承压设备制造质量控制教案Word下载.docx
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热水锅炉,有机热载体锅炉指供热量,即每小时输出的热量,通常以“Q”符号表示,单位是“大卡/时”(焦耳/时)。
上述两种单位均可转换成“千瓦(kW)”表示。
它们之间换算关系如下:
1吨/时≈60×
104大卡/时
104大卡/时=41868焦耳/时
1吨/时≈700千瓦(kW)
1千瓦(kW)=860大卡/时
蒸汽锅炉在每平方米受热面积上每小时能产生蒸汽的数量称为这台锅炉的蒸发率。
常用符号“D/H”表示,单位是kg/m2·
h。
蒸发率是衡量锅炉蒸发性能的一项技术指标,它决定于锅炉结构、燃料品种、燃烧工况和传热效果等因素。
一般火管锅炉的平均蒸发率为15~20kg/m2·
h,水管锅炉的平均蒸发率为15~20kg/m2·
h以上。
在锅炉上凡是一面和火焰或烟气接触,吸收燃料燃烧时放出的热量,另一面再将热量传给水和蒸汽等介质的钢管或钢板,就称为这台锅炉的受热面。
通常以接触火焰或烟气的一面来计算受热面积,常用符号“H”表示,单位是米2。
锅炉受热面越大,吸热量也越多,其容量也越大。
显然,锅炉的蒸发量决定于它的蒸发率和受热面积。
2.压力
指锅炉出口处(锅筒或过热器)的工作压力(表压),通常以“P”符号表示,单位是“MPa”,或kgf/cm2”。
1大气压≈lkgf/cm2=0.0980665MPa
锅炉铭牌上标示的压力是锅炉设计压力,又称额定工作压力。
对有过热器的锅炉是指过热器出口处的蒸汽压力,对无过热器的锅炉是指锅筒内的蒸汽压力,对热水锅炉是指出水阀入口处的热水压力。
锅炉内为什么会有压力呢?
这是因为蒸汽锅炉内的水吸收热量后,由液态变为气态,其体积增大很多,由于锅炉是密闭容器,这就限制了汽水的自由膨胀,随着水不断受热蒸发变成蒸汽,锅筒内的蒸汽密度相应增加,压力也随之增大,结果就使锅炉各受压元件受到了汽水压力的作用。
热水锅炉的压力绝大多数来源于循环水泵。
测量压力的方法有两种基准:
一种是以压力为零(即绝对真空)作为测量起点的,这时测出的压力叫绝对压力;
另一种是以大气压力作为测量起点,即压力表上直接读出的压力值,此称表压力。
平时我们所说的锅炉压力或介质压力都是指的表压力,但在蒸汽热力特性表中所列的压力值和热工计算中用的压力值都是指绝对压力。
绝对压力=表压力+1个大气压力
通常我们把低于大气压力的压力叫“负压”,高于大气压的压力叫“正压”。
锅炉炉膛和烟道往往都处于负压状态。
3.温度
指锅炉出口介质的温度。
对于蒸汽锅炉为出口处饱和蒸汽或过热蒸汽的温度,对于热水锅炉为进、出口热水的温度,单位是“℃”或“℉”、“
”,它们之间换算如下:
摄氏温标(℃),华氏温标(℉),开氏温标(绝对温标)(
)。
锅炉额定蒸汽温度是指锅炉输出蒸汽的最高温度,对有过热器的锅炉是指过热器出口处蒸汽的最高温度,对无过热器的锅炉是指额定压力下的饱和蒸汽温度。
1.1.2锅炉的分类及型号
1.1.2.1锅炉的分类
1.按用途分类
(1)电站锅炉;
(2)工业锅炉;
(3)生活锅炉;
(4)船舶锅炉,机车锅炉。
2.按载热介质分类
(1)蒸汽锅炉;
(2)热水锅炉;
