汽包是锅炉的重要部件，现代电厂的自然循环锅炉只有一个汽包，横置在炉外顶部，不受热，外部包有保温材料。

1.汽包的结构

汽包是由钢板制成的长圆筒形容器，其外形结构如图710所示。它由筒身和两端的封头组成。筒身是由钢板卷制焊接而成；封头由钢板模压制成，焊接于筒身。在封头留有椭圆形或圆形人孔门，以备安装和检修时工作人员进出。在汽包上开有很多管孔，并焊上称作管座的短管，通过对焊，可分别连接给水管、下降管、汽水混合物引入管、蒸汽引出管，以及连续排污管、给水再循环管、加药管和事故放水管等。还有一些连接仪表和自动装置的管座。

图7-10　汽包的外形结构

为了保证汽包能自由膨胀，现代锅炉的汽包都用吊箍悬吊在炉顶大梁上。汽包横置于炉顶外部，不受火焰和烟气的直接加热，并具有良好的保护。

汽包的尺寸和材料与锅炉的容量、参数及内部装置的形式等因素有关。汽包的长度应适合锅炉的容量、宽度和连接管子的要求；汽包的内径由锅炉的容量、汽水分离装置的要求来决定；汽包的壁厚由锅炉的压力、汽包的直径与结构以及钢材的强度来决定。锅炉压力越高及汽包直径越大，汽包壁越厚。但汽包壁太厚，使得制造困难，且变工况运行时还会产生较大的热应力。为了限制汽包的壁厚，一方面高压以上锅炉的汽包内径一般不超过1600～1800mm，相应壁厚为80～150mm；另一方面使用强度较高的低合金钢，如常用钢材有15Mn Mo Ni、18Mn Mo VNb和BHW35等。另外，汽包内部采用合理的结构布置，可减少锅炉启停和变工况运行时汽包产生的热应力，汽包壁厚可相应减小。表71列出了几种大型锅炉的汽包尺寸和钢材牌号。

表71　大型锅炉的汽包尺寸和钢材牌号

现将几种典型的亚临界参数自然循环锅炉的汽包装置介绍如下：

亚临界参数自然循环锅炉的汽包装置的主要特点是：汽包内部一般不设置蒸汽清洗装置；汽包体积相对较小；为了减小汽包的热应力，汽包下半部设置汽水混合物夹层，将经省煤器来的给水、锅水和汽包壁隔开，尽量减少汽包上下壁温差，为避免夹层内水层停滞过冷，必须使夹层内汽水混合物处于流动状态。

图711是B&W1190t/h亚临界参数自然循环锅炉的汽包装置。汽包内径为φ1828.8，壁厚为196.7mm，全长15380mm，筒体材质为SA299，汽包内装114只旋风分离器和波纹板二次分离元件。

图712为DG1025t/h亚临界参数自然循环锅炉的汽包装置。汽包内径为φ1792.8，壁厚为146mm，全长22250mm，筒体材质为13Mn NiMo54（BHW35），汽包内装108只切向导叶式旋风分离器和波纹板二次分离元件。

图713为FW1025t/h亚临界参数自然循环锅炉的汽包装置。汽包内径为φ1792，壁厚为145mm，全长26690mm，筒体材质为13Mn Ni Mo54，汽包内装190只卧式分离器和69个二次分离元件。卧式分离器为曲线形。

图714为FW2027t/h亚临界参数自然循环锅炉的汽包装置。汽包内径为φ1676，最小壁厚为161.47mm，直段长30658mm，筒体材质为SA299，汽包内装4排（共360只）水平离心式分离器。水平离心式分离器为曲线形。汽包总重603.1t，内件重36.7t。

