电站锅炉-第七章

锅炉原理课件第七章锅炉受热面及其工作特点锅炉蒸发受热面及系统尾部受热面过热器与再热器汽水系统8—水冷壁；9—屏式过热器；10—高温过热器；11—低温过热器；12—省煤器；17—锅筒；18—下降管；19—顶棚过热器；21—给水管道；22—过热蒸汽出口给水蒸汽汽水系统汽机主凝结水

水水汽水混合物

给水泵省煤器汽包汽水分离器①

化学补充水

汽水混合物下降管下联箱水冷壁上联箱导汽管

水

水

水

汽水混合物

汽水混合物①饱和蒸汽过热蒸汽

过热器汽轮机调节级第一节锅炉蒸发受热面及系统水冷壁的结构水冷壁由水循环回路的上升管组成，是锅炉的主要辐射受热面。炉内燃料燃烧产生的热量加热水冷壁管内流动水而使其蒸发汽化。按管屏分水冷壁有光管壁、膜式壁两种。膜式壁炉膛气密性好,可减少漏风,降低热损失,提高锅炉效率；有较大的辐射受热面积，可降低受热面金属耗量；炉墙重量轻，便于采用悬吊结构；可防止管壁超温。锅炉蒸发受热面及系统

内螺纹管水冷壁

工质在管内流动时产生强烈的扰动。把液体压向壁面，强迫汽泡脱离管壁被水带走，破坏膜态汽层。可有效防止膜态沸腾产生，避免管壁超温。用于炉内高热负荷区域的膜式水冷壁，确保水冷壁安全可靠。折焰角的功能及其结构水冷壁在炉膛后墙出口处制作成先向内凸出而后向后延伸形状部分称为折焰角。主要功能:改善炉膛内的烟气流动状况，以避免涡流与死角，提高炉膛辐射受热面的利用程度。折焰角的深度加大，可使靠近前墙的烟气轴向上升速度加大，从而改善水平烟道中烟温沿高度方向分布不均状况，使水平烟道上、下烟温差减小增加折焰角水平连接烟道长度，在不增加锅炉深度下可布置更多对流受热面；折焰角与水平的夹角应不小于30。锅炉蒸发受热面及系统折焰角的结构图a的结构适于高压及以下锅炉，因这种型式不仅需三叉管，且对水循环不利；图b吊杆处务需敷设炉墙保温，尽可能减少温差；图C国内部分600MW与300MW锅炉均用之。锅炉蒸发受热面及系统自然循环锅炉汽水循环系统大容量锅炉沿炉膛周界热负荷分布不均，水冷壁中间部位较两边高，燃烧器区域附近热负荷最大，炉膛四角和下部受热最弱，因此水冷壁吸热不均，造成水循环故障。为提高水循环可靠性将水冷壁设计成若干个独立的循环回路；SG1025/18.1-M319型锅炉水冷壁根据炉膛水平截面热负荷分布曲线共分为32个循环回路。前、后、两侧各6个回路，四个炉角各2个回路；锅炉蒸发受热面及系统后水冷壁上部常作成一个折焰角，同时拉出部分管束作为后墙悬吊管，折焰角以一定的角度向后上方延伸形成水平烟道，然后垂直向上形成排管与上集箱连接，可增加水平烟道长度，改善炉膛出口烟气的空气动力特性，增长烟气流程，强化烟气的混合；水冷壁上部通过上集箱固定在支架上，下部则悬挂着下集箱，可自由膨胀；燃烧器区域布置卫燃带，以提高炉膛温度；在四面墙的高热负荷区域采用了内螺纹管，以保证水冷壁工作的安全性；锅炉蒸发受热面及系统来自省煤器的给水经汽包分别进入4个大直径集中下降管，其下端分别接一个分配器，并通过96根供水管与32个下集箱相连。然后经32组648根膜式水冷壁、折焰角、后墙水冷壁悬吊管、水平烟道底部、后墙排管向上流动，水被逐渐加热形成汽水混合物，通过26个上集箱106根导汽管被引入汽包，进行汽水分离；饱和蒸汽由18根连接管引入顶棚过热器进口集箱；饱和水留在汽包下部，连同不断送入汽包的给水一起进入下降管。锅炉蒸发受热面及系统强制循环锅炉汽水循环系统4根大直径集中下降管从汽包底部引出并与汇集联箱连接，3台循环泵（一台备用）通过吸入短管与汇集联箱相连，每台循环泵通过2根出水管与环形下水包（由前、后、左右四侧水包组成）的前下水包连接。经由890根水冷壁管、5个上集箱和48根导汽管，回到汽包。循环泵台数与下降管根数不等，下降管中的水通过汇集联箱分配到各循环泵，可均衡循环泵的入口流量，有利于提高循环泵运行的可靠性。l-汽包；2-下降管；3-汇合联箱；4-管环泵；5-循环泵出口阀；6-循环泵出口管；7-环形联箱（下水包）；11-后墙延伸水冷壁；12-水冷壁出口联箱；13-汽水引出管；14-折焰角锅炉蒸发受热面及系统循环泵循环泵是随着发电机组容量的大幅度提高广泛应用于大容量控制循环锅炉机组中的重要设备。循环泵优点：能够保证蒸发受热面内水循环的安全可靠；缩短了机组的启动时间，减少了启动热损失；提高了锅炉对低负荷工况的适应性，可满足调峰负荷时调节的需要；符合安全可靠和维修简便的需要。循环泵结构特点泵的叶轮和电动机转子装在同一主轴上，置于相互连通的密封压力壳体内，泵与电动机结合成一整体，没有普通电动机之间连接的那种联轴器结构，没有轴封，从根本上消除了泵泄漏的可能性；

