锅炉汽水系统设备及其附件

1、京能集团运行人员培训教程BEIH Plant Course锅炉汽水系统及其附件目录1教程介绍32相关专业理论基础知识33省煤器53.1概述53.2省煤器的工作原理63.3省煤器的作用63.4省煤器的种类63.5省煤器的结构73.6省煤器的布置93.7省煤器的支吊方式103.8省煤器的启动保护133.9省煤器设计中应考虑的问题144水冷壁的结构特征164.1水冷壁的作用164.2水冷壁管的结构形式164.3水冷壁的特殊装置204.4水冷壁的几何尺寸224.5水冷壁入口节流孔圈235过热器与再热器255.1概述255.2电站锅炉对过热器和再热器的要求265.3过热器与再热器的作用与特点265.4过

2、热器与再热器的布置及结构型式295.5过热器和再热器的汽温特性395.6再热器的系统的保护405.7热偏差416减温水设备系统486.1蒸汽温度的调节486.2减温器的分类及特点486.3减温器在过热器系统中的布置526.4减温水的相关联锁保护527汽水系统疏放水、排空气、排污系统537.1锅炉排空气系统的任务和作用537.2、锅炉疏水放水系统的任务和作用537.3、锅炉排污系统的任务和作用537.4设备结构特点547.5锅炉定期排污的控制注意事项568延伸阅读589试题库09.1填空题09.2问答题21 教程介绍本教程详尽介绍了发电厂省煤器、过再热器系统，包含了发电厂运行维护人员从事本系统相

3、关工作所必须掌握的专业基础理论知识、系统的构成及相关联接、系统中各设备的工作原理、设备系统的启停操作及正常运行调整、节能经济运行方式、各种工况下巡回检查的内容及标准、设备检修维护时安全隔离要求及措施、作业危险因素的分析及防止、系统常见故障的分析处理、运行过程中的事故预想及演练、相关的定期切换及试验要求等内容。教程编写过程中，参照了厂家资料，引用了相关的技术文献，并吸收了相关的技术法规，25项重点反事故措施要求的内容。教程适应于从事省煤器、过再热器系统运行维护各岗位人员，按照岗位技能及职责的要求，教程依难易程度内容分别标注了初级、中级、高级三个等级。初级为巡检岗位人员的必备知识，中级为主值以上岗

4、位操盘人员要掌握的内容，高级为值长、专业工程师以上岗位人员的应知应会。教程中附列了相关的培训检测表，用于记录员工学习培训进度、过程状态、掌握知识程度等重要信息。部分检测表需由负责培训的人员填写，作为员工从业资格的重要证明。本教程为通用教材，各发电厂在实际使用过程中可根据自身设备特点做适当增减修改。2 相关专业理论基础知识 1、过热器的定义中文名称：过热器英文名称：superheater，SH 定 义：将饱和温度或高于饱和温度的蒸汽加热到规定过热温度的受热面。2、受热面 heating surface从放热介质中吸收热量并通过壁厚将热量传递给受热介质的金属表面。3、辐射受热面 radiant h

5、eating surface主要以辐射换热方式从放热介质中吸收热量的受热面。4、对流受热面 convection heatinrface主要以对流换热方式从放热介质中吸收热量的受热面。5、附加受热面 auxiliary heating surface敷设于大型锅炉对流烟道的内壁面，用以保护炉墙，同时吸收放热介质热量的受热面。6、受压部件 pressure part承受内部或外部介质压力作用的部件。7、受压元件 pressure part承受内部或外部介质压力作用的零件。8、管屏 tube panel由同一进口集箱和出口集箱（或锅筒）之间并联管子所组成的屏片状受热面。9、垂直上升管屏 up fl

6、ow riser tube panel工质在管内一次或多次垂直上升的管屏。10、回带式管屏 ribbon panel工质在管内作多行程水平或垂直迂回上升的管屏。11、水平围绕管屏 spirally-wound tube panel工质在管内呈水平或微倾斜地盘旋上升的管屏。12、管束 tube bank由同一进口集箱和出口集箱（或锅筒）之间的并联管子组成的束状对流受热面。13、错列布置管束 staggered bank相邻管排作交错排列的管束。14、顺列布置管束 in-line bank各管排均作行列排列的管束。15、辐射式过热器 radiant superheater布置在炉膛中，主要以辐射换

7、热方式吸收热量的过热器。16、墙式过热器 wall superheater布置在炉膛内壁面上水冷壁管之间的辐射式过热器。17、屏式过热器 platen superheater以管屏形式布置在炉膛上部或炉膛出口处，既吸收辐射热，又吸收对流热的过热器。18、对流式过热器 convection superheater以无缝钢管弯制成蛇形管的形式布置在对流烟道中，以吸收对流热为主的过热器。19、包墙管过热器 steam-cooled wall布置在水平烟道和尾部对流烟道的内壁面，便于敷设炉墙并单面吸收烟气热量的过热器。20、顶棚管过热器（炉顶过热器） steam-cooled roof布置在炉顶内壁面

8、的过热器。21、悬吊式过热器 pendant superheater蛇形管圈垂直布置，悬吊于炉顶支承梁上的过热器。22、水平式过热器 horizontal superheater蛇形管圈水平布置的过热器。23、再热器再热器的含义是指把汽轮机高压缸做过功的中温中压蒸汽再引回锅炉，对其再加热至等于、高于或低于新蒸汽温度的设备叫再热器。24、联箱在受热面的布置中，联箱起到汇集、混合、分配工质的作用，是受热面布置的连接枢纽。另外，有的联箱也用以悬吊受热面，装设疏水和排污装置。25、辐射式再热器 radiant reheater布置于炉膛壁面上水冷壁管之间，主要吸收辐射热的再热器。26、对流式再热器 c

