第六章港电2×660MW超超临界锅炉本体设备

1、第六章 港电2660MW超超临界锅炉本体设备第一节 过热器与再热器1.过热器和再热器的布置和结构1.1过热器和再热器的功用和特点:1.1.1 过热器和再热器是电站锅炉的两个重要受热面，它们的功用是：将饱和蒸汽或低温蒸汽加热成为达到合格温度的过热蒸汽。调节蒸汽温度。当锅炉负荷、煤种等运行工况变化时，进行调节，保持其出口蒸汽温度在额定温度的-10+5范围内。1.1.2与水冷壁和省煤器相比，过热器和再热器具有如下特点：1) 由于过热器和再热器的出口处工质已达到其在锅炉中的最高温度，是锅炉中金属壁温最高的受热面，所以过热器和再热器的许多部分，特别是它们的末端部分需要采用价格较高的合金钢，甚至不锈钢。上

2、锅超超临界机组锅炉受热面设计选材及温度裕度如表6-1所列。由于钢材的限制，现今绝大多数电站锅炉的过热蒸汽温度和再热蒸汽温度被限制在540600C的水平。表6-1 上锅超超临界机组锅炉受热面设计选材及温度裕度管子所处位置材 质最高工质温度 oC管子中间点计算壁温oC计算管子外壁温度oC强度计算许用应力下的许用温度oC材料抗氧化温度oC管子壁温裕度oC一、水冷壁1、螺旋管圈SA-213 T23468518533560593422、垂直管圈SA-213 T2348453454456259328SA-213 T2348552052454259322二、过热器1、SH1及悬吊管省煤器上方SA-213 T

3、1248050550851555210悬吊管SA-213 T2348552052358859368SA-213 T23490540545563593232、SH1屏管SA-213 T92521579589597650183、SH2SA-213 T91516.253153556065029SA-213 T9153054855257265024SA-213 T9154957257658865016Super 304H577603607633700304、SH3Super 304H 喷丸58061762363670019HR3C59062463064270018HR3C620640646657700

4、17三、再热器1、RH1SA-213 T1247049049452155231SA-213 T2351454054458159341SA-213 T91536563567599650362、RH2Super 304H 喷丸56061261866970057HR3C58162162765770036HR3C62064264866970027通常为降低锅炉造价，尽量避免采用更高级别的合金钢，设计时，几乎使各级过热器和再热器金属管子的工作温度都接近极限温度。在这种情况下，若在超过其设计工作温度10一20下长期运行，会使其许用应力下降50左右。为此，在锅炉运行中应保持汽温稳定，汽温的波动不应超过额定温

5、度的-10+5的范围。2)整个过热器或再热器的阻力，即工质压降不能太大。因大部分过热器和再热器都布置在较高烟温区域，为了使得它们的管子得到较好的冷却，就得使管内工质有较高的流速。工质流速越高，阻力越大，工质的压降就会越大。对于过热器，工质的压降越大，要求锅炉的工作压力越高，除给水泵的功率消耗越大外，水冷壁、分离器、储水罐等承压部件壁厚就需增大，它们的材料和制造成本就会提高。因此，一般要求整个过热器内工质的压降不超过其工作压力的10。例如HG一2008/18.2和HG一1025/18.2锅炉为8.02，DG一1025/18.3锅炉为7.5。若再热器阻力大，工质压降大，则再热器出口蒸汽压力降低，进

6、入汽轮机中压缸的蒸汽的做功能力也降低，这将影响电厂热力循环的经济性。一般电站锅炉允许再热器的最大压降为0.2MPa。3)过热器与再热器管壁的冷却条件较水冷壁和省煤器差。由于亚临界以下参数的蒸汽密度较水小，特别是再热蒸汽密度更小，在相同条件下，管壁与蒸汽之间的放热系数就小，蒸汽对管壁的冷却能力就差。且过热器与再热器内的工质温度又处在锅炉中最高部位。因此为使管壁金属得到有效冷却，避免烧损和爆管事故，必须使得管内蒸汽具有较高的流速。但是较高的流速会产生较大压降。综合考虑管壁冷却和压降的两个因素，建议过热器和再热器内的工质质量流速分别采用：对流过热器低温级，rw400700kg(m2s)，高温级，rw

7、7001100kg(m2s)；半辐射式屏式过热器，rw=8001200kg(m2s)；辐射式过热器，rw10001500kg(m2s)；再热器，rw250400kg(m2s)。4)过热器和再热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而变化。这是由于过热器和再热器有相当部分布置在水平烟道和尾部竖井烟道内，传热以对流换热方式为主，当锅炉负荷变化时，受热面管外烟气流速和管内工质流速都将发生变化，管内外的对流放热系数随着改变，导致管内蒸汽吸热量改变。对于再热器，由于负荷改变时，进口蒸汽温度也同时改变，所以再热汽温随负荷变化的幅度将比过热蒸汽大些。5)过热器和再热器管间的烟气流速受多种因素的影响。通常，在锅炉额定负

8、荷时，布置在水平烟道时采用1014m/s烟气流速，燃油和燃气时可提高到20ms。布置在尾部竖井烟道时，管间烟速不宜超过9ms。这是由于，当管间烟气流速太低时，传热性能较差；并由于冲刷能力降低，容易产生积灰，当烟速低于3ms时，将引起严重堵灰现象，一般要求在额定负荷时管间烟速不低于6ms。较高的烟速可以提高传热系数，减少传热面积，但烟气中所含飞灰对管子的磨损会加剧。水平烟道靠近炉膛出口，处在高烟温区域，高温飞灰具有一定的粘结性，易于在管壁上产生高温烧结性积灰，但飞灰由于高温软化，对管子的磨损能力比较弱。综合积灰、磨损和传热三因素，可采用较高的烟气流速；燃油和燃气时基本无飞灰，烟速可更高。在尾部竖

