第七章 过热器和再热器

电厂锅炉原理及设备2/1/2023第七章过热器和再热器第一节 过热器和再热器的作用及其特点第二节

过热器和再热器的结构型式及其气温特性第三节 热偏差第四节 蒸汽温度的调节第五节

对流受热面的高温积灰和高温腐蚀2/1/2023第一节 过热器和再热器的作用及其特点一、作用1.过热器 饱和蒸汽 一定温度（540~550℃）的过热蒸汽2.再热器

汽轮机高压缸排气加热到tzr

（与tgr相等或相近） 中压缸、低压缸中膨胀做功2/1/2023第一节 过热器和再热器的作用及其特点二、蒸汽参数的选择1.金属材料性能：540~550℃2.运行中保持气温稳定：气温波动不超过+5~－10℃3.可靠调温手段：维持额定气温4.减少并联管间热偏差2/1/2023第一节 过热器和再热器的作用及其特点三、布置1.原则 确保受热面管子外壁温度<钢材抗腐蚀和氧化温度，保证其高温持久强度2.方法分类（1）低压锅炉：对流过热器前布置对流蒸发管束（2）中压锅炉：直接布置在凝渣管束后（3）高压锅炉：辐射、半辐射式过热器（4）超高、亚临界、超临界压力锅炉：更多辐射、半辐射式过（再）热器2/1/2023第二节 过热器和再热器的结构型式

及其气温特性一、对流式过（再）热器1.布置位置：水平烟道或垂直竖井2.传热方式：吸收烟气对流放热量3.结构：蛇形管+进、出口联箱4.分类（1）管子排列方式（2）蒸汽和烟气相对流动方向（3）受热面布置方式2/1/2023低过出汽吊管2/1/2023（1）按管子排列方式分类顺列：传热系数小错列：管壁磨损严重2/1/2023（2）按蒸汽和烟气的相对流动方向分类顺流式传热温差小，所需受热面多，蒸汽出口烟温低，壁温低；工作安全，经济性差；用于高温段（末级）逆流式传热温差大，节省金属耗量，壁温高；安全性差；用于低温段（进口）双逆流式混流式2/1/2023（2）按蒸汽和烟气的相对流动方向分类烟速：过大磨损 过小传热系数小工质质量流速：压力降适当蛇形管形式强化传热措施2/1/2023（3）按受热面的布置方式分类垂直式：结构简单，吊挂方便，积灰少；凝结水不易排除水平式：易疏水，支吊复杂2/1/2023二、辐射和半辐射过热器和再热器的结构形式1.布置位置：更高烟温区2.传热方式：吸收炉膛辐射热3.结构类型（1）屏式（2）墙式2/1/2023屏式过热器前屏位置：炉膛上部作用：降低炉膛出口烟温，减少烟气扰动和旋转，改善过、再热蒸汽汽温特性缺点：热偏差大，易超温2/1/2023屏式过热器后屏位置：炉膛出口处传热方式：辐射热+烟气对流热2/1/2023三、壁式过（再）热器1.布置位置：炉膛水冷壁上部，紧贴炉墙或水冷壁2.传热方式：辐射式受热面3.结构2/1/2023三、壁式过（再）热器2/1/2023四、顶棚过热器和包覆管过热器结构1.顶棚过热器（1）位置：炉顶（2）作用：支撑炉顶耐火、保温材料，保持锅炉气密性2/1/2023炉顶底部根部密封图2/1/2023炉顶密封保温施工2/1/2023炉顶密封保温施工2/1/2023四、顶棚过热器和包覆管过热器结构2.包覆管过热器（1）位置：水平烟道和尾部竖井壁面上（2）作用：形成炉壁并成为敷管炉墙载体2/1/2023五、汽温特性过（再）热器出口汽温随锅炉负荷变化的关系1.汽包锅炉（1）过热器（2）再热器2.直流锅炉3.蒸汽温度与额定值偏差（1）过热器：±5℃（2）再热器：＋5℃和－10℃2/1/2023六、典型的过热器与再热器系统1.系统布置原则（1）满足蒸汽参数要求（2）具有灵活调温手段（3）运行中管壁不超温（4）较高经济性2.分级（分段）（1）减少热偏差：每级焓增≤250~420kJ/kg（2）蒸汽温度选取：钢材性能（3）汽温调节反应速度2/1/2023再热汽采用调节尾部烟气挡板调温方式