锅炉蒸发受热面及系统循环泵都是电动机轴端悬伸一只单级离心泵轮的主轴结构，电动机与泵体由主螺栓和法兰进行联接。整个泵体和电动机以及附属的阀门等配件完全由锅炉下降管的管道支吊，循环泵装置在锅炉热态时可以随下降管一起向下自由膨胀；循环泵在安装或检修时，只要装拆泵壳同电动机的接口法兰，装拆电线接头和冷却水管道，整个电动机连同泵的叶轮机就能从泵壳中卸出。

循环泵冷却水系统功能：确保循环泵电机腔出口的冷却水温度不超过60℃，消除电机在运转时绕组的铜损和铁损发热、转动件的摩擦生热，以及从高温的泵壳侧传过来的热量而造成电机温升的安全影响；锅炉蒸发受热面及系统系统构成：由高压管路及低压管路两部分组成。高压管路与电机相连接，其流通的水按其不同的工作阶段有不同的作用，分别称为充水、清洗水和高压冷却水。在低压管路中流通的则为低压冷却水；电机温度监测：为避免循环泵过热，在电机腔出口装有温度计和热电偶以检测高压冷却水的温度；在泵壳体上装有热电偶，以测定泵壳与锅水的温差，在循环泵启动时要确保泵壳与锅水的温差不得超过规定值；锅炉蒸发受热面及系统冷却器的流量监测：在低压冷却水管路中，接有来自泵的冷却器的流量指示器，如流量<规定值，则发出警报。差压监测：每台循环泵有两台差压指示变送器控制箱，其仪表与自控系统协调，差压低于规定值便报警，甚至跳闸；泵壳体与泵前汇集联箱温差监测：在热态启动循环泵时，泵壳体和泵前汇集联箱装有热电偶，以监测其温度差，最大允许温差为55.5℃，循环泵启动的前提是两点温差<55.5℃，如>55.5℃，则需对锅水循环泵暖泵，减少温差，减少泵壳的热应力。锅炉蒸发受热面及系统亚临界自然循环的特性循环倍率的选取应首先考虑使锅炉具有良好的循环特性：当锅炉负荷变动时，应始终保持较高的循环水量，使水冷壁得到充分地冷却；当热负荷增加，各循环回路的循环水量也能随之增加，也就是自补偿能力要好，否则自然循环将失去自补偿能力，使水循环破坏。循环倍率过低，则水冷壁管内蒸汽质量含汽率增加，在亚临界压力下，当热负荷高时，就有可能发生传热恶化。控制适当的循环倍率，即可保证锅炉具有良好的循环特性，随热负荷的高低能自动调节循环水量，又可防止传热恶化。锅炉蒸发受热面及系统直流锅炉水冷壁

直流锅炉水冷壁形式主要有螺旋管圈型和垂直上升管屏型

。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，任一高度上管带的受热几乎完全相同。螺旋管圈型水冷壁的特点沿炉膛四周热负荷不均匀影响小；管圈内工质可保证足够高的质量流速，以减轻传热恶化的影响；工质焓值较高的管带后段，可以布置在炉内热负荷较低区域，对防止管壁超温有利；大锅炉宽管带，各管间热偏差较大；支吊困难。适用于超临界和亚临界压力，燃料适应性广。锅炉蒸发受热面及系统FW型垂直上升管屏水冷壁

FW型垂直上升管屏为多次垂直上升管屏。炉膛下部高热负荷区域减小管屏的宽度，炉外加设下降管，形成多次垂直上升；在上部较低热负荷区，仍采用一次垂直上升管屏

。

多次垂直上升管屏的特点既可保证高热负荷区有较高的质量流速，达到充分冷却的目的；又可减少高负荷下水冷壁的流动阻力；同时可避免采用刚度差的小直径管；有不受热的下降管，工质流程长，系统阻力较大；相邻两屏内工质的含汽率不同，管间壁温差大，使各屏热膨胀不同。应尽量减少管屏串联的次数。锅炉蒸发受热面及系统UP型管屏与迂回管屏水冷壁