9、井烟道中，烟温已降至600700，飞灰已无粘性，但灰粒变硬，对管壁的磨损能力增大，应采用较低的烟气流速。6)在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器或再热器中没有蒸汽通过，管壁会由于得不到冷却而产生爆管或烧损。因此必须设计可靠的减温减压旁路系统和排汽系统，保证在升炉和汽轮机甩负荷时有足够的蒸汽通过过热器和再热器，保障过热器和再热器的安全。典型的旁路系统如图6-1所示。 图6-1 过热器和再热器旁路系统简图 1一锅炉；2一高压缸；3一再热器；4一中压缸；5一低压缸；6一凝汽器；7一I级减温减压旁路；8一级减温减压旁路；9一大旁路；10一向空排汽2.港电锅炉过热器、再热器受热面的设计2.1概述过热器

10、、再热器系统是锅炉最重要的承压部件之一，其设计成功与否关系到锅炉整体性能的优劣，并影响锅炉的安全可靠运行。由于过热器和再热器工作条件比较恶劣，故在设计中须充分考虑在运行过程中可能遇到的问题，合理布置各级受热面，正确划分各级受热面的吸热比率，使其可靠性高、经济性好和对负荷适应性强，从而确保锅炉安全可靠经济的运行。2.2设计原则本设计方案，上海锅炉厂有限公司和Alatom Power,USA公司本次为陈家港一期工程2660MW国产超超临界锅炉推出的过热器、再热器系统的设计采用了APU成熟的布置方式和结构形式，其设计有如下几个方面的特点:1）从提高锅炉的煤种及负荷适应性出发：过热器、再热器对锅炉在各

11、种运行工况下运行具有较强的适应性。诸如负荷、煤种及给水温度等运行因素变化时，过热器、再热器仍能达到设计参数，且具有良好的汽温调节特性，控制方便、灵敏。具体设计中考虑了与燃用煤种相适应的以下几个方面：汽温调节：用燃料/给水比、三级6点过热器喷水减温器和挡板调节、燃烧器摆动调节；灰沉积的控制：根据燃煤灰特性、不同布置位置烟温的大小选用最优的管距；灰粘污的控制：合理布置足够的吹灰器；烟气腐蚀的防护：选用合适的烟气速度和选用高档次受热面材料。2）从提高锅炉的可靠性、可用率，保证锅炉能长期稳定运行出发：过热器、再热器系统采用成熟而优化的布置及连接形式，受热面阻力和进出口集箱合理匹配，以严格控制屏间偏差及

12、同屏间的水力偏差；在管材的选取上留有足够大的安全裕度，并充分考虑疲劳，蠕变应力影响。在高温段过热器和再热器中选用高档次的合金材料，以抵抗炉内高温烟气的腐蚀和管内的高温氧化。3）从提高锅炉的运行经济性出发：保证锅炉在各种负荷下有较高的锅炉效率，达到设计出力，汽侧阻力及减温水量均控制在合理的范围之内。2.3系统布置及流程过热器、再热器布置采用APU公司的典型布置形式。众多具有相同受热面布置的600MW锅炉运行业绩表明，本锅炉方案具有良好的负荷调节性能，能长期安全可靠的运行。本工程过热器、再热器蒸汽流程图如下图6-2、6-3所示。图6-2 过热器流程图图6-3 再热器流程图1）过热器系统过热器系统按

13、蒸汽流向可分为：顶棚&包墙过热器、低温过热器、分隔屏过热器、后屏过热器及末级过热器。其中主受热面为低温过热器、分隔屏过热器、后屏过热器、末级过热器。分隔屏过热器和后屏过热器布置在炉膛的上部，主要吸收炉膛内的辐射热量。末级过热器布置在折焰角上方，也具有较强的辐射特性。过热器系统的汽温调节采用燃料/给水比和三级6点喷水减温，在后屏和末过之间设置一级喷水减温并左右交叉以减少左右侧汽温偏差。过热器主受热面的结构特性如表6-2所示：表6-2 过热器布置结构特性名称节距mm管径mm排数每排管子根数布置受热面积 m2横向St纵向SLS-30，S-31，S-32低温过热器139.782.55/101.641.

14、3/50.8134614863S-39 分隔屏过热器268850.844.4526401791S-47 后屏过热器8965447.620221624S-56 末级过热器56050.841.3332223902）再热器系统再热器受热面分为两级，即高温再热器和低温再热器。高温再热器布置在水平烟道，低温再热器布置在尾部烟道的前烟道内。高温再热器顺流布置，受热面特性表现为对流特性；低温再热器逆流布置，受热面特性为纯对流。再热器的汽温调节主要靠挡板调节、摆动燃烧器和改变过量空气系数来达到调温。在两级再热器中间微量喷水减温器，低再至高再之间采用交叉连接。再热器受热面的结构特性如表6-3所示：表6-3 再热

15、器布置结构特性名称节距mm管径mm排数每排管子根数布置受热面积 m2横向St纵向SLR-5，R-6 低温再热器水平段139.712763.5134617214R-7 低温再热器垂直段139.711263.513462133R-13，R-14 高温再热器224114.3574 过热器、再热器性能通过合理布置过热器、再热器系统各级受热面，正确分配它们的吸热比率,以适应各种运行因素的变化，汽温偏差在可控范围内，从而保证锅炉安全稳定运行。过热器蒸汽温度性能曲线图6-4 过热器出口汽温、喷水量与锅炉负荷的关系过热器在35%BMCRBMCR出口汽温可维持在额定值605oC。当锅炉

