一、简答题1. 水冷壁下部的水封槽起什么作用?
水封槽的作用是保持炉膛下部动静结合处的严密性,防止冷空气漏入。
水冷壁是悬吊于炉顶的,它的长度随温度的变化而热胀冷缩。位于它下部的灰渣斗是固定的,灰渣斗与水冷壁下联箱的相对位置将是变化的。运行时要求它们之间有保证水冷壁向下膨胀的间隙,又保证冷风不得从间隙处漏入。水封槽装在灰渣斗顶部,水冷壁下联箱下部沿长度装有钢板,并插入水封槽的水中。钢板随下联箱上下位移,但始终不会离开水面,这就一方面保证了水冷壁的胀缩自由,又保证了胀缩过程中的良好密封。
2. 蒸汽品质不良对锅炉、汽轮机有何危害?
蒸汽品质不良的主要危害是:
(1)饱和蒸汽含有盐分。在过热器加热后会沉积在管壁上形成盐垢,使传热热阻增大;同时,盐垢使管子流通截面积减小、阻力增大、流量下降,使管子冷却条件变差、壁温升高,严重时会造成管壁过热爆管。
(2)过热蒸汽在汽轮机膨胀做功后,压力下降、溶盐能力下降,使汽轮机效率、出力下降,轴向推力增大,不均匀的结垢还会破坏转子动平衡。盐分在阀门处沉积,还会影响阀门的严密性及动作的灵活性。
由上述可知,蒸汽品质不良,对锅炉、汽轮机运行的经济性、安全性均有不利影响。
3. 什么是结垢?有何危害?
盐分沉积在受热面上称为结垢。严格地说,垢又分为水垢和盐垢两种。所谓水垢是指从溶液中直接析出并附着在金属表面的沉积物,如锅炉蒸发受热面管内的结垢;所谓盐垢是指锅炉蒸汽中含有的盐类(杂质),在热力设备中析出并形成的固体附着物,如过热器管内,汽轮机有关通流部位的结垢。
锅炉受热面结垢的危害主要有:
(1)由于垢的热阻很大,使受热面传热效果下降,结果使锅炉排烟温度升高,热效率下降。
(2)使受热面金属壁温升高,严重时会引起承压部件鼓包、变形、超温爆管。
(3)管内结垢使有效流通截面积减小,工质流动阻力增大,有碍水循环的正常进行。某些脱落的水垢沉积下来,还会造成局部堵塞或流通不畅。
上述三项危害最后会导致锅炉出力下降、使用寿命缩短、经济性明显变差。
4. 防止结垢的基本方法有哪些?
(1)加强给水处理,尽可能降低给水含盐量,这是防止结垢的根本措施。
(2)加强锅内加药处理,使易结垢的钙、镁盐类生成非粘结性的松散的水渣,沉积下来后通过定期排污除去。
(3)加强锅炉排污,按照化学监督要求,正确地排污,维持锅水品质,减少饱和蒸汽带水及溶盐,这是防止产生水垢及盐垢的有力措施。
(4)加强汽水分离及蒸汽清洗,维持良好的蒸汽质量。
(5)定期对锅炉内部进行清洗,除去已沉积下来的盐分,防止结垢过程的继续发展。
5. 汽包锅炉为什么要进行锅内加药处理?
锅炉给水尽管经过严格处理,但不可能将杂质彻底除净,给水还会带入锅内一部分杂质。随着锅水的不断蒸发浓缩,锅水含盐浓度逐渐提高,有可能引起内部结垢。为防止结垢,运行中要往锅水中连续加入药品,药品与锅水中的钙、镁盐类发生化学、物理作用,生成非粘结性的松散水渣,沉积到下部,通过定期排污排放到锅炉外。
加入锅水的药品通常是Na3PO4(磷酸三钠),经过稀释后由加药泵打入锅炉汽包的锅水中。锅水中加入磷酸三钠,除使锅水中钙、镁盐类生成非粘结性的松散水渣外,还可起到校正锅水碱性的作用,使锅水的pH值维持在规程规定的范围之内。
6. 汽包中的正常水位是根据什么确定的?