一次垂直上升型给水一次流经四面墙水冷壁管屏，没有下降管，管屏沿高度分为上、中和下部三个辐射区，各区段之间设有混合器，用以消除平行管子间的热偏差。一次垂直上升管屏的特点系统简单，流动阻力小；相邻管屏外侧管间壁温差较小；可采用全悬吊结构；水力特性较为稳定；对锅炉负荷适应性较差，金属耗量大。锅炉蒸发受热面及系统迂回管屏由若干根平行的管子组成的管带，沿炉膛内壁上下迂回或水平迂回。迂回管屏的特点能适应复杂的炉膛形状，如在炉底用水平迂回管屏，燃烧器区域用立式迂回管屏，中间集箱少用，甚至取消。没有下降连接管，金属耗量较少。锅炉蒸发受热面及系统下部围绕水平、上部一次垂直上升管屏炉膛下部回路为水平倾斜、围绕着炉膛盘旋上升的螺旋管屏组成膜式水冷壁，以保证必要的工质质量流速和受热均匀性，炉膛上部通过中间联箱或分叉管过渡成垂直上升管。特点布置与选择管径灵活，易于获得足够的质量流速；管间吸热偏差小：螺旋管盘旋上升的过程中，管子绕过炉膛整个周界；锅炉蒸发受热面及系统抗燃烧干扰能力强。当切圆燃烧的火焰中心发生较大偏斜时，各管吸热偏差与出口温度偏差仍能保持较小值；可不设置水冷壁进口节流圈，减少了流动阻力；适应锅炉变压运行要求。低负荷时易于保证质量流速以及工质从螺旋管屏进入中间混合联箱时的干度已足够高；支吊系统与过渡区结构复杂，设计、制造和安装复杂。锅炉蒸发受热面及系统直流锅炉水冷壁布置在炉膛折焰角以上采用垂直上升管屏，以便采用全悬吊结构；炉膛上部热负荷较低，两相邻垂直管屏外侧管子的管壁温差较小，不至于造成膜式水冷壁损坏；在炉膛高热负荷区采用螺旋管圈型水冷壁，以减小炉内热偏差。锅炉蒸发受热面及系统超（超）临界锅炉蒸发受热面超（超）临界锅炉蒸发受热面工质特点在超临界压力锅炉内，当压力提高到临界压力时，汽化潜热为零，汽和水的密度差也等于零，水在该压力下加热到临界温度时即全部汽化成蒸汽。由于汽水密度差在超临界压力时消失，所以无法进行汽水分离，因此超临界压力锅炉不能使用带汽包的具有水循环的锅炉，只能使用直流锅炉或其他类似于直流锅炉的锅炉。水的临界点

临界压力pc=22.115MPa；临界温度tc=374.15℃；临界比体积vc=0.00317m3/kg；临界热熔hc=2095.2kJ/kg。锅炉蒸发受热面及系统常规亚临界典型参数：16.7MPa/538℃/538℃，发电效率约为38%。超临界典型参数：24.1MPa/538℃/566℃，对应发电效率约为41%超超临界参数:压力达到30～35MPa，温度达到593～650℃或更高的参数，并具有二次再热的热力循环。汽水密度差在超临界压力时消失，无法进行汽水分离，因此超临界压力锅炉不能使用带汽包的具有水循环的锅炉，只能使用直流锅炉或其他类似于直流锅炉的锅炉锅炉蒸发受热面及系统第二节过热器和再热器过热器和再热器