9、onvection reheater布置于对流烟道中，主要吸收对流热的再热器。27、金属的疲劳强度金属材料在交变应力作用下，经一定次数的反复作用，而不破坏的最大应力。28、金属的蠕变金属在高温和应力作用下，随着时间的增加，缓慢的产生塑性变形的现象。29、金属的塑性塑性就是金属材料在载荷作用下能改变形状而不破裂，在取消载荷后又能把变形保留下来的一种性能。30、金属的腐蚀 金属在各种侵蚀性液体或气体介质的作用下，发生的化学或电化学过程而遭受损耗或破坏的现象。31、省煤器（英文名称Economizer）就是锅炉尾部烟道中将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面，由于它吸收的是比较低温的烟气，降低了

10、烟气的排烟温度，节省了能源，提高了效率，所以称之为省煤器。3 省煤器3.1 概述给水在锅炉中被加热成为过热蒸汽的过程可分成三个阶段，即给水预热、蒸发、过热。这三次加热分别是在锅炉的三种不同受热面中完成的，这三种不同的受热面及连接管道就组成了锅炉的汽水系统。省煤器就是其中之一，即负责给水预热的设备，可见，它是整个锅炉汽水系统中工质温度最低的一级受热面，流过该设备的工质是单相的水（非沸腾式省煤器）。3.2 省煤器的工作原理省煤器是利用烟气热量加热给水的热交换器。烟气在管外自上而下横向冲刷管束，将热量传递给管壁；水在管内自下而上流动，吸收管壁放出的热量，使水的温度升高。这种方式既可以形成逆流传热，节

11、约金属用量；也便于疏水和排气，以减轻腐蚀；另外，烟气自上而下流动，还有利于吹灰。3.3 省煤器的作用最初设置省煤器，是为了利用烟气余热加热给水，以降低排烟温度、提高锅炉效率、节约燃料消耗，省煤器就是以此得名。采用省煤器后，给水在进人蒸发受热面之前，已先在省煤器中加热，蒸发受热面的吸热量及受热面积必然减少。省煤器一般逆流布置，工质的平均温度比水的饱和温度要低，并采用强制流动，为应用薄壁小管径创造了条件。整体结构也很紧凑。因此，省煤器的传热温差与传热系数均比相同烟温范围的对流蒸发管束要高。以省煤器受热面取代对流蒸发受热面可大幅度减少金属消耗，此外，给水加热升温后引入汽包，可以减小给水与汽包壁的温差

12、，从而减小汽包热应力。由于这些原因，省煤器已成为现代锅炉不可缺少的组成部分。所以省煤器的作用归纳起来为三点：（1） 节省燃料。在锅炉尾部装设省煤器，可降低烟气温度，减少徘烟热损天，提高锅炉效率，因而节省燃料。（2） 改善汽包的工作条件。由于采用省煤器后，提高了进人汽包的给水温度，使汽包壁与给水之间的温度差及热应力减少，改善了汽包的工作条件，延长了使用寿命。（3） 降低锅炉造价。由于水的加热是在省煤器中进行的，用省煤器这样的低温部件代替部分价格较高的高温水冷壁，从而降低了锅炉造价。3.4 省煤器的种类省煤器按使用材料可分为钢管省煤器和铸铁省煤器。目前大中容量锅炉广泛采用钢管省煤器，其优点是强度高

13、，能承受冲击，工作可靠，同时传热性能好，体积小，价格低廉。缺点是耐腐蚀性差，但现代锅炉给水都经严格处理，管内腐蚀这一缺点以基本得以解决。省煤器按工质加热程度可分为沸腾式省煤器和非沸腾式省煤器。（1） 沸腾式省煤器。其出口水温不仅可以达到饱和温度，而且可使部分水汽化，汽化水量一般约占给水量的10%一15% ，最多不超过20%，以免省煤器中介质的流动阻力过大。（2） 非沸腾式省煤器。其出口水温低于该压力下的沸点20-25。中压锅炉多采用沸腾式省煤器。这是因为中压锅炉水的汽化潜热大，加热水的热量小，故需把一部分水的蒸发放到省煤器中进行，以防止炉膛温度过低引起燃烧不稳和炉膛出口烟温过低造成过热器等受热

14、面金属耗量增加，此外也有助于发挥省煤器的作用。高压以上锅炉则多采用非沸腾式省煤器，这是因为随着压力的提高，水的汽化潜热相应减小，而加热水的热量相应增大，故需要把水的部分加热转移到炉内水冷壁中进行，以防止炉膛温度和炉膛出口烟温过高，引起炉内及炉膛出口处受热面结渣，所以高压以上锅炉则多采用非沸腾式省煤器。选择省煤器型式时主要考虑的是锅炉参数，锅炉参数不同，则对工质加热的三个阶段所需要吸热量的比例就不同，所以与之相应的三种不同受热面的布置也要发生变化对于高参数的大机组而言，蒸发吸热量较小，水的加热吸热量、蒸汽过热吸热量、再热吸热量却比较大。因此，非沸腾式钢管省煤器是高压以上机组锅炉省煤器的主要型式。

15、3.5 省煤器的结构钢管省煤器不论沸腾式或非沸腾式，结构完全一样。它们均由一些水平蛇形管，经进口、出口联箱并联而成。蛇形管与联箱的连接一般采用焊接。联箱一般布置在锅炉烟道外面。如果省煤器的受热面较多，总体高度较高，可把它分为几段，在图3-1中分为两段，每段高度为11.5m，段与段之间留出0.60.8m检修空间。此外省煤器与其相邻的空气预热器之间应留出0.8lm高的空间，以便进行检修和清除受热面上的积灰。图3-1 钢管式省煤器的结构及实物图片（a）错列布置结构；（b）顺列布置结构1进口联箱；2出口联箱；3蛇形管；S1横向节距；S2纵向节距省煤器一般多为卧式布置在尾部烟道中，这样既有利于停炉排除积

