一、简答题1. 为了确保自然循环锅炉的安全性,在锅炉设计和制造方面采取了主要措施?
(1)水冷壁采用内螺纹管。亚临界压力自然循环锅炉,由于汽水密度差的减小,往往采用较高水冷壁管出口质量含汽率的方法来提高运动压力。然而,亚临界压力锅炉一般容量大、炉膛热、负荷高且水的临界热负荷又很低,若含汽率太高,就有发生膜态沸腾的危险。为了解决这一问题,目前,发电厂锅炉水冷壁在炉膛热负荷较高的区域内多采用内螺纹管。
(2)采用大直径下降管。设法降低汽水导管和下降管中的流动阻力,可提高循环流速,有利于水冷壁的工作安全、增加管子直径可减少相对摩擦阻力系数。
(3)提高下降管欠焓。随着蒸汽压力的提高,饱和水的汽化潜热减少,水冷壁吸收炉内热辐射足以完成汽化过程,因而可采用非沸腾式省煤器,适当减少省煤器的受热面积,一方面可节省空间以布置过热器和再热器,另一方面可增加下降管欠焓,提高运动压头。
(4)减小并联管子的吸热不均。一般来说,炉膛中不同部位的水冷壁管受热是不同的。炉膛的中间部分一般受热最强,而炉角上管子受热弱,当整面水冷壁组成一个循环回路时,回路中并联各管的吸热很不均匀。如果把这些管子分为几个独立的循环回路,每个回路的吸热不均匀性就明显减小,划分的回路数越多,每个回路中的并联管路越少,吸热就越均匀,但结构也越复杂些。为了解决这一问题,有的采用在水冷壁管的入口处分别设有孔径大小不同的节流孔板(节流孔板的具体尺寸视各水循环回路的热负荷而定),以使水循环回路的流量与其热负荷相匹配。
2. 锅炉排污有几种?
排污分连续排污和定期排污。连续排污点位于汽包水容积里含盐浓度最大的部位,连续不断地排出部分炉水,使炉水含盐浓度不致过高,并维持炉水一定的碱度。定期排污点位于汽水系统的最低处,定期排出炉水中的沉淀物,如沉渣和铁锈。
3. 螺旋管圈水冷壁的主要优点是什么?
(1)能根据需要得到足够的质量流速,保证水冷壁的安全运行。
(2)管间吸热偏差小。
(3)由于吸热偏差小,水冷壁进口可以不设置改善流量分配的节流圈,降低了阻力损失。
(4)适应于变压运行要求。
4. 锅炉调温方式有哪些?
调温方式虽受到各制造厂家传统技术的影响,但对过热气温的调节均采用喷水减温,在50%~100%的负荷范围内能达到额定值。对再热汽温的调节,有的采用喷燃器摆动,必要时辅以喷水;有的采用烟气挡板,必要时辅以喷水。由于再热汽温采用喷水调节后,会降低发电机组循环热效率,因此这种喷水也称事故喷水。
5. 省煤器在锅炉中的主要作用是什么?
(1)吸收低温烟气的热量以降低排烟温度,提高锅炉效率,节省燃料。
(2)由于给水在进入蒸发受热而之前先在省煤器内加热,这样就减少了水在蒸发受热面内的吸热量,因此可用省煤器替代部分造价较高的蒸发受热面。也就是以管径较小、管壁较薄、传热温差较大、价格较低的省煤器来代替部分造价较高的蒸发受热面。
(3)提高了进入汽包的给水温度,减少了给水与汽包壁之间的温差,从而使汽包热应力降低。基于这些原因,省煤器已成为现代锅炉必不可少的部件。
6. 省煤器采用鳍片管、肋片管和膜式受热面有哪些积极作用?