(3)汽水两用锅炉;
(4)热风炉;
(5)有机热载体锅炉。
3.按燃料和热源分类:
(1)燃煤锅炉;
(2)燃油和燃气锅炉;
(3)燃生物质燃料锅炉(木柴、甘蔗渣、稻壳、椰子壳、生活垃圾、工业垃圾等);
(4)原子能锅炉;
(5)余热锅炉;
(6)电热锅炉。
4.按本体结构分类
(1)水管锅炉;
(2)火管锅炉;
(3)水火管锅炉;
(4)热管锅炉;
(5)真空相变锅炉。
5.按介质循环方式分类
(1)自然循环锅炉;
(2)强制循环锅炉。
(3)直流锅炉。
6.按燃烧方式分类
(1)层燃锅炉:
它又分固定炉排,机械化炉排(链条炉排、振动炉排、抽板顶升炉排、往复炉排、抛煤机炉等);
(2)室燃锅炉;
(3)沸腾炉(又称流化床锅炉)。
7.按出厂型式分类
(1)散装锅炉;
(2)组装锅炉;
(3)整装锅炉。
8.按压力等级分类
(1)低压锅炉P≤2.45MPa(25kgf/cm2);
(2)中压锅炉P=3.82MPa(39kgf/cra2);
(3)次高压锅炉3.82MPa<P<9.81MPa(39kgf/cm2<P<100kgf/cm2=;
(4)高压锅炉P≥9.81MPa(100kgf/cm2);
(5)超高压锅炉P>13.73MPa(140kgf/cmz);
(6)亚临界锅炉P=15.7~17.66MPa(160~180kgf/crn2);
(7)超临界锅炉P=23.5~26.5MPa(240~270kgf/cm2)。
9.按制造管理分类
(1)A级锅炉:
额定压力≥9.81MPa的固定式蒸汽锅炉;
(2)B级锅炉:
额定压力<9.81MPa的固定式蒸汽锅炉;
(3)C级锅炉:
额定压力≤2.45MPa的固定式蒸汽锅炉;
(4)D级锅炉:
额定压力≤1.27MPa的固定式蒸汽锅炉;
(5)El级锅炉:
额定压力≤0.4MPa的固定式蒸汽锅炉和水温低于120℃的热水锅炉;
(6)E2级锅炉:
额定压力<0.1MPa的蒸汽锅炉和水温≤95℃的热水锅炉。
1.1.2.2锅炉的型号
1.工业锅炉型号按机械部部标JB/T1626-92的规定进行编制,适用D≤65t/h或额定蒸汽压力≤2.45MPa的固定式蒸汽锅炉和热水锅炉。
工业锅炉产品型号由三部分组成,各部分用短横线相连。
表示形式见图1-1、图1-2:
图1-1工业蒸汽锅炉型号形式图1-2热水锅炉型号形式
第一部分分三段,分别表示锅炉型号(用汉语拼音字母代号,见表1-1)、燃烧设备(用汉语拼音字母代号,见表1-2)和容量(用阿拉伯数字表示,蒸汽锅炉为蒸发量,单位用t/h;
热水锅炉为供热量,单位为MW;
余热锅炉以受热面表示,单位为m2)。
表1-1工业锅炉型式代号
锅炉型式
代号
立式水管
LS(立,水)
单锅筒横置式
DH(单,横)
立式火管
LH(立,火)
双锅筒纵置式
SZ(双,纵)
卧式内燃
WN(卧,内)
双锅筒横置式
SH(双,横)
卧式外燃
WW(卧,外)
纵横锅筒式
ZH(纵,横)
单锅筒立式
DL(单,立)
强制循环式
QX(强,循)
单锅筒纵置式
DZ(单,纵)
注:
卧式水火管快装锅炉型式代号为DZ
表1-2燃烧设备代号
燃烧方式
固定炉排
G(固)
振动炉排
Z(振)
沸腾炉
F(沸)
固定双层炉排
C(层)
下饲炉排
