和600MW机组均设计了单、三冲量可以相互无扰切换的给水系统。现在300MW和600MW机组水位测量一般采用三个变送器加上显示表用的变送器甚至更多3至5台,三个变送器测量信号经过汽包压力变送器补偿（压力不同则水的密度不同）后，经过一个中选器后，作为调节系统的水位信号参与调节，这个信号一般是比较反映实际汽包水位,这个水位还同时送出高/低报警信号。水位高低跳闸信号分别是取自三个变送器中的两个信号，三取二逻辑，少数服从多数，二个出
25、现高即发高跳闸信号，二个出现低即发低跳闸信号，宁可误跳，不可拒跳，当然还是该跳则跳。600MW机组给水系统采用了串级三冲量给水调节系统，系统中只有一个调节器的叫单回路调节系统，有两个串在一起的调节器的系统叫串级调节系统,一个叫主调节器,一个叫副调节器,共同构成给水调节系统。前馈信号、副调节器、执行器构成内回路，要求该回路具有快速随动功能，称为粗调整；主调节器输出接至副调节器输入上，与水位信号H构成外回路，起校正作用，称为细调整，最终满足水位为给定值，所以根据内外回路的分工，不同的参数整定系统调整时，内回路比例积分调节器参数要比外回路比例积分调节器参数要小一些，当然，这些参数放多大合适要经过数次
26、试验才能达到满意的结果。一般地达到当一个扰动出现后，被调量两三个后即能稳定在给定值上。补充知识比例作用：该调节规律动作无惯性，无迟延，始终朝着消除误差的方向动作。积分作用：无稳态误差只按误差的大小和方向，决定调节速度和方向动作迟缓，为辅助的调节作用。比例积分调节器:比例为基本的调节作用,保证动作的方向,及时快速,而积分作用消除被调量的稳态误差。微分作用：具有超前和起始加强作用，方向始终正确，只根据误差的变化速度进行调节不考虑误差的大小，不能纠正稳态误差。PID调节器，兼有P、I、D作用的优点，动作快、方向正确，有超前起始加强作用，无稳态误差，可以利用微分的超前补偿、积分的迟后进行调节。给水系统比较复杂庞大，涉及的设备比较多，电汽泵调速、电泵出口旁路阀、电、汽泵最小流量再循环、电、汽转速测速、电、汽泵出入口流量测量、给水流量测量、给水温度测量、汽包水位测量、汽包压力测量等等，设备多出现的问题也会多种多样，只有根据所学的知识，加上日常的工作积累，才能使问题尽快解决。