16、负荷从B-MCR变化到30%B-MCR时，喷水量变化幅度约87吨/小时左右，不仅调节特性好，而且传热面积的布置留有足够的裕度，即使在高加全切或部分切除工况带额定负荷这种非正常工况运行,减温系统同样能满足要求，且汽温可控。再热器出口蒸汽温度在50%BMCRBMCR负荷范围内维持额定值603oC，在低负荷运行下通过采用烟气挡板调温、摆动燃烧器和适当增加过量空气系数可保证再热蒸汽温度达到额定值。2.5 过热器、再热器材料的选择过热器、再热器受热面管壁厚及选材留有足够裕度,确保受热面在各种负荷运行时均安全可靠。在本工程中，过热器、再热器受热面选材采用APU壁温计算方法,对各个受热面在各个负荷工况下均进

17、行金属温度计算，按最恶劣工况下的壁温选择受热面材料，在计算中充分考虑了各级受热面的热力、水力及携带偏差。对于本工程，由于采用超超临界参数，在末级过热器和末级再热器均采用喷丸S304H和HR3C这两种目前锅炉可用的最高档次的奥氏体钢，防止烟气侧腐蚀和蒸汽侧氧化，以确保锅炉长期安全运行。 2.6 过热器、再热器系统监控和保护1）机组启动时，严格控制锅炉的燃烧率和机组升负荷速率，以保护过热器和再热器；2）在各级过热器、再热器管子炉外段上均设有温度测点，对管子壁温进行监控，确定其运行控制温度和报警温度；3）过热器减温水系统采用三级布置，减温水容量设计有足够的裕度，能满足锅炉在各种工况正常运行。3. 过

18、热器与再热器的结构型式再热器对较低压力下的蒸汽进行加热，实际上相当于中压过热器。与过热器有相同的结构型式。由于再热器中的蒸汽密度小，允许的质量流速较低，所以管壁的工作条件更差。根据传热方式和布置方式，过热器与再热器可以分为对流式、辐射式、半辐射式和包覆壁四类。3.1对流式如前所述过热器系统中的末级高温过热器和低温过热器，以及再热器系统中的末级再热器和有的低温再热器，布置在水平烟道和尾部竖井烟道中，主要依靠对流传热方式从烟气中吸收热量，属对流式过热器。中压锅炉过热热量占的比例小，采用纯对流式过热器。末级高温再热器和低温再热器也往往布置在水平和尾部竖井烟道中。在高参数大容量电站锅炉中，对流式仍是过

19、热器和再热器中的主要结构型式。对流式过热器和再热器基本由蛇形管管排组成，蛇形管的布置有垂直放置(立式)和水平放置(卧式)两种型式。立式过热器和再热器通常布置在烟温较高的水平烟道中，如末级高温过热器和末级再热器。其优点是：支吊结构简单，吊挂方便，且不易积灰。缺点是：停炉后管内积水不易排除，长期停炉将造成腐蚀。在升炉时工质流量不大，因管内存有积水，可能形成气塞，将管子烧坏，所以在升炉时应注意控制过热器和再热器的热负荷，在空气没有完全排除以前热负荷不能太大。水平布置的对流式过热器和再热器易于疏水排气，但支吊比较麻烦，通常采用有蒸汽或水冷却的悬吊管吊挂，布置在尾部竖井烟道内。塔式锅炉和箱式锅炉的过热器

20、和再热器大多采用水平布置的方式。根据管内外蒸汽和烟气总的流动方向，对流式过热器和再热器可有逆流、顺流和混合流三种布置方式，如图6-5所示。逆流布置有最大的传热温压，金属耗量最少，但蒸汽出口温度最高处也是烟温最高处，管子工作条件差。一般在烟温较低区域的低温过热器和低温再热器采用逆流布置方式顺流布置则相反，传热温压小，耗用金属多，但蒸汽出口处的烟气温度最低，管壁工作条件好，为在使用现有钢材条件下获得尽可能高的蒸汽温度，末级高温过热器和末级高温再热器都采用顺流布置方式。蛇形管的排列方式有顺列和错列两种布置方式，如图6-6所示。烟气横向冲刷顺列布置受热面管子时的传热系数比冲刷错列布置时小，但顺列管束管

21、外积灰易于被吹灰器清除。 图6-5 对流式过热器和再热器的布置方式(a)逆流；(b)顺流；(c)混合流布置在高烟温区的过热器或再热器一般易产生粘结性积灰，为便于蒸汽吹灰器清除积灰，及支吊方便，都以顺列方式布置。尾部烟井中低温过热器和低温再热器一般采用错列布置，以增强传热。但有的大型电站锅炉将它们以顺列方式布置，以便于吹灰和支吊。过热器和再热器并联蛇形管的排数主要由烟气流速决定。其横向管间相对节距s1/d，顺列布置时选取s1/d=2.03.5，错列布置时取s1/d3.03.5。大容量锅炉的烟道宽度相对较小，满足烟气流速要求的管排数后，就不能满足蒸汽流速的要求。因其管内流通截面太小，蒸汽质量流速太

22、大，超过工质压降限制，所以通常以多管并联套弯的型式来满足蒸汽流速的要求。通常，蛇形管有如图6-6所示的单管圈和多管圈结构。前述 300MW锅炉的高温过热器和低温过热器分别采用4管圈和5管圈结构，末级再热器采用6管圈结构。 图6-6 管子的顺列和错列布置方式 (a)顺列；(b)错列 图6-7 蛇形管结构(a)单管圈；(b)双管圈；(c)三管圈3.2辐射式(壁式、墙式)布置在炉膛壁面上、直接吸收炉膛辐射热的过热器或再热器，称为辐射式(或墙式)过热器或再热器。高参数大容量锅炉蒸发吸热所占比例减小，为了在炉膛内布置足够的受热面，就需要布置辐射式过热器或再热器。同时辐射式受热面具有与对流式受热面相反的汽