A(下)
室燃炉
S(室)
活动手摇炉排
H(活)
往复炉排
W(往)
链条炉排
L(链)
抛煤机
P(抛)
抽板顶升采用下饲炉排的代号
第二部分表示介质参数,对工业蒸汽锅炉,分额定蒸汽压力和额定蒸汽温度两段,中间以斜线相隔,常用单位分别为MPa和℃,蒸汽温度为饱和温度时,型号第二部分无斜线和第二段。
对热水锅炉,第二部分由三段组成,分别为允许工作压力、出水温度和进水温度,段与段之间用斜线隔开。
第三部分表示燃料种类。
以汉语拼音字母代表燃料种类,同时以罗马数字代表燃料品种分类与其并列(见表1-3),如同时使用几种燃料,主要燃料放在前面。
表1-3燃烧种类及其代号
燃料品种
I类劣质煤
LI
褐煤
H
天然气
QT
II类劣质煤
LII
贫煤
P
焦炉煤气
QJ
III类劣质煤
WI
型煤
X
液化石油气
QY
II类无烟煤
WII
木柴
M
油母页岩
YM
III类无烟煤
WIII
稻糠
D
其它燃料
T
I类烟煤
AI
甘蔗渣
G
II类烟煤
AII
柴油
YC
III类烟煤
AIII
重油
YZ
(1)DZL4—1.25—W表示单锅筒纵置式链条炉排炉,蒸发量4t/h,压力1.25MPa,饱和温度,燃用无烟煤。
(2)SHSl0—1.25/250—A0表示双锅筒横置式室燃锅炉,蒸发量10t/h,压力1.25MPa,过热蒸汽温度250℃,燃用烟煤。
(3)QXW2.8—0.7/95/70—AII表示强制循环式往复炉排热水锅炉,额定供热量2.8MW,允许工作压力0.7MPa,额定出水温度95℃,额定进水温度70℃,燃用烟煤。
2.电站锅炉型号
中国电站锅炉型号由三部分组成,第一部分表示锅炉制造厂代号;
第二部分表示锅炉参数;
第三部分表示设计燃料代号及设计次序。
1.1.3锅炉结构
1.1.3.1锅炉结构的基本要求
对锅炉结构总的要求是安全可靠、高效低耗。
具体要求有:
1.各部分在运行时应能按设计预定方向自由膨胀。
2.保证各循环回路的水循环正常,所有受热面都应得到可靠的冷却。
3.各受压部件应有足够的强度和稳定性。
4.受压元、部件结构的形式,开孔和焊缝的布置应尽量避免或减少复合应力和应力集中。
5.水冷壁炉膛的结构应有足够的承载能力。
6.炉墙应具有良好的密封性和耐热性。
7.锅炉钢架等承重结构在承受设计载荷时,应具有足够的强度、刚度、稳定性及防腐蚀性。
8.便于安装、运行操作、检修和清洗内部。
9.要根据锅炉参数和燃料的适应性来选用锅炉结构和燃烧设备。
10.要合理配置辅机设备,还要考虑安全附件和自控装置的可靠性。
1.1.3.2锅炉主要受压部件
尽管锅炉结构形式很多,其制造时的难易程度也悬殊很大,但它们总包含下列受压元件中的一部分。
1.锅筒:
它是用来汇集、贮存、分离汽水和补充给水的。
是锅炉设备中最重要的部件。
它是用锅炉钢板卷制或压制而成,其两端焊有凸形封头或平管板,筒体上有许多管孔或管座,用来与水冷壁,对流管束、下降管和其他管道连接,以及安装各种管道阀门。
锅筒的一端封头上还开有人孔,以便进入内部检验和检修。
因为锅筒的直径大、汽水容积大、筒壁厚,制造工艺复杂、应力也大,容易发生事故的因素多,而且事故造成的损失也最大,所以设计、制造、安装、检验锅筒时须格外注意。
2.锅壳:
