第六章过热器和再热器

第六章过热器与再热器2/4/20231SIE王树群动本091-2★某1900t/h超临界锅炉汽水系统流程（600MW机组）2/4/20232SIE王树群动本091-2600MW超临界锅炉主蒸汽（含给水）系统流程给水→省煤器→螺旋管水冷壁→过渡联箱→垂直管水冷壁→启动分离器→顶棚和包墙过热器系统→低温过热器→一级喷水减温器→屏式过热器→二级喷水减温器→末级过热器→汽轮机高压缸600MW超临界锅炉再热蒸汽系统流程冷端再热管道→再热器事故喷水减温器→冷端再热管道→水平低温再热器→末级再热器→汽轮机低压缸2/4/20233SIE王树群动本091-2★1900t/h超临界锅炉2/4/20234SIE王树群动本091-22/4/20235SIE王树群动本091-2★某2027t/h亚临界自然循环锅炉过、再热系统见图6-12所示。过热系统流程：顶棚过热器、包覆过热器、水平低温过热器、屏式过热器、高温对流过热器；再热系统流程：低温对流再热器、高温对流再热器。2/4/20236SIE王树群动本091-2§6-1过热器和再热器的作用和工作特点一、过热器和再热器的作用过热器：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。再热器：将汽轮机高压缸排汽加热成具有一定温度的再热蒸汽。2/4/20237SIE王树群动本091-2二、为什么要设置过热器？提高温度可以提高效率，同时保证膨胀做功终点的湿度小，减少湿气损失。2/4/20238SIE王树群动本091-2三、为什么要设置再热器？提高蒸汽压力和温度可以提高循环效率，但是提高温度受到材料限制，而只提高压力受到蒸汽在汽轮机内膨胀终止时的湿度限制；故采用再热循环，既保证了循环效率提高，又使膨胀终点湿度在允许范围内。2/4/20239SIE王树群动本091-2四、过、再热器材质。见表6-1、表6-2正常运行时，设计采用的过热器和再热器管壁温度接近金属的极限温度，10-20℃的超温就会使金属许用应力下降很多，故需要严格控制汽温。2/4/202310SIE王树群动本091-2五、在设计和运行上过热器和再热器的要求(1)在运行中过热蒸汽和再热蒸汽应保持汽温稳定，汽温波动不应超过-10～+5℃；

（超临界±5℃）；(2)过热器和再热器有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定汽温；(3)尽量防止或减少平行管之间的热偏差。2/4/202311SIE王树群动本091-2§6-2过热器和再热器的型式和结构再热器与过热器的结构相似，故重点介绍过热器，然后将再热器与过热器的区别进行说明。过热器构成：进口联箱、出口联箱、并列的受热面管组三部分连接构成2/4/202312SIE王树群动本091-22/4/202313SIE王树群动本091-22/4/202314SIE王树群动本091-22/4/202315SIE王树群动本091-22/4/202316SIE王树群动本091-22/4/202317SIE王树群动本091-22/4/202318SIE王树群动本091-22/4/202319SIE王树群动本091-22/4/202320SIE王树群动本091-22/4/202321SIE王树群动本091-2过热器分类：（1）根据传热方式分：对流、辐射和半辐射式。（2）根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向分：逆流、顺流和混合流。（3）根据对流受热面的放置方式分：立式、卧式。（4）根据管子排列方式分：顺列、错列。（5）根据管圈数分：单管圈、双管圈、多管圈。（6）根据受热面结构分：屏式过热器、壁式过热器、对流过热器。2/4/202322SIE王树群动本091-2一、对流过热器：布置位置：烟道内受热面结构：水平烟道中：S1/d=2-3.5；S2/d=2.5-4靠近炉膛位置：S1/d≥4.5；S2/d≥3.52/4/202323SIE王树群动本091-23.蒸汽流速选取:冷却条件（传热）：保证一定的质量流速，保证冷却效果；阻力（压降）：流速快，阻力大，压降大。过热器压降不大于10%工作压力；再热器压降不大于0.2MPa。流速控制压降，高温级流速快，低温级流速慢，合理分配流速和压降，保证总压降。2/4/202324SIE王树群动本091-24.烟气流速选取:综合考虑传热、流动阻力、积灰、磨损等几个因素选取。靠近炉膛出口区域，10-12m/s以上；烟温低的区域，小于9m/s；不宜低于6m/s。2/4/202325SIE王树群动本091-2二、屏式过热器（半辐射式）1.种类：大屏、前屏、后屏2.结构：

