锅炉原理 第7章 过热器及再热器

第五章过热器和再热器

1热能与动力工程一、为何采用过热器和再热器第一节过热器与再热器作用和工作特点2热能与动力工程1．提高机组循环效率提高蒸汽压力、温度。提高温度很难，提高压力受到限制，否则排汽湿度过高，因此采用再热器，同时提高循环效率。2．保证汽轮机的安全运行若不过热，相当于卡诺循环，采用饱和蒸汽，湿度大，不能满足汽轮机的要求。过热器与再热器为电站锅炉的主要受热面。3热能与动力工程高温过热器动画4热能与动力工程屏式过热器5热能与动力工程二、过热器和再热器的工作特点1．工质温度高、传热性能差，处于高温烟气段，金属壁温高，达到金属使用极限。2．再热器受热面工作条件更差（1）中压蒸汽放热系数比高压蒸汽小（1/5），导致管壁金属温度高，（2）中压蒸汽比热小，对热偏差更加敏感；（3）阻力损失要求严格；（4）起动中及汽轮机甩负荷时的保护问题；6热能与动力工程3．锅炉参数提高，容量增大，锅炉各受热面数量和位置发生变化，过热受热面向炉膛移动（辐射式过热器），工作条件更差；4．设计或运行不当，很容易引起受热面金属超温，长期超温会造成爆管，工质泄露，停机，是锅炉故障最多的部件之一。7热能与动力工程三、汽温调节蒸汽参数要求在一定范围内，设计时要考虑有效的调节手段，运行中要不断地调节蒸汽温度；过热器、再热器与减温器紧密相连。8热能与动力工程一、过热器和再热器的种类过热器与再热器的结构形式基本相同过热器与再热器的种类半辐射式—对流+辐射，稀疏管屏，布置在炉膛的上部对流式—以对流传热方式为主，密集蛇型管束，布置在对流烟道辐射式—以辐射传热方式为主，布置在炉膛的壁面上第二节过热器和再热器的结构型式9热能与动力工程二、对流式过热器和再热器结构特点1．烟气与管内蒸汽的相互流向

顺流，逆流，混合流2．蛇型管圈的布置方式垂直式（布置在水平烟道）优点：吊挂方便，积灰少。缺点：停炉时易发生积水腐蚀，再起动时，会形成气塞及水击。水平式：与上相反（布置在垂直烟道）。10热能与动力工程3．管圈结构单根管圈与多重管圈。（1）目的：在保持烟气流速（烟气流通截面积）不变的条件下，改变蒸汽流通截面积（2）采用几重管圈，决定于设计要求的管内蒸汽流速和管外烟气流速。（3）烟气流速决定了传热系数、积灰和飞灰磨损根据煤种，经济性及安全性，在6~14m/s。（4）蒸汽流速决定于压力损失及管壁金属的冷却压降一般小于（8~10%）的工作压力。11热能与动力工程12热能与动力工程推荐的管内工质流速用质量流速ρw（kg/m2s）来表示。对流受热面：中压：250~400高压：低温段400~700；高温段：700~1000屏式过热器：800~1100辐射式过热器：1000~1500再热器：250~400单管圈时常不能同时满足烟气侧速度和工质侧速度，采用多重管圈；在最佳烟气流速下改变蒸汽流速。13热能与动力工程4．管子排列错列和顺列布置错列管排的传热系数大于顺列，不易积灰，但磨损较为严重，阻力较大。14热能与动力工程三、辐射式过热器和再热器布置在炉膛壁面上直接吸收炉膛的辐射热量。1．采用的原因：（1）大容量高参数锅炉的过热吸热份额超过50%，300MW以上机组需考虑辐射式过热器；（2）降低炉膛出口烟温；（3）布置在高温区可降低金属耗量；（4）汽温特性平稳。15热能与动力工程2．工作条件：炉膛热负荷高，蒸汽冷却效果差，锅炉起动和低负荷运行时会处于干烧，须有冷却保护措施，工作条件最差的锅炉受热面。16热能与动力工程四、半辐射式屏式过热器1．布置位置悬吊在炉膛上部，对流烟道入口，吸收辐射热与对流热。降低进入密集管束的烟气温度，防止结渣，传热性能较好。2．结构每个屏由并联的管子紧密排列而成，各屏之间的距离达0.6~1.2米。3．工作条件烟温高，工质温度高，平行各管长度相差较大，蒸汽流量相差较大，各管壁温差达80~90℃，运行安全性较差。17热能与动力工程前屏过热器18热能与动力工程前屏过热器19热能与动力工程五、过热器的系统1．将不同形式的过热器以最安全、最经济的方式连接在一起，有各种不同的形式。2．考虑的因素（1）经济性：从传热性能出发，省金属。先对流后辐射，形成总的逆流，温差大，传热最理想。（2）安全性：顺流最安全，使高温介质处于低温烟区，先辐射后对流。20热能与动力工程3．过热器系统的一般布置规律（1）先通过辐射式过热器。蒸汽在饱和线附近具有较大的比热容，工质吸收较多热量而温度升高不多，且传热温压大。（2）将过热器划分为若干段，各段之间采用集箱联接，中间进行交叉混合，保证吸热均匀。21热能与动力工程

