省煤器、过热器、再热器

1、京能集团运行人员培训教程BEIH Plant Course省煤器、过再热器目 录1教程介绍22相关专业理论基础知识23省煤器53.1概述53.2省煤器的工作原理53.3省煤器的作用53.4省煤器的种类53.5省煤器的结构63.6省煤器的布置83.7省煤器的支吊方式103.8省煤器的启动保护123.9省煤器设计中应考虑的问题134过热器与再热器154.1概述154.2电站锅炉对过热器和再热器的要求164.3过热器与再热器的作用与特点164.4过热器与再热器的布置及结构型式194.5过热器和再热器的汽温特性304.6再热器的系统的保护314.7热偏差325减温器395.1蒸汽温度的调节395.2减

2、温器的分类及特点395.3减温器在过热器系统中的布置436试题库446.1填空题446.2问答题461 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

3、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

4、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 heating 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

5、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 flow 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 staggere

6、d 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 st

7、eam-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

8、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 convection 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

9、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

10、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

11、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，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

12、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，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

13、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

14、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。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

15、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%

16、 。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。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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、-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

22、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

23、壁3.8 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

24、波动，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3.9 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

25、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

26、%，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，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

27、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

28、 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

29、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 过热器与再热器4.1 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.

30、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。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，

31、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

32、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。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

33、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温比较高。4.2 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

34、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。4.3 过热器与再热器的作用与特点4.3.1 过热器和再热器的作用过热器和再

35、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。但过热汽温又受金属材料的限制，目前，受金属材料的限制，绝大部分电厂锅炉的过热汽温仍保持在540555

36、的范围内，为避免汽轮机尾部叶片蒸汽湿度太大，因而采用中间再热系统。再热器的作用是将汽轮机高压缸的排汽加热到与过热蒸汽温度相等(或相近)的再热温度，然后再送到中压缸及低压缸中膨胀做功，以提高汽轮机尾部叶片蒸汽的干度。一般再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右。采用再热系统可使电站热经济性提高约4%5%。我国125MW以上的机组都采用一次中间再热系统。二次再热可使循环热效率再提高约2% ,但系统复杂，目前国产机组尚未采用，但国外大容量机组已经采用。4.3.2 过热器和再热器的工作特点为了提高循环热效率，过热蒸汽的压力已经由超高压提高到亚临界和超临界压力。但受到金属材料性能的限制，过热器和再热器蒸汽

37、温度限制在540555的范围内。 由于过热器和再热器的管内流过的是高温蒸汽，管壁对蒸汽的对流放热系数较小，传热性能较差，蒸汽对管壁的冷却能力较低。同时，为保证合理的传热温差，过热器和再热器一般布置于烟温较高的区域，其管壁工作温度很高，因而过热器和再热器的工作环境是相当恶劣的。特别是再热器，因再热蒸汽压力低，其冷却管子的能力更差，所以如何使管子金属能长期安全工作就成为过热器和再热器设计和运行中的重要间题。表41列出了锅炉常用金属的容许温度的上限。为了尽量避免采用更高级别的合金钢，设计过热器和再热器时，选用的管子金属几乎都工作于接近其温度的极限值。这时蒸汽若发生1020的超温也会使其许用应力下降很

38、多。因此，在过热器和再热器的设计及运行中应注意如下问题：（1） 运行中应保持汽温稳定。汽温的波动不应超过+510；（2） 过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温；（3） 尽量减少并联管间的热偏差。再热器的进汽是汽轮机高压缸的排汽，其压力约为主蒸汽压力的20%，温度稍高于相应的饱和温度，流量为主蒸汽流量的80%，离开再热器后的蒸汽温度约等于主蒸汽温度。因此，再热器与过热器相比具有以下几个特点：（1） 由于再热器串接在汽轮机高、中压缸之间，故再热器系统阻力会使蒸汽在汽轮机内作功的有效压降减小，从而使汽耗和热耗都增加。例如再热系统的阻力增加1kg/cm2，汽轮

39、机的汽耗将增加0.3左右。为了减少再热器中蒸汽的流动阻力，提高热力系统效率，再热器常采用较小的质量流速，但同时却使再热器管壁的冷却条件变差。 因此，再热器系统设计应力求简单，以减少流动阻力。（2） 再热蒸汽压力低、温度高、比容大。其质量流速虽较过热蒸汽小，然而它的容积流量却远比过热蒸汽大（约45倍）。因此，为了不使蒸汽流速过高，流量阻力过大，需相应增加蒸汽的通流截面积。所以，在中间再热锅炉中，再热器的通流面积总是大于过热器的。对于对流式再热器，在结构上通常采用管径较大，并列管数较多的蛇行管束。（3） 再热蒸汽压力低、比热小，故对热偏差比较敏感。也就是说，在同样的热偏差条件下，其出口气温偏差比过

