锅炉热器与再热器（锅炉设备运行）

过热器再热器受热面的布置水预热蒸发过热过热蒸汽过热器再热器受热面的布置随压力升高加热热比例增加蒸发热比例减小过热热比例增加因此，随压力升高，加热受热面及过热受热面面积增加，蒸发受热面面积减小过热器再热器受热面的布置中压煤粉炉，过热器布置在炉膛出口少量凝渣管束之后的烟道内，其吸收的热量能适应蒸汽过热热的需要对于高压煤粉炉，就必须把部分过热器布置在炉膛内超高压、亚临界压力和超临界压力的锅炉，上述布置特征就更明显了。并且还把部分再热器布置在炉膛内过热器再热器受热面的布置锅炉省煤器及过热器再热器系统运行分析任务8.4过热器与再热器（一）分类01对流式过热器02分类对流型辐射型半辐射型传热方式大型锅炉联合型过热器蒸汽高温段采用对流型低温段采用辐射或半辐射型三种型式降低受热面管壁钢材温度过热器分类再热器以对流型为主，并位于高温对流型过热器之后烟气温度较低处，因为再热蒸汽压力较低、蒸汽密度较小、放热系数较低蒸汽比热也较小，其受热面管壁金属温度比过热器更高再热器再热器特点及布置对流式过热器对流型过热器布置在锅炉烟道内进行对流换热的过热器01由蛇形管并联组成，进出口分别由联箱连接02有逆流、顺流和混合流三种流动方式03立式和卧式两种放置方式04安全经济问题：工质质量流速及烟速05流动方式烟气与管内蒸汽相对流动方向逆流顺流混合流传热温差大，节省金属。但金属壁温很高，工作条件最差壁温较低，工作安全。但其传热温差最小，耗用的金属最多综合了逆流和顺流优点流动方式蒸汽的低温段采用逆流布置，蒸汽的高温段采用顺流布置。既安全，又获得较大的传热温差，所以得到广泛的应用。放置方式立式放置在水平烟道内支吊方便，管内积水不易排出，锅炉点火时由于通汽不畅易使管子过热卧式放置在垂直烟道内疏水、排汽方便，但支吊复杂常以有工质冷却的受热面管子作为悬吊管放置方式蛇形管束结构蛇形管由无缝钢管制成，其外径一般为32~42mm,壁厚为3~9mm顺列管束错列管束0102蛇形管的排列方式有顺列和错列两种顺列管束易积灰但积灰很容易被吹清，传热效果不如错列错列管束的吹灰通道较小，不易积灰，但吹灰器不易把管束表面积灰吹扫清除；有利于传热蛇形管束结构01管束的排列特性用横向相对节距s1/d与纵向相对节距s2/d表示02垂直于烟气流动的方向称横向，平行于烟气流动的方向称纵向03多数过热器高温水平烟道中采用立式顺列布置，s1/d=2∼3.5，s2/d=2.5∼4质量流速选取两个因素①蒸汽对管壁的冷却能力②蒸汽在管内流动引起的压力降损失为了保证过热器管子金属的可靠冷却，蒸汽应有一定的质量流速，它与受热面的热负荷有关。处于高温烟气区的受热面的热负荷大，蒸汽质量流速应该较高。过热器的蒸汽质量流速蒸汽质量流速越高，流动压力降也越大为了保证机组的热效率，整个过热器系统的压力降应不超过其工作压力的10％对流过热器低温段：ρw=400∼800kg/(m2·s)对流过热器高温段：ρw=800∼1100kg/(m2·s)Top过热器的蒸汽质量流速多管圈结构蛇形管的管径与并联管数应适合蒸汽质量流速的要求。由于锅炉宽度的增加滞后于锅炉容量的增加，大容量锅炉为了使对流过热器与再热器有合适的蒸汽流速，常做成双管圈、三管圈或更多的管圈，以增加并联管数。过热器的蒸汽质量流速传热效果选取合理的烟速，既有较好的传热效果，又能防止受热面的磨损和积灰磨损烟温到600~700℃以下烟速不宜高于9m/s积灰烟气流速不宜低于6m/s对流过热器的烟气流速锅炉省煤器及过热器再热器系统运行分析任务8.5过热器及再热器（二）屏式过热器01辐射式过热器02再热器03过热器与再热器系统04屏式过热器屏式过热器1.种类大屏前屏后屏布置特点：大屏或前屏过热器布置在炉膛上前部，屏间距离较大，屏数较少，吸收炉膛内高温烟气的辐射传热。后屏过热器布置在炉膛出口处，屏数相对较多，屏间距相对较小，既吸收炉膛内的辐射热，又吸收烟气冲刷受热面时的对流传热，故又称为半辐射式过热器。（a）前屏（b）大屏（c）后屏屏式过热器屏式过热器大型锅炉采用屏式过热器的主要原因是：010203吸收炉膛内辐射热量适应大容量高参数锅炉过热器吸热量增加，水冷壁吸热量相对减少的需要并使炉膛出口烟气温度限制在合理的范围内四角布置屏式过热器对烟气流的偏转能起到阻尼和导流的作用。后屏过热器的横向距比对流管束大很多；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屏式过热器2.屏式过热器（1）基本结构为了-将并列管保持在同一平面内，每片屏用自身的管子作包扎管，将其余的管子扎紧。每片屏由联箱并联15～30根U形管或W形管组成。s1＝600-2800mm。屏式过热器图8-14屏的型式（a）U形；（b）W形；（c）双U形（并联）；（d）双U形（串联）屏的结构型式有U形、W形、双U形等数种屏式过热器屏的固定结构的基本任务是固定屏的横向节距、纵向节距，保持屏片的平整。屏的固定结构有汽冷管夹型、滑动块等（2）固定结构屏式过热器屏的并联管数是由工质的质量流速确定的屏位于炉膛上部，热负荷很高，管间壁温差80～90℃，烟速应控制在5～6m/s左右。为了屏受热面的安全工作，必须采用较高的质量流速