省煤器管子一般为光管,为了强化烟气侧热交换和使省煤器结构更紧凑可采用鳍片管、肋片管和膜式受热面。焊接鳍片管省煤器所占据的空间比光管式大约少20%~25%,轧制鳍片管省煤器可使外形尺寸减少40%~50%。鳍片管和膜式省煤器还能减轻磨损。这主要是因为它比光管省煤器占有空间小,因此在烟道截面不变的情况下,可采用较大的横向节距。从而使烟气流通截面增大,烟气流速下降磨损减轻。肋片式省煤器主要特点是热交换面积明显增大,这对缩小省煤器的体积、减少材料消耗很有意义。主要缺点是积灰比较严重。
7. 为什么省煤器蛇形管通常采取水平布置?
省煤器蛇形管通常采取水平放置,以利于停炉时排水。而且尽可能保持管内的水自下而上流动以利于强制流动的水动力特性和便于排除水被加热后所释放的空气,避免引起管内空气停滞产生内壁局部的氧腐蚀。此外,由于对流烟道中烟气往往从上而下流动。这样既有利于吹灰,又可使烟气对于水流作逆向流动,保持较大的传热温差。
8. 为什么说将省煤器管内水速应维持在一定范围内十分重要?
省煤器管内水速应维持在一定范围内,水速过高增加给水泵耗电量,水速过低金属冷却难以保证,且引起蛇形管中的空气停滞。特别在沸腾式省煤器中,管内会产生汽水分层,导致管子上部过热。为此,在额定负荷下,对于非沸腾式省煤器要求水速不低于0.3m/s;对沸腾式省煤器要求水速不应低于1.0m/s。
9. 锅炉启动过程中如何保护省煤器?
省煤器在启动时,常是间断给水,如省煤器中的水不流动,就可能使管壁超温损坏,为此,启动时应进行保护。一般保护方法是在省煤器进口与汽包下部之间连接一个再循环管,管上装有再循环门,停止进水时,再循环门开启,进水时再循门关闭。
10. 膜式水冷壁在制造上采用内螺纹工艺的作用是什么?
内螺纹管用于高热负荷区域,可以增强流体的扰动作用,防止发生传热恶化,使水冷壁得到充分冷却。
11. 对流过热器如何布置?
对流过热器根据蛇形管的布置方式可分为立式和卧式两种。水平烟道中的对流过热器都是立式(垂直布置)。尾部竖井中的对流过热器则采用卧式(水平布置)。过热器根据烟气和蒸汽的相对流动方向可分为顺流、逆流、双逆流和混流四种,如图4-1所示。顺流布置,壁温最低,传热最差,受热面最多;逆流布置,壁温最高,传热最好,受热面最小;双逆流和混流布置,管壁温度和受热面大小居前两者之间,应用较广。逆流布置较多应用于低烟温区,顺流布置较多应用于高烟温区或过热器的最后一级。
12. 屏式过热器是否全属于辐射式过热器?
有的锅炉装有两组屏式过热器,通常把靠近炉膛的叫前屏过热器,靠炉膛出口的叫后屏过热器。前者属辐射过热器,后者属半辐射过热器。
13. 墙式过热器为什么对金属材质有更高的要求?
布置在炉墙上部可以不受火焰中心的强烈辐射,对工作条件有利,但这使炉下半部水冷壁管的高度缩短,不利于水循环;自上而下布置在一面墙上的过热器对水循环无影响,但靠近火焰中心的管于受热很强。炉膛热负荷高,管内蒸汽冷却差,壁温较高,工作条件差,因此对金属材质有更高的要求,同时还需解决锅炉起动和低负荷时安全性和过热器管与水冷壁管膨胀不一致的问题。
14. 过热器按布置位置可分为哪几种?
过热器按布置位置可分为顶棚过热器、包墙过热器、低温对流过热器、分隔屏过热器、后屏过热器、高温对流过热器等几种。
15. 布置分隔屏过热器的作用有哪些?
