锅炉原理-过热器与再热器素材

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1、2019/7/21,Principles of Boiler,Page 1,第7章 过热器和再热器,7-1 过热器和再热器的作用及特点 7-2 过热器和再热器的结构形式及汽温特性 7-3 热偏差 7-4 蒸汽温度的调节 7-5 对流受热面的高温积灰和高温腐蚀,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 2,7-1 过热器和再热器的作用及特点,一、过热器和再热器的作用 （1）过热器的作用：将饱和蒸汽加热成过热蒸汽。 在锅炉负荷变化时，应保证锅炉的过热蒸汽温度在允许范围内波动。目前电厂锅炉过热蒸汽温度540-555； （2）再热器的作用：把汽轮机高压缸的排汽返回锅炉再次

2、加热，然后再送到低压缸膨胀做功。目的是使汽轮机末级叶片的蒸汽湿度控制在允许范围内。 再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%。我国125MW以上机组都采用一次中间再热系统。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 3,再热循环T-S图,再热循环的使用，可以提高循环的热效率4%5%，而且可以使汽轮机排汽湿度控制在允许范围内。 再热器系统阻力会使蒸汽在汽轮机内的作功能力下降，因此再热系统力求简单，整个再热器的压降不高于0.2MPa。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 4,二、过热器和再热器的工作特点 1、工作特点： （1）蒸汽压力高，

3、压力可以达到超临界以上； （2）过热器和再热器是锅炉内工质温度最高的部件； （3）蒸汽（特别是再热蒸汽）冷却管道的能力较差； 2、工作要求 （1）运行中应保持汽温稳定：波动不超过5-10； （2）过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温； （3）尽量减少并联管间的热偏差。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 5,三、过热器和再热器的布置要求 （1）低压锅炉： 吸热特点：锅炉压力低，汽化潜热大。蒸发热量多，过热热少； 受热面布置：除了水冷壁以外，在过热器前，需要布置一定数量的对流蒸发管束； （2）中压锅炉： 吸热特点：炉膛

4、辐射热与蒸发热相当，无需额外布置蒸发受热面； 受热面布置：过热器仅布置在炉膛出口的凝渣管之后； （3）高压锅炉 吸热特点：汽化潜热小，所需蒸发热量少，预热热和过热热量多； 受热面布置；除了对流式过热器，还需要把部分过热器设置在炉膛内，即采用辐射式过热器，也可以把部分水冷壁作为辐射式省煤器。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 6,高压锅炉受热面的布置,（1）过热器系统：顶棚过热器低温过热器屏式过热器高温过热器（2）过热器系统：汽轮机低温再热器 高温再热器汽轮机,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 7,7-2 过热器和再热器

5、的结构型式及汽温特性,（1）过热器和再热器结构： 过热器和再热器的结构基本相同，二者区别在于：再热器压力低，汽体比体积较大，管径比过热器大。 （2）过热器和再热器分类： 对流式过热器（再热器）； 半辐射式（屏式）过热器（再热器）； 辐射式过热器（再热器）。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 8,一、对流式过热器（再热器） 对流式过热器（再热器）由蛇形管组成，布置在锅炉水平烟道或尾部竖井中，吸收烟气的对流放热量。 布置形式分类： 按管子排列方式分为：顺列、错列布置方式。 根据烟气和蒸汽的流向，可分为：逆流、顺流和混合流。 根据管子的布置方式分为：垂直式和水平

6、式。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 9,顺列：传热系数小，阻力小，管壁磨损小，容易清灰，一般用在高温烟区。 错列：传热好，阻力大，管壁磨损大，不易清灰，一般用于尾部低温烟道。,1、按管子排列方式分类,顺列 错列,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 10,逆流式：具有最大的传热温压；可以节省金属耗量；金属壁温可能很高。常用于过、再热器的低温级（进口级）。 顺流式：传热温压小；所需受热面较多；金属壁温较低。多用于蒸汽温度较高的最末级（即高温级）。 混合流：先经逆流传热段，再经顺流传热段，折中布置。,2、按烟气和蒸汽的流动

7、方向分类,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 11,3、按管子的布置方式分类 立式（垂直式）：布置在水平烟道内，支吊简单，易积灰，不利疏水。 卧式（水平式）：布置在尾部竖井中，支吊复杂，多采用有工质冷却的受热面管子作为悬吊管，便于疏水。,2-悬吊管；3-联箱,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 12,某超临界1900t/h锅炉高温过热器 布置位置：水平烟道后部； 管径：38mm； 管道排列： 82排12管/排=984根,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 13,蒸汽与烟气流速的选择： 蒸

8、汽流速：保持一定质量流速，使过热器和再热器得到可靠冷却，同时要控制过热器或再热器压降，一般过热器质量流速800-1100kg/(m2s)，再热器内蒸汽质量流量250-400kg/(m2s) 。 烟气流速：应综合考虑传热效果、管子的磨损和积灰情况。烟气流速过高，传热效果较好，所需换热面积少，积灰少，但管子的磨损严重。水平烟道内，烟温高，灰粒较软，烟气流速10-15m/s；烟气低温区，飞灰磨损能力加剧，控制流速在6-9m/s。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 14,蛇形管的结构：,过热器的蛇形管可以做成单管圈、双管圈或多管圈，这与锅炉的容量和管内必须维持的蒸

