1、第七章 過熱器與再熱器,作用：提高電廠循環(huán)熱效率 設(shè)計運行原則： 1）防受熱面t壁材料允許溫度 2）溫度特性好在較大負(fù)荷范圍內(nèi)能通過調(diào)節(jié)維持額定汽溫 3）防受熱面管束積灰和腐蝕 第一節(jié)、過、再熱器工作特點 一、作用 1）過熱器將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽并在鍋爐變工 況運行時保證過熱參數(shù)在允許范圍內(nèi)變動 2）再熱器將汽機(jī)高壓缸的排汽加熱成具有一定溫度 的再熱蒸汽并在鍋爐變工況時保證再熱參數(shù)在 允許范圍內(nèi)變動,二、蒸汽溫度的選擇 1、溫度 t1t 對材質(zhì)要求受合金鋼材高溫強(qiáng)度限制通常 t過 =540-555 對超臨界機(jī)組為控制汽機(jī)末級葉片濕度t再到566 2、選材： 1）由于過、再熱器內(nèi)流的是高溫蒸

2、汽傳熱且位于高 溫區(qū)故t壁應(yīng)選耐高溫合金鋼 2）為鍋爐成本應(yīng)盡量避免用高級合金鋼故設(shè)計過 熱器時所選管材的工作溫度接近其極限溫度 常用鋼材許用溫度見表7-2： 注：運行中十分注意防過、再熱器受熱面超溫。,三、過、再熱器受熱面在流化床中的布置,將水加熱成過熱蒸汽經(jīng)過加熱、蒸發(fā)和過熱三個階段，隨蒸汽參數(shù)的提高，過熱和再熱蒸汽的吸熱份額增加，鍋爐受熱面的布置變化，不同參數(shù)工質(zhì)吸熱見表7-2 由于循環(huán)流化床采用低溫燃燒，為解決氣溫問題，部分布置在爐膛內(nèi)作屏式受熱面，常采用屏式過、再熱器交錯排列布置。對流過、再熱器布置在尾部煙道，為調(diào)節(jié)再熱氣溫，尾部采用雙煙道結(jié)構(gòu)，通過煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫。,第二節(jié)、過

3、、再熱器型式、結(jié)構(gòu) 型式：按傳熱方式分：對流式、輻射式、半輻射式 圖7-2 高壓以上爐多采用三種型式的聯(lián)合型 一、對流過熱器 1、結(jié)構(gòu)：蛇形管式即由進(jìn)出口聯(lián)箱連接許多并列蛇型管 組成圖7-2 采用d外=32-63.5mm的無縫鋼管，壁厚3-9mm 鋼材決定于t壁 2、分類：a）按煙氣與蒸汽流向分：順流、逆流、混合流 （一）流動方式 圖7-3（a）為逆流方式：煙氣與蒸汽流向相反 優(yōu)點：平均傳熱溫差需受熱面省鋼材 缺點:蒸汽最高處是煙氣最高溫度區(qū)該處t壁工作條件 差不安全，常用于過熱器低溫級,圖7-3（b）為順流方式：煙氣與蒸汽流向相同 優(yōu)點:蒸汽溫度的一段處于煙氣低溫區(qū)壁溫安全好 多用于最末級

4、缺點:平均傳熱溫差受熱面金屬耗量熱經(jīng)濟(jì)性 圖7-3（c）為混流方式：綜合逆、順優(yōu)點低溫段逆流， 高溫段順流，即可獲得較大的平均傳熱溫差，又可減 低t壁 （二）放置方式 1）分類立式：蛇型管垂直放置布置在水平煙道 臥式：蛇型管水平放置布置在垂直煙道,2）特點 、支吊結(jié)構(gòu)立式：支吊簡單圖7-4用多個吊鉤把蛇形管 上彎頭鉤起，整個過熱器吊掛在吊鉤上 吊鉤支撐在爐頂鋼梁上，布置在爐出口水 平煙道中 臥式：支吊復(fù)雜，蛇形管支撐在定位板上 定位板與底板固定在有工質(zhì)冷卻的受熱面 懸吊管穿出爐頂通過吊桿吊在鍋爐頂鋼梁上 布置在尾部豎井煙道中 2、運行條件; a)立式支吊結(jié)構(gòu)不易燒壞 不易積灰 但停爐后管內(nèi)存水