16、水，减轻停炉期间的腐蚀，也有利于改善传热，节约金属。为了增强传热并提高结构的紧凑性，可在省煤器钢制蛇形管上焊接矩形鳍片，见图3-2(a)，在金属耗量和通风电耗相等的情况下，焊有距形鳍片的受热面体积要比光管受热面的体积小25%-30%；用低价的扁钢代替部分高价钢管，从而降低设备成本。近年来还出现了由轧制鳍片省煤器(梯形鳍片)制成的省煤器，见图3-2(b)。轧制鳍片省煤器可使省煤器的外形尺寸缩小40%-50% 。图32 鳍片式省煤器管（a）焊接鳍片省煤器；（b）轧制鳍片管省煤器膜式省煤器目前应用较多，如图3-3所示。膜式省煤器是由在蛇形管直段部分焊有连续的扁钢条制作而成，扁钢条的厚度为2-3mm。

17、膜式省煤器的传热效果比光管省煤器好，且在同样传热条件下，前者的金属耗量要少、成本低，外形尺寸缩小40%50% ，磨损减轻，运行中可靠性提高。图33 膜式省煤器此外还出现了带横向肋片环状或螺旋状)的管子制成的省煤器，如图3-4所示，这类省煤器可用于灰分不黏结的燃料，否则积灰严重。 H形省煤器 肋片式省煤器 图34 肋片式省煤器鳍片管和膜式省煤器比光管省煤器体积小，在烟道截面尺寸不变的情况下，可以采用较大的横向节距以增大烟气流通截面，降低烟气流速，减轻磨损；同时可增加烟气侧换热面积，强化传热并使结构更紧凑，且支吊方便。3.6 省煤器的布置省煤器按蛇形管的排列方式可分为顺列布置和错列布置两种。错列布

18、置因传热效果好，结构紧凑，管壁上不易积灰，而得到广泛采用，但一旦积灰后吹灰比较困难，磨损也比较严重。顺列布置时的情况正好相反。如图3-5省煤器的布置。图35 省煤器的布置（a） 错列布置结构；（b）顺列布置结构1-进口联箱；2-出口联箱；3-蛇形管；S1-横向节距；S2-纵向节距省煤器的管列布置方向有纵向和横向两种。纵向布置是指蛇形管放置方向与炉膛后墙垂直，如图3-6（a）所示。此种布置的特点是，由于尾部烟道的宽度大于深度，所以管子较短，支吊比较简单；且平行工作的管子数目较多，因而水的流速较低，流动阻力较小，但这种布置的全部蛇形管都要穿过烟道后墙，从飞灰磨损角度来看很不利，因为当烟气从水平烟道

19、流入尾部烟道时，拐弯将产生离心力，使烟中灰粒多集中在靠近后墙的一侧，这就造成了全部蛇形管严重局部磨损，检修时需要更换全部磨损管段。 图36 省煤器蛇形管在烟道中的布置方式（a） 蛇形管垂直于炉膛后墙布置；（b）、（c）蛇形管平行于炉膛后墙布置横向布置是蛇形管放置方面与炉膛后墙平行，如图3-6（c）所示。此种布置的特点是平行工作的管数少，因而水速高，流动阻力大；且管子较长，支吊比较复杂。但因其只有少数几根蛇形管靠近后墙，从而使管子的磨损仅局限于靠近烟道后墙的几根管子，因而防护和维修均较简便。为了改进这种布置方式因水速高而流动阻力过大的缺点，可以采用双管圈或双面进水，如图3-6（b）所示。此种布置

20、方式在燃煤锅炉中得到广泛采用。不管烟气是自下向上还是自上向下流，省煤器中的水总是设计由下向上流，因为这样流能把水在受热时所产生的汽泡冲走，不会使管壁因汽泡停滞而腐蚀或烧坏。水的流速要保证在部分负荷运行时也能达到一定速度以冲走汽泡。对非沸腾省煤器在全负荷时水的平均流速应大于0.3m/s，对沸腾省煤器水的平均流速应大于1m/s，省煤器的布置主要取决于水速条件。3.7 省煤器的支吊方式省煤器的支吊方式有支承结构与悬吊结构两种。3.7.1 支承结构如图3-7（a）、(b)、(d)、(e)所示，其蛇形管通过固定支架(也叫支杆)支承在支持梁或联箱上，支持梁做成空心，中间通空气冷却，外部用绝热材料包裹，以防

21、变形和烧坏。固定支架还能使蛇形管间保持一定的距离。支承式结构简单，换管、倒排较为方便。但处于烟道内，阻碍烟气流动，使管卡附近烟气流速加快，造成局部省煤器管子磨损加剧，另外，还需布置冷却风道来冷却支承梁，支承梁体积较大，易积灰。 （c）图37 省煤器的几种支持结构（a）应用角钢支架；（b）应用冲制支架；（c）应用悬杆；（d）以蛇形管为支持架；（e）以联箱为支持架1-蛇形管；2-支架；3-支持梁；4-吊杆；5-上联箱；6-下联箱；7-支持角钢3.7.2 悬吊结构省煤器也可以采用悬吊结构，如图3-7（C)及图 3-8所示。此时联箱被安放在烟道中间用于吊挂或支架省煤器。一般省煤器出口联箱引出管就是悬吊

22、管，用省煤器出口给水来进行冷却，故工作可靠。而联箱放在烟道内的最大优点是大大减少了因蛇形管穿墙而造成的漏风，但给检修带来不便。图38 悬吊式省煤器1-蛇形管；2-支杆；3-进口集箱；4-出口集箱；5-悬吊管；6-吊夹；7-再热器进口集箱；8-隔墙管；9-炉墙；10-人孔省煤器的管卡是挂在悬吊管上的，由于管排同悬吊管固定在一起，结构较紧凑、复杂，因此倒排、换管都较为复杂，检修难度大。一般悬吊管式省煤器采用顺列布置，节距较大，烟气阻力小，所以其磨损程度要小得多。3.7.3 省煤器引出管与汽包的连接、进水管与给水管路的连接由于省煤器的出口水温度可能低于汽包中的饱和温度，当锅炉运行工况变动时，省煤器的