它是锅壳式锅炉中“包围”汽水、风烟、燃烧系统的外壳,又称筒壳,其作用和锅筒相同。
常用Q235A、20g、16Mng等锅炉钢板卷成圆筒形后再对接双面焊成,两端焊有凸形封头或平管板,在锅壳的适当部位开有人孔或手孔、管孔、水位表孔等。
3.联箱:
又称集箱。
其作用是连结受热面管、下降管、连通管、排污管等,按其用途分为水冷壁联箱、过热器联箱、省煤器联箱等。
按其所处位置分为上联箱、下联箱或进口联箱、出口联箱。
它是用较大直径的锅炉钢管和两个端盖焊接而成,其上开有许多管孔及焊有管座。
4.下降管:
其作用是与水冷壁、联箱、锅筒形成水循环回路。
它是用较大直径的锅炉钢管制成,一般布置在炉膛外面,不受热。
5.受热面管子,它是锅炉的主要受热面,用锅炉钢管制成,它分为水管和火管,凡管内流水或汽水混合物,管外受热的叫水管,凡管内走烟气管外被水冷却的叫烟管。
烟管只用在小型锅炉中,水管用在各种锅炉中。
水冷壁管是水管中的一种。
6.省煤器:
它的作用是使给水进入锅筒之前,被预先加热到某一温度(通常加热到低于饱和温度40~50℃),以降低排烟温度,提高锅炉热效率。
中低压锅炉往往用铸铁制造省煤器,中压以上的锅炉省煤器由钢管制成的蛇形管组合而成。
7.过热器:
它是把锅筒内出来的饱和蒸汽加热成过热蒸汽,以满足生产工艺的需要,过热器是用碳钢或耐热合金钢管弯制成蛇形管后组合而成。
8.减温器:
它的作用是调节过热蒸汽的温度,将过热蒸汽的温度控制在规定的范围内,以确保安全和满足生产需要。
凡有过热器的锅炉上均有减温器,减温器分面式减温器和混合式减温器。
减温器结构与联箱相似,但其内部有喷水装置或冷却水管。
9.再热器:
它是将汽轮机高压缸排出的蒸汽再加热到与过热蒸汽相同或相近的温度后,再回到中低压缸去作功,以提高电站的热效率。
再热器一般只用于D>400t/h的电站锅炉中,它也是用碳钢和耐热合金钢管弯制成蛇形管而组成。
10.炉胆:
是锅壳式锅炉包围燃料燃烧空间的壳体,只有立式锅炉和卧式内燃锅炉中有炉胆。
炉胆有直圆筒形和锥形二种,当炉胆长度超过3m时,要采用波纹形结构。
炉胆承受外压,主要用A3g、20g等锅炉钢板弯卷后焊制而成。
11.下脚圈:
连接炉胆和锅壳的部件,只在立式锅炉中采用,常见的有U形、L形、H形、S形等型式,额定工作压力>1kgf/cm2的锅炉上须用U形下脚圈。
下脚圈是用与锅壳或炉胆相同的材料制成。
12.炉门圈、喉管、冲天管:
炉门圈是连接于锅壳和炉胆之间燃料进入燃烧室的一段管子,一般由锅炉钢板压制成椭圆形后焊接而成。
喉管和冲天管均为连接于锅壳和炉胆之间烟气排出时所经过的一段管子,一般由无缝钢管制成。
以上三个部件均受外压,仅在立式锅炉中有此部件。
1.1.3.3锅炉安全附件
工业锅炉安全附件,主要是指锅炉上使用的安全阀、压力表、水位计、水位警报器、排污阀等,这些附件是锅炉运行中不可缺少的组成部分,特别是安全阀、压力表、水位计是保证锅炉安全运行的基本附件,常被人们称之为锅炉三大安全附件。
超压运行是锅炉发生事故的重要原因之一。
安全阀的主要作用是当锅炉内的压力超过规定要求时自动开启,释放超过的压力,使锅炉回到正常的工作压力状态。
压力正常后,安全阀自动关闭。