S1很大；大屏和前屏2.5-4米，后屏0.5-1米；S2/d=1.1-1.25；3.屏式过热器特点：热负荷高；热偏差大；管壁易超温2/4/202326SIE王树群动本091-24.屏式过热器保护方法使低温工质流过屏式过热器，来达到冷却金属的目的。在管内采用较高的质量流速。保持受热面与火焰的距离。采取措施（内外交叉、外面管圈短接、外面管圈使用高等级材质钢材）减轻热偏差影响。在屏式过热器前设置喷水减温器。2/4/202327SIE王树群动本091-25.大型锅炉广泛采用屏式过热器的原因:(1)屏式过热器吸收炉膛内相当数量的辐射热量，适应大容量高参数锅炉过热器吸热量相对增加、水冷壁吸热量相对减少的需要，它补充了水冷壁吸收炉膛辐射热的不足，实现了炉膛必须的辐射传热量，以使炉膛出口烟气温度限制在合理的范围内。(2)对于燃烧器四角布置切圆燃烧方式的炉膛，屏式过热器对烟气流偏转能起到阻尼和导流作用。(3)后屏过热器的横向节距比对流管束大很多，接近灰熔点的烟气通过它时减少了灰粘结在管子上的机会，有利于防止结渣。烟气通过后屏烟温下降，也防止了其后的对流管束结渣。

2/4/202328SIE王树群动本091-2三、壁式过热器（辐射式、顶棚、包墙）辐射式：布置在炉内壁面上直接吸收炉膛辐射热。例如：300MW机组亚临界锅炉使用的炉膛壁管式再热器。顶棚：采用膜式受热面布置在炉膛顶部。包墙：布置在水平烟道和尾部竖井的壁面上。2/4/202329SIE王树群动本091-2四、再热器（一）再热器布置1纯对流：例如国产超高压和超临界锅炉中。2对流-辐射联合型例如国产亚临界锅炉中采用壁式、屏、对流联合。（二）再热器特点结构与过热器相似，但压力低（20%-25%过热蒸汽压力），流量越为80%主蒸汽流量。1压力低，对流放热系数小，对管壁冷却效果差，容易超温。出口高温段采用高级合金钢；尽量将再热器布置在烟气温度较低的区域。2/4/202330SIE王树群动本091-22压力低，使蒸汽比容大，容积流量大，故再热器管道直径大、管壁薄、管圈数多。3蒸汽流速低，阻力小，阻力限制在0.2MPa以内。阻力大，使汽轮机作功减少，阻力增加0.98MPa,汽耗率增加0.28%。简化系统布置；低流速。4压力低导致蒸汽对汽温偏差敏感，在相同的热偏差下，出口汽温比过热蒸汽大。2/4/202331SIE王树群动本091-25再热器出口汽温受进口汽温影响大，负荷降低，再热汽进汽温度降低，使对流受热面汽温变化幅度加剧（对流性增强），调节幅度加大。6汽轮机甩负荷或启停时，需要使用旁路保护再热器。2/4/202332SIE王树群动本091-2§6-3过热器和再热器系统一、过热器系统☆☆各级过热器分段串联，以减少热偏差影响。中压锅炉采用对流型；高压锅炉采用后屏和对流，即辐射-对流联合型；超高压以上（超高压、亚临界、超临界）：顶棚-包墙-低温对流-屏（半辐射）-高温对流。也为辐射-对流联合型布置。二、再热器系统超高压和超临界锅炉采用的纯对流；亚临界压力锅炉采用的辐射-对流联合型；壁管式、屏、对流。2/4/202333SIE王树群动本091-2★某2027t/h亚临界自然循环锅炉过、再热系统见图6-12所示。