23、温特性，有利于改善整个过热器和再热器的汽温调节性能，同时由于辐射传热强度大，可减少金属耗量，所以辐射式过热器或再热器已被广泛采用。由于炉膛内热负荷很高，所以辐射式过热器和辐射式再热器管子的工作条件较恶劣，运行经验表明，管壁与管内工质的温差可达100120。通常在辐射式过热器和辐射式再热器的设计、布置和运行时作如下考虑：1)使辐射式过热器和辐射式再热器远离热负荷最高的火焰中心区，布置在热负荷稍低的炉膛上部。如炉顶过热器，SG一1000/16.7型直流锅炉炉膛上部13高度的膜式壁为过热器，SG一102518.2、HG一102518.2、DG一100018.3型锅炉的壁式再热器都布置在炉膛上部至炉顶

24、的区域。但这种布置使水冷壁高度减小，对水循环安全性不利，设计时应特别注意水循环计算。2)将辐射式过热器和辐射式再热器作为低温级受热面，以较低温度的蒸汽流过这些受热面，改善管子的工作条件。3)选取较高的管内工质质量流速，提高管内放热系数。如DG一100016.71燃煤自然循环锅炉的第一级壁式再热器的rw370kg(m2s)，SG一102518.3一M833燃煤控制循环锅炉的壁式再热器，rw406kg(m2s)，SG一100016.7直流锅炉的辐射式过热器，rw1400kg(m2s)。4)在锅炉启动时管内必须有足够的蒸汽流量来冷却管壁。这是因为启动时工质流量很小，但火焰温度与满负荷时差不多，很高的

25、热负荷容易将管子烧坏。冷却用蒸汽可以来自其他锅炉的减温减压蒸汽，也可以采用自生的蒸汽。当采用锅炉本身产生的蒸汽来冷却时，必须使火焰中心远离辐射式受热面管子。例如：启动时应用重油喷嘴，这是因为重油喷嘴的燃烧火炬短，火焰中心离管子在34m以上。当负荷达到额定负荷的25以上后再投煤粉燃烧器。辐射式再热器的冷却蒸汽由过热器经减温减压旁路进入。3.3半辐射式(屏式)布置在炉膛上部或炉膛出口烟窗处，既能接收到炉膛的辐射热，也吸收烟气对流换热的受热面称为半辐射式过热器或半辐射式再热器。如图6-8所示，它们由焊在联箱上的许多U型管紧密排列成管屏组成，通常称为屏式过热器和屏式再热器。分隔屏、后屏过热器和后屏再热

26、器均为半辐射式(屏式)。它们的作用为：1)悬吊布置在炉膛上部的屏式受热面吸收相当部分炉内热量，降低炉膛出口烟气温度。解决了大容量锅炉炉壁面积相对较小，布置的辐射受热面积太少的困难。2)出口烟窗处后屏的屏间距离s500900mm，稀疏布置的管屏起了凝结熔渣的作用。流经管屏的烟气流速达510ms，所以后屏也吸收相当部分的对流换热量。能有效降低进入水平烟道的烟气温度，防止布置密集的对流过热器或再热器的结渣。3)屏式受热面布置在10001300的高烟温区域，传热强度高，可以减少过热器或再热器的金属耗量。 图6-8 屏式过热器结构简图1一相邻管屏间的定位管；2一屏本身的扎紧管 图6-9 屏式受热面的布置

27、 (a)后屏；(b)大屏；(c)半大屏；(d)前屏； (e)能疏水的屏；(f)水平布置的屏4)屏式受热面布置在高烟温区，且屏间节距大，有较大辐射层厚度，能使过热器或再热器吸收辐射热量的比例增大，可改善过热或再热汽温调节特性。屏式受热面既吸收炉膛辐射热，又吸收高温烟气的对流热，具有较高的热负荷。为保证管子工作安全，需采用较高的质量流速，一般rw7001200kg(m2s)。屏中并联管根数由蒸汽流速决定，密排管的相对纵向节距一般为，sd1.11.25。屏的布置有多种方式，如图69所示。屏中紧密排列各U型管受到的辐射热及所接触的烟气温度有明显的差别，且内外圈的管长不同会导致蒸汽流量差别，因此平行工作

28、的各U型管的吸热偏差较大，有时管与管之间的壁温差可达8090。运行时应注意对屏式受热面蒸汽出口端金属壁温的监视和控制。屏最外圈U型管工质行程长、阻力大、流量小，又受到高温烟气的直接冲刷，且接受炉膛辐射热的表面积较其他管子大许多，其工质焓增比屏的平均焓增大4050，极容易超温烧坏。为防止外圈管子管壁超温，有许多改进结构，如图6-10所示。如将外圈管的长度缩短，将外圈管和内圈管在中间交换位置等，也可用加大外圈管管径及采用高一级材质的钢材等方法来提高其工作可靠性。 图6-10 屏式过热器防止外圈管子超温的改进措施(a)外圈两圈管子截短；(b)外圈一圈管子短路；(c)内外圈管子交叉；(d)外圈管子短路

29、，内外管屏交叉为提高屏式受热面的工作性能，国外已开始研究用鳍片管制造全焊膜式屏来代替光管屏。试验表明，对于结渣性燃料，可以降低沾污程度。在同样条件下吸热量约可提高12，是一种有发展前途的结构型式。3.4包覆壁过热器现代大型锅炉为了简化炉墙结构，采用悬吊结构的敷管炉墙，在水平烟道和尾部竖井烟道内壁像布置水冷壁那样布置过热器，称为包覆壁过热器。当包覆壁过热器由光管组成时，相对节距s/d等于1.11.2；采用膜式结构时，s/d为23。大容量锅炉都采用膜式壁结构，这样可以保证锅炉烟道的气密性，并可减少金属消耗量。包覆壁过热器作为炉壁，仅受烟气的单面冲刷，贴壁处烟速又较低，对流换热效果较差。在尾部烟道内