9、汽流速有关。可通过改变管圈数目来改变蒸汽速度。如由单管圈变为双管圈，蒸汽通路截面积增大一倍，蒸汽速度降为原来的一半，而烟气流速保持不变。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 15,二、屏式过热器（再热器）,2/3,屏式过热器（再热器）布置在炉膛内部，吸收炉膛的辐射热量，减少烟气扰动，降低沿烟道宽度的热偏差，改善过热蒸汽或再热蒸汽的汽温特性。,1、辐射式和半辐射式过热器 辐射式过热器（再热器）：布置在炉膛上部，接受炉膛辐射热，横向节距较大（3-4m），如前屏、大屏等； 半辐射式过热器（再热器）：布置在炉膛出口烟窗处，既接收炉内的辐射热，又吸收烟气的对流热， 防

10、止对流受热面结渣，如后屏过热器。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 16,2、屏式受热面的结构： 由焊在联箱上的许多U形管排列成管屏。管径32-42mm，每个屏有15-30根管组成； 屏悬挂在炉顶梁上，受热后能向下自由膨胀； 为了增加屏的刚性，保持屏平面平整，管屏用自身的管子作为扎紧管，将管屏夹紧。 注意：屏平面与烟气流向平行。,烟气方向,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 17,锅炉前屏、分隔屏、后屏。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 18,3、屏式受热面的热偏差： 屏式受热面所

11、处烟温较高，平行管子之间的热偏差较大。相对于内圈管来说，外圈管受热强，但是长度较长，流动阻力大，工质流量小，容易发生超温现象。 为了保证受热面安全运行，屏式受热面多作为中温受热面（中级），采用较高的质量流速，使管壁得到冷却。屏的最外围U形管壁温最高，多采用耐高温钢材制造。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 19,4、屏式过热器防止外圈管超温的措施,（a）减小外圈管长度； （b）采用双U型管结构； （c）内外圈管子交叉； （d）外圈管子短路（增大流量）保护管屏。,（a） （b） （c） （d）,2019/7/21,Principles of Boiler,P

12、age 20,壁式过热器（再热器）紧贴水冷壁或炉墙布置，也称为墙式过热器, 常用于低温段过热器（再热器）。 1、布置方式 （1）紧贴炉墙与水冷壁相间布置，用于控制循环锅炉； （2）附着在水冷壁管道上，将水冷壁管遮盖（水冷壁管按照不吸热考虑），多用于自然循环锅炉。 2、布置形式 （1）布置在炉膛上部： （2）沿炉膛全高度布置在前墙或两侧墙上。,三、壁式过热器（再热器）,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 21,1、顶棚过热器：布置在炉膛顶部的膜式受热面，通过吊杆悬吊在炉顶钢梁上。吸热量不大，主要作用是支承炉顶的耐火材料和保温材料，并保持锅炉的严密性。,四、顶棚

13、过热器和包覆管过热器（附加受热面）,2、包覆管过热器：布置在水平烟道和尾部竖井的壁面上的膜式受热面，类似水冷壁。烟气温度较低，且仅受烟气单面冲刷，因此吸热量少。主要作用是形成烟道壁面，提高锅炉严密性，减少烟道漏风。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 22,顶棚过热器和包墙管过热器：,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 23,包墙管过热器：,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 24,五、汽温特性,汽温特性：过热器或再热器出口蒸汽温度随锅炉负荷变化的关系特性，称为锅炉的汽温特性。,锅炉负荷

14、提高:B,G提高,采用适当比例的三种过热器组合，可获得平稳的汽温特性。,1、过热器的汽温特性 对流式过热器：随锅炉负荷的提高,出口蒸汽温度提高，曲线3； 辐射式过热器：随锅炉负荷的增加，出口蒸汽温度下降，曲线1； 半辐射式过热器：汽温特性介于上述两者之间，曲线2。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 25,1-过热器汽温特性；2-再热器汽温特性,再热器整体呈现对流汽温特性，锅炉负荷降低时，出口蒸汽温度下降； 此外，锅炉负荷降低，汽轮机高压缸排汽温度降低，再热器的进口汽温降低，出口汽温进一步下降； 再热器的汽温特性随锅炉负荷变化幅度较大。,2、再热器的汽温特性

15、 过热器整体呈现对流汽温特性。再热器的汽温特性与过热器的汽温特性相似，但又有其不同的特点 。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 26,六、典型的过热器与再热汽系统,1、系统布置要求： 过热器的系统布置，应能满足蒸汽参数的要求，并具有灵活的调温手段，还应保证运行中管壁不超温和具有较高的经济性等。 2、过热器布置原则 （1）中压锅炉：一般仅采用对流过热器。 （2）大型锅炉：采用辐射对流组合式过热器系统。 基本组合模式为“顶棚过热器-包覆管过热器-低温对流过热器-半辐射过热器-高温对流过热器”。,2019/7/21,Principles of Boiler,Pa

16、ge 27,3、过热器的布置要求： （1）过热器的分级布置 低温级过热器采用逆流传热方式； 高温级过热器可以分成两段：第一段为逆流传热方式，布置在烟道两侧；第二段为顺流方式，布置在烟道中间； （2）过热器的分级或分段，每段蒸汽焓增不应超过250-420kJ/kg，以减少热偏差； （3）两级过热器之间应该设置减温器，以便调节汽温。,4、典型锅炉过热器与再热器系统,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 28,某1900t/h超临界锅炉,主蒸汽系统流程： 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。,2019/7/21,Principles of Boiler,Page 29,600MW超临界锅炉 再热汽系统流程： 再热管道再热器事故喷水减温器再热管道水平低温再热器末级再热器汽轮机低压缸。,2019/7/21,Principles of Boil