5、較難排出升溫時由于通汽不暢 易導(dǎo)致管子過熱 b） 臥式停爐后管內(nèi)存水易排出 但易積灰,（三）蛇形管束結(jié)構(gòu) a)管徑：外徑32-57 ，厚3-9mm厚主要取決于管內(nèi) 蒸汽Pp厚 b)彎曲半徑：一般為（1.5-2.5）d 彎曲半徑彎頭外側(cè)管壁薄機(jī)械強(qiáng)度 彎曲半徑受熱面不緊湊鍋爐尺寸 c)質(zhì)量流速 w kg/m2s w傳熱好，冷卻好 阻力P對汽包工作壓力要求給水泵耗 汽包、水冷壁、下降管、導(dǎo)汽管等承壓部件對壁厚要 求材料和制造成本為此過熱器系統(tǒng)允許 P10%P工作,考慮管壁冷卻和壓降兩個因素，建議對流過熱器 低溫段: w=400-800 kg/m2s 高溫段: w=800-1000 kg/m2s d

6、）管圈數(shù)：當(dāng)煙道寬一定，煙速一定后并列蛇形管數(shù)也 即確定如果蒸汽w不在規(guī)定范圍內(nèi)采用 重疊不同管數(shù)來保證蒸汽的質(zhì)量流速為使對 流過熱器有合適的蒸汽流速大鍋爐采用雙管 圈、三或多管圈.見圖7-5 e)排列方式：順排：利于防渣和磨損，積灰易吹掃， 流動阻力，一般在水平煙道 錯排：傳熱好、流動阻力，吹灰通道 管束積灰不易吹掃，易結(jié)渣， 支吊困難一般布置在豎井煙道 見圖7-6,f）節(jié)距橫向節(jié)距：垂直于煙氣流動方向取決于煙速 縱向節(jié)距：平行于煙氣方向s2/d取決于彎曲半 徑r g）煙速 煙速傳熱受熱面可省鋼材 磨損，通風(fēng)電耗 煙速傳熱 積灰 為防積灰額定負(fù)荷時對流受熱面煙速6m/s 為防磨爐出口因煙溫灰

7、粒軟磨損輕煙速可用 10-14m/s 煙溫至600-700以下時灰變硬磨損煙 速9m/s,三、輻射式過熱器 布置方式：布置在水冷壁墻壁上的壁式過熱器 布置在爐膛、水平煙道和垂直煙道頂部的爐頂 布置在爐膛上部靠近前墻過熱器圖7-7 布置在垂直煙道的兩側(cè)墻上布置貼墻的包墻管 過熱器 a)壁式垂直地布置在爐膛四壁的任一面墻上： 可布置在爐膛上部 可按一定的寬度沿爐膛全高度布置 可集中布置在某一區(qū)域 可與水冷壁管子間隔排列，結(jié)構(gòu)與水冷壁相似， 其受熱面緊靠爐墻，一般內(nèi)徑 d=40mm,b)頂棚過熱器布置在爐頂部，一般采用膜式結(jié)構(gòu) 特點:由于它處于爐頂熱負(fù)荷Q吸主要是用來構(gòu) 成輕型平爐頂，管徑48.56

8、mm，管中心距 114.3mm，鰭片寬65.8mm，管材15crMo合金鋼 c)包覆墻過熱器大型鍋爐水平煙道、轉(zhuǎn)向室和垂直煙道內(nèi) 壁一般都布置包覆墻為保證煙道的氣密 性和金屬用量采用膜式結(jié)構(gòu) 其主要作用是：便于敷管式爐墻流化煙道爐墻結(jié)構(gòu)和重 量爐墻嚴(yán)密性漏風(fēng) 管徑507mm，管中心距113mm，鰭片寬79mm， 管材為20號鋼12crMoV合金鋼,d）屏式由進(jìn)出口聯(lián)箱和管屏組成做成一片一片“屏風(fēng)” 形式。 管屏沿爐寬方向相互平行懸掛在爐膛上部靠近前墻處 進(jìn)出口聯(lián)箱布置在爐頂外整個管屏通過聯(lián)箱吊掛在爐 頂鋼梁上受熱時可自由向下膨脹 屏式對爐膛上升的煙氣能起到分隔和均勻氣流的作用， 故也稱分隔屏或

