锅炉汽包的结构与工作原理详解
锅炉汽包的结构与工作原理详解
汽包是锅炉设备中最重要的部件，是锅炉加热、汽化、过热三个过程的连接枢纽。它不仅具有储能和缓冲作用，还能保证蒸汽品质和锅炉安全运行。本文将详细介绍汽包的结构与工作原理。
汽包的作用
汽包是锅炉加热、汽化、过热三个过程的连接枢纽和分界点。它的主要作用包括：
储能和缓冲作用：汽包内储存一定的水与蒸汽，具有储能作用。当负荷变化时，它对蒸发量与给水量之间的不平衡以及汽压速度的过快变化都有一定的缓冲作用。例如，负荷升高时，汽压要下降，这时原处于饱和状态的水，可自行汽化一部分蒸汽，使汽压下降速度趋于缓慢。
保证蒸汽品质：汽包内装有汽水分离装置、蒸汽清洗装置等设备，可有效地进行汽水分离、蒸汽清洗、加药、排污等，用以保证蒸汽品质及锅炉品质。
保证锅炉安全运行：汽包上装有多种水位计、压力表、事故放水门、安全阀等附属设备，用来监测汽包压力和汽包水位，保护锅炉安全运行。
汽包的工作原理
汽包与换热器之间由上升管和下降管连接，形成汽包自身的水循环。汽包水循环是对流热循环。锅炉产生的热水（蒸汽）由上升管进入汽包，热的水质量轻往上走的过程中将热量进行交换，部分水转化为气态；汽包冷水在重力作用下经下降管补充至锅炉。水在虹吸作用下在汽包与锅炉间的循环就是汽包的自循环。蒸汽上升量与水下降量是正相关的。若借助泵将锅炉水直接打至汽包，维持汽包的液位，这种方式叫强制循环。
与此同时汽包接受循环给水泵的给水，以及向过热器输送饱和蒸汽，或直接输出蒸汽，因此，汽包是是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环。
汽包的结构
图1：汽包结构示意图
图2：汽包内部结构
图3：汽包内部结构细节
图4：汽包内部结构细节
图5：汽包内部结构细节
从图可以知道汽包主要包括三个部分：
汽水分离装置：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黏附在金属壁面上形成水膜往下流形成的吸附分离。主要包括旋风分离器、百叶窗分离器等装置。
蒸汽清洗装置：让含盐量低的清洗给水与含盐量高的蒸汽相接触，使蒸汽中溶解的盐分转移到清洗的给水中，从而减少蒸汽溶盐，同时，又能使蒸汽携带炉水中的盐分转移到清洗的给水中，从而降低蒸汽的机械携带含盐量，使蒸汽的品质得到改善。
排污、加药、事故放水等装置：通过连续排污和定期排污来控制锅水的含盐量和含硫量，防止锅炉结垢。同时，通过加药来调节锅水的碱性，使锅水的pH值维持在规程规定的范围之内。事故放水则是在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。
汽包的工作过程
从锅炉来的汽水混合物经过汽包上部上升管进入汽包内部，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的传热给汽包内壁，这样克服了锅炉启停时汽包上下壁温差过大的困难，可以较快的启动。
进入汽包的汽水混合物分别进入汽水旋风分离器，利用改变流动方向时的惯性进行惯性分离，这是汽水混合物的第一次分离。
被分离出来的蒸汽仍带有不少水分，从分离器顶部进入波形板分离器，它装在旋风分离器顶部，带有部分水滴的蒸汽在波形板间的缝隙中流动，利用使水黏附在金属壁面上形成水膜往下流。
二次分离后的蒸汽最后经过蒸汽清洗，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，再由汽包顶部饱和蒸汽管引往屏式过热器。
汽包上的安全阀
汽包上的安全阀为了保险起见，当锅炉容量大于0.5t时，需要安装两个安全阀，且两安全阀的整定压力不同，整定值低的是控制过热蒸汽的，高的是控制汽包压力的；一旦超压，整定值低的先起跳，以此来保证过热器不被烧坏。安全阀须为开式阀帽，通过空气流通散热，避免弹簧等受热变形。安全阀配有扳手，以防安全阀无法正常起跳时，人为开启安全阀泄压，避免事故发生。安全阀采用波纹管式安全阀使其平衡背压的能力有所增强，避免背压影响安全阀的起跳压力，保证安全阀可靠起跳，且能够使阀芯内件与高温/腐蚀性介质相隔离。
汽包排污
汽包排污多采用采用连续排污+定期排污。
连续排污主要用于排出汽包上部的浓缩水，主要目的是为了防止锅炉水的含盐量和含硫量过高，排污部位多设在汽包水位下200—300mm处。通常根据汽包水水质分析指标调整连续排污量。
定期排污又称间断排污，即每间隔一定时间从锅炉底部沉积的水渣、污垢、间断排污一般8 ～24小时排污一次，每次排0. 5～1分钟时间，排污率不少于1％，间断排污以频繁、短期为好，可使汽包水均匀浓缩，有利于提高蒸汽质量。
汽包为何加药？
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 。
事故放水
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。
图6：汽包内部装置示意图
（来源：垃圾燃烧发电技术）