40、热蒸汽大。（4） 再热器出口汽温受到进口汽温变化的影响。对于单元机组，在定压运行情况下，汽轮机高压缸排汽温度是随着负荷降低而降低的。此时由于再热器进口汽温降低，从而使出口汽温也相应降低。对于对流式再热器，其对流汽温特性也就更显著，汽温调节特性因而比过热器大。（5） 在锅炉启动、停炉或安全门开启时，再热器中无蒸汽流量或流量很小，很可能会烧坏再热器。为此，过热器和再热器之间装设高低压旁路系统，在锅炉启、停或汽轮机甩负荷时，通过旁路装置向再热器提供足够的冷却蒸汽。（6） 再热汽温调节不宜用喷水减温的方法，否则机组的运行经济性将下降。再热器置于汽轮机的高压缸和中压缸之间，因此，在再热器喷水减温，使喷入

41、的水蒸发加热成中压蒸汽，会使汽轮机的中、低压缸的蒸汽流量增加，即增加了中、低压缸的输出功率。如果机组总功率不变，则势必要减小高压缸的功率。由于中压蒸汽做功的效率低，使整个机组的循环热效率降低，因此，再热汽温调节采用烟气侧调节，及摆动燃烧器或分隔烟道等方法。为确保再热器进口汽温采用烟气侧调节无法使汽温降低时，可用事故喷水来保护再热器管壁不超温，以保证再热器的安全。（7） 采用再热器的目的是降低汽轮机末几级叶片的湿度和提高机组的热经济性。在亚临界压力机组中，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度采用相同的温度。而在超超临界压力机组中，如果再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相同，则汽轮机末几级叶片的湿度仍比较大，仍需采

42、用较高的再热蒸汽温度，以减小其末几级叶片的湿度。（8） 再热蒸汽压力低，其放热系数低于过热蒸汽。在相同的蒸汽流量和吸热条件下，再热器壁温高于过热器壁温。表41 锅炉常用钢材的允许温度钢材种类受热面管子允许壁温/联箱及连通管允许温度/悬挂及定距零件允许温度/20号碳管50045012CrMo54051015 CrMo55051012Cr1MoV58054012MnVWBSiTiRe（无铬8号）58054012Cr3MoVSiTiB60062012Cr2MoWVB600620TP347H704TP304H704Cr5Mo650Cr6SiMo8004Cr9Si280025Mo18Al5SiMoTi8

43、00Cr18Mn11Si2N900Cr20Ni14Si21100Cr20Mn9Ni2Si2N11004.4 过热器与再热器的布置及结构型式4.4.1 过热器与再热器的布置过热器设计和布置时，必须确保其受热面管子外壁温度低于钢材的抗腐蚀和氧化温度，并保证其高温持久强度。按照所处的位置及结构，过热器又分为布置在炉膛水冷壁上的墙式过热器、布置在炉膛上部的分隔屏和后屏过热器、布置在对流烟道中的垂直式过热器、水平式过热器、炉膛顶棚及水平烟道与尾部烟井的包覆过热器。现代大型锅炉采用了多种形式的过热器，如图4-1所示。图41 过热器的基本布置示意1汽包；2顶棚过热器；3垂直式对流过热器；4炉膛出口处屏式过热

44、器；5二行程墙式辐射式过热器；9过热器悬吊管；10悬吊管进口联箱；11过热蒸汽出口联箱；12水平对流过热器；13悬吊管出口联箱；14喷水减温器；蒸汽参数提高，使锅炉受热面的布置也相应发生变化，低压锅炉的蒸汽温度约为350-370，这时加热过热蒸汽所需的热量不多，但由于压力低，水的汽化潜热大，水的蒸发热量却较多，炉膛辐射热量不能满足水蒸发所需要的热量，因此，在对流过热器前一般还要布置大量对流蒸发管束。中压锅炉，其炉膛辐射热与所需蒸发热大致相当，过热器一般就直接布置在炉膛出口的少量凝渣管束之后。对于高压锅炉，由于汽化潜热减少，炉内的辐射热已超出所需的蒸发热，而且过热蒸汽和加热水的热量增加较多，这时