分隔屏过热器布置于炉膛出口处,主要吸收辐射热。其作用是:
(1)对炉膛出口烟气起阻尼和分割导流作用。四角燃烧锅炉,炉膛内气流按逆时针方向旋转时,通常炉膛出口右侧烟温偏高,为了消除出口烟气的残余旋转及烟温偏斜的影响,在炉膛上部设置了分割屏以扰动烟气的残余旋转,使炉膛出口的烟气沿烟道宽度方向能分布得比较均匀些。
(2)能降低炉膛出口烟温、避免结渣。
(3)在锅炉放大调节范围内,其过热器出口蒸汽温度可维持在额定数值。
(4)可有效吸收部分炉膛辐射热量,改善高温过热器管壁温度工况。
16. 高温对流过热器为什么采用顺流布置?
高温对流过热器布置在折焰角上方,用来吸收对流热。因高温对流过热器处于烟温和工质温度都相当高的工况下,故采用顺流布置。高温对流过热器为立式布置,悬吊方便、结构简单,管子外壁不易磨损、不易积灰,但管内存水不易排除,在启动初期,如处理不当,可能形成汽塞而导致局部受热面过热。
17. 为什么再热器受热面一般应布置在烟温稍低的区域内并且采用较大管径和多管圈的结构?
由于再热蒸汽压力低,蒸汽比热容大、密度小,故放热系数α2比过热蒸汽小得多,因而再热蒸汽对管壁的冷却能力差,管壁温度超过管中蒸汽温度的程度大于过热蒸汽,同时再热系统的经济性受再热系统阻力的影响很大,例如再热系统的阻力增加0.1MPa,使汽轮机热耗增加0.28%,因此,通常规定系统总阻力不大于再热器进口压力的10%,即一般不超过0.2~0.3MPa,其中再热器本身阻力占50%,因此再热器中的流速是受到限制的。另外,由于再热蒸汽压力低,其比热值较小,因而在同样热偏差条件下,出口汽温的偏差比过热蒸汽要大,而由于受阻力的限制又不能采用过多的交叉措施。综合上述原因,再热器受热面一般应布置在烟温稍低的区域内并且采用较大管径和多管圈的结构。
18. 再热器的布置方式有哪些?
再热器根据蛇形管的布置方式可分为垂直布置和水平布置。立式再热器布置在锅炉的水平烟道中(结构和立式过热器相似)卧式再热器布置在尾部竖井中(和卧式过热器相似)。再热器的管子一般为光管,由于管内工质的放热系数小,为了降低管壁温度可采用纵向内肋片管。由于纵向内肋片管的内壁面积增大,传热改善,可将管壁温度降低20~30℃。
19. 汽包的工作流程是什么?
汽包工作流程是:从水冷壁管来的汽水混合物经过汽包上部引入管进入汽包内部,沿着汽包内壁与弧形衬板形成的狭窄的环形通道流下,使汽水混合物以适当的流速均匀地传热给汽包内壁,这样克服了自然循环汽包炉在启停时汽包上下壁温差过大的困难,可以较快速地启动。从环形通道下侧出来的汽水混合物分别进入汽包两侧的蜗流式分离器。蜗流式分离器为同心圆筒的结构,内部装有固定螺旋形叶片使汽水混合物产生旋转运动,靠离心力作用将水滴抛向内套筒的内壁,并依靠汽水混合物的冲力把水滴推向上部。在筒上部装有环形导向圈,把水挡住,并引向内、外套筒之间的环形汽包水空间,而蒸汽则在内套筒中间上流动,这是汽水混合物的第一次分离。
被分离出来的蒸汽仍带有少量的水,从内筒中部进入波形板分离器(或称二级分离器)。它是两排对称排列的密集波形板,装置在蜗轮式分离器上部。带有部分水滴的蒸汽在波形板间隙缝中流动,由于多次改变流动方向,依靠惯性力将水滴再次分离出来,而附在板面上。附在板面上水的速度比蒸汽速度低,能在板面上形成水膜,使水不被蒸汽带走。蒸汽从水平方向引出,水沿波形板流到下方的水空间,这样有效防止了水滴与蒸汽相碰而引起二次飞扬。这称为二次分离。
在二次分离结束后,蒸汽以比较低的速度继续向上流动,通过安装在汽包上部沿着汽包长度方向布置的数排百页窗式分离器。当蒸汽以相当低的速度穿过百页窗弯板间的曲折通道时,蒸汽中携带的残余水分会沉积在波形板上,并沿着波形板流向中间的疏水管道,通过此管道返回到汽包水空间,这是三次分离。
蒸汽经过三次分离后,达到了蒸汽质量标准,再由汽包顶部饱和蒸汽管引往顶棚过热器。
20. 汽水分离装置的工作原理是什么?