w，一般推荐

w=700∼1200kg/(m2

s)。3.屏的并联管数辐射式过热器辐射式过热器布置方式010203炉膛壁管式顶棚管式烟道包覆管式辐射式过热器壁式过热器布置结构及作用水平烟道，转向室及垂直烟道的周壁也都布置包墙管过热器。由于贴墙壁的烟气流速极低，所吸收的对流热量很少，主要吸收辐射热。现代大型锅炉广泛采用平炉顶结构，全炉顶上布置顶棚管式过热器，吸收炉膛及烟道内的辐射热量。辐射式过热器工作特点布置在炉膛内高热负荷区内的壁式过热器，必须采用较高的质量流速，推荐

w=1000∼1500kg/(m2

s)为了降低其管壁金属温度，常将其作为低温过热器段受热面。为简化了炉墙结构和炉墙重量，并减少了炉膛烟道的漏风量。采用膜式受热面结构，一般选用内径40mm左右的管子作受热面。过热器与再热器系统过热器与再热器系统根据锅炉参数、容量要求，从安全经济角度综合考虑管壁不超温，调温手段灵活，循环热经济性高，钢材消耗少，流动阻力小等因素，选择合理的方案中低压锅炉，由于过热汽温不高，所以过热器面积不大，一般采用纯对流式过热器，系统比较简单。它主要考虑顺流、逆流的合理组合，能够保证管壁的工作可靠，同时受热面消耗的金属也少高压以上锅炉多采用辐射与对流组合式过热器若采用从辐射到对流逆流组合方式，受热面就得采用昂贵的高合金钢作材料。若采用辐射到对流顺流组合方式，既能有效地冷却管壁，又能在相同的热偏差条件下使蒸汽的温升较小。大大改善了辐射过热器的工作条件过热器与再热器系统辐射－包墙管－低温对流（逆流）－辐射－半辐射－高温对流（顺流）受热面的组合模式为：国产大中型锅炉的过热器系统多采用混流组合方式。它是综合了上述两种组合方式的优点而形成的。混流组合安全启停二、过热器与再热器的安全启停安全启停1.过热器与再热器启动初期的保护(1)立式蛇形管积水与排除积水的条件图