23、出水温度还可能发生剧烈变化，如果省煤器引出管直接与汽包连接，就会在连接处出现温差热应力和疲劳应力，导致汽包壁产生裂纹，危及汽包安全。为了防止汽包损伤，确保锅炉安全运行，可在省煤器引出管与汽包连接处加装套管，如图3-9所示，这样使水管壁与汽包壁之间有饱和水或饱和蒸汽相隔，从而改善了汽包的工作条件。图39 省煤器引出管与汽包壁之间的连接套管（a） 给水引人汽包水空间时的内部套管；(b)给水引人汽包汽空间时的外部套管1一给水；2一汽包壁在省煤器的给水管路上装逆止阀的目的是为了防止给水泵或给水管路发生故障时，水从汽包或省煤器反向流动，因为如果发生倒流，将造成省煤器和水冷壁缺水而烧坏并危急人身安全。3.

24、8 省煤器的启动保护省煤器在起动时，常常是间断给水，当停止给水时，省煤器中的水处于不流动状态。这时由于高温烟气的不断加热，会使部分水汽化，生成的蒸汽就会附着在管壁上或集结在省煤器上段，造成管壁超温烧坏。因此省煤器在起动时应进行保护。一般保护方法是在省煤器进口与汽包下部之间装有不受热的再循环管（见图3-10），借助再循环管与省煤器中工质的密度差，使省煤器中的水不断循环流动，管壁也因不断得到冷却而不烧坏。正常运行时，应关闭省煤器再循环门，以免给水由再循环管短路进 图310 省煤器的再循环管入汽包，导致省煤器缺水烧坏，同时大量给水冲入汽 1-自动调节阀；2-逆止阀；3-进口阀；包，还会引起水面波动，

25、使蒸汽品质恶化。 4-再循环门；5-再循环管用再循环管保护省煤器所存在的间题是循环压头低，不易建立良好的流动工况。因此，有的锅炉在省煤器出口与除氧器或疏水箱之间装有一根带阀门的再循环管，如图3-11所示。当汽包不进水时，用阀门切换，使流经省煤器的水回到除氧器或疏水箱。这样在整个启动过程中可保持省煤器不断进水，以达到启动过程中保护省煤器的目的。 图311 省煤器与除氧器之间的再循环管1-自动调节阀；2-止回阀；3-进口阀；4-省煤器；5-除氧器；6-再循环管；7-再循环阀；8-出口阀锅炉在启动或停炉过程中，有时需要间断上水，促使省煤器中的水流动，以更好地保护省煤器。但上水时必须将再循环门关闭，上

26、完水后再打开再循环门。如果上水时忘关再循环门，相当于给水可通过再循环管、省煤器两条并联通道同时进入汽包，因为省煤器的流动阻力远大于再循环管，通过省煤器的水量将很小，这就达不到保护省煤器的目的。锅炉由启动过程渡到正常运行时，如果忘关再循环门，造成的危害会更大。这除了因通过省煤器的水量小，使省煤器有可能被烧坏外，还因低温的给水通过再循环管直接进入汽包，会降低局部区域的锅水温度，扰乱汽水分离，影响蒸汽品质；并因汽包再循环管口处的温度差较大，使该处产生较大的温差应力。长时间不关再循环门，可能会使汽包出现环向裂纹。综上所述，在锅炉间断上水时，或由启动过程渡到正常运行时，要切记关闭省煤器再循环门。3.9

27、省煤器设计中应考虑的问题省煤器工作于较低的烟温区，管内流动的又是温度较低、刚进入锅炉的水，其工作条件虽不像过热器那样恶劣，然而如果省煤器的设计、制造或安装、检修质量不良，在运行时也可能发生事故而影响到锅炉运行的可靠性，例如制造工艺和安装施工上的缺陷，使省煤器管焊缝渗漏而迫使停炉。对于大型电站锅炉，防止和减轻省煤器的磨损和积灰等，已成为省煤器设计中的主要问题。3.9.1 省煤器中的质量流速和水速省煤器中水的质量流速可取为600800kg/（m2.s），以保证在锅炉额定负荷下，非沸腾式或沸腾式省煤器的非沸腾部分中的水速不低于O.3m/s，沸腾式者煤器的沸腾部分中的水速不应低于1m/s。省煤器中取用

28、的水速过高，会使流经省煤器的水阻力过大。一般规定，省煤器中的水阻力，对于高压锅炉不能超过汽包压力的5%，对于中压锅炉不得超过汽包力的8%，故一般水速不大于2m/s。水速过低则又不易排出气体，引起管内空气阻塞及管子内壁的局部腐蚀，在沸腾式省煤器中则会产生汽水分层、造成管子疲劳损坏。3.9.2 烟气流速的选取提高烟气流速，使对流传热加强，减少了受热面面积和降低制造成本，但烟气流动阻力增加，风机的电耗增大。对于燃用固体燃料锅炉，烟气流速增加将使受热面的磨损加大，因此，对于作为主要对流受热面之一的省煤器设计，应考虑采用最经济的烟气流速。投资费用与烟气流速的关系见图3-12。在烟气流速很小时，受热面增加

29、，投资费用C增大。烟气流速增加时，传热加强，受热面减少，投资费用C降低。但随着烟气流速增加，烟气流动阻力增大，使风机功率加大，风机投资费用上升，总投资费用C又要增加。运行费用E与烟气流速的关系见图3-13。烟气流速小时，受热面增加，维修费用高。烟气流速提高时，虽然运行费用略有增加，但受热面的维修费用却可降低，因而运行费用E有所降低。烟气流速超过一定范围后，再进一步增加烟气流速，除了风机电耗增大外，省煤器磨损加剧。使运行费用E急剧上升。经济流速与受热面的价格、电价、受热面形式(影响传热特性及流动阻力)、风机效率以及运行补偿年限、燃料成分和性质、所采用的磨煤机形式等因素有关，一般推荐采用经济烟气流