汽水分离装置的工作原理是:利用汽水密度差进行重力分离,利用汽流改变方向时的惯性力进行惯性分离;利用汽流旋转运动时的离心力进行汽水离心分离和利用使水粘附在金属壁面上形成水膜往下流形成的吸附分离。
21. 旋风分离器上的溢流环有何作用?
汽水混合物由引管切向进入旋风分离器筒体,产生旋转运动,在离心力的作用下使水汽分离。分离出来的水通过筒底导叶排出,蒸汽则通过顶帽进入汽包的有效分离空间。由于汽水混合物的旋转,旋风分离器筒内水面将呈漏斗状,贴着上部筒壁的只有一薄层水。为了防止这层水膜被上升气流撕破而使蒸汽携带水分增加,在顶部装有溢流环。溢流环与筒体的间隙既要保证水膜顺利溢出,又要防止蒸汽由此窜出。
22. 波形板分离器的工作原理是什么?
波形板分离器又称百页窗。波形板分离器是一种用薄钢板密集组成的细分离设备,布置在汽包顶部。它能够聚集和除去蒸汽中带有的微细水滴。汽水混合物经过粗分离设备进行分离后,较大的水滴已被分离出去,对于细小的水滴,因其质量轻,很难用重力、离心力等方法将其从蒸汽中分离出来,而利用粘附力进行分离则效果很好,波形板分离器就是根据这一原理工作的。在波形板分离器的波形板上附着一层水膜,带有细小水滴的蒸汽流过波形板时,细小水滴就会被水膜粘住,沿板壁向下流动,最后流入汽包水容积,使汽、水得到进一步分离。
23. 汽包内装设均汽孔板的作用是什么?
均汽孔板也叫顶部多孔板,它的作用是利用孔板的节流作用,使蒸汽沿汽包的长度和宽度均匀引出。在与波形板分离器配合使用时,还可使波形板前蒸汽负荷均匀,避免局部蒸汽流速过高。另外它还能阻挡住一些小水滴,起到一定的细分离作用。
24. 空气预热器的作用是什么?
锅炉空气预热器是利用烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。由于它工作在烟气温度最低的区域,可以回收烟气的热量,降低排烟温度,从而提高锅炉效率。同时也由于空气被预热,强化了燃料的着火和燃烧过程,减少了燃料不完全燃烧热掘失,进一步提高了锅炉效率。此外,空气预热还能提高炉膛内烟气温度,强化炉内辐射换热,因此,空气预热器已成为现代锅炉的重要组成部分。按换热方式可将空气预热器分为传热式和蓄热式(或称再生式)两种。管式预热器属于传热式空气预热器,回转式空气预热器则是蓄热式空气预热器。
25. 管式空气预热器为何多采用多面进风方式?
按照进风方式的不同,空气预热器有单面进风、双面进风、多面进风之分。在大容量锅炉中,空气需要量迅速增加,当单面进风时,为保持合适的风速,空气通道高度将会过高,空气横向冲刷管子的行程将减少。这样会降低传热温差,所以大容量锅炉中常采用多面进风方式。