过热器：把饱和蒸汽加热到具有一定过热度的合格蒸汽，并要求在锅炉负荷变动时，保证过热蒸汽的温度在允许范围内波动。

再热器：把从汽轮机高压缸出来的排汽再次加热到具有一定温度的蒸汽（称为再热蒸汽），并且在锅炉负荷变动时，保证再热蒸汽的温度在允许范围内波动。再热蒸汽压力一般为过热蒸汽压力的20%，再热蒸汽的温度与过热蒸汽的温度相近。采用一次再热可使循环热效率提高4～6%过热器布置型式按传热方式，可分为对流、辐射及半辐射3种型式；按过热器在锅炉布置中所处位置及结构，又可分为：在炉膛壁面的墙式过热器；在炉膛上部不同位置的分隔屏和后屏；在对流烟道中的垂直式过热器和水平式过热器；构成水平烟道和尾部烟井的包墙过热器。过热器和再热器再热器布置型式：一般布置在烟温稍低的区域，多数采用对流形式，在亚临界控制循环锅炉中也采用辐射吸热的墙式再热器及辐射―对流吸热的屏式再热器。对流式过热器和再热器由蛇形管及进出口联箱组成,可分为立式、卧式布置；顺流、逆流和混合流连接；顺列、错列排列。大容量锅炉对流受热面的主要特点连接管和蛇形管采用φ60,φ63等较大的管径，以增强管子刚性，可降低受热面阻力；蛇形管均采用不同管径、不同壁厚的异种钢焊接管，以适应不同热负荷区域的需要；蛇形管多采用顺列排列，管束的外表积灰很容易被吹灰器清除，可有效防止受热面污染；管内工质应保持一定的质量流速，以保证金属管壁得到充分的冷却；对流受热面中的烟气流速则应在保证一定的传热系数前提下，对于燃煤锅炉，炉膛出口水平烟道内，烟气流速常采用10～12m/s。既减少磨损，又不易积灰的原则。过热器和再热器半辐射、辐射式过、再热器做成挂屏形式，由U型管及进出口联箱构成。布置半辐射式布置在炉膛出口烟窗处，称为后屏，热负荷相当高，从而可减少受热面的金属耗量，并可有效地降低炉膛出口烟气温度，防止密集对流受热面的结渣。屏式过热器通常亦作为低温级过热器，且采用较高的质量流速。辐射式布置在炉膛上部的前墙和两侧的前半部或布置在炉膛顶部或悬挂在炉膛上部靠近前墙处，分别称为墙式、顶棚式和前屏（分隔屏）。

1-前墙管；2、3-两侧墙管4-上联箱工质引出管过热器和再热器作用改善工质汽温特性；降低锅炉金属耗量；降低炉膛出口烟温，防止排列密集的对流受热面结渣；消除气流的残余扭转，减少沿烟道宽度的热偏差；大节距的前屏可对炉膛出口烟气起阻尼和分割导流作用。改善辐射受热面工作条件的措施

布置在远离火焰中心的炉膛上部；将辐射式受热面作为低温级受热面；采用较高的质量流速，使受热面金属管得到足够的冷却。过热器和再热器运行中影响汽温的因素锅炉负荷过热器或再热器出口蒸汽温度与锅炉负荷之间的关系称之为汽温特性，采用不同传热方式的过热器与再热器，汽温变化特性不同。辐射受热面和锅炉负荷D增加，工质流量和煤耗量B相应增加，炉内辐射热Qf

并不按比例增多，Qf/D减少，辐射受热面中蒸汽的焓增减少，出口蒸汽的温度下降，图中曲线1，炉膛出口烟温因此上升；过热器和再热器对流受热面和锅炉负荷D增加，流经对流受热面烟速和烟温提高，工质焓增升高，出口蒸汽温度上升；采用辐射一对流式受热面，可获得较为平坦的汽温变化特性，减小汽温调节幅度，提高机组对负荷变化的适应性过热器和再热器给水温度tgs：tgs升高，煤耗量B减少，炉内烟气量减少，出口烟温减小，对流受热面出口蒸汽温度因此降低。辐射式受热面的出口汽温影响不大。过量空气系数α:α增加，炉膛温度水平降低，辐射传热减弱，辐射受热面出口汽温降低；对流过热器则由于燃烧生成的烟气量增多，烟气流速增大，对流传热加强，导致出口过热汽温升高,以后者为主。燃料性质：燃煤中的M和A增加，烟气容积增大，烟速提高；而炉内温度水平降低，出口烟温升高，过热器出口汽温升高。煤粉变粗时，煤粉在炉内燃烬时间增长，火焰中心上移，导致汽温升高。过热器和再热器受热面污染情况：过热器之前的受热面发生积灰或结渣时，进入过热器区域的烟温增高，过热汽温上升；过热器本身严重积灰、结渣或管内结垢时，导致汽温下降。燃烧器的运行方式

摆动燃烧器喷嘴向下倾斜或多排燃烧器从上排喷嘴切换至下排，由于火焰中心下移，会使汽温下降，反之，汽温则会升高。再热蒸汽温度受工况变动的影响要比过热蒸汽温度更敏感，再热蒸汽温度的波动也比主蒸汽温度大；直流锅炉过热汽温变化比较复杂，而且在某种程度上与汽包炉中的过热汽温的变化刚好相反

。过热器和再热器汽温调节运行中规定汽温偏离额定值的波动不能超过一10℃～十5℃

汽温过高，金属的许用应力下降，危及机组的安全运行；汽温下降，循环热效率降低；再热汽温变化过于剧烈，还会引起汽机中压缸的转子与汽缸之间的相对胀差变化，汽机振动增大。