立式蛇形管积水排除过程（a）积水静止状态（b）排水水柱最高状态二、过热器与再热器的安全启停（2）排水措施汽轮机冲转前放掉过热器、再热器中的积水。汽轮机冲转前，过热器、再热器的出口蒸汽可通过以下途径排放：开向空排汽阀，蒸汽排放大气开疏水门，工质通过疏水管道排放开汽轮机旁路立式蛇型管的积水还可靠烟气对其加热蒸发逐渐疏通。没有达到疏通前必须限制受热的进口烟温2、过热器与再热器启动后期的保护启动后期是指机组并网后的升负荷阶段燃烧未调整至最佳状态，燃烧中心偏高、热偏差偏大、燃料投入量与蒸汽流量不匹配等在启动过程中防止过热器、再热器管壁金属超温的三种方法降低燃烧中心位置投运的燃烧器均匀对称，或定期调换燃烧器合理使用喷水减温器0102033、启动与停运过程中蒸汽参数调节旁路系统对蒸汽参数的调节过热器旁路系统，调节汽温原理是改变受热面内蒸汽流量，在燃料量不变时，蒸汽流量减小汽温上升，蒸汽流量增加汽温下降01蒸汽压力与温度要满足汽轮机各工况的进汽要求02过热器与再热器受热面金属不超温03主蒸汽温度变化率<=l—1.5℃／min，再热汽温度变化率<=2℃／min锅炉省煤器及过热器再热器系统运行分析任务8.6热偏差基本概念01热偏差产生原因02减少热偏差的措施03基本概念基本概念0102并列工作的管子中个别管内工质的焓增偏离管组平均工质焓增的现象，称为热偏差。大小可用热偏差系数来表示。受热面并联管中个别管子工质焓增与并联管子的平均焓增的比值称为热偏差系数： （一）基本概念

基本概念

由于

基本概念引入热负荷不均系数结构不均系数流量不均系数

则

基本概念热偏差系数与热负荷不均系数、结构不均系数成正比与流量不均系数成反比并联管中热负荷不均系数和结构不均系数大，而流量不均系数小的个别管子热偏差大，壁温度高可见：

通常把管壁金属温度到达金属材料的最高许用值时的热偏差称为允许热偏差：热偏差产生原因热偏差产生原因1.热负荷不均系数由于结构和运行上的各种原因，各平行管存在不同程度的热负荷不均的现象，偏差管子的热负荷不均系数可能大于1，也可能小于1。 炉膛中靠近炉壁的烟气温度比炉膛中部的低。炉膛中部烟气流速快，故在炉膛出口处的对流过热器中部的热负荷不均系数一般在1.2~1.3。烟气走道概念：烟气走道中的受热面热负荷不均系数较大热偏差产生原因屏式过热器同屏各排管子的热负荷有很大的差别，面对炉膛的第一排管子角系数最大，热负荷最高。图8-17屏管沿着管排深度角系数的变化热偏差产生原因2.流量不均系数工质在管内流动的压力平衡公式表示为：（1）并联管流量不匀的影响因素

热偏差产生原因

（）

R=

n—沿程摩擦阻力系数式中—管子局部阻力系数总和上式表明管圈进出口压降、工质密度、阻力特性是影响管内工质流量的四个因素，是造成流量不均的基本原因热偏差产生原因（2）水平放置的联箱中的静压变化过热器并联管进出口联箱一般都水平放置进口联箱又称分配联箱出口联箱又称汇集联箱蒸汽从联箱端部引入，沿联箱长度不断分配给各并联管子联箱中的蒸汽流量

