鍋爐必備知識：汽包的結構與工作原理

汽包是鍋爐設備中最重要的設備，是鍋爐加熱、汽化、過熱三過程的連接樞紐，起著承上啟下的作用 。

水在鍋爐中變成合格的過熱蒸汽，要經過加熱、汽化、過熱三個過程。

由給水加熱成飽和水是加熱過程；飽和水汽化成飽和蒸汽是汽化過程；飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽是過熱過程。

上述三個過程分別由省煤器、蒸發受熱面、過熱器來完成。

汽包與上述三個過程都有聯繫，它要接受省煤器的來水；與蒸發受熱面構成循環迴路；飽和蒸汽要由汽包分送到過熱器。

汽包既是加熱、汽化、過熱三個過程的交匯點，也是加熱、汽化、過熱三個過程的分界點。

因此，稱汽包是鍋爐加熱、汽化、過熱三個過程的連接樞紐。

汽包作用？

既然汽包是鍋爐加熱、汽化、過熱三過程的連接樞紐和分界點；它的作用是什麼呢？

儲能和緩衝作用：汽包內儲存一定的水與蒸汽，具有儲能作用，當負荷變化時，它對蒸發量與給水量之間的不平衡以及汽壓速度的過快變化都有一定的緩衝作用。

如負荷升高時，汽壓要下降，這時原處於飽和狀態水，可自行汽化一部分蒸汽，使汽壓下降速度趨於緩慢。

保證蒸汽品質：汽包內裝有汽水分離裝置、蒸汽清洗裝置等設備，可有效地進行汽水分離、蒸汽清洗、加藥、排汙等，用以保證蒸汽品質及鍋爐品質。

保證鍋爐安全運行：汽包上裝有多種水位計、壓力錶、事故放水門、安全閥等附屬設備，用來監測汽包壓力和汽包水位，保護鍋爐安全運行。

汽包簡介

（1）汽包與換熱器之間由上升管和下降管連接，形成汽包自身的水循環。汽包水循環是對流熱循環。鍋爐產生的熱水（蒸汽）由上升管進入汽包，熱的水質量輕往上走的過程中將熱量進行交換，部分水轉化為氣態；汽包冷水在重力作用下經下降管補充至鍋爐。水在虹吸作用下在汽包與鍋爐間的循環就是汽包的自循環。蒸汽上升量與水下降量是正相關的。若藉助泵將鍋爐水直接打至汽包，維持汽包的液位，這種方式叫強制循環。

與此同時汽包接受循環給水泵的給水，以及向過熱器輸送飽和蒸汽，或直接輸出蒸汽，因此，汽包是是工質加熱、蒸發、過熱三過程的連接樞紐，保證鍋爐正常的水循環。

（2）汽包內部有汽水分離裝置和連續排汙裝置，保證鍋爐蒸汽品質。

（3）有一定水量，具有一定蓄熱能力，在鍋爐工況發生變化時，能減緩汽壓的變化速度，起到穩定汽壓的作用 。

（4）汽包上有壓力錶、水位計、事故放水、安全閥等設備，保證鍋爐安全運行。

（5） 汽包是一個平衡容器，提供水冷壁汽水混合物流動所需的壓力。

汽包結構

從圖可以知道汽包主要包括三個部分：

（1）汽水分離裝置。

（2）蒸汽清洗裝置。

（3）排汙、加藥、事故放水等裝置。

汽水分離裝置的原理：

（1）利用汽水密度差進行重力分離；

（2）利用汽流改變方向時的慣性力進行慣性分離；

（3）利用汽流旋轉運動時的離心力進行汽水離心分離和利用使水黏附在金屬壁面上形成水膜往下流形成的吸附分離。

主要包括旋風分離器、百葉窗分離器等裝置，旋風分離器是由2-3mm的鋼板製成的圓筒，汽水混合物從進口蝸殼以切線方向進入旋風器，靠離心力作用將水滴拋向筒壁使汽與水分離，然後在旋風筒內受重力作用，蒸汽從頂部經波形板頂帽進入汽包的蒸汽空間，水則由下部進入水空間，完成一次分離；再通過百葉窗分離器的二次分離，從而達到汽水分離的目的。

旋風筒進口管的中線高於汽包內的最高水位，這樣可使筒內的水位低於分離器進口管的邊緣，分離器的筒底應沒入正常水位下200mm,以免蒸汽由筒底穿出。為防止筒底排水中帶出蒸汽進入下降管，在筒底都裝有托盤。在汽包內頂部蒸汽引出管之前裝置多孔板，目的是利用節流作用使蒸汽空間的飽和蒸汽沿汽包長度和寬度分佈均勻，提高分離效率。多孔板是由3-4mm厚的鋼板製成，孔徑為10mm。旋風分離器如下：

汽包工作過程：

（1）從鍋爐來的汽水混合物經過汽包上部上升管進入汽包內部，沿著汽包內壁與弧形襯板形成的狹窄的環形通道流下，使汽水混合物以適當的流速均勻的傳熱給汽包內壁，這樣克服了鍋爐啟停時汽包上下壁溫差過大的困難，可以較快的啟動。