汽包锅炉具有汽包，过热器受热面固定不变，给水量的调节和汽温调节互不相关，调节较简单；而直流锅炉参数调节和自动调节系统要比汽包锅炉复杂。过热器和再热器蒸汽调温的主要方式蒸汽侧调节：通过改变蒸汽热焓调节，主要有喷水减温器、表面式减温器；烟气侧调节：通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量分配比例的方法（如烟气再循环、摆动燃烧器）或改变流经过热器、再热器烟气量的方法（如分隔烟气挡板）调节汽温。

过热器和再热器汽包炉过热汽温调节喷水减温器（多次减温方式）汽包锅炉的过热汽温调节采用喷水减温器。喷水减温器是将清洁度很高的水直接喷入过热蒸汽中，吸收蒸汽的热量使水加热、蒸发和过热，而使汽温降低，以达到调节过热汽温的目的。喷水减温装置通常安装在过热器连接管道或联箱中；主要有喷头式、文丘里管式、旋涡式、多孔喷管式减温器；结构简单、调节灵敏，易于自动化，可靠性高。再热器常采用烟气侧调节法作为汽温调节的主要手段，而用喷水减温器作为辅助调节方法。过热器和再热器分隔道挡板用挡板将尾部烟道分隔成两个并列烟道，其一布置再热器，另一侧布置过热器；调节布置在受热面后的烟气挡板开度，可改变流经两烟道的烟气量达到调节再热汽温的目的；结构简单，操作方便但延迟较大，挡板宜布置在烟温低于400℃的区域。低负荷时，再热汽温偏低较多，只有在额定负荷下方可维持额定汽温，而过热蒸汽在额定负荷下超温以保证部分负荷下能够维持额定汽温。在70～100%负荷范围内，再热汽温可维持额定值，而过热汽温们稍偏高，但可启用喷水减温器维持过热汽温的额定值。过热器和再热器烟气再循环采用再循环风机从锅炉尾部低温烟道中(一般为省煤器后)抽出一部分温度为250～350℃的烟气，从炉膛底部(如冷灰斗下部)送回到炉膛，用以改变锅炉内辐射和对流受热面吸热量的比例，从而达到调节汽温的目的；耗电量增大，风机磨损大。国内多用于燃油锅炉。过热器和再热器改变火焰中心位置摆动式燃烧器燃烧器上下摆动土20～300，炉膛出口烟温变化约110～140℃，调温幅度可达40～60℃。燃烧器上倾角过大会增加燃料的未完全燃烧损失；下倾角过大又会造成冷灰斗的结渣。

摆动式燃烧器调节再热汽温的同时，会影响到过热汽温。锅炉在满负荷运行时，过热汽温和再热汽温均达到额定值，过热器减温水量理论上为零；锅炉负荷下降，再热汽温下降，燃烧器向上摆动，过热汽温随之上升，需要增加减温水量。负荷降到50％～60％额定负荷时，过热器减温水量达到最大。停用各层燃烧器调温幅度较小，一般应与其它调温方式配合使用。过热器和再热器直流锅炉过热汽温调节过热蒸汽温度变化的原因过热蒸汽出口的热焓

h”gr

在一定负荷变化范围内,锅炉效率ηgl、燃料低位发热量Qar,net、给水热焓hgs不变。B/G不变，则h”gr或t”gr不变；B/G变化，则h”gr或t”gr变化；比值B/G变化是造成过热蒸汽温度变化的基本原因。因此在直流锅炉中，过热汽温的调节主要是通过给水量与燃料量的调整来实现的。过热器和再热器通过给水量与燃料量的调节作为粗调为了维持锅炉过热蒸汽温度的稳定，通常在过热区段中取一温度测点，将它固定在相应的数值上，即中间点温度；在过热汽温调节中，由于中间点温度与锅炉负荷存在一定的函数关系，因此锅炉的燃水比（B/G）可通过中间点温度调节。采用蒸汽通道上设置喷水减温器作为细调（校正）。实际运行中锅炉负荷的变化，给水温度、燃料品质、炉膛过量空气系数以及受热面结渣等因素的变化，对过热汽温变化均有影响，特别是燃煤锅炉，用控制燃料量的方法较为粗糙。过热器和再热器再热汽温调节再热汽温度调节特点工况变动时，再热汽温的变化比较敏感，且变化幅度比过热蒸汽大，因此，其调节比较灵敏，调节幅度也比过热汽温大；汽轮机负荷降低时，再热器入口汽温也相应降低，为保证再热器的额定出口汽温，则其调温幅度大。由于再热汽温调节机构的调节幅度受到限制，则维持额定再热汽温的负荷范围受到限制；再热汽温调节如使用喷水减温方法，会降低机组运行经济性。因此应采用烟气侧调节方法，即采用摆动燃烧器或分隔烟气等方法，考虑再热器在事故状态下不被过热而烧坏，在再热器进口处设置事故喷水减温器，以保证再热器的安全。过热器和再热器采用再热器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。在超高压和亚临界压力的机组中，再热汽温与过热汽温采用相同的温度。对于超临界压力机组，需采用较高的再热汽温，以减少其末几级叶片的湿度。再热蒸汽压力低，放热系数低于过热蒸汽，在同样蒸汽流量和吸热条件下，再热器壁温高于过热器壁温，因此所选用管材材质要满足要求，在运行中严格控制再热器的壁温。过热器和再热器采用摆动燃烧器的蒸汽系统为提高再热汽温的能力，再热器向炉膛内移动或靠近，增强辐射传热。再热器高温布置，与采用烟气挡板调节方式相比，再热器的受热面积约减少65％；使再热蒸汽流动阻力可控制在0.2MPa以下；提高再热汽温的调节能力，再热汽温的调节响应特性比较灵敏。过热器和再热器采用烟气挡板的蒸汽系统