4．减温器—一般为喷水减温方式减温器在过热器系统中的位置（1）安全：布置在可能超温的过热器管段前面，起到保护受热面的作用；（2）灵敏：使其尽量靠近过热器出口，减少调温的滞后性。一般为两级喷水减温，各尽其责：一级喷水减温器在屏式过热器的入口，保护屏式过热器。二级喷水减温器在末级过热器之前，主要作用是调节出口汽温，也起保护作用。22热能与动力工程再热器系统与调温再热器与过热器布置的原则基本一致，再热器一般均为对流式，分为低温段与高温段，原则上再热器蒸汽不能采用喷水调温方式（经济性考虑），只设置事故喷水减温，在汽温过高时采用。23热能与动力工程五、过热器和再热器的汽温特性汽温特性：即汽温随锅炉负荷变化的规律，汽温调节主要是在锅炉变化负荷时进行。对流式过热器与辐射式过热器的汽温特性是相反的。对流式：随锅炉负荷增加，燃煤量增加，汽温升高；反之降低；辐射式：随负荷增加，火焰温度变化不大，辐射热负荷增加不多，但蒸汽流量增加，相当于每公斤工质的吸热量减少，因此，汽温降低；反之增加。24热能与动力工程锅炉负荷百分比，100%过热蒸汽汽温辐射过热器锅炉负荷百分比，100%过热蒸汽汽温对流过热器25热能与动力工程希望得到平稳的汽温特性设计时采用适当比例的辐射式过热器，则可以达到较平稳的汽温特性，较小容量的锅炉以对流式过热器为主，大容量锅炉辐射式过热器比例增加。26热能与动力工程再热器的汽温变化幅度更大（1）工质进口参数随负荷降低而下降（而过热器入口温度不变），升温幅度大；（2）再热器多为纯对流式受热面，辐射的比例更小；（3）再热蒸汽的比热小，对吸热变化更加敏感。27热能与动力工程第三节汽温特性及汽温调节一、汽温特性定义：过热器汽温特性定压运行28热能与动力工程影响因素：

煤水比、过量空气系数、给水温度、燃料性质、火焰中心位置、受热面粘污29热能与动力工程＊过量空气系数过量空气系数温度水平辐射热辐射过热器汽温过量空气系数烟气量对流热对流过热器汽温＊给水温度高加停运给水温度保持负荷燃料量烟气量炉出口烟温过热汽温与再热汽温给水温度太低时，应降低负荷，以保证过热器的安全30热能与动力工程＊燃料性质着火早晚火焰中心水分烟气量及火焰温度：对流式和辐射式不同＊火焰中心位置煤质煤粉细度燃烧器的不同投运层次摆动式燃烧器的倾角上移汽温31热能与动力工程＊受热面的污染情况水冷壁结渣、积灰炉出口烟温汽温过热器、再热器自身结渣积灰汽温32热能与动力工程