30、烟温又较低，布置的受热面较密集，其辐射吸热量也小。同时包覆壁过热器内蒸汽来自焓增很小的炉顶过热器或直接来自汽包，蒸汽温度较低。因此，包覆壁过热器具有较低的管壁温度，这有利于减少锅炉的散热损失。包覆壁过热器也具有将蒸汽输送入布置在尾部烟道的低温过热器进口的作用。4.港电660MW超超临界锅炉的过热器和再热器结构参数660MW超超临界锅炉在35%负荷以上，过热器出口蒸汽温度维持额定数值605C，再热器出口蒸汽温度在50%以上负荷维持额定数值603C。660MW超超临界锅炉的过热器和再热器的相关参数详见附表1锅炉港电锅炉热力计算汇总：5.过热器与再热器的汽温调节过热蒸汽温度与再热蒸汽温度直接影响电厂

31、的经济性与安全性。汽温每降低10会使循环热效率降低05。过热器与再热器长期在超温1020下运行，其寿命会缩短一半，而且还会影响汽轮机的寿命。通常规定汽温偏离额定值的范围为一10+5。因为锅炉不可能始终在设计工况下运行，汽温变化不可避免，所以，掌握汽温变化特性，运行时及时调节，显得十分重要。5.1过热器与再热器的汽温特性锅炉负荷变化时，过热器与再热器出口的蒸汽温度跟随变化的规律，称为汽温特性。5.1.1汽温特性汽温随锅炉负荷变化的汽温特性如图6-12所示。随着锅炉负荷的增加，过热器中蒸汽流量和燃料消耗量都相应增大。但炉内火焰温度升高甚少。辐射式过热器吸收的炉膛辐射热增加不多，不及过热器内蒸汽流量

32、增加的比例大，因此辐射式过热器中蒸汽的焓增减少，出口蒸汽温度下降(图6-12中曲线1)。同时，由于炉内火焰温度升高很少，炉内水冷壁的吸热量也增加甚微，多耗燃料产生的热量将使得炉膛出口烟温升高。燃料耗量增加还使得炉内高温烟气流量增大。由于烟气温度及流速的增高，布置在水平与尾部烟道的对流式过热器的换热量增大许多，过热蒸汽焓增增大，出口汽温升高。如图6-11中曲线2、3所示，对流式过热器的出口汽温是随着负荷的增加而增大的。过热器离炉膛出口越远，过热器进口烟温越低，烟气对过热器的辐射换热份额减少；汽温随负荷增加而上升的趋势更明显。这就是图中曲线3的斜率大于曲线2的原因。再热蒸汽温度随锅炉负荷变化规律与

33、过热器相同。只是锅炉负荷降低时，汽轮机高压缸排汽温度降低，再热器入口汽温下降。与过热汽温比较，对流式再热器汽温随负荷降低而降低要严重些，相反，辐射式再热器汽温随负荷降低而升高要平缓些。由于辐射式和对流式的汽温特性正好相反，同时采用辐射式和对流式联合布置的过热器与再热器系统，可以得到比较平缓的汽温特性。300MW亚临界压力锅炉采用包括有壁式、屏式和末级对流式组成的高温布置再热器系统，锅炉负荷在50至额定负荷范围变化时，再热蒸汽温度都能维持额定值。一般电站锅炉过热器由屏式和对流式组合，因辐射吸热份额不够大，整个过热器汽温特性仍是对流式的。 图6-11 过热器汽温特性1一辐射式过热器；2、3一对流式

34、过热器， 以上介绍的是常规定压运行方式下汽温随负荷变化特性。单元机组也可采用变压运行方式，即汽轮机的调节汽门基本保持全开，机组负荷的改变依靠改变锅炉出口蒸汽压力来实现，但过热汽温与再热汽温仍维持在额定值。图6-12所示为变压运行时主蒸汽压力和高压缸排汽温度随负荷变化的曲线。定压运行时，汽轮机各级压力和温度都随蒸汽流量成比例变化，一般负荷从额定值降到30时，再热器进口汽温下降约3050。而变压运行时，再热器进口汽温基本不变，其汽温特性可以得到很大的改善。在变压运行方式下，负荷降低时，过热器与再热器内蒸汽压力随着降低，蒸汽比热容减小，加热至相同温度所需热量减少，因此负荷降低时，过热汽温和再热汽温比

35、定压运行时易于保持稳定。 图6-12 变压运行时主蒸汽压力和高压缸排汽温度的变化A一定压运行；B一纯变压运行(四阀全开)；C一变压运行(节流10)；D一2一复合变压运行(二阀全开)；D一3一复合变压运行(三阀全开)5.1.2给水温度对汽温的影响锅炉运行过程中常常会因高压加热器停运等原因而使给水温度降低。为保持锅炉负荷不变，必须增加投入炉膛的燃料。与前面分析一样，这将使得炉内烟气量增加，炉膛出口烟温增加。对于对流式过热器和再热器，出口蒸汽温度将随给水温度的下降而升高。而对辐射式过热器和再热器的出口汽温影响很小，基本保持不变。一般锅炉过热器总体呈对流汽温特性，若给水温度降低过多，有可能引起过热蒸汽

36、超温。通常采用降低负荷运行方法保证过热器的安全。5.1.3过量空气系数对汽温的影响炉膛内过量空气系数增大时，将使得炉内火焰温度降低，炉膛水冷壁吸热量减少，而使炉膛出口烟温增加。同样布置在炉膛内的辐射式过热器和再热器的吸热量减少，其出口汽温随过量空气系数的增大而下降。过量空气系数增大还使燃烧生成的烟气量增多，流过烟道的烟气流速增大。对于对流式过热器和再热器，由于对流传热系数和温压的增加，其出口汽温也随着升高。在锅炉运行过程中，有时用增加炉内过量空气系数的方法来提高汽温，但这将以降低锅炉效率作为代价。因过量空气系数太大，锅炉排烟热损失将增加。5.1.4火焰中心位置对汽温的影响锅炉运行过程中，下列情