45、必须把一部分过热器受热面布置在炉内，即采用所谓辐射式和半辐射式过热器。同样，也可以把一部分炉内水冷壁作为辐射式省煤器。随着锅炉容量的增大和蒸汽压力的进一步提高，水蒸发所需热量继续减少，而蒸汽过热热进一步增加，必然把过热器或再热器布置在更高烟温区，以增加过热热占炉内吸热量的比例。因此，超高压力、亚临界压力和超临界压力的锅炉，必须采取更多的辐射式和半辐射式过热器和再热器。4.4.2 过热器与再热器的型式过热器和再热器的型式较多，按照传热方式不同，过热器和再热器可分为对流、辐射及半辐射三种型式。受热面管子根据管内工质温度和所处区域热负荷的大小分别采用不同的材料和壁厚。在大型电站锅炉中通常采用上述三种

46、型式的串级布置系统，如图4-2所示。再热器多为对流式。为了改善汽温特性，大容量锅炉也有墙式再热器和屏式再热器。图4-2 过热器与再热器的型式1-对流式过热器；2-屏式半辐射式过热器；3-炉顶辐射式过热器；4-再热器再热器和过热器的结构基本相同，其实质上是中压过热器。由于再热器的蒸汽压力低、比热容小，对热偏差敏感，在相同的热偏差条件下，再热器出口的温度偏差比过热器大，更容易引起管壁超温。因此，在结构设计、选材和布置时要考虑超温爆管问题。另外再热器蒸汽的压力低、比体积大、流动阻力大，为减小流动阻力，再热器的流速不能太高，管径比过热器要大。（1） 对流式过（再）热器对流式过(再)热器布置在水平烟道或

47、尾部竖井中，主要吸收烟气的对流放热量。对流式过（再）热器是由进出口联箱及许多并列的蛇形管组成。对流式过（再）热器型式较多，不同的分类方式其结构形式有差别，下面分别介绍：1) 按照管子的排列方式分类 按管子的排列方式分类，对流过(再)热器可分为错列和顺列两种形式，如图4-3所示。顺列布置传热系数小于错列布置，错列布置比顺列布置管壁磨损严重，因此要综合考虑确定。图43 管子的排列方式（a）顺列； （b） 错列2) 按蒸汽和烟气的相对流动方向分类按蒸汽和烟气的相对流动方向，过再)热器可分为顺流、逆流、双逆流和混流布置四种，如图4-4所示。顺流式管壁温度最低，但传热温差小，相同传热量时所需受热面最多，

48、故多应用于高温级受热面的高温段；逆流式则相反，管壁温度最高，传热温差最大，相同传热量时所需受热面最少，故多应用于低温级受热面；双逆流和混流式的壁温和受热面大小居于前两者之间，多应用于高温级受热面。图44 根据烟气与蒸汽相对流动方向划分的过热器型式（a）顺流式；（b）逆流式；（c）双逆流式；（d）混流式对流式再热器的结构与对流式过热器的结构相似，也是由大量平行的蛇形管和进、出口集箱组成，也可分为低温段和高温段，分别布置在尾部竖井烟道和水平烟道中。对流式再热器也有顺流、逆流、立式布置与卧式布置之分，并且在这些方面的特点与对流式过热器相同。3) 按受热面的布置方式分类按受热面的布置方式，可分为垂直式

49、和水平式两种。垂直式过(再)热器：又称立式过热器。这种布置结构简单，吊挂方便，积灰少，但停炉后产生的凝结水不易排除。这种布置方式应用广泛。图4-5是一高压锅炉的末级过热器。每排受热面采用两根蛇形管并联组成，下部弯头处装有梳形板，用以保证管排的横向节距，上部用吊钩将蛇形管的上弯头吊挂在锅炉钢梁上。图45 立式对流过热器及其支吊结构（a）立式对流过热器；（b）立式对流过热器的支吊结构1-梳形板；2-管卡；3-联箱；4-吊杆；5-钢梁；6-蛇形管弯头水平式过(再)热器：又称卧式过热器，其特点是容易疏水，但支吊较复杂，为节省合金钢，常用管子吊挂。这种过热器在塔式和箱式锅炉中很普遍，在型锅炉的尾部竖井中