汽包中的正常水位,是考虑保证良好的蒸汽品质及可靠的水循环而确定的。
汽包是个有限的空间,其下部容水,上部容汽,两部分分别称为容水空间与容汽空间。从不同角度考虑,对它们的空间容积及高度有不同的要求。如正常水位在汽包中的位置上升,汽包蒸汽空间容积及高度均减小,会使饱和蒸汽湿度增大,影响蒸汽品质。若正常水位在汽包中的位置降低,水面至下降管入口的高度减小,可能引起下降管入口自行汽化或旋涡斗带汽,影响水循环。同时,由于汽包中容水量少,使由正常水位下降到事故水位的时间缩短,对安全不利。汽包的正常水位是考虑了上述两方面因素,在保证蒸汽品质及水循环可靠的基础上确定的。大容量电站锅炉汽包的正常水位,一般在汽包几何中心线下200mm左右。
7. 事故放水管能把汽包中的水放光吗?
事故放水管是不可能把汽包中的水放光的。事故放水管的作用是当出现满水事故或汽水共腾及泡沫共腾时,用它紧急排放锅水,迅速恢复水位。事故放水管上端在汽包内,上口与汽包正常水位平齐。一旦出现上述情况时,迅速打开事故放水门,使多余的水排放出去,恢复正常水位。由于有锅水在事故放水孔浮起的现象,水位可放到比正常水位略低的位置,但锅水不会被放光。汽包中的水虽然不会被放光,但打开事故放水门后,必须严密监视水位,一旦正常水位出现,应立即关闭事故放水门。否则,会通过事故放水管放出大量饱和蒸汽,这除了造成不必要的工质和热量损失外,还使进入过热器的蒸汽量减小,会给过热器的安全带来威胁。
8. 过热器的作用是什么?
过热器是把饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽的设备。
饱和蒸汽加热成过热蒸汽后,提高了蒸汽在汽轮机中的作功能力,即蒸汽在汽轮机中的有用焓降增加,从而提高了热机的循环效率。此外,采用过热蒸汽还可降低汽轮机排汽湿度,避免汽轮机叶片被浸蚀,为汽轮机进一步降低排汽压力及安全运行创造了有利条件。蒸汽温度的提高,受到钢材的高温特性及造价的限制。当前,大多数电站锅炉的过热蒸汽温度在540~550℃之间。
9. 再热器的作用是什么?何种锅炉装有再热器?
再热器的作用是把在汽轮机高压缸作过部分功的蒸汽,送回锅炉中重新加热,然后再送回汽轮机的中、低压缸继续作功。为提高机组循环效率,只提高蒸汽压力而不提高温度,会使汽轮机的排汽湿度过高,影响汽轮机安全。而进一步提高蒸汽温度又受到钢材的高温特性及造价的限制。采用再热循环,蒸汽在汽轮机中有用焓降增大,这一方面可以进一步提高循环效率(一次再热可提高循环效率约4%~6%;二次再热可再提高约2%),另外可使排汽湿度明显下降。再热循环可提高机组循环效率,但使汽轮机的结构及热力系统复杂化,从经济性与必要性考虑,一般超高压以上锅炉才装有再热器。
10. 过热器和再热器按传热方式分为哪几种型式?
按照传热方式的不同,过热器和再热器可分为对流式、辐射式和半辐射式三种。
受烟气直接冲刷,以对流传热为主要方式吸收烟气热量的过热器或再热器称为对流式。它们一般布置在锅炉的水平烟道或尾部烟道上部。
布置在炉膛内壁面上、直接吸收辐射热的过热器或再热器称为辐射式。如广泛采用的顶棚过热器,布置在炉内某一部位的壁式过热器或再热器。某些高参数大容量直流锅炉水冷壁的上段实质上也是辐射式过热器。半辐射式过热器是指布置在炉膛出口烟窗处,既能接受炉内的直接辐射热,又受烟气直接冲刷吸收烟气对流热的受热面,通常称为屏式过热器。吸收对流热和辐射热的比例视其布置部位烟温高低而不同。
11. 什么是包墙管过热器?作用是什么?有何特点?
布置于对流烟道内壁上的过热器称为包墙管或包覆管过热器。现代锅炉在水平烟道两侧或底部、尾部烟道空气预热器以上的四面墙上大多布置有包墙管过热器。
采用包墙管过热器后,可将水平烟道及尾部烟道的炉墙直接敷设在包墙管上,形成敷管式炉墙,从而可简化炉墙结构,减轻炉墙重量。通过包墙管的上联箱,将过热器及炉墙悬吊于炉顶横梁上,可比较简单地实现锅炉的全悬吊结构。包墙管过热器可由光管组成,也可采用膜式结构。采用膜式结构时,管与管间焊接扁钢,不仅可以提高锅炉的严密性,减小漏风,还可以节省钢管消耗量。包墙管过热器管子的一半是埋在炉墙中的,仅受烟气单面冲刷,而且烟气的流速及温度均较低,传热效果较差,蒸汽流过包墙管时,温度升高不明显。
12. 过热器和再热器的蛇形管为什么有单管圈、双管圈或多管圈之分?