，流速

按能量守恒原理，动能

压力能故联箱中的静压p

同时，蒸汽在联箱中的流动阻力，使静压力沿着流动方向有所下降（图中阴影部分即是流动阻力）图8-18分配联箱中的附加静压热偏差产生原因图8-19汇集联箱的附加静压汇集联箱的附加静压变化如图所示。它与分配联箱的区别主要是蒸汽在联箱中的流动阻力使附加静压增大。热偏差产生原因（b）Π形连接（a）Z形连接（3）联箱典型连接联箱典型连接的方法有Π形和Z形两种图8-20Z形与U形连接及联箱静压分布Z形连接方式各并列管圈的蒸汽流量偏差最大。图b所示的Π形连接，各并列管圈的流量分配均匀热偏差产生原因（4）阻力特性和密度的影响阻力特性系数与管子的结构特性、粗糙度等有关。屏式过热器的最外圈管最长，阻力最大，因而流量最小，但它却是受热最强的管。导致外圈管的热偏差最大。当并列管热负荷不均受热强的管吸热量多、工质温度高，使密度减小；因而蒸汽流量减小。受热不均流量不均，使热偏差增大。并联管中偏差管阻力常数Rp越大的管子，其流量不均系数越小，也即偏差管的流量Gp越小偏差管受热越强，其蒸汽密度