大部分过热器向炉膛内移动或靠近，再热器受热面布置在对流传热较强的水平烟道后部及尾部烟道中。过热器高温布置，与摆动燃烧器调温方式相比，过热器受热面约减少25％；再热器受热面较多且处于低温烟道，再热汽温调节反应灵敏性较差，汽温达到稳定的时间比摆动燃烧器调温时间略长。过热器和再热器热偏差热偏差的概念

热偏差是沿烟道宽度方向并列管子间因吸热不均和工质流量不均引起的现象，蒸汽焓增大于管组平均值的管子称偏差管，热偏差程度用热偏差系数φ表示。

式中：△hp为偏差管焓增，△hp=qpFp/Gp；△hpj为管组平均焓增，△hpj=q0F0/G0qp、Fp、Gp

分别为管外壁热负荷、受热面积及工质流量

q0、F0、G0―管组管外壁平均热负荷，受热面积、工质流量

过热器和再热器

令ηq=；ηF=；ηG=则有

式中：ηq、ηF和ηG分别为吸热、结构和流量不均匀系数

显然，

越大，偏差管与管组工质平均温度偏差越大，偏差管易超温。过热器和再热器烟气侧热力不均（吸热不均）沿烟道宽度方向烟气速度场和温度场不均匀

炉膛四壁水冷壁的吸热与粗糙表面使炉壁附近烟气温度及流速远比火焰中心低，并延伸到对流烟道，是造成过热器并列管组热力不均的主要原因；烟气走廊

并列过热器管中个别管排间较大的节距形成。较大的烟气流通截面使流阻小，烟速大，对流传热强；且具有较大的辐射层厚度，辐射吸热增加，造成热力不均；受热面不同程度的污染

结渣和积灰较多的管子吸热减少；燃烧器负荷不一致，火焰中心偏斜；炉膛上部或过热器局部地区发生煤粉再燃烧；炉膛出口烟气流的“残余旋转”。过热器和再热器

吸热多的管子由于蒸汽温度高，比体积大，流动阻力增加，使工质流量减少，更加大了热偏差。屏式过热器的同屏吸热不均：屏式过热器同屏各管由于角系数各不相同，面对炉膛（或屏前烟气）直接接受火焰辐射热量不同；对流过热器和再热器的同片吸热不均---多管圈的结构水平烟道中：管束前后烟气空间对各排管子辐射热量不均匀；同片各管接受管束间烟气辐射热量不均匀；同片各管吸收对流热量不均匀。后部烟道（竖井烟道）：后竖井中沿烟道深度的烟温偏差，低温再热器或低温过热器的引出段前后烟气空间对同片各管的辐射热量不均匀，而且还有管束间烟气的辐射和对流吸热不均匀，同片各管受热长度不同，长度大，阻力大，蒸汽流量较小，焓增就会增大。

过热器和再热器工质侧水力不均（流量不均）各并列管圈进、出口压降△p

取决于进、出口联箱中压力的变化，而后者又取决于受热面的连接方式，Z形连接方式各并列管圈的△p偏差最大，多管连接方式最小；△p大的管圈蒸汽流量大，△p的偏差造成各管流量的不均。

==过热器和再热器管圈的阻力特性K

与管子的结构尺寸、粗糙度等有关，管圈的K值越大，即阻力越大，流量越小；工质比容υ

并列管受热不均时，受热强的管吸热量多、工质温度高、比容υ增大，蒸汽流量减小。

即使各并列管圈△p、K相同，因受热不均，工质比容不同也将导致流量不均，使热偏差增大。

发生热偏差时，并列管子中吸热量大的管子，热负荷较高（热负荷不均匀系数ηq>1），工质流量又较小（流量不均匀系数ηG<1），故工质焓增大，管子出口工质温度和管壁温度相应升高。