的典型过热器和再热器系统2/1/2023再热汽采用燃烧器摆角调温方式

的典型过热器和再热器系统2/1/2023第三节 热偏差一、热偏差的概念1.概念

受热面由许多并联管子组成→每根管子的结构、热负荷和工质流量大小不完全一致→工质焓增不同2.热偏差系数2/1/2023二、影响热偏差的因素1.热力不均系数（1）受热面的污染

积灰、结渣不均匀（2）炉内温度场和速度场不均原因

a.燃烧器设计或锅炉运行：风速、煤粉浓度不均，火焰中心偏斜，残余旋转 b.对流受热面横向节距不均，形成烟气走廊 c.屏过辐射角系数随管排数的变化规律后果

a.沿壁面宽度、高度热负荷差别大 b.烟道中部热负荷大，两侧小2/1/2023二、影响热偏差的因素2.流量不均系数（1）连接方式（2）热力不均对流量不均的影响2/1/2023三、减小热偏差的措施1.结构设计方面（1）分级布置，中间混合（2）沿烟道宽度方向左右交叉流动（过热器适用）2/1/2023三、减小热偏差的措施1.结构设计方面（3）采用多管引入（出）连接方式（4）内、外圈管交叉布置（5）减少屏前或管束前烟气空间尺寸（6）均衡并列各管的长度和吸热量，增大热负荷较高管子的管径（7）分隔屏过热器每片屏分组（8）过（再）热器采用不同管径、壁厚及材料（9）消除炉膛出口烟气余旋2/1/2023三、减小热偏差的措施2.运行方面（1）设备投产或大修后，做好炉内冷态空气动力场和热态燃烧调整试验（2）正常运行时，根据负荷合理投运燃烧器，调整好炉内燃烧（3）及时吹灰2/1/2023四、过热器的热偏差计算1.假设条件2.计算热偏差公式（1）热力不均导致流量不均（2）热力不均导致蒸汽出口温度不均（3）热力不均导致过热器出口处管外壁温度不均3.过热器热偏差特性

并联管组产生吸热不均→Gp↓（吸热量大）→Δt2↑，Δtw↑2/1/2023第四节 蒸汽温度的调节一、影响汽温变化的主要因素1.锅炉负荷（1）对流特性：负荷升高（下降）→汽温上升（下降）（2）辐射特性：变化趋势与上相反2.α

α↑→烟气量↑→烟气流速↑→对流传热↑→过热汽温↑3.tgs tgs↑→所需燃料量↓→燃烧产物容积↓，θl”↓→过热汽温↓2/1/2023一、影响汽温变化的主要因素4.受热面污染情况（1）炉膛受热面结焦、积灰→炉内传热量↓→过热器区域烟温↑→过热汽温↑（2）过热器自身结焦、积灰→汽温↓5.饱和蒸汽用量 用汽量（作吹灰等用途）↑→过热汽温↑6.燃烧器运行方式 喷嘴向上倾斜↑→火焰中心提高→过热汽温↑7.燃料种类和成分（1）Qar,net,p↑→辐射份额↑，对流份额↓；燃料消耗量↓→过热汽温↓（2）煤粉变粗、M↑、A↑→过热汽温↑2/1/2023二、蒸汽温度调节的基本要求1.蒸汽温度的允许偏差（表7-3）2.对蒸汽温度调节设备的基本要求（1）结构简单，体积小，重量轻，运行可靠（2）调节灵敏，反应快，过程连续，汽温偏差小，易实现自动化（3）不影响锅炉或热力系统效率（4）调节幅度能满足锅炉运行要求2/1/2023三、蒸汽温度的调节方法1.蒸汽侧调温方法（1）面式减温器