二、蒸汽温度的调节灵敏、调节范围大、经济性好、结构简单蒸汽侧烟气侧

1、喷水减温给水减温水多级布置，一般两级：一级：屏过前，喷水量大，粗调，保护作用二级：末级高过前，喷水量小，细调喷水量：锅炉容量3%-5%33热能与动力工程过热器喷水直接取给水泵出口再热器喷水给水泵中间级抽取(压力低)喷水减温只能降温：所以，低负荷时达到额定温度，高负荷时投入减温器为什么，再热器一般不采用喷水减温喷入的水转化成的蒸汽，只在中、低压缸中作功，犹如附加了一个中压循环系统，而中压循环的效率低，从而使整个系统效率降低。34热能与动力工程

2、分隔烟道挡板35热能与动力工程36热能与动力工程37热能与动力工程额定负荷，挡板全开，各50%负荷降低时，关小过热器侧挡板，维持再热汽温38热能与动力工程A：低负荷，再热汽温偏低，只在额定负荷维持额定汽温B：70%-100%负荷，再热器可维持额定汽温过热器比A降低，但仍然高，用喷水减温39热能与动力工程3、烟气再循环从低温烟道，抽部分250-350℃烟气，送到炉膛底部多用于燃油锅炉再热汽温的调节也用于污染物控制4、改变火焰中心位置5、炉底注入热风6、汽--汽交换器40热能与动力工程第四节热偏差过热器、再热器是由许多并列管子组成的。管组中各根管子的结构尺寸、内部阻力系数和热负荷各不相同因此，每根管子中的蒸汽焓增i也就不同，即热偏差41热能与动力工程造成热偏差的原因

—主要是设计上，也存在运行因素*管外烟气侧吸热不均匀*受热面结构不均匀*平行各管中的流量不均匀42热能与动力工程一、吸热不均(烟气侧)温度场不均速度场不均1)锅炉炉膛中烟气温度场和速度场本身的不均匀性2)四角切圆燃烧锅炉炉膛出口气流的残余宽度方向的烟温、烟速不均分隔屏消旋；消旋风；一、二次风反切；43热能与动力工程右侧左侧右侧左侧烟速烟温44热能与动力工程3)运行操作不正常引起四角不均火焰偏斜炉上部的煤粉再燃烧水冷壁结渣延续4)节距不均匀：大节距处烟气走廊5)过热器和再热器的结渣、积灰自身吸热减少，烟温升高45热能与动力工程二、流量不均(蒸汽侧)1、结构连接方式引起2、吸热不均引起吸热量大比容增大流量减少46热能与动力工程减少热偏差的措施1、受热面分级布置，并采用大直径的中间混合联箱2、合理布置宽度方向屏间节距，防止运行中摆动3、联箱连接管左右交叉装置减小左右偏差4、采用合理的蒸汽引入引出方式5、根据热负荷采用不同管径、壁厚的管圈6、加装节流圈消除流量不均强制循环、直流炉常用7、利用流量不均来消除吸热不均屏过外圈U形管：大管径或缩短管圈47热能与动力工程第五节受热面沾污及高温腐蚀一、受热面沾污原因：钠、钾、钙、硅等氧化金属在高温环境中发生氧化物的升华，氧化金属呈分子状态冷凝在受热面上，与烟气中SO3形成硫酸盐，有黏性，大量捕捉飞灰，特点：随时间无限增长。48热能与动力工程位置：炉膛受热面及高温对流受热面。过程：先在管子上形成第一层灰，随着厚度的增加，其外表面温度不断升高，逐渐接近当地的烟气温度，若烟气温度高到使灰处于熔化状态，则在第一层灰上形成增长速度