==过热器和再热器减少热偏差的措施运行中确保燃烧稳定；烟气均匀充满炉膛；适时投入吹灰器减少积灰和结渣，沿炉膛宽度方向速度场和温度场尽量均匀。受热面分级（段）布置在一定的情况下，-与成正比，将受热面分成多级，每一级工质的平均焓增减小，偏差管出口汽温及管组平均汽温的偏差就会减小。过热器和再热器受热面各级之间通过中间联箱进行混合，联箱连接管左右交叉：避免前一级的热偏差延续到下一级而造成各级受热面热偏差的迭加；采用流量分配均匀的U形或多管连接方式；在管子入口处加装不同孔径的节流圈，控制各管内工质流量，使流量比较均匀；采用各种定距装置，保证受热面节距，防止在运行中的摆动，有效地消除管、屏间的“烟气走廊”；根据管圈所处的热负荷采用不同的管径和不同壁厚的蛇形管管圈，均匀各管流量。过热器和再热器第三节尾部受热面省煤器及布置

省煤器的应用主要是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。同时，也为了减少价格较贵的蒸发受热面及改善燃烧与传热效果。

省煤器热力特性：沸腾式和非沸腾式。

省煤器有铸铁式和钢管式两种。蛇形管在烟道中垂直于前墙布置（a）管子支吊简单，水速较小；但对于倒U型锅炉，所有蛇形管靠近后墙部分磨损严重。蛇形管在烟道中平行于前墙布置（b）只有后墙附近几根蛇形管磨损较大。但水速较高,阻力较大。（a）（b）钢管省煤器由蛇形管及进出口联箱组成尾部受热面空气预热器简介是利用锅炉尾部烟气的热量来加热空气的热交换装置，通常布置在锅炉对流烟道的尾部，常称为尾部受热面或低温受热面；空气预热在锅炉尾部可以单级布置，也可以双级布置，在300MW以上的大型锅炉中，由于普遍采用了回转式空气预热器，通常尾部受热面都采用单级布置；由于受热面工质温度和烟气温度都比较低，管子金属的工作条件不像过热器和再热器那样恶劣，因此不易烧坏；在锅炉所有受热面中，空气预热器金属温度最低，因此空气预热器在运行中最突出的问题是低温腐蚀、积灰和磨损。尾部受热面主要作用：改善或强化燃烧：送入炉内的空气温度↑，使炉膛温度相应得到提高，燃料能够迅速着火，燃烧得以改善或强化；进一步降低排烟温度，提高锅炉效率：利用比给水温度低得多的空气来冷却烟气，可近一步降低排烟温度，减少排烟热损失，提高锅炉效率；强化传热，节约锅炉受热面的金属消耗量：炉膛与受热面的辐射换热量与火焰平均温度的四次方成正比。送入炉膛的助燃空气温度提高，火焰的平均温度也相应提高，炉内的辐射传热增强。在满足相同的蒸发吸热量的条件下，水冷壁管受热面减少，节约了金属消耗量；尾部受热面热空气可作为制粉系统的干燥剂：煤粉炉的制粉系统，采用经空气预热器加热的部分热空气，作为干燥和输送煤粉的介质；改善引风机工作条件，降低锅炉的风机电耗：排烟温度的降低，烟气体积随之减小，不仅可改善引风机工作条件，同时也降低了引风机电耗；尾部受热面漏风保证值：

空气预热器的泄漏量是锅炉的一项考核指标，要求在锅炉最大连续蒸发量（MCR）时漏风率小于8%；试验一年后泄漏率小于10%（按国际惯例考核期为一年）。当回转式空气预热器冷端的空气与烟气压差（即一次风﹑二次风与烟气出口之间的压差）在规定的设计值以内时，空气预热器中空气漏到烟气侧的漏风率应小于漏风保证值。试验测定按照空气预热器试验规范。

性能保证值：空气预热器应按照图纸和技术要求进行安装；当进口空气温度及其流量和进口烟气温度及其流量符合设计要求时，实测的排烟温度与设计值的偏差为±3℃；烟气侧的阻力降和空气侧的阻力降（包括一次风和二次风）的平均值应小于设计值；性能保证值的期限为设备投运72h之后的一年期限内，实测值应小于保证值。

尾部受热面一般型式和布置在现代电站锅炉中，常用的有管式空气预热器（传热式空气预热器）和回转式空气预热器（储热式空气预热器）。

管式空气预热器管式空气预热器是由薄钢管焊接到上下管板上形成一个管箱构成，管子呈错列布置，管箱外面装有密封墙板，一组空气预热器管通过下管架板支撑在框架上；管子可以垂直布置（立式），也可以水平布置（卧式），如下图：