a.结构：管壳式（U形、套管、螺旋管等） b.冷源：锅炉给水（占给水总量30~60%） c.特点：冷却水和蒸汽不直接接触，对其品质无特殊要求；调节惯性大2/1/20231.蒸汽侧调温方法（2）喷水减温器

a.原理：将减温水直接喷入过热蒸汽中，使其雾化、吸热蒸发 b.冷源：给水 c.优点：结构简单，调节灵敏，调温幅度大，压损小 d.缺点：减温水品质要求高2/1/20232/1/20232/1/20231.蒸汽侧调温方法（3）汽-汽热交换器

a.原理：过热蒸汽（来自辐射过热器）加热再热蒸汽（来自对流低温再热器），利用二者相反气温特性调节

b.结构：管式 筒式

c.系统连接2/1/2023套管换热器2/1/2023U型管式换热器2/1/2023螺旋板式换热器2/1/2023喷淋式换热器2/1/2023列管式换热器2/1/20232.烟气侧调温方法（1）烟气挡板2/1/20232.烟气侧调温方法（2）摆动燃烧器

a.原理：改变燃烧器倾角 b.设计中注意事项 c.优点：调节简便，灵敏度高 d.缺点：倾角变化大易引起η下降或炉膛出口、冷灰斗结渣2/1/20232.烟气侧调温方法（3）烟气再循环

a.原理：将省煤器后烟气（250~350℃）由再循环风机抽出再送回炉膛

b.再循环烟气进入炉膛位置 上部 下部

c.优点：调节幅度大，灵敏度高；均匀炉膛热负荷，降低水冷壁温度；再热器受热面积减少，节约材料 d.缺点：再循环风机增加电耗，磨损严重，可靠性差；q2增加2/1/2023第五节 对流受热面的高温积灰

和高温腐蚀一、高温积灰——高温烟气环境中飞灰沉积在管束外表面1.危害（1）传热热阻增加（2）烟气流动阻力增大（3）受热面金属腐蚀2/1/2023一、高温积灰2.组成（1）内层灰：紧密（烧结强度），与管子黏结牢固（2）外层灰：松散，易清除3.形成过程（1）气态低熔灰（700~800℃）凝固在低温受热面上，形成黏性灰层（2）灰层形成后，受热面表面温度随灰层厚度增加而增加（3）中熔（900~1100℃）、高熔（1600~2800℃）灰粒黏附在黏性灰层中（4）高温烟气中存在氧化硫气体，松散灰层烧结成坚实灰层2/1/2023一、高温积灰4.减少积灰的方法（灰中含Ca较多的燃料）（1）加大管子横向节距（2）减小管束深度（3）采用立式管束（4）装设高效吹灰器，保证对每根管子进行有效吹灰2/1/2023第五节 对流受热面的高温积灰

和高温腐蚀二、高温腐蚀——烟气和飞灰中有害成分与管子金属发生化学反应，使管壁变薄、强度降低1.燃煤锅炉高温腐蚀（1）发生区域：金属壁温＞540℃的迎烟气面；壁温在650~700℃间腐蚀速率最高（2）腐蚀物质

a.复合硫酸盐：液态腐蚀剂，强烈腐蚀性；540~620℃开始发生，650~700℃腐蚀速度最大；具有高温向低温移聚能力 b.正硫酸盐：液态，腐蚀性较轻 c.焦性硫酸盐：易生成复合硫酸盐（3）防腐措施：控制管壁温度2/1/2023二、高温腐蚀2.燃油锅炉的高温腐蚀（1）腐蚀物质：油中V、Na、S生成的钒氧化物及钠钒化合物（2）腐蚀条件：管壁温度＞600~620℃，形成液态灰层（3）钒腐蚀：与烟气中氧化硫反应形成更严重腐蚀，600℃发生，700~750℃最严重（4）防腐措施：燃油中加入碱性剂；低氧燃烧2/1/2023三、减少或防止高温积灰与腐蚀的措施1.主蒸汽温度不宜过高2.控制炉膛出口烟温（1）降低火焰温度，可减少Na、K气态物质生成量，防止气态硅化物生成（2）受热面壁温低，可减少气态矿物质沉积量，降低积灰烧结