9、大屏 e) 布置：屏和壁式過熱器利于改善汽溫調(diào)節(jié)特性和省金屬 但由于爐膛熱負(fù)荷輻射式過 熱器工作條件差t壁最大值管 內(nèi)t蒸汽+(100-120） 尤其在啟動和低負(fù)荷時管內(nèi) 工質(zhì)流量問題更突出安全 性差，為改善其工作條件：,1）一般將輻射式作低溫段 2）采用較高的質(zhì)量流速，一般w=1000-1500kg/m2s 3) 布置在遠(yuǎn)離火焰中心的區(qū)域 4）啟動時采取適當(dāng)?shù)睦鋮s方法 流化床屏過多集中在爐膛前墻布置 屏過在爐膛的位置受以下幾方面因素的影響：磨損、檢修、爐內(nèi)氣流的流動 a.從屏底部到爐底布風(fēng)板距離要有一定的限制，為減少屏底部受粒子濃度橫向沖刷的磨損，從底部到爐底布風(fēng)板的距離應(yīng)在12m以上。并敷

10、設(shè)耐磨材料。,b.屏與屏之間的距離以及屏的前排管子與前墻水冷壁的距離需滿足檢修的要求。 屏與屏之間的距離以及屏的前排管子與前墻水冷壁的距離均應(yīng)大于600mm. c.屏過的布置應(yīng)盡量不超過爐膛中心線，即全部的屏式過熱器均應(yīng)在爐膛前半部分。 因爐膛出口位于后墻，所以爐上部接近后墻區(qū)域的煙氣流和粒子流會出現(xiàn)較大的擾動，故屏過應(yīng)避開這一區(qū)域。,四、再熱器結(jié)構(gòu)與布置特點 1）對流與過熱器相似由蛇形管和聯(lián)箱組成 流量過熱器，管徑過熱器，橫向節(jié)距過熱 器，管圈數(shù)過熱器 因P再比容體積流量流動阻力汽機(jī)作功的有效P熱耗 故規(guī)定再熱器流動阻力10%P再進(jìn)口限制在 0.2-0.3MPa以內(nèi)，限制P再措施如下： 1）

11、蒸汽質(zhì)量流速適當(dāng)推薦 對流再熱器：w=250-400kg/m2s 輻射再熱器：w=1000-1200kg/m2s,2）采用大直徑，多管圈，d=42-63.5mm，管圈數(shù)為5-9 3）簡化再熱器系統(tǒng)盡量蒸汽的中間混合與交叉流動 次數(shù) 故再熱蒸汽P再密度傳熱 w2（僅為過熱器1/5）冷卻 t壁 P再比熱容對熱偏差敏感即在同 樣熱偏差下t 再t 過 由于P限制不能過多混合交叉來熱偏差 采用以下措施防t 再t允許 a)將對流再熱器布置在高溫對流過熱器后的煙道內(nèi) （煙850） b)選允許較高溫的鋼材，,第三節(jié)、熱偏差 一、基本概念 twb= tg+q1/2+2/（1+） 由上式知：qtwb, 2 twb

12、 、熱偏差：由許多并聯(lián)管子組成的過、再熱器每根管 子的結(jié)構(gòu)尺寸、熱負(fù)荷和工質(zhì)流量大都不完 全一致工質(zhì)的焓值不同這種現(xiàn)象稱熱偏差 即在并列工作管中個別管（偏差管）內(nèi)工 質(zhì)焓增偏離管組平均焓增的現(xiàn)象 、偏差系數(shù)：表熱偏差的大小，用表示指并聯(lián)管中 個別管子的工質(zhì)焓增與并聯(lián)管子工質(zhì)平均 的焓增的比值,=hp/h0=(qpAp/Gp)/( q0A0/G0) = qpApG0 /q0A0Gp=qA/G (7-1) 可見: qAGtwb 故熱偏差是由于并列管子的吸熱不均、結(jié)構(gòu)不均和流量不均造成 大多數(shù)過再熱器，并列管子間受熱面積差異很小即結(jié)構(gòu)不均造成 熱偏差因此產(chǎn)生熱偏差的主要原因是煙氣側(cè)的熱負(fù)荷不均（受熱

13、不均）和蒸汽側(cè)流量不均顯然，熱負(fù)荷或蒸汽流量的管子熱偏差嚴(yán)重 二、熱偏差產(chǎn)生的原因 （一）熱負(fù)荷不均鍋爐設(shè)計、安裝和運行中均可能形成是 由煙氣溫度場和速度場不均造成 爐四壁布置水冷壁則煙氣溫度場、速度場不均 爐中部煙、w煙 爐壁附近煙、w煙, 見圖7-11，即中間兩側(cè),流化床鍋爐兩側(cè)墻間的距離較大，當(dāng)爐膛兩側(cè)給煤不均勻或給煤不穩(wěn)定時，會造成爐膛的煙氣溫度偏差和熱負(fù)荷不均。 q=1.2-1.3 （二）流量不均在同樣熱負(fù)荷下,并列管的蒸汽流量 不時，流量的管子蒸汽焓增t蒸汽t壁 流量的管子蒸汽焓增t蒸汽t壁 故流量不均也會產(chǎn)生熱偏差,按壓力平衡公式，在并列過熱器管圈中，任一管圈進(jìn)、出口 P=Plz