30、速为811m/s。图312 投资费用与烟气流速的关系 图313 运行费用与烟气流速的关系图3.9.3 省煤器的结构没计减小省煤器蛇形管的管径，在烟气流速不变时，烟气侧的对流放热系数就增大。在传热量不变时，所需的受热面小，而且在承受相同的内压条件下，管壁厚度可以减薄，金属材料消耗和制造成本可以相应减少，所以过去省煤器常用32mm直径的管子，有时甚至选用25mm的管径。但是这种小口径管子，由于刚性较差，壁厚也较薄，在烟道中排列易参差不齐，影响传热和检修，并易形成烟气走廊，造成局部严重磨损而引起爆管事故。现代锅炉常采用的省煤器管径为4251mm，采用较大直径的省煤器管后事故率大为减少。省煤器常采取如

31、下防磨措施：在省煤器蛇形管弯头和箱体之间加装折流扳，均匀各处的烟气流速，防止出现烟气走廊，以避免管子的局部严重磨损。在管子表面相应位置，装设防磨装置，由于烟气进入尾部竖井烟道要转弯90度，在离心力作用下。灰粒子集中靠近烟道后侧的蛇形管上，该处灰粒子浓度较大，易使磨损加剧。为此，在靠近竖井后墙的蛇形管弯头上覆盖了防磨盖板。4 水冷壁的结构特征4.1水冷壁的作用(1)通过辐射传热，水变成汽水混合物；(2)保护炉墙，便于采用轻型炉墙；(3)可使炉膛出口烟温冷却到灰的软化温度以下，防止结焦 。4.2水冷壁管的结构形式(1)光管水冷壁，应用广泛。(2)膜式水冷壁（焊制、轧制）a)轧制鳍片管相互组合 b)

32、焊接鳍片管相互组合 c)光管与扁钢组合 d)光管与光管组合可全部接受炉膛辐射热；对炉墙保护好，炉墙可只用轻型绝热材料，降低炉墙重量，便于采用悬吊结构；炉膛蓄热量减少，缩短启停炉时间；气密性好，炉膛可用微正压燃烧；便于组合安装，能承受较大的侧向力，增加了抗爆能力；制造工艺复杂；相邻两管壁温差要求<50 。鳍片尺寸的选择受鳍片管断面上的温度场分布的限制。鳍片端部温度随鳍片宽度增加而升高；鳍片向火面与背火面的温度差随鳍片的厚度而增加。(3)带销钉的水冷壁（光管、膜式）销钉上敷有耐火填料，形成卫燃带，在燃烧无烟煤、贫煤时，可减少水冷壁吸热，提高炉内温度，稳定燃烧。(4)内螺纹管 内螺纹管水冷壁是

33、在管子内壁开出单头或多头螺旋形槽道的管子。内螺纹管用于直流锅炉、亚临界参数强制循环锅炉、自然循环锅炉炉膛的高热负荷区或汽化率高的水冷壁管段。工质在内螺纹管内流动时，发生强烈扰动，使汽水混合物中的水压向管壁，并迫使汽泡脱离壁面被水带走，从而破坏汽膜的形成，防止出现沸腾换热恶化，使水冷壁管壁温度下降。与普通光管相比，内螺纹管内工质流动时沿螺旋槽旋转产生扰动，内部截面上紊流强度增加，传质和传热能力增加，密度相对较大的冷流体更容易趋近壁面，内表面换热面积增大，同时，总体传热系数增大。增大的程度随内螺纹肋形的不同而有所不同，山型齿内螺纹管的内表面传热系数是光管的1.5倍左右；梯型是光管的2倍左右；小顶角

34、型是光管的2.5倍左右；细高齿型是光管的3倍左右。内螺纹管降温效果1光管；2内螺纹管Tbh饱和温度；tnb内壁温度试验表明：内螺纹管即使采用光管水冷壁一半的质量流量（1500kg/m2s），就可以避免在燃烧器局部高负荷区发生偏离核态沸腾，即避免产生膜态沸腾，而且在上炉膛低热负荷、高干度区出现“蒸干”时，管子壁温的上升也比光管小得多，即可以控制“蒸干”时的壁温在钢材允许的范围内。1)内螺纹管垂直水冷壁的主要优点a水冷壁阻力较小，降低了给水泵电耗；b传热性能好，在亚临界负荷时防止下炉膛高热负荷区域发生膜态沸腾，在超临界负荷时能够防止类膜态沸腾的发生，实现变压运行。c可降低质量流速，使在低负荷下流量

35、分配具有自然循环特性，有利于锅炉安全运行；d下辐射区采用一次垂直上升管屏和内螺纹管，结合低质量流量，克服了传统UP锅炉的主要缺陷；e膜式壁易悬吊，结构简单。f灰渣容易自行脱落。2)主要缺点：水冷壁管径较细，内螺纹管制造精度和价格高，热敏性强，对运行控制要求高。(5)螺旋管圈型水冷壁：由若干根水冷壁组成管带，沿炉膛四面倾斜上升，无水平段，各管带均匀地分布在炉膛四壁，任一高度上所有管带的受热几乎完全相同。1)螺旋管圈的一大特点就是，能够在炉膛周界尺寸一定的条件下，通过改变螺旋升角来调整平行管的数量，保证锅炉并列管束数量较小，从而获得足够的工质质量流速，使管壁得到足够的冷却。并消除传热恶化对水冷壁管

36、子安全的威胁。这样水冷壁的设计就可避免采用热敏感性太大的直径过细的管子。采用螺旋管圈水冷壁虽然可以获得足够的管内质量流速，但也带来了水冷壁的支撑问题。所以国产600MW超临界压力直流锅炉的设计关键是，确定管内质量流量，防止传热恶化导致管壁温度过高，解决螺旋水冷壁的支吊及炉膛的支撑问题，即水冷壁悬吊系统和刚性梁的设汁问题。螺旋管圈型水冷壁关键参数：管子根数N =（ L sin）/t。式中N 并列管子根数，L 炉膛周界， 螺旋管上升角，t 水冷壁管子节距螺旋管圈数量与炉膛周界关系的几何原理如上图所示。在管间节距不变的情况下，如要保持螺旋管的根数不变，那么炉膛周界L减少，螺旋角就要增加。如何保持炉膛