p越小，相应流量Gp也小热偏差产生原因过热器与再热器产生热偏差的原因010203并列管受热不均蒸汽流量不均管圈的阻力特性的影响工质密度的大小04减少热偏差的措施过热器与再热器减少热偏差的措施（1）受热面分段串联大型锅炉的过热器与再热器都设计成分段串联的方式，控制每段受热面的焓增不大于250∼420kJ/kg，通常对高温段取较小的焓增。一般，过热器分成四、五段或更多段，再热器分成两、三段。过热器与再热器减少热偏差的措施010203单管连接联箱端头连接并左右交错多管连接左右交错图8-21过热器与再热器的段间连接（a）单管连接（b）联箱端头连接左右交错（c）多管连接左右交错（2）段间连接过热器与再热器减少热偏差的措施（3）受热面结构图8-22管束中辐射层厚度偏差（a）多管圈的内圈管子；（b）管束前烟气空间过热器与再热器减少热偏差的措施010203受热面结构减少管束前烟气空间的深度04管束的横向节距与纵向节距在各排管子中都要均匀屏式过热器外圈管子受热较强，受热面积较多，流动阻力较大，一般采用以下几种方法减小其热偏差（见下图）增大联箱直径减小附加静压过热器与再热器减少热偏差的措施图8-23屏式过热器减小外圈管热偏差的方法（a）外圈管子截短；（b）外圈管子短路；（c）内外圈管子交错；（d）内外圈管屏交错锅炉省煤器及过热器再热器系统运行分析任务8.7汽温调节汽温要求01汽温特性02汽温调节装置03汽温要求汽温要求负荷在70%～100%额定负荷范围内时，蒸汽温度与额定汽温的偏差值范围应为－10～＋5℃。必须设置可靠的汽温调节装置，维持汽温稳定。汽温特性汽温特性蒸汽温度与锅炉负荷的关系，称为汽温特性随着锅炉负荷增加，辐射过热器的出口汽温下降吸热量决定于炉膛烟气的平均温度。随着锅炉负荷增加，的出口汽温下降辐射式过热器随着锅炉负荷的增加，出口汽温升高。对流过热器出口烟温越低，辐射传热的影响越小，汽温随负荷增加而升高的幅度越大对流过热器汽温变化特性比较平稳，但仍具有一定的对流特性汽温特性半辐射式过热器汽温特性辐射与对流多级组合的过热器2高参数大容量锅炉的过热器均由对流、辐射、半辐射三种型式组合而成，过热汽温的变化较平稳，但仍具有对流特性1随着锅炉参数提高，蒸汽过热器吸热量的份额相应增大，蒸发吸热量的份额相应减小再热器的汽温特性特性一具有更明显的对流特性特性二受高压缸排汽的影响，当负荷减少时出口汽温比对流过热器下降得更多汽温特性汽温特性影响汽温的因素有烟气侧和蒸汽侧两个方面炉膛过量空气系数给水温度燃烧器工况等010203汽温调节装置汽温调节装置0103050204汽温调节的灵敏度，即调节惯性和延迟时间要小结构简单可靠汽温调节负荷范围大对热效率的影响小节约钢耗对汽温调节装置的基本要求汽温调节装置01汽温的调节方法可分为：蒸汽侧调节和烟气侧调节蒸汽侧通常是改变蒸汽的热焓来调节汽温。主要方法是在减温器中，用水冷却蒸汽，常用的减温器为喷水式。这种调温方法只能减温，而不能升温02烟气侧调节是用改变过热器、再热器所在区域的烟气放热量来调节汽温常用的方法有分隔烟道挡板、改变火焰中心高度及烟气再循环。这种调温方式既能降温又能升温汽温调节装置减温水通过喷嘴雾化后喷入蒸汽的减温器称混合式减温器。它由雾化喷嘴、连接管、保护管及外壳等组成（1）混合式减温器汽温调节装置混合式减温器结构简单，调节幅度大，惯性小，调节灵敏度高，有利于自动调节，在现代大型锅炉中得到广泛的应用汽温调节装置减温器调节汽温的设计原理减温器的作用是降低蒸汽温度采用减温器调节汽温时，过热器的设计吸热量应略大些在高负荷时用减温器来降低高出额定值部分的汽温以维持汽温的额定值汽温调节装置没有汽温调节下的额定汽温对应负荷越低，通过调节能维持的额定汽温的负荷范围越宽，锅炉的性能越好汽温调节装置混合式减温器适用于过热汽温的调节再热汽温的调节不宜用混合式减温器因为水喷入再热蒸汽后汽轮机中低压缸蒸汽流量增加，在机组负荷一定时势必减少高压缸的蒸汽流量，也就是高压蒸汽的作功减少，低压蒸汽的作功增加，使机组的循环热效率降低汽温调节装置混合式减温器在过热器系统中的布置如图所示（a）减温器布置在过热器出口图4混合式减温器a出口；b中间；c进口；2额定汽温（b）减温器布置在过热器中间（c）减温器布置在过热器进口汽温调节装置减温点的选择是一个很重要的问题01减温点的选既应保证汽温调节灵敏，又能保护工作条件较差的受热面02减温次数也应选择得当03汽温调节装置汽温调节装置汽－汽热交换器是用过热蒸汽来加热再热蒸汽，以调节再热汽温度。它接在高温过热器的辐射部分与对流部分之间这种调温方式调节幅度较大，它本身金属消耗量大，运行可靠性低。当负荷降低时，辐射过热器出口汽温升高，正好用来加热温度降低的再热蒸汽（2）汽－汽热交换器汽温调节装置汽温调节装置低再进口设三通阀（3）蒸汽旁通法汽温调节装置烟气挡板调节汽温装置是用来调节再热汽温度（4）烟气挡板调节汽温装置旁通烟道再热器与省煤器烟气挡板调节汽温装置平行烟道再热器与过热器并联汽温调节装置（4）烟气挡板调节汽温装置原理是通过挡板改变再热器的烟气流量，使烟气侧的放热系数变化，从而改变其传热量，其出口汽温随之变化。