简述锅炉蒸发设备

岳金麟

摘 要：给水进入锅炉之后，经过预热、蒸发、过热、再热，分别在不同的受热面内完成加热任务：省煤器将水预热、水冷壁将水蒸发、过热器将蒸汽过热、再热器将蒸汽再热。本文主要论述锅炉的蒸发设备中，锅炉的汽包、下降管、水冷壁、联箱和各个连接管道等设备的作用与功能。

关键词：锅炉;蒸发设备

一、概述

蒸发受热面是锅炉中来自于火焰和烟气的热量使水转化成饱和蒸汽的受热面。当锅炉的水循环方式不同，锅炉的蒸发设备也不同。自然循环中，锅炉的蒸发设备由汽包、下降管、水冷壁、联箱和连接管道等组成。汽包、下降管、联箱、各个连接管道均位于锅炉外不受热，水冷壁在锅炉的炉膛内部的四周布置。水经省煤器加热之后，被送入汽包当中，同时水位保持动态平衡控制，将维持在一个稳定的高度范围内，汽包里的水通过不受热的下降管流下，经过下联箱进入水冷壁中，水在水冷壁中随着上升也不断在吸收热量，受热达到饱和状态，部分变成了蒸汽，形成了汽水混合状态。因为水在水冷壁中不断吸收热量，管子中的汽水混合物的密度要小于下降管中单相水的密度，所以两者的密度差促使了水冷壁中的汽水混合物自动上升。

控制循环锅炉是通过辅助循环泵来推动工质流动的方式来工作的。由于需要受热管子中的工质要有足够大的流速，维持蒸发受热面中工质具有良好的换热效果，在亚临界压力的情况下，由于汽水的密度差减小，工质在循环回路中的流动速度下降，需要使用控制循环。

直流锅炉的蒸发设备是由水冷壁、汽水分离器和联箱组成的。当锅炉处于低负荷时，小容量的汽水分离器可充当控制循环锅炉的汽包，配合循环泵进行工作;高负荷时，循环泵停止工作，锅炉变成直流模式，水冷壁中出来的是微过热蒸汽，汽水分离器成为一个蒸汽的联箱。

二、汽包

1、汽包的结构

（1）汽包外部结构

汽包是由合金结构钢制成的长圆筒形的容器，600MW超临界电站锅炉汽包使用的就是Q460钢。由桶身和两端的封头组成的，桶身是由钢板卷制焊接而成的;封头是由钢板模子压制而成，焊接在桶身两侧。在封头上留有椭圆形或圆形入孔门，便于工作人员安装和检修的时候进出。汽包长度大约为25～28米，直径1.7～1.8米，壁厚130～200mm。

（2）汽包的内部结构

汽包内部主要有汽水分离器、连通管、加药管、托板等。

2、汽包的作用

（1）与受热面和管道连接。是锅炉加热、汽化、过热三个过程的连接枢纽和分界点。

（2）储能和缓冲作用。汽包内存储着一定的蒸汽与水，有一定的储能作用，当负荷变化是，汽包对给水量与蒸发量的不平衡、气压的变化速度都又一定的缓冲作用。

（3）改善蒸汽的品质。汽包中的汽水分离器、蒸汽清洗器等设备，可以有效地进行汽水分离加药排污、清洗蒸汽的组偶用，从而改善了蒸汽品质和锅水品质。

（4）保证锅炉安全运行。汽包上装有多种安全设备，用于实时监测汽包的压力、水位等。

3、汽包的安全运行

（1）控制汽包的运行压力

在设计汽包阶段，严格把握强度计算，确定所选用材料及壁厚;在使用汽包阶段，设置安全阀，如遇超压情况，安全阀自动开启。实现安全运行。

（2）制汽包的热应力

保证汽包内部的上下壁温差合理;确保汽包的内外壁温差合理;要求温差小于40℃～50℃之内。

三、下降管

1、下降管的作用

下降管的作用是将汽包中的水连续不断的送至下联箱，经过下联箱的合理分配后，提供给水冷壁，实现正常的水循环。

2、下降管的结构形式与布置

（1）下降管的布置

下降管布置在炉外，主要特点为不受热。

（2）下降管的结构形式

小直径分散下降管。管子的直径小且数量多，但阻力较大，不利于水循环，但可以与下联箱直接相连接。大直径集中下降管。管子的直径大但数量少，有利于循环，简化布置，但需通过分支引出管与下联箱连接。

四、联箱

1、联箱的作用

将工质集中混合并将其均匀分配。

2、联箱的结构形式

联箱由20号碳钢制成，可连接着若干根管子，一般情况下不受热。

五、循环泵

1、湿式电动机拖动循环泵

循环泵是控制循环锅炉的关键，循环泵的运行可靠性直接影响到锅炉的安全工作，湿式电动机拖动循环泵，泵的一个辅助叶轮安装在电动机的自由端，辅助叶轮会把冷却水在电动机内腔与冷却器之间进行循环，可以保证电动机内部在低温下还能进行工作，其温度一般不会超过45℃。

六、水冷壁

1、水冷壁的布置型式

水冷壁一般布置在炉膛的四周，是为了更好地接受火焰和烟气的热辐射受热。当锅炉为气泡锅炉时，水冷壁即为蒸发受热面;当锅炉为直流锅炉时，由于系统没有汽包进行工作，水冷壁作用蒸发受热面以外，部分还用作预热作用、过热作用。

2、水冷壁的作用

（1）水冷壁是吸收燃料室火焰的高温辐射热量，使进水冷壁的水吸收热量后变为汽水混合物;

（2）由于辐射传热量与热力学温度四次方成正比，因此增加水冷壁管，会降低对流受热面的数量;

（3）简化炉墙结构，便于安装;

（4）保护锅炉墙体，水冷壁是四周敷设，隔开了燃烧室与炉墙，防止了炉墙被烧坏、结渣、积灰。

3、水冷壁的结构

（1）光管式水冷壁

由于随着锅炉的容量增大，其炉壁的面积增长速度小于锅炉容量的增长速度，其s与d的比值在1～1.1之间。如图 1。由于光管式水冷壁为敷管式炉墙，水冷壁埋入炉墙中，因此e/d=0。这样布置可以使相对节距s/d较小，一般为1.0～1.05。

（2）膜式水冷壁

气密性良好。适用于正压或者负压的炉膛，对于负压炉膛来讲，膜式水冷壁还具有减少漏风、降低排烟热损失的特点;保护炉墙。因为膜式水冷壁将炉墙和炉膛完全隔开了，需使用轻质的保温材料即可;当炉墙面积相同的情况下，膜式水冷壁的热辐射传热面积比一般的光管水冷壁的面积要大，同时角系数x=1，用鳍片代替管材，节约高价管材;膜式水冷壁可成片在现场吊装安装，大大减少工作量，节约了安装锅炉的时间;膜式水冷壁可承受較大的侧向应力，可以增加炉膛抗爆炸的能力。

（3）销钉式水冷壁

销钉式水冷壁有燃烧带，可以提高炉膛温度;有燃烧带可以为着火困难的煤料创造和稳定燃烧条件。

参考文献：

[1]叶江明，《电厂锅炉原理及设备（第四版）》，中国电力出版社

[2]周强泰，《锅炉原理（第三版）》，中国电力出版社

[3]张永涛，《锅炉设备及系统》，中国电力出版社

[4]陈学俊，陈听宽，《锅炉原理》，机械工业出版社