37、周界不变，那么螺旋角减小，管子根数亦减小。在管径一定的条件下管子根数N决定了水冷壁的质量流速。当螺旋角。达到最大值90度时、螺旋管就变成垂直管了。此时N = L/t，并列管子根数最大，相应质量流速也最小。2)在安全性和经济性两个原则下权衡，必要时允许对由燃烧条件所决定的炉膛周界尺寸进行稍许的调整，就可决定螺旋管圈水冷壁的基本几何要素了。除此之外还有一个要素就是螺旋管圈盘绕的圈数。这与螺旋角和炉膛高度有关。圈数太少会部分丧失螺旋管圈在减少吸热偏差方面的效益，圈数太多会增加水冷壁的阻力从而增加水泵功耗，而且在减少吸热偏差的效益方面增益不大，合理的盘绕圈数的推荐值是1.52.5圈。3)螺旋管圈水冷壁

38、的主要优点a能根据需要获得足够的质量流速，保证水冷壁的安全运行。b管间吸热偏差小，特别是对于容量比较小的锅炉，并列管子根数少，同时由于沿炉膛高度方向的热负荷变化平缓，因而热偏差小，螺旋管在盘旋上升的过程中，管子绕过炉膛整个周界，即途经宽度上热负荷大的区域又途经热负荷小的区域，因此就螺旋管的各管，以整个长度而言吸热偏差很小。c抗燃烧干扰的能力强。据有关资料介绍，在前墙的吸热量增加15%，右侧墙保持不变，而后墙的吸热量减少10%，左侧墙亦减少5%时，螺旋管圈的吸热偏差仍不会超过1%，其出口温度偏差在15之内。而如果换了垂直管圈，管间的吸热量偏差就会毫无缓冲地落在+15%15%之间。如果垂直管的进口

39、分配节流圈是按65%的热负荷整定的话，那么40%负荷时出口管间温差将达到160，这是不能接受的。d可以不设置水冷壁进口的分配节流圈。垂直管圈为了减少热偏差，在水冷壁进口要按照沿宽度上的热负荷分布曲线设计配置流量分配节流圈。这种节流圈一方面增加了水冷壁的阻力，另一方面针对某一锅炉负荷设置的节流圈，在锅炉负荷变化时部分地失去作用，给水冷壁的设计带来很大复杂性。冷灰斗也采用螺旋的螺旋管圈，吸热偏差很小，可以取消进口分配节流圈。因此它的阻力有时竟会低于垂直管圈。e适应于锅炉变压运行的要求。螺旋管圈在变压过程中不难解决低负荷时汽水两相分配不均的问题。同时它能在低负荷时维持足够的质量流速，因此它能毫无困难

40、地采用变压运行方式。4）螺旋管圈水冷壁的主要缺点a因为螺旋管圈的承重能力弱，需要附加的炉室悬吊系统。b螺旋管圈制造成本高。它的螺旋冷灰斗、燃烧器水冷套以及螺旋管至垂直管屏的过渡区等部组件结构复杂、制造困难。c螺旋管圈炉膛四角上需要进行大量单弯头焊接对口，工地吊装次数也增加较多。因而给工地安装增加了难度和工作量。d螺旋管圈管子长度较长，阻力较大，增加了给水泵的功耗。e对结渣性较强的煤种，灰渣自行脱落的能力较差。水冷壁工质由出口集箱端部通过连接管引入汽水分离器。螺旋管圈水冷壁吸热比较均匀，因此可以在生成蒸汽的途中没有混合联箱，也就避免了汽水混合物分配不均的问题，因而特别适合于滑压运行和调峰。由于螺

41、旋管圈水冷壁荷重的能力差，故锅炉水冷壁系统上部采用垂直上升管屏，使螺旋管圈水冷壁通过焊接在鳍片管上的张力板将重量层层传递，即螺旋管圈水冷壁的重量负载传递给张力板，再由张力板把重量负载均匀地传递给炉膛上部的垂直管屏，再通过吊杆悬吊于炉顶钢架上，从而实现螺旋管圈的悬吊。4.3水冷壁的特殊装置(1)凝渣管（循环流化床锅炉无）后墙水冷壁向上延伸到炉膛出口烟窗拉稀布置而成的对流蒸发受热面，因可降低烟气温度使烟气有结渣倾向而得名(2)悬吊管（循环流化床锅炉无） 后墙水冷壁在炉膛出口前向内突出形成折焰角，其上部与中间集箱相连，汽水引出管由中间集箱引出，通过炉膛出口烟窗，并悬吊后墙水冷壁。水冷管屏组合件，上部

42、固定，下部能自由膨胀。(3)折焰角（循环流化床锅炉无）见附图：折焰角结构（a）早期的折焰角结构；（b）新型折焰角结构 1)可改善对前、后屏的烟气冲刷特性，强化气流混合，增长烟气流程，提高传热效率2)提高炉膛上部前角烟气的充满度，使前、后屏吸热增加3)保护高温过热器不直接受到火焰的辐射，降低管壁温度4)由于离心力作用，使烟气中粒子从炉膛上部分离下来，减少对管子的磨损(4)卫燃带 1)水冷壁管的外侧焊接上很多圆柱形直径为312mm、长为2025mm的销钉，并在有销钉的水冷壁上敷盖一层铬矿砂耐火材料，形成卫燃带。2)卫燃带的作用是在燃烧无烟煤、贫煤时减少水冷壁吸热量，提高炉内温度，稳定燃烧。3)销钉