汽温调节装置旁路烟道法原理锅炉负荷降低时，烟气挡板开度关小，再热器烟气流量增多，再热汽温上升至额定值。旁通烟道烟气流量减少，进入省煤器的烟气温度下降，省煤器吸热量减少，使过热汽温升高。缺点是烟气挡板温度高，进入省煤器的烟气温度不均匀，有较大的烟温偏差。分析旁通烟道方式的缺点汽温调节装置再热汽温升高的同时过热汽温也有所升高。它克服了旁通烟道的缺点，挡板位于烟温较低处，下级省煤器的进口烟温比较均匀。再热器与省煤器并联法原理汽温调节装置锅炉负荷降低时，再热器侧挡板开大，过热器侧挡板关小，再器烟气流量增加，过热器的烟气流量减小；使再热汽温升高，过热器汽温下降，形成反相调节，在调节负荷范围内过热汽温都高于额定值，再用减温器降低其温度至额定值。再热器与过热器并联法原理汽温调节装置（5）改变燃烧器倾角的汽温调节采用摆动式燃烧器，燃烧器的倾角在运行中可上下调节01燃烧器倾斜角与炉膛吸热量、炉膛出口烟温之间的关系再热器与过热器都是对流传热为主的受热面，在调节倾角时它们的吸热量发生了相应的变化，出口汽温也随着改变。02受热面吸热量变化的大小主要决定其布置位置，越靠近炉膛出口的受热面的吸热量变化越大03汽温调节装置现代大型锅炉一般都用改变燃烧器倾角来调节再热汽温，在调节过程中对过热汽温的影响用改变混合式减温器的喷水量来修正再热器的主要受热面尽可能布置在靠近炉膛出口处燃烧器摆动角度与再热汽温及过热汽温的关系尽可能与再热器及过热器的负荷—汽温特性匹配，以减少过热器的减温水量锅炉设计中应注意以下几点锅炉省煤器及过热器再热器系统运行分析任务8.8过热器与再热器的烟气侧问题及安全启停积灰01烟气侧的高温腐蚀02安全启停03过热器与再热器的积灰过热器与再热器的积灰积灰：烟气中的飞灰沉积在管束外表面的现象称为积灰0102积灰的危害使传热量减少，烟气流动阻力增大，严重时锅炉出力被迫降低会引起受热面金属腐蚀等一、飞灰010203低熔灰（700∼850℃）中熔灰（900∼1100℃）高熔灰(1600∼2800℃)是飞灰的主要成分（灰按易熔程度可分为三部分）二、高温过热器和高温再热器的积灰01高温过热器和高温再热器布置在烟温高于700~800℃的烟道内管子外表面的灰层由两部分组成内层灰紧密与管子粘结牢固02外层灰松散容易清除二、高温过热器和高温再热器的积灰低熔灰在炉膛高温烟气区成为气态，随着烟气流向烟道由于烟温高，低熔灰还未凝固，当它接触温度较低的受热面时就凝固在受热面上，形成粘性灰层粘性灰层一些中熔、高熔灰粒被粘附在粘性灰层中。烟气中的氧化硫气体在对灰层的长期作用下，形成白色硫酸盐的紧密结实灰层，这个过程称为烧结烧结二、高温过热器和高温再热器的积灰随灰层厚度增加，其外表面温度升高，低熔灰的粘结结束。但中熔和高熔灰在紧密结实灰层表面进行着动态沉积，形成松散而且多孔的外灰层。外灰层内灰层的坚实程度称为烧结强度。烧结强度越大的灰层越难以清除。此外，灰中的氧化钙含量大于40％的煤，开始积在管外表的是松散的灰层，但是当烟气中存在氧化硫气体时，在高温长期作用下，也会烧结成坚实的灰层内灰层图1管表面灰的沉积烧结三、低温过热器和低温再热器的积灰烟气温度低于600~700℃的烟道内的低温过热器与低温再热器在其管子表面形成松散的积灰层。因为此处烟温较低，低熔灰已凝固成固体颗粒，氧化钙无烧结现象。表示在不同烟气流速下管表面松散灰层的形成图图2形成松散的积灰层形成原因三、低温过热器和低温再热器的积灰随着烟气的流线运动，在管表面积灰是极少的细径灰群(<10μm)在烟气绕流管子流动时，由于灰粒运动的惯性，直接接触管子，沉积在管子外表面，是形成松散灰层的主要灰群中径灰群(10∼30μm)具有较大的动能，在撞击管子表面的灰层时起着破坏灰层的作用粗径灰群(>30μm)三、低温过热器和低温再热器的积灰结论CONCLUSION中径灰和粗径灰对积灰的作用是相反的，灰层的最终厚度决定于中径灰在管子表面的连续沉积和粗径灰对灰层的连续破坏的动态平衡与烟气流速有关，wy<3∼4m/s时，灰层厚度明显增加三、低温过热器和低温再热器的积灰松散灰层的厚度还与管束错顺列结构，立式、卧式布置方式，及错列管束的纵向相对节距等有关在烟气流速和管径不变时顺列管束的灰层厚度约是错列管束的1.7~3.5倍，错列管束的纵向相对节距越大灰层厚度也越厚表现表现出影响传热的灰污系数增大，水平管与倾斜管的积灰比垂直管严重a错列管束b顺列管束灰层厚度与管束结构关系烟气侧的高温腐蚀烟气侧的高温腐蚀高参数锅炉的高温过热器与高温再热器的管束的固定件、支吊件，它们的工作温度很高，烟气和飞灰中的有害成分与管金属发生化学反应使管壁变薄、强度下降，