由单根管子绕成的蛇形管称为单管圈,由两根管子并列绕成的蛇形管称为双管圈,依次类推,还有三管圈甚至多管圈等,如并联蛇形管的数目,是考虑一定的蒸汽流速和烟气流速而决定的。为保证过热器或再热器管子的可靠冷却,管内工质应有一定的质量流速。流速越高,冷却条件越好,但工质的压降会增大。过热器或再热器系统的压降是有限制的,如过热器系统的压降,一般要求不超过其工作压力的10%;再热器的压降一般不超过0.2MPa。考虑冷却和压降两方面因素,对不同型式的过热器和再热器工质的质量流速有一定的要求。要保证所要求的蒸汽流速,就要有一定数量的管子,以保证有一定的蒸汽流通面积。而这些管子在烟道中如何布置,要根据烟道的宽度,考虑烟气流速高低的需要,留下一定数量的烟气有效流通面积。综合考虑上述种种因素,就决定了蛇形管应是单管圈、双管圈或是多管圈布置。
13. 高参数大容量锅炉为什么出现较多的过热器或再热器布置在炉膛内?
高参数大容量锅炉,炉膛内不仅出现了前屏或全大屏过热器,有的还出现了壁式过热器或再热器,这种情况完全是由锅炉本身多方面因素所确定的。蒸汽参数提高以后,工质在锅炉内总吸热量中的加热热、汽化热、过热热所占比例相应变化,如亚临界参数的锅炉,过热蒸汽与再热蒸汽的吸热量要占总吸热量的50%以上,而汽化热所占比例下降到约为23.7%,它们所需的受热面积也发生相应的变化。另一方面锅炉容量的增大,炉膛容积成正比增加,但炉膛内内壁面积增加速度比较慢,也就是说能布置受热面的表面积相对减小了。
考虑上述种种因素,炉膛内布置的受热面,应把烟气冷却到在炉膛出口时低于灰的软化温度若干度,这就需要设法在炉膛内的有限空间及有限表面积上布置较多的受热面积。而过热器及再热器正好需要较多的受热面积,蒸发受热面则需要较少的受热面积。因此,高参数大容量锅炉炉膛内,就出现了较多的屏式或壁式过热器和再热器。
14. 造成受热面热偏差的基本原因是什么?
造成受热面热偏差的原因是吸热不均、结构不均、流量不均。受热面结构不一致,对吸热量、流量均有影响,所以,通常把产生热偏差的主要原因归结为吸热不均和流量不均两方面。
(1)吸热不均方面。主要包括:①沿炉宽方向烟气温度、烟气流速不一致,导致不同位置的管子吸热情况不一样;②火焰在炉内充满程度差,或火焰中心偏斜;③受热面局部结渣或积灰,会使管子之间的吸热严重不均;④对流过热器或再热器,由于管子节距差别过大或检修时割掉个别管子而未修复,形成烟气“走廊”,使其邻近的管子吸热量增多;⑤屏式过热器或再热器的外圈管,吸热量较其他管子的吸热量大。
(2)流量不均方面。主要包括:①并列的管子,由于管子的实际内径不一致(管子压扁、焊缝处突出的焊瘤、杂物堵塞等)、长度不一致、形状不一致(如弯头角度和弯头数量不一样),造成并列各管的流动阻力大小不一样,使流量不均;②联箱与引进引出管的连接方式不同,引起并列管子两端压差不一样,造成流量不均。现代锅炉多采用多管引进引出联箱,以求并列管流量基本一致。
15. 过热器热偏差有何危害?
在锅炉中,过热器是工作条件最差的受热面,其原因一是它内部的工质温度最高,二是高参数大容量锅炉的过热器还布置在烟气温度较高的区域内,使其管壁温度比较高。尽管高温过热器都使用于合金钢管,但其实际工作壁温与该种钢材允许的最高温度差距不是很大。如果运行中有热偏差,偏差管(热偏差系数ρ>1的管子)的壁温有可能超过金属的允许工作温度而引起过热,这样会使管子蠕胀速度加快甚至损坏,某些过热器的爆管,热偏差就是原因之一。
16. 过热器在布置上为什么要分那么多级(段)?