43、可使铬矿砂与水冷壁牢固地连接，并可把铬矿砂外表面的热量通过销钉传给水冷壁内的工质，降低铬矿砂的温度，防止其温度过高而烧坏。 (5)双面曝光水冷壁指沿炉高布置在炉膛空间能双面吸收辐射热的水冷壁。(6)燃烧器水冷套：燃烧器水冷套的作用：以密封严密的膜式壁结构，组成燃烧器喷口及风口进入炉膛的通道，其内部汽水介质吸收高温烟气对此部位的辐射和对流换热，对喷口及其内部部件进行冷却保护。由于其结构和吸热面积的影响，其有明显的水力偏差和热力偏差现象，是水冷壁设计和运行维护的重要因素。角式燃烧器水冷套结构形式如下图：(7)炉底加热装置在冷态启动时，由于进入锅炉的水温比汽包壁温高，它们之间存在温差会产生热应力，影

44、响汽包的寿命，为了提高炉水的温度，减少汽包壁温与给水温度的差值，因此设置炉底加热装置，利用外来的蒸汽热源加热本锅炉水冷壁中的炉水，在锅炉未点火前使锅炉达到一定温度压力状态。1)炉底加热装置的作用a加热炉水提高温度，使汽包在启动初期受热均匀，减少温差，尽快建立水循环。b以煤带油提高经济性。c缩短了锅炉启动时间。d在停炉保养期间(短期满水保养)，可以通过底部加热使锅炉维持一定的温度压力，排除水中的氧气起到防止氧腐蚀的作用。2)炉底加热装置的结构原理锅炉的底部加热就是一般在水冷壁下联箱内部装设有一根与下联箱长度相仿的细钢管，细钢管上方有一排小孔，小孔数目与水冷壁管数目一致，细钢管中间部位有一蒸汽引入

45、管，外来的蒸汽可通过细钢管上方的小孔进入水冷壁管中，对炉水进行加热，使锅炉在未点火前达到一定温度压力状态.外来的蒸汽热源多采用邻炉或汽机辅汽联箱蒸汽。3)炉底加热装置的运行操作a投用时间：锅炉上好水后，在准备点火前3-5小时，未通风前可投入底部加热。b投运注意事项² 当投用炉底加热时必须充分暖管，开启炉底蒸汽加热门时需缓慢，以防止水冲击。² 控制好进汽量，保持汽包壁温差不大于规定值，汽包壁温升速率控制在每小时28左右。² 当汽包壁平均温度达到100120时，停止炉底加热。² 汽包水位在投用加热过程中，会缓慢的上升，应将其控制在130150mm，可用事故放

46、水阀放水（利用水冷壁下集箱放水、需停止加热）保持正常的水位。² 加热前后记录各膨胀指示值，注意各膨胀变化是否均匀，如膨胀异常，应降低升温速度或停止炉底加热，待查明原因并消除后再继续加热。² 加热过程中不应通风。² 加热管道如出现振动，应关小蒸汽加热阀门。² 注意维持辅汽较高压力，防止逆止门不严，汽水倒流。² 加热蒸汽停用后，应检查确认所有阀门关闭严密。c投运步序：² 维持汽包水位-100mm，投入炉底蒸汽加热装置，先开启加热分配集箱疏水阀门，进行疏水暖管20分钟，暖管结束关闭疏水阀门，再缓缓开启水冷壁各下集箱的蒸汽加热阀门，不应出现水

47、击现象。² 汽压升至0.17MPa时，空气门有蒸汽喷出，关闭空气门，开启过热器各疏水门、主汽管道疏水暖管。² 汽压升至0.4MPa时，冲洗水位表、冲洗压力表管、冲洗水位变送器和水位开关，并核对水位，保证指示正确。² 汽压升至0.5MPa，水温不超过150（大约需2小时），热紧螺栓，解列炉底蒸汽加热，关闭蒸汽加热支管阀门和总门，开启加热管道疏水阀，疏水完毕后，关闭疏水阀。²4.4水冷壁的几何尺寸水冷壁的几何尺寸是根据煤种（灰渣特性和燃尽特性）等确定截面热负荷和容积热负荷后，再根据锅炉容量和结构形式确定炉膛截面积和高度，对于切圆燃烧方式的锅炉来说，炉膛宽深比

48、尽量趋近1.0，一般不超1.2；对于循环流化床锅炉来说，截面尺寸主要是根据流化风速确定，因为下部物料浓度高、压力大，为了保证前后墙二次风的穿透能力，炉膛宽深比可以取得大一些。另外随着机组参数和容量的提高，汽水蒸发热所占比例减小，因此所需水冷壁面积也必须相应减小，炉膛变得瘦高；对于600MW以上亚临界锅炉都采取了在上部水冷壁向火侧覆盖墙式再热器的方法，以解决水冷壁面积和炉膛容积热负荷的矛盾。炉膛周界长度确定后，根据水循环方式确定管径和节距。因为水冷壁是辐射受热面，所以它的计算受热面积跟管径无关，但水冷壁管径减小后，水冷壁管内流通截面以D2关系减小，管内流速增加。注意水冷壁管径和管子总数的关系中的

49、不确定因素是鳍片宽度（或称高度），虽然大体上是管子越粗，管子数目越小，但不是严格成反比的。² 管子外径：自然循环锅炉一般用5183毫米；多次强制循环锅炉和直流锅炉一般用2260毫米。水冷壁材料一般用碳素钢，锅炉压力在14兆帕以上时也有部分用合金钢的。² s/d一般取1.051.3，小管径的取得大一些。² 鳍片厚度一般为56.5毫米，至于鳍片宽度则根据模式水冷壁管的节距来确定。如果相邻鳍片管的连接焊缝能保证熔深达到鳍片厚度的70%以上，就能承受50温差的温度应力。4.5水冷壁入口节流孔圈节流孔圈能根据水冷壁热负荷分配，调节各管组的流量。热负荷高的管子，给予较多的工质