14、 Pzw （7-4） 立式布置管組由于進(jìn) 出口聯(lián)箱位置高度相差不大 Pzw很 臥式布置管組由于管圈長管組高Pzw Plz Pzw很 因此，過熱器進(jìn)出口PPlz 任一管圈進(jìn)、出口壓降為: PPlz=(+L/d)w2/2=(+L/d)G2/2A2 =KG2/ (7-5) K=(+L/d) /2A2 得：G=（P/K）1/2,G=Gp/G0=(K0/Kpp/0Pp/P0)1/2 （7-7） 由（7-7）知：影響管內(nèi)工質(zhì)流量主要因素是管圈進(jìn)出口壓 降、工質(zhì)密度、阻力特性 1、管圈進(jìn)出口P與蒸汽引入、引出方式有關(guān) 圖7-13蒸汽從進(jìn)口聯(lián)箱（分配聯(lián)箱）一側(cè)端部引入 圖7-14出口聯(lián)箱（匯集聯(lián)箱）的附加靜壓

15、變化 圖7-15（a）Z型布置蒸汽從進(jìn)口左端引入 從出口右端引出 由圖知：左側(cè)管圈P最流量最 右側(cè)管圈P最流量最故Z型連接方式各 并列管圈蒸汽流量偏差最,圖7-15（b）型布置蒸汽從同一端引入，引出 圖7-15（d）雙型布置比型均勻 圖7-15（e） 多點引入，引出流量分配最均勻 連接系統(tǒng)耗鋼材 布置較困難 型布置比Z型連接流量分配均勻的多。 2、管圈的阻力特性K=(+L/d) /2A2 與管結(jié)構(gòu)、粗糙度有關(guān)，管圈阻力K流量。阻力特性的差異主要是屏過，屏過的最外圈管最長，阻力最大，因而流量最小，故是受熱最強(qiáng)的管。 因此，外圈管的熱偏差最大。,3、工質(zhì)密度受熱強(qiáng)的管子Q 吸工質(zhì)t 密度則蒸汽容積

16、阻力因而蒸 汽流量即受熱不均將導(dǎo)致流量不均使 熱偏差,三、熱偏差的措施 設(shè)計時從結(jié)構(gòu)上熱偏差 1）受熱面分級：由（7-1）得： hp-h0=（-1）h0 （7-8） 由上式知：一定, hp-h0h0 故分級后，每級工 質(zhì)的h0 則并列管焓增的偏差 2）級間連接： a) 過、再熱器各級間通過中間聯(lián)箱混合使蒸汽參數(shù)趨于 一致消除上一級產(chǎn)生的熱偏差 b)利用交叉管或中間聯(lián)箱使蒸汽左右交叉流動以由于 煙道左右側(cè)熱負(fù)荷不均所造成的熱偏差,受熱面各段間連接方式如下: 1)單管連接:圖7-16（a）段間連接系統(tǒng)簡單，但熱偏差 2）聯(lián)箱端頭連接并左右交錯：圖7-16（b）段間連接系 統(tǒng)較簡單可消除左右偏差鋼材

17、消耗量 3）多管連接左右交換：圖7-16（c）段間連接管系 統(tǒng)復(fù)雜，鋼材消耗熱偏差 4）進(jìn)、出口聯(lián)箱引入和引出的連接方式中盡量避免Z型 連接方式以流量不均引起的熱偏差 3、受熱面結(jié)構(gòu) 1）管束的橫向節(jié)距與縱向節(jié)距在各排管子中都要均勻 a)個別管排的橫向節(jié)距過形成“煙氣走廊”使該處煙 速煙氣輻射層厚度 傳熱量,b）多管圈結(jié)構(gòu)的內(nèi)圈管子由于管子彎頭曲率半徑 使其縱向管中心節(jié)距煙氣輻射層厚 2）管束前煙氣空間的深度它對第一排管子的輻射傳 熱最強(qiáng)以后各排管子的輻射傳熱逐漸 3)屏過外圈管子受熱較強(qiáng)受熱面積較流動阻力 故為屏過的熱偏差應(yīng)特別注意改善外圈管子的工作 條件采用以下方法熱偏差 a)最外兩圈截短