50、也有使用。图4-6是某亚临界压力自然循环锅炉的低温对流过热器及其吊挂结构图，受热面管子水平布置，通过悬吊管将其重量传递到炉顶的过渡梁上。图46 卧式对流过热器及其吊挂结构1-管夹；2、3-连接扁钢；4-悬吊管；5-过渡梁；6-横梁4) 蛇形管结构对流过热器和再热器的受热面由大量平行连接、用无缝钢管弯制成的蛇形管组成。蛇形管外径一般为3257mm，管壁厚度由强度计算决定。大容量锅炉采用的管径多为51、54、57mm等规格。横向相对节距主要取决于烟速，顺列布置时s1/d =23.5，错列布置时，s1/d =3. 03.5。纵向相对节距与管子的弯曲半径有关，通常s2/d = 1.62. 5。当进口烟

51、温在1000左右时，为防止结焦可将过热器的前几排拉稀成错列布置，拉稀部分的s1/d>4.5，s2/d >3.5，如图4-7所示。图4-7 靠近炉膛出口处的对流过热器管束结构过（再）热器的烟速要适当，过大则管子磨损严重，过小则传热系数小，受热面积灰增加。因此，对于布置在炉膛出口之后的水平烟道内的受热面，由于烟温高、灰粒较软、对受热面的磨损较轻，常采用1015m/s的烟速，以提高受热面的传热系数。由于烟温较高，飞灰的黏结性，和烧结性较强，设计时要考虑减少受热面的积灰；当烟温降低到600700以下时，灰粒变硬，飞灰的磨损能力加剧，此时要限制烟气的流速不大于9m/s,但也要考虑防止堵灰，烟

52、速不应小于6m/s。为了保证过热器和再热器管壁得到更好的冷却，管内工质应保证一定的质量流速，但流速增加使工质阻力增大。整个过热器的压力降应小于10%工作压力，所以，对流过热器质量流速一般控制在8001000kg/(m2·s)；对于再热器，为了减少压力降一般要求不超过0.2MPa,蒸汽的质景流速一般采用250400kg/(m2·s)。过热器的蛇形管可做成单管圈、双管圈和多管圈式，如图4-8所示。为了同时满足烟气速度和蒸汽速度的要求，并受烟道宽度的限制，大容量锅炉过热器蛇形管一般采用多管圈型式，在烟速不变的前提下，可降低蒸汽流速。 图48 对流过热器的管圈结构 （a）单管圈；（

53、b）双管圈；（c）多管圈为强化传热，低温对流过热器可采用鳍片管或肋片管，如图4-9所示。对于再热器，则可采用图4-10所示的纵向内肋片管。图49 对流过热器的鳍片管或肋片管 图410 用于再热器的纵向（a）鳍片管束；（b）橫肋片管 内肋片管断面国产锅炉的对流过热器和再热器，一般在高温水平烟道中，采用立式顺列布置，在垂直烟道中采用卧式错列布置。在大型机组锅炉中，为避免结渣和减轻磨损以及便于支吊，则趋向于全部采用顺列布置。在结构上，为保持蛇形管束纵向节距、横向节距固定和平整，现代锅炉常采用梳形板、管夹、汽冷定位管等固定装置。图4-11所示为一种固定装置的实例。带状管夹用以使蛇形管平整和固定纵向节距

54、。汽冷定位管横向穿过各蛇形管片，前后各一根，用以固定横向节距。汽冷定位管内流过低温过热蒸汽以冷却管子。图411 带状管夹与汽冷定位管1-蛇形管；2-扁钢；3-梳形弯管；4-圆柱销；5-支撑圆钢；6-汽冷定位管图4-12是某超临界压力1900t/h锅炉的高温过热器和低温再热器的结构实例。高温过热器逆流立式布置在水平烟道的后侧，由984根管圈组成，并列分成82排，每排有12个管圈，s1 =224mm, s2 =76mm。为了减小热偏差，内、外管圈还交换了位置。图412 某锅炉高温对流过热器和低温对流再热器结构实例（a） 高温对流过热器；（b）低温对流再热器低温再热器逆流卧式顺列布置在竖井烟道的上部，由进、出口联箱及990根管圈组成。进口联箱的进口管上装有事故喷水减温器，沿烟气流向并列分成110排，每排有九个管圈，s1=168mm，s2=120mm。（2） 辐射和半辐射过热器和再热器的结构型式随着锅炉容量的增大和蒸汽压力的提高，水蒸发所需吸热量减少，而蒸汽过热吸热量增加，为降低炉膛出口温度，避免对流受热面结焦，必然把过热器或再热器布置在更高烟温区，以增加炉内吸热量，从而减少过热器的金属消耗量。辐射过热器(再热器)主要以吸收炉膛辐射热为主，有屏式和墙式两种结构。半辐射过热器或再热器布置在炉膛出口处，吸收炉膛中的辐射热和烟气的对流热