37、况将导致火焰中心位置改变：1)当燃用煤质变差，或者煤粉颗粒变粗时，炉内火焰会因燃尽困难而拉长，火焰中心位置移向炉膛上方。2)大容量电站锅炉采用多层燃烧器，最上层与最下层燃烧器之间的距离达十几米。当因负荷变化或磨煤机切换而改变投运燃烧器层次时，火焰中心位置将随投运燃烧器高度而改变。3)改变摆动式燃烧器的倾斜角度将改变火焰中心的位置。当火焰中心位置上移时，炉膛辐射吸热份额下降，布置在炉膛上部和水平烟道内的过热器与再热器，会因为传热温差增加而多吸收热量，使得其出口汽温升高。5.1.5燃料对汽温的影响燃料种类直接影响着火和燃烧，燃油、燃气时燃烧火炬短，火焰中心位置就低。挥发分高的烟煤与多灰劣质烟煤和无

38、烟煤比，着火与燃烧容易，燃烧火焰也短些，火焰中心位置相对低些。火焰中心位置对汽温的影响如上所述。当燃煤的水分增加时，水分蒸发使得烟气容积增加和火焰温度略有降低，这将使得炉膛辐射吸热下降，辐射式过热器或再热器出口汽温降低，而对流式过热器或再热器出口汽温上升。5.1.6受热面沾污对汽温的影响炉膛水冷壁结渣或积灰，使炉内辐射换热量减少，炉膛出口烟气温度提高，会使得蒸汽温度上升。若过热器或再热器本身结渣或积灰，会因吸热量减少而导致蒸汽温度降低。5.1.7锅炉吹灰的影响当锅炉进行蒸汽吹灰时，相当于锅炉负荷增加，对汽温的影响与负荷变化时相似。只是吹灰用蒸汽量少，因此对汽温的影响较小。 5.2蒸汽温度调节方

39、法现代大型电站锅炉汽温调节方法常用的有喷水减温、汽一汽热交换、蒸汽旁通，烟气再循环、分隔烟道挡板调节和改变火焰中心位置等。前三种属蒸汽侧调节方法，后三种属烟气侧调节方法。对汽温调节方法的基本要求是：调节惯性或延迟时间小，调节范围大，对循环热效率影响小，结构简单可靠及附加设备消耗少。5.2.1喷水减温方法喷水减温是将水直接喷入过热蒸汽中，水被加热、汽化和过热，吸收蒸汽中的热量，达到调节汽温的目的。喷水减温是直接接触式热交换，惯性小，调节灵敏，易于自动化，加上其结构简单，因此电站锅炉普遍采用。而表面式减温器由于结构复杂，调温惯性大，只在给水品质要求较低的小型锅炉中应用。再热器不宜采用喷水减温，因为

40、会使电厂的循环热效率降低。喷入再热器的水在低压下被加热汽化和过热，仅在汽轮机的中低压缸中做功，犹如附加了一个中压循环系统，中压循环的效率较低，因此将使整个系统的循环热效率降低。对一般超高压机组，在再热器每喷水1，将使循环热效率降低0.10.2。一般喷水减温只作为再热器的事故喷水减温装置，在少数情况下也将喷水减温方法与其他调温方法相配合，作为再热汽温的微调方法。大型锅炉的过热器为多级布置，为提高运行的安全性和改善汽温调节特性，通常在过热器中布置有二级喷水减温器。第一级布置在屏式过热器前，喷水量大些，作为汽温的粗调，并起保护屏过的作用。第二级布置在末级过热器前，作为蒸汽温度的细调，控制过热器出口汽

41、温。末级过热器的焓增较小(一般不应超过200kJkg)，可以提高汽温调节的灵敏度。也有在大屏、后屏和末级过热器前布置三级减温器，以防止屏式过热器的超温。直流锅炉除了用保持“煤水比”(燃料量与蒸发量之比)来粗调过热汽温外，一般还布置有三级喷水减温器。第一级布置在低温对流过热器前，起控制中间点温度的作用。第二、三级也是布置在屏式过热器和末级过热器前，作用相同。大型锅炉的给水品质很好，一般直接取给水泵出口的给水作为过热器喷水。设计喷水量约为锅炉额定蒸发量的58，可使汽温下降5060C。再热器内压力低，其喷水从给水泵中间级抽取。喷水减温只能使蒸汽降低温度，不能使蒸汽温度升高，所以过热器设计时需多布置一

42、些受热面，使锅炉在低负荷时能达到额定汽温，而在高负荷时投入减温器减温。减温器通常布置在过热器联箱或联箱之间的大口径连接管道中。减温器的结构型式很多，常用的两种如图6-13、图6-14所示。 图6-13 漩涡式喷嘴喷水减温器l一漩涡式喷嘴；2一减温水管；3一支撑钢碗；4一减温器联箱；5一文丘利管；6一混合管图6-13所示为漩涡式喷嘴减温器，由喷嘴、文丘利喷管和混合管组成。减温水经漩涡式喷嘴喷出雾化，在文丘利管喉部与高速(70120ms)蒸汽流混合，很快汽化与过热，使汽温降低。混合管长约45m，可避免温度较低的减温水与蒸汽的混合汽流直接与蒸汽管道或联箱壁接触而造成热应力冲击，以对联箱或管道起保护作

43、用。混合管与蒸汽管道的间隙为610mm。这种减温器雾化质量较好，能适应减温水量频繁变化的场合，且减温幅度较大。图6-14所示为笛管式减温器，由多孔笛形管和混合管组成。笛管喷孔直径一般为57mm，喷水速度为35ms。喷水方向与汽流方向一致。为防止笛管悬臂振动，采用上下两端固定的固定方式。笛管式减温器结构简单，对蒸汽阻力小，且没有厚壁部件，不易损坏。因厚薄壁连接处具有较大应力所以温度变化大时易产生疲劳断裂。虽然笛管喷水雾化质量差些，但较长的混合管足以使水滴充分混合、汽化和过热。所以大型锅炉采用较多。 图6-14 笛管式喷水减温器1一多孔笛形管；2一混合管；3一减温器联箱5.2.2改变火焰中心位置方