18、或外圈管短路圖7-17（a)(b)(d) 目的:流動阻力管內(nèi)通過蒸汽量 b)管屏內(nèi)外圈管子交叉或內(nèi)外管屏交叉圖7-17（c)(d） 目的:使管屏的并列管吸熱與流量分配趨于均勻，從而 熱偏差,c)采用雙U型管屏取代W型管屏 目的：通過中間混合管屏熱偏差 d)聯(lián)箱直徑附加靜壓 e）運行中煙氣側(cè)盡量使熱負(fù)荷均勻，具體做法： 、燃燒器負(fù)荷均勻，切換合理，確保燃燒穩(wěn)定，火焰中 心位置正常，防火焰偏斜爐膛火焰的充滿度 、健全吹灰制度防受熱面局部積灰、結(jié)渣,第四節(jié)、汽溫調(diào)節(jié) 一、汽溫要求 汽溫過、再熱器管壁及汽機(jī)汽缸、轉(zhuǎn)子、汽門等金屬 超溫 金屬熱強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性 汽溫t熱損失 t再t 汽機(jī)末級葉片蒸汽濕度

19、汽溫波動部件疲勞損傷甚至使汽機(jī)發(fā)生劇烈的振動 故一般要求當(dāng)負(fù)荷在70%-100%額定負(fù)荷范 圍時其蒸汽溫度與額定汽溫的偏差值范圍應(yīng) 為-10+5,二、汽溫特性蒸汽溫度與鍋爐負(fù)荷的關(guān)系，即tq=f(D) 1) 輻射過熱器：當(dāng)負(fù)荷D時蒸汽流量按比例 爐內(nèi)火焰平均變化不大 輻不多 故Q輻蒸汽流量因此每kg蒸汽獲得的熱量 即蒸汽焓增故負(fù)荷t過出口圖7-18曲線1 2）對流過熱器：負(fù)荷D燃料消耗B煙氣量 w煙對 爐出口t 故Q對流蒸汽流量蒸汽焓增t出口 間圖7-18曲線2 注：對流過熱器進(jìn)口煙即離爐膛遠(yuǎn)汽溫隨D而 幅度越大，圖7-18曲線3,3）大鍋爐過熱器由對流、輻射、半輻射三種型式組合 故汽溫特性較

20、平穩(wěn)。但總體呈對流特性， 4)再熱器汽溫變化原則上與自然循環(huán)爐中過熱器的汽溫特 性相一致 5）運行中，影響汽溫變化因素： 煙氣側(cè)：燃料量變化、M、A變化、變化、變化、燃 燒方式、受熱面污染 蒸汽側(cè)：D變化、減溫水量或水溫變化、給水溫度變化等 三、汽溫調(diào)節(jié)裝置 1、汽溫調(diào)節(jié)：指一定負(fù)荷范圍內(nèi)（過熱蒸汽為50-100%， 再熱蒸汽為60-100%額定負(fù)荷），保持額定 的蒸汽溫度具有調(diào)節(jié)靈敏、慣性對影 響的特點,2、調(diào)節(jié)方法： 蒸汽側(cè)：指通過改變蒸汽的焓值來調(diào)節(jié)汽溫噴水減溫 煙氣側(cè)：指通過改變流經(jīng)受熱面的煙氣量或通過改變爐內(nèi)輻 射受熱面和對流受熱面的吸熱量份額來調(diào)節(jié)汽溫 有煙氣再循環(huán)、煙氣擋板、調(diào)節(jié)燃燒火焰中心位置等 （一）混合式減溫器 1、結(jié)構(gòu)、原理 定義：減溫水通過霧化后直接噴入蒸汽的減溫器稱混合式 也稱噴水減溫 原理：水在加熱、汽化和過熱過程中吸收了蒸汽的熱量 從而達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的，故其作用是降溫。 結(jié)構(gòu)：圖7-19由霧化噴嘴3、連接管、保護(hù)管2及外殼1 組成 特點：結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)幅度、慣性調(diào)節(jié)靈敏利于自 動調(diào)節(jié)，因此大機(jī)組廣泛應(yīng)用 水質(zhì)：因減溫水直接與蒸汽接觸