（2）進入汽包的汽水混合物分別進入汽水旋風分離器，利用改變流動方向時的慣性進行慣性分離，這是汽水混合物的第一次分離。

（3）被分離出來的蒸汽仍帶有不少水分，從分離器頂部進入波形板分離器，它裝在旋風分離器頂部，帶有部分水滴的蒸汽在波形板間的縫隙中流動，利用使水黏附在金屬壁面上形成水膜往下流。

（4）二次分離後的蒸汽最後經過蒸汽清洗，利用水的密度差進行重力分離，這是三次分離。

（5）蒸汽經過三次分離後，達到了蒸汽質量標準，再由汽包頂部飽和蒸汽管引往屏式過熱器。

汽包上安全閥

汽包上的安全閥為了保險起見，當鍋爐容量大於0.5t時，需要安裝兩個安全閥，且兩安全閥的整定壓力不同，整定值低的是控制過熱蒸汽的，高的是控制汽包壓力的；一旦超壓，整定值低的先起跳，以此來保證過熱器不被燒壞。

安全閥須為開式閥帽，通過空氣流通散熱，避免彈簧等受熱變形。

安全閥配有扳手，以防安全閥無法正常起跳時，人為開啟安全閥洩壓，避免事故發生。

安全閥採用波紋管式安全閥使其平衡背壓的能力有所增強，避免背壓影響安全閥的起跳壓力，保證安全閥可靠起跳，且能夠使閥芯內件與高溫/腐蝕性介質相隔離。

蒸汽清洗裝置

蒸汽清洗的基本原理：是讓含鹽量低的清洗給水與含鹽量高的蒸汽相接觸，使蒸汽中溶解的鹽分轉移到清洗的給水中，從而減少蒸汽溶鹽，同時，又能使蒸汽攜帶爐水中的鹽分轉移到清洗的給水中，從而降低蒸汽的機械攜帶含鹽量，使蒸汽的品質得到改善。蒸汽汙染的危害：含鹽量超標的蒸汽會引起汽輪機、鍋爐等熱力設備結鹽垢，會造成過熱器熱交換受阻，管壁超溫，排煙溫度升高，爐效降低；蒸汽管道閥門動作失靈、漏洩；會使汽輪機的蒸汽通流截面減小，噴嘴和葉片的粗糙度增加，甚至改變噴嘴和葉片的形線，從而使汽輪機的阻力增加，出力和效率降低；若積鹽不均勻還會引起軸系振動，甚至造成事故。由此可見蒸汽品質對機組安全的重要性。

汽包排汙

汽包排汙多采用採用連續排汙+定期排汙。

（1）連續排汙主要用於排出汽包上部的濃縮水，主要目的是為了防止鍋爐水的含鹽量和含硫量過高，排汙部位多設在汽包水濃縮最明顯的地方，即汽包水位下200—300mm處。通常根據汽包水水質分析指標調整連續排汙量。

（2）定期排汙又稱間斷排汙，即每間隔一定時間從鍋爐底部沉積的水渣、汙垢、間斷排汙一般8 ～24小時排汙一次，每次排0. 5～1分鐘時間，排汙率不少於1％，間斷排汙以頻繁、短期為好，可使汽包水均勻濃縮，有利於提高蒸汽質量。

汽包為何加藥？

鍋爐給水儘管經過嚴格處理，但不可能將雜質徹底除淨，給水還會帶入鍋內一部分雜質。隨著鍋水的不斷蒸發濃縮，鍋水含鹽濃度逐漸提高，有可能引起內部結垢。為防止結垢，運行中要往鍋水中連續加入藥品，藥品與鍋水中的鈣、鎂鹽類發生化學、物理作用，生成非粘結性的鬆散水渣，沉積到下部，通過定期排汙放到鍋爐外。

加入鍋水的藥品通常是Na3PO4（磷酸三鈉），經過稀釋後由加藥泵打入鍋爐汽包的鍋水中。鍋水中加入磷酸三鈉，除使鍋水中鈣、鎂鹽類生成非粘結性的鬆散水渣外，還可起到校正鍋水鹼性的作用，使鍋水的PH值維持在規程規定的範圍之內 。

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當出現滿水事故或汽水共騰及泡沫共騰時，用它緊急排放鍋水，迅速恢復水位。事故放水管上端在汽包內，上口與汽包正常水位平齊。一旦出現上述情況時，迅速打開事故放水門，使多餘的水排放出去，恢復正常水位。由於有鍋水在事故放水孔浮起的現象，水位可放到比正常水位略低的位置，但鍋水不會被放光。汽包中的水雖然不會被放光，但打開事故放水門後，必須嚴密監視水位，一旦正常水位出現，應立即關閉事故放水門。否則，會通過事故放水管放出大量飽和蒸汽，這除了造成不必要的工質和熱量損失外，還使進入過熱器的蒸汽量減小，會給過熱器的安全帶來威脅。

汽包內部裝置

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