44、法摆动式燃烧器多用于燃烧器四角布置锅炉。上下摆动燃烧器，使煤粉火炬上下倾斜，改变火焰中心的位置，从而改变炉膛出口烟气温度，调节过热或再热汽温。这对在炉膛上部和炉膛出口附近布置有较多受热面的过热器或再热器的汽温调节特别有利，具有较大的灵敏度。一般燃烧器摆动可达士2030，炉膛出口烟温变化约110140，调温幅度可达4060。运行中当燃烧器摆动角度较大时，应注意有可能造成炉膛出口或冷灰斗处结渣。对于前墙布置多层燃烧器，可通过投运不同层次燃烧器的方法改变火焰中心位置来达到调节汽温的目的。改变火焰中心位置的调温方法调节灵敏，惯性很小，但不精细，常用喷水减温等其他调温方法配合使用。6. 过热器的热偏差锅

45、炉受热面管子长期安全工作的首要条件是保证它的金属温度不超过该金属的最高允许温度。管内工质温度和受热面的热负荷越高，管壁温度就越高；而放热系数提高，可以使金属管壁温度降低。放热系数的大小与管内工质的质量流速有关，提高蒸汽的质量流速，可以加强对管壁的冷却作用、降低管壁温度，但是将增大压力损失。由于过热器和再热器中的工质的温度最高，同时所处的区域烟气温度高，因而热负荷也很高，但是蒸汽的放热系数比较小。所以，过热器或再热器是锅炉受热面中金属工作温度最高、工作条件最差的受热面，它的管壁温度已经接近钢材的最高允许温度。因此，必须避免个别管子由于设计不良或运行不当而受超温破坏。过热器由许多并列管子组成。管组

46、中各根管子的结构尺寸、内部阻力系数和热负荷可能各不相同。因此，每根管子中的蒸汽焓增也就不同，工质温度也不同。这种现象叫做过热器(或再热器)的热偏差。焓增大于平均值的那些管子叫偏差管。热偏差系数越大，管组的热偏差越严重。偏差管段内的工质温度与管组工质平均温度的偏差越大，该管段金属管壁平均温度就越高。因此，必须使过热器(或再热器)管组中最大的热偏差系数小于最大允许的热偏差系数，即管壁金属温度到达最高容许值时的热偏差，否则将会使管子因过热而损坏。随着火电厂锅炉容量的增大以及参数的提高，锅炉相对宽度在减少，对流过热器的蛇形管的管圈数也相应增多。可见对于整个管组，不仅存在屏间的热偏差，同时存在同屏热偏差

47、。由于屏式过热器位于炉膛出口的高温区，受热面的热负荷很高，如果屏间和同屏的热偏差过大，必将导致局部管子发生过热损坏。根据国内有关文献介绍，同屏热偏差是影响屏可靠工作的最主要因素，必须予以足够的重视。由于过热器(或再热器)并列工作的管子之间受热面积差异不大，产生热偏差的基本原因主要是烟气侧的吸热不均和蒸汽侧的流量不均。显然，对于过热器来说，最危险的将是热负荷较大而流量又比较小，因而汽温又较高的那些管子。6.1 烟气侧热力不均(吸热不均)过热器管组的各并列管是沿着炉膛宽度方向均匀布置的。因此，锅炉炉膛中沿着宽度方向烟气的温度场和速度场的分布不均匀，是造成过热器并列管子热力不均匀的主要原因。这些原因

48、的产生，可能是由于结构特性引起的，也可能是由于运行工况的因素引起的。由于炉膛四周布置有水冷壁，因此，靠近水冷壁的烟气温度比火焰中心温度低，烟气流速也低。因而炉膛中四个壁面的热负荷各不相同，就是对于某一个壁面，沿着其高度和宽度的热负荷差别也很大。同时，当燃烧工况组织不好、火焰中心偏斜、燃烧器负荷不一致、炉膛部分水冷壁严重结渣、炉膛上部或过热器局部地区发生煤粉再燃烧时，都会造成炉内烟气温度不均，并且将不同程度地在对流烟道中延续下去，从而引起过热器的吸热不均。由于设计、安装及运行等因素造成的过热器管子节距不同，从而使个别管排之间有较大的烟气流通截面，形成烟气走廊。这些地方由于烟气流通阻力较小，烟速较

49、快，对流传热增强。同时，由于烟气走廊具有较厚的辐射层厚度，又使辐射吸热增加，而其它部分管子吸热相对减少，造成热力不均。此外，受热面污染也会造成并列工作管子吸热的严重不均。显然，结渣和积灰较多的管子吸热减少；对流烟道部分堵灰或结渣时，其余截面因为烟气流速增大，因而吸热增力。最后应当着重指出，吸热多的管子由于蒸汽温度高，比容大，流动阻力增加，使工质流量减少，这更加加大了热偏差。6.2 工质侧水力不均匀(流量不均)在并列工作的过热器蛇形管中，流经每根管子的蒸汽流量主要取决于该管子的流动阻力系数、管子进出口之间的压力差以及管子中蒸汽的比容。并列蛇形管一般与进、出口集箱连接。这些集箱称之为分配集箱和汇集

50、集箱。因而各个管子进、出口压差与沿集箱长度的压力分布有关，而后者取决于过热器连接方式(见图6-15)。下面以过热器Z形连接方式为例说明问题，具体见图6-15(a)。蒸汽由分配集箱左端引入，从汇集集箱右端流出。在分配集箱中，沿着集箱长度方向工质流量因为逐渐分配给蛇形管而不断减少。在集箱的右端，蒸汽流量下降到最小值。它的动能逐渐转变为压力能，即动能沿集箱长度方向逐渐降低而静压逐渐提高，见图6-15 (a)中的P1，曲线。与此相反，在汇集集箱中，静压沿集箱蒸汽流动方向逐渐降低，见图6-15(a)中的p2曲线。由此可知，在Z形连接管组中，管圈两端的压差有很大差异，因而在过热器的并列蛇形管中导致了较大的