过热系统流程：顶棚过热器、包覆过热器、水平低温过热器、屏式过热器、高温对流过热器；再热系统流程：低温对流再热器、高温对流再热器。2/4/202334SIE王树群动本091-2★某1900t/h超临界锅炉汽水系统流程（600MW机组）2/4/202335SIE王树群动本091-2600MW超临界锅炉主蒸汽（含给水）系统流程给水→省煤器→螺旋管水冷壁→过渡联箱→垂直管水冷壁→启动分离器→顶棚和包墙过热器系统→低温过热器→一级喷水减温器→屏式过热器→二级喷水减温器→末级过热器→汽轮机高压缸600MW超临界锅炉再热蒸汽系统流程冷端再热管道→再热器事故喷水减温器→冷端再热管道→水平低温再热器→末级再热器→汽轮机低压缸2/4/202336SIE王树群动本091-2★1900t/h超临界锅炉2/4/202337SIE王树群动本091-2§6.4汽温调节本节主要内容：过热器与再热器的汽温特性。影响汽温的因素。汽温调节方式（蒸汽侧调节、烟气侧调节）。喷水减温调节汽温的原理和布置。常用的过热汽温和再热汽温调节方式。2/4/202338SIE王树群动本091-2一、锅炉为什么要进行汽温调节？1.汽温要求稳定的汽温（额定汽温）；波动范围-10～+5℃（超临界锅炉为±5℃）。2/4/202339SIE王树群动本091-2问题：过热器本身的汽温特性是否满足要求？一、锅炉为什么要进行汽温调节？2/4/202340SIE王树群动本091-22.汽温特性定义：汽温与锅炉负荷之间的关系。①对流式过热器（再热器）汽温特性。锅炉负荷增大，汽温升高。②辐射式过热器（再热器）汽温特性。锅炉负荷增大，汽温降低。一、锅炉为什么要进行汽温调节？2/4/202341SIE王树群动本091-2①对流式过热器（再热器）汽温特性。锅炉负荷增大，汽温升高。一、锅炉为什么要进行汽温调节？2/4/202342SIE王树群动本091-2②辐射式过热器（再热器）汽温特性。锅炉负荷增大，汽温降低。一、锅炉为什么要进行汽温调节？2/4/202343SIE王树群动本091-2锅炉过热器（再热器）可使用纯对流型或对流辐射联合型。对流辐射联合型如果以对流为主，汽温特性为对流型；如果以辐射为主，汽温特性为辐射型。一、锅炉为什么要进行汽温调节？2/4/202344SIE王树群动本091-2过热器本身的汽温特性是否满足要求？结论：不能。怎么办？结论：使用调节手段，在不同锅炉负荷下，将汽温稳定在额定汽温。一、锅炉为什么要进行汽温调节？2/4/202345SIE王树群动本091-2影响汽温的运行因素有很多，这些因素经常同时发生影响。1锅炉负荷见汽温特性。2过量空气系数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。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，烟气流速增大,对流式过热器和再热器出口汽温也随着升高。二、影响汽温的因素有哪些？2/4/202346SIE王树群动本091-23.煤水比