当蒸发量D>0.5t/h的锅炉,至少应装两个安全阀(不包括省煤器安全阀),当D≤0.5t/h时,至少装一个安全阀。
安全阀应铅直地安装,并尽可能装在锅筒、集箱的最高位置。
压力表、水位计是司炉正常操作的耳目,每台锅炉必须装有与锅筒蒸汽空间直接相连接的压力表。
每台锅炉在便于观察的地方应装设两个彼此独立的水位表,当D≤0.2t/h时,可以只装—个水位表。
热水锅炉上的安全附件有安全阀、压力表、温度计、超温报警器和排污阀或放水阀。
锅炉上还有给水装置,自动调节装置和许多管道、阀门仪表、它们也与安全有关。
1.1.3.4几种典型锅炉结构
1.立式弯水管锅炉(图1-3),其受压元件主要有锅壳、封头、炉胆、炉胆顶、U形下脚圈、弯水管、炉门圈、喉管。
2.快装水、火管锅炉(图1-4),其主要受压元件有:
锅筒烟管、省煤器。
下降管、集箱、水冷壁、
3.偏锅筒快装水火管锅炉(图1-5),其受压元件有锅筒、下降管、联箱、水冷壁、烟管。
4.单横汽包水管锅炉(图1-6),其受压元件有锅筒、下降管、联箱、水冷壁、过热器、省煤器。
1—锅筒;
2—烟管;
3—水冷壁;
4—联箱;
5—省煤器
图1-4快装水、火管锅炉
2—对流管束;
3—下降管;
1—锅筒;
2—水冷壁;
4—水冷壁;
5—联箱3—过热器;
4—省煤器
图1-5偏锅筒快装水、火管锅炉图3-6单横气包水管锅炉(散装)
1.1.4锅炉的工作过程
1.1.4.1锅炉汽水流程系统
锅炉汽水流程见图1-7
图1-7锅炉汽水流程
1.1.4.2锅炉水循环
蒸汽锅炉运行时,“锅”内的水实际上总是沿着一定的路线不断地流动,这个路线往往是一个回路,叫做循环回路。
水在锅炉循环回路中的流动叫锅炉水循环。
水循环的主要作用,是使锅水沿受热面连续不断地流动,把受热面传递的热量及时吸去,不使金属壁温过分升高,保持其应有的强度。
此外,水循环还能减少和防止水中泥渣的沉积,使受热面不至于被泥渣积附,影响锅水的吸热,从而使壁温提高,引起事故。
所以说锅炉水循环对锅炉的安全运行关系很大。
锅炉运行时,必须保证水循环的正常运行。
锅炉水循环有自然循环和强制循环两种。
工业锅炉普遍采用自然循环方式。
自然循环的原理如下:
如图1-8,位于炉膛内的水冷壁管,受到高温热辐射,管中的水有一部分汽化,故水冷壁内是汽水混合物,而位于炉膛外的下降管不受热,管内是温度较低的水。
由于水冷壁管内汽水混合物的比重
比下降管中的水的比重
为小,于是就产生了一个流动压力
,这个压力使水沿着下降管向下流动,汽水混合物不断沿水冷壁管向上流动,整个回路在锅炉运行中循环不息。
水在对流管束中同样有自然循环,接触烟气温度高的管道吸热多,其中水的比重较小,于是这些管道内的水就向上流动,另外一些吸热少的管道内的水就向下流动,这就形成了水的自然循环。
强制循环是利用水泵的推动作用,强迫锅水流动而实现循环的。
1.1.4.3锅炉工作过程简述
现以SHL35—3.82/450—AⅡ(见图1-6)型锅炉为例来说明锅炉的组成和工作过程。
锅炉由锅筒、下降管,联箱、炉膛四周的水冷壁及过热器等组成。
尾部受热面配有省煤器和空气预热器,燃烧设备为齿轮传动链条炉排。
该锅炉所用的燃料是煤。
首先将锅炉用煤在煤场经过筛选、破碎后,由皮带运输机送至锅炉前煤仓,煤仓内的煤通过煤闸板,落到链条炉排上,随着链条的移动,炉排上的煤被送到炉膛燃烧。