51、流量不均。两集箱左端的压力差最小，因而左端的蛇形管的工质流量最小，右端集箱间的压力差最大，所以右端蛇形管中工质流量最大，中间的蛇形管的流量介于两者之间。在U形连接管组中，见图6-15(b)，两个集箱内静压变化方向相同，因此各蛇形管两端的压力差相差较少，使管组的流量不均有所改善。 图6-15 过热器的Z形连接和U形连接方式(a)Z形；(b)U形 图6-16 过热器的多管连接方式很显然，如果采用多管均匀引入和导出的连接方式如图6-16所示，可以更好地消除过热器蛇形管之间的流量不均，但是要增加集箱上的开孔数量。实际运用中，多采用从集箱端部引入或引出，以及从集箱中间径向单管或双管引入和引出的连接系统。

52、这样做的原因，是这样的布置具有管道系统简单、蒸汽混合均匀和便于安装喷水减温器等优点。实际上，即使沿集箱长度各点的静压相同，也就是各并列管圈两端的压差相等，也会产生流量不均现象。对于过热蒸汽，重位压头所占的压差分额是很小的，可以不予考虑。即使管圈之间的阻力系数完全相同，也就是说管子的长度、内径、粗糙度相同，由于吸热不均引起工质比容的差异也会导致流量不均。并且在吸热不均的情况下，过热器各并列工作的管内工质流动的阻力不等，各根管子的流量也就不等。阻力小的管子蒸汽流量大；阻力大的管子蒸汽流量小。流量小的管子蒸汽温度高，比容大，流动阻力进一步增大，使管子中的蒸汽流量更小，这样流动不均更加严重。由此可见，

53、过热器并列管子中吸热量大的管子热负荷较高(q1)，工质流量又较小(ro1)，因此，工质焓增大，管子出口工质温度和壁温也相应较高，更加大了并列蛇形管之间的热偏差。在并列工作的管子中，吸热量大的管子，其工质比容也大，管内的工质流量就小。这是强制流动受热面的流动特性。由于锅炉实际工作的复杂性，要完全消除热偏差是不可能的。特别是在近代大型锅炉中，由于锅炉尺寸很大，烟气温度分布不均，炉膛出口处烟气温度的偏差可达200 300C，而蒸汽在过热器中的焓增又很大，致使个别管圈的汽温偏差可以达到几十度。因此，要设法减少热偏差，使过热器和再热器安全运行。6.3锅炉过热器、再热器减少热偏差的主要措施如下：1)沿着烟

54、气流动方向把整个过热器及再热器分级。以上海锅炉厂生产的660MW超临界锅炉为例，过热器根据吸热和结构特点分成顶棚及包覆管过热器、分隔屏过热器、后屏过热器以及高温过热器；再热器被分为布置在烟道里的低温再热器和炉膛内的高温再热器。2)采用各种定距装置。锅炉最大限度地采用了蒸汽冷却定位管、各种型式的夹紧管以及其他定距装置。用以保证屏间的横向节距及管间的纵向节距，并防止在运行中摆动，有效地消除管、屏间的“烟气走廊”，减少吸热不均。3)设计合理的折焰角。屏式过热器是半辐射式过热器，它既吸收炉膛的辐射热，也吸收烟气的对流热。对流换热量的大小与烟气流动的均匀性有关。CE型锅炉的折焰角是经过模拟实验确定的，设

55、计比较合理，能使烟气均匀地冲刷屏式过热器，有利于减少对流过热器的热偏差。7. 过热器和再热器的高温腐蚀及防止措施7.1过热器与再热器沾污的特点及影响布置在炉膛上部和水平烟道中的屏式和对流式过热器或再热器受热面上的沾污通常属高温烧结性积灰。正常运行时该处烟温约为7001100，已低于灰的开始变形温度(DT)，不会产生熔渣粘结。但是，在此温度下，在燃烧过程中升华的钠、钾等碱金属氧化物尚呈气态，遇到温度稍低的过热器或再热器即凝结在管壁上，形成白色薄灰层。冷凝在管壁上的碱金属氧化物与烟气中的三氧化硫反应生成硫酸盐，然后与飞灰中的氧化铁、氧化铝等反应生成复合硫酸盐，如Na3Fe(SO4)3、K3Fe(S

56、O4)3、Na3A1(SO4)3和K3A1(SO4)3等。复合硫酸盐在500800范围内呈熔融状，会粘结飞灰并继续形成粘结物，使灰层迅速增厚。当燃料中硫及碱金属含量较高时易在高温过热器或再热器发生较严重沾污。该熔融灰渣层会被高温烧结，形成有较高机械强度的密实积灰层。烟温越高，烧结时间越长，灰渣的强度越高，越难清除。因此，及时对过热器和再热器进行吹灰相当重要。过热器与再热器沾污层中含有熔点较低的硫酸盐，将产生熔融硫酸盐型高温腐蚀。由于高温过热器和再热器的管壁温度高，高温腐蚀速度快，容易引起爆管。这也是过热器爆管事故比例较高的原因之一。过热器或再热器沾污结渣后，管排间阻力增加，烟气流速减小。而在未沾污或沾污较少处烟气流速增大，传热增强。再加上被沾污管的传热能力下降，造成管排间的吸热不均匀，从而产生较大热偏差，引起过热器出口处管壁超温。过热器或再热器沾污后吸热能力下降，会造成出口汽温下降和出口烟气温度上升，导致锅炉排烟温度上升，从