图711　B&W1190t/h自然循环锅炉的汽包装置

图712　DG1025t/h自然循环锅炉的汽包装置

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图713　FW1025t/h自然循环锅炉的汽包装置

1—饱和蒸汽；2—干燥箱；3—卧式分离器；4—汽水混合物；5—加药管；6—水位均衡管；7—给水管；8—循环水；9—事故放水管；10—连续排污管；11—汽水夹层

图714　FW2027t/h自然循环锅炉的汽包装置

2.汽包的作用

汽包在汽包锅炉中具有很重要的作用，其作用主要体现在以下几个方面。

图715　受热面管子和管道与汽包的连接

1—省煤器；2—汽包；3—下降管；4—水冷壁；5—过热器

（1）汽包是加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽和大致分界点，如图715所示。省煤器出口与汽包连接；水冷壁、下降管分别连接于汽包，形成了自然循环回路；汽包出口与过热器连接。汽包成为省煤器、水冷壁、过热器的连接中心。给水在省煤器中预热后送入汽包；锅水经自然循环在水冷壁下部的某一部位开始蒸发，形成的汽水混合物在汽包内分离出饱和蒸汽，饱和蒸汽进入过热器进行过热，且在任何工况下过热器进口始终是饱和蒸汽。所以汽包是汽包锅炉内工质加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽，也是这三个过程的分界点。

（2）具有一定的蓄热能力，能较快地适应外界负荷变化。汽包是一个体积庞大的金属部件，其中存有大量的蒸汽和锅水，具有一定的蓄热量。当锅炉负荷变化时，汽包通过自发释放部分蓄热量弥补输入热量的不足，或通过增加部分蓄热量吸收多余的输入热量，快速地适应外界负荷的需要。

锅炉蓄热量的变化是靠锅炉汽压的变化来实现的。例如，当外界负荷增加而燃烧未能及时跟上时，则锅炉汽压下降，对应饱和温度也下降，部分锅水会自行汽化，水温降到对应压力下的饱和温度；同时，由于锅水温度下降而使汽包金属温度高于锅水温度，金属的部分蓄热向锅水释放，进一步使锅水汽化。产生的蒸汽可以弥补炉膛蒸发量的不足，缓解汽压的下降速度。

单位压力变化引起锅炉蓄热量变化的大小称为锅炉的蓄热能力。汽包体积越大，其内部空间贮水量就越多，其蓄热能力也越大。汽包的蓄热能力越大，运行中汽压稳定性增强，锅炉快速适应外界负荷变化的能力增强，负荷调节特性就越好。

（3）内部装置可以提高蒸汽品质。由水冷壁进入汽包的汽水混合物，利用汽包内部的蒸汽空间和汽水分离元件进行汽水分离，降低离开汽包的饱和蒸汽中的水分。对于超高压以上的锅炉汽包内有时还装蒸汽清洗装置，利用给水清洗蒸汽，减少蒸汽直接溶解的盐分。此外，布置在汽包内的锅内加药、排污装置通过控制锅水含盐量来提高蒸汽品质。

（4）外接附件保证锅炉工作安全。汽包外接有压力表、水位计、安全阀等附件，汽包内还布置了事故放水管等，用来保证锅炉的安全运行。

3.汽包的安全运行

汽包是有一定壁厚的压力热容器。汽包的工作压力高，机械应力大；汽包壁温度场不均就会产生热应力。因此，在锅炉运行中必须保证汽包在已定的工作寿命期间安全运行。

汽包在运行中必须限制工作压力。为防止压力超过允许限值，在汽包上和过热器出口装100%容量的安全阀。当工质压力超过允许限值时，安全阀自动开启，释放蒸汽降低压力。

汽包直径大、壁厚，在锅炉进水、启动、停运和负荷变化时都可能产生较大的汽包上下壁、内外壁温差，产生较大的热应力。其机械应力和热应力的综合应力在局部区域的峰值将会接近或超过汽包材料的屈服极限值。汽包的综合应力是低周期性的，每一个周期变化都会形成低周疲劳损耗，使工作寿命相应缩短。综合应力峰值越大，低周疲劳损耗越大。在运行中必须限制汽包上下壁、内外壁温差。一般要求在锅炉启停和正常运行中汽包上下壁、内外壁温差不能大于50℃。