现代电站锅炉的过热器受热面,要分成若干级(段)布置,中间以联箱相连接。如中压以上锅炉要分为2~3级,高压以上锅炉则分为3~5级。分级布置后,一方面可以根据各级不同的蒸汽温度,布置于不同的烟温区域,以使过热器有合理的传热温差,又不致使管壁温度过高。如对流过热器的出口级(高温段),一般不布置在太高的烟温区,以防壁温过高。
分级布置的更主要原因是减小热偏差,分级后每一级的受热面积不太大,蒸汽流过后的焓增就不太大,这时即便有热偏差存在,热偏差的绝对值也不会太大。加以级与级之间有中间混合联箱,蒸汽在中间联箱内相互混合,即可消除前一级受热面中所形成的热偏差。
过热器分级后,每一级的焓增值推荐为250~400kJ/kg。末级过热器由于蒸汽温度高、比热容小,在同样热偏差条件下,温度偏差会较大,故其焓增应更小些,一般不超过125~200kJ/kg。这也是国产大容量锅炉高温对流过热器还要有冷段、热段之分的原因之一。
17. 过热器为什么要多次交叉换位?
过热器系统的左右交叉换位,也称调换流动。即原来在左侧烟道的过热器,到下一级时用管道将蒸汽引至右侧烟道的过热器中去,原在右侧的引到左侧去。
大容量锅炉的烟道都比较宽,尽管采取了各种措施,但烟道中间的烟温要比两侧的高,左右侧烟道的烟温也不完全一致,从而引起热偏差。所以在过热器系统中,除了进行分级混合外,还在混合的同时,把左右侧管组中的蒸汽进行交叉换位,以减小由于左右侧烟气温度不均匀所造成的热偏差。高参数大容量锅炉的过热器系统,一般要进行2~3次的左右交叉换位。
18. 受热面管屏接受烟气热量的方式有几种?
接受热量的方式有三种:①屏间烟气辐射传热;②炉膛或屏间烟气的辐射传热;③烟气冲刷屏管的对流传热。
19. 受热面形成烟气走廊的原因有哪些?
在对流过热器的某些(个别)蛇形管之间具有较大的烟气流通面积,形成烟气走廊。该处烟气流动阻力小、烟气流速快,加强了对流传热量;烟气走廊具有较大的烟气辐射层厚度,加强了辐射传热量,其他部分吸热相对较少,造成热力不均匀。形成烟气走廊的因素主要有:①结构不合理,没有设置定距装置,造成节距不均匀;②安装不合理、不严格,没有保证过热器管间的节距均匀一致。
20. 汽温调节的基本方法有哪两种?各有何特点?
汽温调节的具体方法很多,可归结为两大类,即蒸汽侧调节汽温和烟气侧调节汽温。
蒸汽侧调节汽温是通过改变蒸汽的热焓来实现的,一般通过减温器利用低温工质吸收蒸汽的热量使其降温。改变吸热工质的数量,就可达到调节汽温的目的。采用这种调温方式,实质是只能调低而不能调高,要在规定负荷范围内维持汽温稳定,就要多设置一部分过热器受热面,这部分受热面吸收的热量传递给减温器中的冷却工质,使其温度升高或汽化,这相当于用过热器受热面取代一部分省煤器或蒸发受热面的作用,而过热器受热面的造价要比省煤器或水冷壁高得多,从制造成本考虑,是很不合算的。但这种调节汽温的方式,灵敏度、准确性都比较高,因此被广泛应用于过热蒸汽温度的调节。
从烟气侧调节蒸汽温度,是改变流过受热面的烟气温度或烟气流量,使传热温差、传热系数发生变化,从而改变受热面的吸热量,达到调节汽温的目的。从烟气侧调节汽温,其调温幅度较大,调节准确性较差,一般多用于再热蒸汽温度的调节。
21. 再热蒸汽有哪些特性?再热器结构有哪些特点?