尾部受热面管式空气预热器中的空气与烟气流动的方向是相互垂直的，为交叉流动；立式管式空气预热器烟气在管内纵向冲刷，空气在外侧流动；而卧式管式空气预热器烟气在管外横向流动，空气在管内纵向冲刷，空气预热器的壁温较立式的高；对于大容量锅炉，燃烧所需空气量较多，常将空气预热器设计成双通道，增加了空气流通面积，从而在不增大空气流动阻力的前提下增加空气流程数，提高了传热效果；空气预热器内烟气流速一般为10～14m/s，烟气流速过高会使管子的磨损增大，并增加烟气的流动阻力。但烟气流速过低，传热效果会变差，且容易堵灰。为了保证较好的传热效果，空气流速应为烟气流速的一半左右。

尾部受热面

管式空气预热器优点结构简单，制造安装技术要求较低，运行维护方便，漏风量小，无转动机械，不耗电和工作可靠；管式空气预热器缺点体积较大，金属消耗量多，布置不够方便，空气进口处相对地容易遭受低温腐蚀等。

尾部受热面回转式空气预热器电站锅炉蒸汽参数的提高和容量的增大，管式空气预热器的体积和高度显著增大，锅炉尾部受热面的布置困难。因此，在300MW以上大容量的锅炉，通常都采用结构紧凑、重量较轻的回转式空气预热器；回转式空气预热器有两种布置形式：垂直轴和水平轴布置。比较常用的是垂直轴布置。垂直轴布置形式的回转式空气预热器又分为受热面转动和风罩转动两种形式，通常使用的受热面转动的是容克式回转空气预热器，而风罩转动的则是罗特缪勒（Rothemuhle）式回转空气预热器。这两种回转式空气预热器都被广泛应用，而采用受热面转动的回转式空气预热器相对多些。

尾部受热面受热面转动的回转式空气预热器（容克式）容克式回转空气预热器有二分仓和三分仓两种形式，如图所示

尾部受热面工作流程装有受热面的转子由电机通过传动装置带动，受热面不断地交替通过烟气流通区和空气流通区；当受热面转到烟气流通区时，烟气自上而下流过受热面，从而将热量传给受热面（蓄热板）；当它转到空气流通区时，受热面又把积蓄的热量传给自下而上流过的空气，循环往复，转子每转动一周，就完成一个热交换过程；

尾部受热面二分仓回转式空气预热器空气只有一个通道，出口热空气具有相同的温度和压力，因此供燃烧用的二次风与供送粉、干燥和燃烧用的一次风也是温度和压力相同的空气；多用于中储式制粉系统，此时供给磨煤用的干燥空气和输送煤粉的一次风的风压与二次风压相当。

尾部受热面三分仓回转式空气预热器回转式空气预热器采用三分仓的形式主要是针对直吹式制粉系统阻力较大，所需的风压较高的特点所采用的结构形式。是将空气通道一分为二，即将一次风和二次风分开，以满足一、二次风的风量、风温及风压的不同要求。空气通道被分为二部分，用径向扇形密封件和轴向密封件将它隔开，成为各自单独的一次风通道和二次风通道。这两个通道的大小，根据锅炉燃烧系统的需要而定；烟气通道与二分仓相同。三分仓的传热元件和二分仓一样，按烟气流动方向，传热元件分为热端层、中层和冷端层。尾部受热面风罩转动的回转式空气预热器

风罩转动的回转式空气预热器产生的原因:受热面转动的回转式空气预热器的转子直径较大致使转子的质量相当大，为了减少转动部件的质量，减轻支撑轴承的负载，便出现了风罩转动的结构型式，一般单流道的风罩转动的回转式空气预热器如图所示。

l―冷空气入口；2―静子；3―热空气出口；4―烟气进口；5―转动的上下风罩；6―烟气出口尾部受热面工作流程冷空气经下部固定的冷风道进入旋转的下风罩，自下而上流过静子受热面而被加热，加热后的空气由旋转的上风罩流往固定的热风道；烟气则自上而下流过静子，加热其中的受热面；当风罩转动一周，静子中的受热面进行两次吸热和放热，故风罩转动回转式空气预热器的转速比受热面转动式要慢。

为得到不同温度的一、二次风，现代大型电站锅炉多采用双流道风罩转动回转式空气预热器。

尾部受热面回转式空气预热器的特点传热面密度高，因而结构紧凑，占地面积小，其体积约为同容量的管式空气预热器的1/10；重量轻，其金属耗量约为同容量管式空气预热器的1/3；布置灵活方便，使锅炉本体容易得到合理的布置方案；在同样的外界条件下，因其受热面金属温度较高，而且可以采用耐腐蚀材料，因此与管式空气预热器相比较，其低温腐蚀的危险相对较轻；相对管式空气预热器，其漏风量比较大，在状态良好时为8～10%，密封不良时常达