50、，使管内工质的流量与管子的吸热量相匹配，而且增加节流孔圈对水动力的稳定性有利。如华能玉环电厂，入口节流孔圈装于水冷壁下集箱外面的水冷壁入口管段上，由于小直径水冷壁管直接装设节流孔圈调节流量的能力有限，因此通过三叉管过渡的方式，将水冷壁入口管段直径加大、根数减少的方法，使装设节流孔圈的管段直径达到 42.7mm，使其内径达加大，因此可以通过采用不同的孔圈内径，大大提高了孔圈的节流度和节流调节的能力，这种装于炉外的节流孔圈也便于调试和检修，而且可以采用较细的水冷壁下集箱，简化了结构。5 过热器与再热器5.1 概述在电站锅炉中，提高过热蒸汽的参数是提高火力发电站热经济性的重要途径。过热蒸汽参数的提高

51、受到金属材料的限制。过热器的设计必须确保受热面管子的外壁温度低于钢材的抗氧化允许温度并保证其机械强度。随着锅炉用金属材料的发展，我国电站锅炉已普遍采用了高压高温（9.8MPa，540）和超高压参数（13.7MPa，540和555），并已发展亚临界压力参数（16.7MPa，540和555），现在已有不少锅炉采用超临界压力（24.5MPa，540570）参数，也有个别机组采用更高的压力和温度参数。随着蒸汽压力的提高，为了减少汽轮机尾部的蒸汽湿度以及进一步提高电站的热经济性，在高参数电站中普通采用中间再热系统，即将汽轮机高压缸的排汽再回到锅炉中加热到高温，然后再送到汽轮机的中压缸及低压缸中膨胀作功。

52、这个再加热的部件称为再热器。通常把高压过热器中加热的蒸汽称为（一次）过热蒸汽，再热器中加热的蒸汽称为再热蒸汽（二次过热蒸汽）。再热蒸汽的参数与热力循环的经济性有关。一般，再热蒸汽的压力大致为过热蒸汽压力的五分之一左右，温度与一次过热汽温相近。例如我国125MW，400t/h锅炉中，过热蒸汽的参数为13.7MPa，555；再热蒸汽的进出口压力为2.52.35MPa，温度也为555。200MW，670t/h锅炉中，过热蒸汽的参数为13.7MPa，540；再热蒸汽进出口压力为2.72.5MPa，温度也为540。300MW，600MW亚临界压力控制循环锅炉，过热蒸汽参数为18.27MPa，540；再热

53、蒸汽进出口压力为3.83/3.63MPa，温度也为540。应用蒸汽再热系统可使电站的热经济性提高约（45），我国125MW以上机组都采用一次中间再热系统，国外有些更高参数的机组有的采用二次中间再热系统。在现代锅炉中，过热器和再热器的吸热量将占工质总吸热量的50以上，因此，过热器和再热器受热面在锅炉总受热面中占了很大的比例，必须布置在更高的烟温区域，其工作条件是锅炉受热面中最为恶劣的，受热面管壁温度接近于钢材的极限允许温度，因此过热器和再热器受热面的合理布置和设计对整台锅炉的经济性和可靠性有很大的影响。在设计时，应在保证过热器和再热器安全可靠工作的基础上力求节省金属，特别是节省合金钢材的消耗量。

54、在大型电站锅炉中，过热器与再热器是必备的部件，在很大程度上影响着锅炉的安全性与经济性。过热器是将主蒸汽从饱和温度加热到额定过热温度的受热面，再热器是将汽轮机高压缸排汽在锅炉中加热到一定温度的受热面。当锅炉负荷、煤种等运行条件变化时，进行调节，保持其出口蒸汽温度在额定温度的-10+5范围内。大型电站锅炉过热器与再热器在锅炉总受热面中占了很大的比例，必须布置在更高烟温区域。为了提高电厂热循环的效率，蒸汽的初参数需要不断提高，蒸汽压力的提高要求相应提高过热蒸汽的温度，否则，汽机末级乏汽的湿度就会过高，影响汽机的安全。因此，过热器与再热器内流过的是高温蒸汽，其传热性能较差，这就决定了过热器与再热器的壁

55、温比较高。5.2 电站锅炉对过热器和再热器的要求（1） 汽温稳定、调节灵敏。（2） 热偏差小。将过热器分成几级，并设置中间联箱进行充分混合，可减小热偏差的绝对值。各级之间进行左右交叉，以消除两侧烟温不均匀的影响。（3） 蒸汽流速和烟气流速合理。蒸汽流速高，传热效果好，但流动阻力大。通常过(再)热器系统的流动阻力不应超过其工作压力的10%。对于再热器，由于其进口蒸汽压力仅为主蒸汽压力的1/5左右，所以允许压降很小。烟气速度不宜过高，过高会使管壁磨损加剧；也不宜过低，过低会造成管壁积灰。煤粉炉的过热器烟速一般为1014m/s，燃油炉和燃气炉可提高到20m/s以下。（4） 合理利用金属材料。既要尽量

56、少用高等级的钢材，节约投资，又要使受热面管壁温度接近钢材允许使用的极限温度。例如低温过热器采用逆流布置，以提高传热温压，节省钢材，高温段过热器采用混流布置。（5） 制造、安装、检修方便。5.3 过热器与再热器的作用与特点5.3.1 过热器和再热器的作用过热器和再热器是锅炉受热面的重要组成部分，用于提高蒸汽温度的部件，其目的是提高蒸汽的焓值，以提高电厂热力循环效率。过热器的作用是将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。在锅炉负荷或其他工况变动时应保证过热蒸汽温度正常，并处在允许的波动范围之内。从电厂热力循环看，蒸汽的初参数压力和温度越高，则循环热效率越高。随着锅炉容量的增大及蒸汽初参数的提高，过热器的作用更显得重要，并在很大程度上影响着锅炉的运行经济性和安全性。随着蒸汽压力的提高，要求相应提高蒸汽温度，否则在汽轮机尾部的蒸汽湿度会过高，影响汽轮机的安全。但过