再热蒸汽压力较低,一般约相当于新蒸汽压力的1/5左右,在再热器中加热后的再热蒸汽温度一般与新汽温度一样。因此再热器实质上是一个低压高温的过热器,根据其中蒸汽的性质,再热器在结构上有如下一些特点:
(1)再热蒸汽压力低、温度相对高,其比热容大、密度小,与过热蒸汽相比,对流换热系数小得多,故在同样温度条件下,再热器的壁温要比过热器壁温高。
(2)再热蒸汽的比热容要比过热蒸汽的小,在获得同样热量的情况下,再热蒸汽的温升要高,故在同样热偏差的条件下,再热蒸汽的温度偏差要比过热蒸汽明显。
(3)再热蒸汽温度有明显的对流特性,这一方面是上述两点原因使再热器不宜布置在高烟温区,即便某些高参数大容量锅炉布置有辐射式再热器,但总的汽温特性仍属对流特性;另一方面,负荷降低时,汽轮机高压缸排汽的温度及压力均降低,即进入再热器时汽温汽压已经降低,这就使低负荷时维持再热蒸汽温度为额定更加困难。
(4)再热器的压降不宜过大,因为压降大会使机组效率下降。如再热器压降每增大0.1MPa,汽轮机热耗约增大0.28%左右,故通常规定再热器系统总压降不应大于进汽压力的10%。这就要求应设法降低再热器的阻力,如尽量简化连接系统采用较大直径的管子和联箱,采用多管圈并列,以增大蒸汽流通断面积等措施。
(5)再热蒸汽不宜采用喷水减温方式来调节温度。
22. 再热器为什么不宜采用喷水减温方式来调节汽温?
再热蒸汽是由汽轮机高压缸引出的,在再热器中加热后,温度升高,提高锅炉热效率。给水温度提高后进入汽包,减小给水管与汽包壁之间的温度差,从而使汽包壁热应力下降,有利于延长汽包的使用寿命。另外,给水在进入蒸发受热面之前,先在省煤器中进行加热,减少了水在蒸发受热面中的吸热量,这就相当于用省煤器取代了部分蒸发受热面。省煤器受热面要比蒸发受热面的造价低廉得多,因此,从锅炉制造经济性考虑,安装省煤器是合算的。
23. 省煤器再循环管的作用是什么?
在汽包与省煤器进口联箱之间所装的连接管称再循环管,其上安装的截门称再循环门。
锅炉在启动或停炉过程中,由于锅炉不需要上水或不需要连续上水,省煤器中的水处于不流动状态,对省煤器的冷却效果很差,尽管这时烟气温度不是很高,但省煤器的管壁温度可能较高,管中水还有汽化的可能。为了防止这种情况的发生,此时可将再循环门打开,利用汽包与省煤器中工质的密度差,在汽包→再循环管→省煤器→省煤器引出管→汽包之间形成自然循环,使省煤器中的水有所流动,提高对省煤器的冷却效果,达到保护省煤器的目的。
24. 在锅炉间断上水或正常运行时,忘关省煤器再循环门有何危害?
锅炉在启动或停炉过程中,有时需要间断上水,促使省煤器中的水流动,以更好地保护省煤器。但上水时必须将再循环门关闭,上完水后再打开再循环门。如果上水时忘关再循环门,相当于给水可通过再循环管、省煤器两条并联通道同时进入汽包,因为省煤器的流动阻力远大于再循环管,通过省煤器的水量将很小,这就达不到保护省煤器的目的。
锅炉由启动过程过渡到正常运行时,如果忘关再循环门,造成的危害会更大。这除了因通过省煤器的水量小,使省煤器有可能被烧坏外,还因低温的给水通过再循环管直接进入汽包,会降低局部区域的锅水温度,扰乱汽水分离,影响蒸汽品质;并因汽包再循环管口处的温度差较大,使该处产生较大的温差应力。长时间不关再循环门,可能会使汽包出现环向裂纹。
综上所述,在锅炉间断上水时,或由启动过程过渡到正常运行时,要切记关闭省煤器再循环门。
25. 省煤器的蛇形管是如何支吊的?
省煤器的支吊方式基本上有两种,即支承结构与悬吊结构。横向布置的省煤器多采用支承结构,每片蛇形管通过管夹(也称支杆)定位,并将蛇形管支承于支持梁上,支持梁支承于钢架横梁上。支持梁一般用型钢拼接成空心梁,外部包有绝热材料,一般把空心梁的一端接到送风机入口风道上,使冷空气通过空心梁内部以加强冷却。
纵向布置的省煤器多为悬吊式结构。它一般用耐热扁钢或受热面管子本身作为蛇形管的吊架,用出口联箱的引出管作为悬吊管,最后使整个省煤器悬吊于钢架梁顶上。这种省煤器的进出口联箱多布置在烟道内,从而减少了穿墙管的数量,减少了烟道的漏风。