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1、热能与动力工程 1 第七章 过热器和再热器 热能与动力工程 2 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 热能与动力工程 3 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。 热能与动力工程 4 高温过热器动画 热能与动力工程 5 屏式过热器 热能与动力工程 6 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
2、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； 热能与动力工程 7 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。 热能与动力工程 8 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、
3、再热器与减温器紧密相连。 热能与动力工程 9 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 热能与动力工程 10 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）。 热能与动力工
4、程 11 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614m/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（810%）的工作压力。 热能与动力工程 12 热能与动力工程 13 推荐的管内工质流速 用质量流速w（kg/m2s）来表示。 l对流受热面： 中压：250400 高压：低温段400700；高温段：7001000 l屏式过热器：8001100 l辐射式过热器：
5、10001500 l再热器：250400 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。 热能与动力工程 14 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 。 热能与动力工程 15 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。 热能与动力工程 16 2工作条件： 炉膛热负荷高， 蒸汽冷却效
6、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。 热能与动力工程 17 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0.61.2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8090， 运行安全性较差。 热能与动力工程 18 前屏过热器 热能与动力工程 19 前屏过热器 热能与动力工程 20 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
7、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。 热能与动力工程 21 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。 热能与动力工程 22 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
8、； （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。 热能与动力工程 23 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。 热能与动力工程 24 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
9、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。 热能与动力工程 25 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 热能与动力工程 26 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。 热能与动力工程 27 再热器的汽温变化幅度更大 （1）工质进口参数随负荷
10、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。 热能与动力工程 28 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 热能与动力工程 29 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 热能与动力工程 30 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
11、器的安全 热能与动力工程 31 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 热能与动力工程 32 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 热能与动力工程 33 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% 热能与动力工程 34 过热器喷水 直接取给水泵出口 再热器喷
12、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。 热能与动力工程 35 2、分隔烟道挡板 热能与动力工程 36 热能与动力工程 37 热能与动力工程 38 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 热能与动力工程 39 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 热能
13、与动力工程 40 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 热能与动力工程 41 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 热能与动力工程 42 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 热能与动力工程 43 一、吸热不均(烟气侧) 温度场不均 速度场不均 1)锅炉炉
14、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； 热能与动力工程 44 右侧 左侧右侧 左侧 烟速 烟温 热能与动力工程 45 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 热能与动力工程 46 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 热能与动力工程 47 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
15、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 热能与动力工程 48 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。 热能与动力工程 49 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 形成增长速度更快的梳状沉积物（第二层灰），即发 生了结渣，在渣层中发生了物理化学变化使灰层的强 度增加。 热能与动力工程 50 预防或减轻措施： （1）防止形成黏结灰或降低已形成黏结灰的机械强 度，如加添加剂改变灰的成分，采用低温燃烧。 （2）设法去除已形成的黏结灰，如吹灰，除渣。 热能与动力工程 51 二、高温腐蚀 1）硫酸型高温腐蚀 热能与动力工程 52 2）钒腐蚀 发生