直流锅炉无排污，没有工质损失，给水流量与过热蒸汽流量相等。2/4/202347SIE王树群动本091-2若G不变而增大B，由于受热面热负荷成比例增加，热水段长度和蒸发段长度必然缩短，而过热段长度相应延长，过热汽温就会升高；若B不变而增大G，由于受热面热负荷并未改变，所以热水段长度和蒸发段长度必然延伸，而过热段长度随之缩短，过热汽温就会降低。2/4/202348SIE王树群动本091-2煤水比只是对直流锅炉汽温调节起作用。2/4/202349SIE王树群动本091-24给水温度汽包炉，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，这将使得炉内烟气量增加，炉膛出口烟温增加，过热汽温升高。直流炉，给水温度降低，汽温降低。2/4/202350SIE王树群动本091-25受热面沾污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。6饱和蒸汽用汽量蒸汽用于吹灰等用途，减少蒸汽量，汽温升高。2/4/202351SIE王树群动本091-27燃烧器运行方式锅炉运行过程中，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，会因为传热温压增加而多吸收热量。使得其出口汽温升高。下列情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。2/4/202352SIE王树群动本091-28燃料种类和成分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。

表6-3各因素对过热汽温的影响2/4/202353SIE王树群动本091-2（一）汽温调节方式①蒸汽侧调节：通过改变蒸汽热焓，调节汽温。②烟气侧调节：通过改变锅炉内辐射与对流受热面吸热量分配比例或改变流经受热面的烟气量的方法，来调节汽温。三、如何调节汽温？2/4/202354SIE王树群动本091-2蒸汽侧调节2/4/202355SIE王树群动本091-2烟气侧调节2/4/202356SIE王树群动本091-2过热汽温主要以喷水减温来调节。再热汽温以其他调节手段为主，喷水减温配合。三、如何调节汽温？2/4/202357SIE王树群动本091-2（二）喷水减温1-汽温特性曲线；2-额定汽温；3-减温水降低的温度1.调温原理：在较低的负荷Dd，按照汽温特性就可达到额定汽温，负荷超过Dd，汽温超过额定汽温，此时喷水将汽温降低到额定汽温；负荷不同，喷水量不同；在锅炉工作中，可通过增减喷水量将汽温维持在额定汽温。2/4/202358SIE王树群动本091-2（二）喷水减温2.减温器结构笛管式、旋涡式。设置内部套管，保证水充分蒸发；套管长度4～5米；2/4/202359SIE王树群动本091-22/4/202360SIE王树群动本091-23.减温水来源锅炉给水：过热器为给水，再热器为给水泵中间抽头（压力低的位置）。自制冷凝水（二）喷水减温2/4/202361SIE王树群动本091-24.减温器布置（二）喷水减温2/4/202362SIE王树群动本091-2减温器作用：保护受热面、调节汽温。系统前：调节慢、过热器带水。系统后：调节迅速，但是不能保护。系统中间：调节迅速、能够保护受热面。（二）喷水减温2/4/202363SIE王树群动本091-2减温器常见布置：多采用两级布置方式。屏式过热器前：保护屏、粗调汽温；最后一级对流过热器前：细调汽温、保护。（二）喷水减温2/4/202364SIE王树群动本091-25.再热器不推荐采用喷水减温的原因。水喷入再热蒸汽后进入汽轮机中压缸，在机组负荷一定时，减少高压缸蒸汽流量，使高压缸内高压蒸汽作功减少，增加了低压蒸汽作功，降低循环热效率。再热蒸汽喷入1%减温水，循环热效率降低0.1%～0.2%☆☆过热汽温调节采用喷水，再热汽温调节采用其他方式（二）喷水减温2/4/202365SIE王树群动本091-2蒸汽旁路：改变通过受热面的蒸汽流量，改变汽温。汽汽热交换器：使用辐射过热器出来的过热蒸汽在汽汽热加热器中加热对流再热器中流出的再热蒸汽。（三）其他蒸汽侧调节方式2/4/202366SIE王树群动本091-2汽汽热交换器2/4/202367SIE王树群动本091-22/4/202368SIE王树群动本091-2汽汽热交换器布置2/4/202369SIE王树群动本091-2分隔烟道挡板：将烟道分为两个通道，再热器布置在其中一个烟道中，改变流过的烟气量，调节汽温。烟气再循环：改变锅炉内辐射与对流受热面吸热量分配比例，调节汽温。改变火焰高度：火焰高度变化，辐射与对流受热面吸热量分配比例变化，调节汽温。（四）烟气侧调节2/4/202370SIE王树群动本091-21.分隔烟道挡板烟道挡板法主要是用来调节再热汽温的。该方法是用膜式壁将尾部烟道分隔成两个并列烟道，在一侧烟道中布置再热器和省煤器；另外一侧烟道中布置过热器或省煤器。下部烟道出口装有烟气挡板，调节挡板开度可以改变流经两个烟道的烟气流量，使烟气侧的放热系数变化，改变再热器的传热量，从而使再热器出口汽温发生变化。

2/4/202371SIE王树群动本091-22/4/202372SIE王树群动本091-2在额定负荷时，烟道挡板全开，并列烟道中烟气流量的分配备占50％。由于再热器为对流式．负荷降低时，再热汽温降低。这时，应将过热器烟道挡板关小，使较多烟气流经再热器加强传热，以维持再热汽温的稳定。这样调节会使过热汽温下降，但在调节负荷范围内，过热汽温仍高于额定汽温，所以仍然必须通过喷水减温器使过热汽温降低到额定值。2/4/202373SIE王树群动本091-22/4/202374SIE王树群动本091-22/4/202375SIE王树群动本091-22/4/202376SIE王树群动本091-22/4/202377SIE王树群动本091-22/4/202378SIE王树群动本091-2采用烟道挡板调节汽温，设备简单、操作方便，一般在0～40％开度范围内比较有效，为防止烟气挡板产生热变形，档板应布置在烟气温度低于400℃的区域内，并注意尽量减少烟气对挡板的磨损。当再热器与过热器并联布置时，过热器的辐射特性应增大，使过热器与再热器两者汽温变化的配合较好。2/4/202379SIE王树群动本091-22/4/202380SIE王树群动本091-22.烟气再循环将锅炉尾部烟道低温烟气抽出一部分送回炉膛（下部或上部），改变锅炉各受热面的吸热分配，达到调节汽温的目的。再循环烟气在炉膛下部进入时，降低了炉膛内的烟气温度水平，减少了炉膛内的辐射传热量，炉膛出