燃烧所需的空气由送风机抽取锅炉房内温度较高的空气,经过空气预热器吸收一部分烟气余热,提高温度后再分段送到炉排下面,穿过炉排缝隙进入煤层助燃,炉排上的煤经过一定时间即被燃尽而成为灰渣,再通过老鹰铁刮入灰坑,并由出渣机将灰坑内的灰渣除去。
燃烧所产生的高温烟气,首先将一部分热量传给水冷壁,然后烟气从炉膛上部经过立式过热器,再进入后烟道,经省煤器和空气预热器进一步放出热量,最后经除尘后被引风机送至烟囱并排入大气。
原水经水处理设备后,水中的杂质及钙、镁离子被除去,变成软水。
软水经水泵注入除氧器除去水中的氧气,经过除氧的水被送到省煤器,吸收部分烟气热量,提高水温后进入锅筒。
锅筒内的水通过数根下降管流入炉膛四周水冷壁的下联箱,每个下联箱上接出一排水冷壁管,水在水冷壁管内受热不断汽化,汽水混合物上升至上联箱或直接进入锅筒。
蒸汽经过汽水分离装置由锅筒离开,经导汽管进入过热器继续受热,变成过热蒸汽,并由出口联箱汇集后,经出汽总管输送到用户。
由上可见,锅炉设备存在着水汽系统、燃料灰渣系统和风烟系统。
锅炉运行时同时进行着三个过程,即燃料的燃烧过程、火焰和烟气向水和蒸汽的传热过程、水的加热、汽化、分离和蒸汽的过热即锅内过程。
上述三个过程进行得好坏,不仅影响锅炉的蒸发量和经济性,同时也影响锅炉的安全性。
1.1.5锅炉的无损检测要求
锅炉的无损检测应遵循以下原则:
1.由于焊缝交叉部位的应力较其它部位大,且焊接时较其它部位易产生缺陷,故对焊缝交叉部位应优先检测。
2.由于高参数,大容量的锅炉制造工艺复杂,更易产生缺陷,且发生事故的后果更为严重,所以对高参数,大容量的锅炉的无损检测要求比对低参数,小容量的锅炉要求高一些,包括检测比例和合格级别。
另外,有机热载体锅炉介质特殊,危险性较大,所以探伤要求高。
3.由于焊接前已进行焊接工艺评定,且对焊工的技能已进行过考试,加之采取其他的管理措施,所以锅炉的焊接质量一般都应该合格,为了节省制造成本,所以对部分危险性相对较小的设备焊缝采取按比例抽查的方法进行检测,而不是全部进行100%检测。
如果抽查的部位均合格,则表示焊接质量稳定,其他未抽查到的部位质量也应该认为合格,如果抽查部位有不合格现象,说明焊接质量不稳定,则应扩大抽查比例,甚至进行全部检测。
4.由于RT和UT检测各有其特点,为尽可能检出焊缝内的各种缺陷,对中、高压锅炉,采取RT和UT并用。
5.对于封头和下脚圈的拼缝,由于拼接后还要进行压制加工,在此加工过程中,原拼缝内的小缺陷有可能发展成为超标缺陷,所以应在加工成型后进行无损检测。
6.锅炉中的重要角焊缝,一般不采用射线探伤,而采用超声波探伤,因为对角焊缝进行射线探伤较难以实施,且效果不够理想。
表1-4规程对锅炉焊缝探伤的主要要求
压力
探伤比例
部位
P≤0.1MPa
0.1<P≤0.4MPa
0.4<P<2.5MPa
2.5≤P<3.8MPa
P≥3.8MPa
锅筒纵、环缝
集箱纵缝
封头、下脚圈拼缝
蒸汽炉
10%RT
25RT
100%RT
100%RT或100%UT+
25%RT
100UT+25%RT
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