第七章 過熱器和再熱器

電廠鍋爐原理及設(shè)備2/1/2023第七章過熱器和再熱器第一節(jié) 過熱器和再熱器的作用及其特點第二節(jié)

過熱器和再熱器的結(jié)構(gòu)型式及其氣溫特性第三節(jié) 熱偏差第四節(jié) 蒸汽溫度的調(diào)節(jié)第五節(jié)

對流受熱面的高溫積灰和高溫腐蝕2/1/2023第一節(jié) 過熱器和再熱器的作用及其特點一、作用1.過熱器 飽和蒸汽 一定溫度（540~550℃）的過熱蒸汽2.再熱器

汽輪機高壓缸排氣加熱到tzr

（與tgr相等或相近） 中壓缸、低壓缸中膨脹做功2/1/2023第一節(jié) 過熱器和再熱器的作用及其特點二、蒸汽參數(shù)的選擇1.金屬材料性能：540~550℃2.運行中保持氣溫穩(wěn)定：氣溫波動不超過+5~－10℃3.可靠調(diào)溫手段：維持額定氣溫4.減少并聯(lián)管間熱偏差2/1/2023第一節(jié) 過熱器和再熱器的作用及其特點三、布置1.原則 確保受熱面管子外壁溫度<鋼材抗腐蝕和氧化溫度，保證其高溫持久強度2.方法分類（1）低壓鍋爐：對流過熱器前布置對流蒸發(fā)管束（2）中壓鍋爐：直接布置在凝渣管束后（3）高壓鍋爐：輻射、半輻射式過熱器（4）超高、亞臨界、超臨界壓力鍋爐：更多輻射、半輻射式過（再）熱器2/1/2023第二節(jié) 過熱器和再熱器的結(jié)構(gòu)型式

及其氣溫特性一、對流式過（再）熱器1.布置位置：水平煙道或垂直豎井2.傳熱方式：吸收煙氣對流放熱量3.結(jié)構(gòu)：蛇形管+進、出口聯(lián)箱4.分類（1）管子排列方式（2）蒸汽和煙氣相對流動方向（3）受熱面布置方式2/1/2023低過出汽吊管2/1/2023（1）按管子排列方式分類順列：傳熱系數(shù)小錯列：管壁磨損嚴重2/1/2023（2）按蒸汽和煙氣的相對流動方向分類順流式傳熱溫差小，所需受熱面多，蒸汽出口煙溫低，壁溫低；工作安全，經(jīng)濟性差；用于高溫段（末級）逆流式傳熱溫差大，節(jié)省金屬耗量，壁溫高；安全性差；用于低溫段（進口）雙逆流式混流式2/1/2023（2）按蒸汽和煙氣的相對流動方向分類煙速：過大磨損 過小傳熱系數(shù)小工質(zhì)質(zhì)量流速：壓力降適當(dāng)蛇形管形式強化傳熱措施2/1/2023（3）按受熱面的布置方式分類垂直式：結(jié)構(gòu)簡單，吊掛方便，積灰少；凝結(jié)水不易排除水平式：易疏水，支吊復(fù)雜2/1/2023二、輻射和半輻射過熱器和再熱器的結(jié)構(gòu)形式1.布置位置：更高煙溫區(qū)2.傳熱方式：吸收爐膛輻射熱3.結(jié)構(gòu)類型（1）屏式（2）墻式2/1/2023屏式過熱器前屏位置：爐膛上部作用：降低爐膛出口煙溫，減少煙氣擾動和旋轉(zhuǎn)，改善過、再熱蒸汽汽溫特性缺點：熱偏差大，易超溫2/1/2023屏式過熱器后屏位置：爐膛出口處傳熱方式：輻射熱+煙氣對流熱2/1/2023三、壁式過（再）熱器1.布置位置：爐膛水冷壁上部，緊貼爐墻或水冷壁2.傳熱方式：輻射式受熱面3.結(jié)構(gòu)2/1/2023三、壁式過（再）熱器2/1/2023四、頂棚過熱器和包覆管過熱器結(jié)構(gòu)1.頂棚過熱器（1）位置：爐頂（2）作用：支撐爐頂耐火、保溫材料，保持鍋爐氣密性2/1/2023爐頂?shù)撞扛棵芊鈭D2/1/2023爐頂密封保溫施工2/1/2023爐頂密封保溫施工2/1/2023四、頂棚過熱器和包覆管過熱器結(jié)構(gòu)2.包覆管過熱器（1）位置：水平煙道和尾部豎井壁面上（2）作用：形成爐壁并成為敷管爐墻載體2/1/2023五、汽溫特性過（再）熱器出口汽溫隨鍋爐負荷變化的關(guān)系1.汽包鍋爐（1）過熱器（2）再熱器2.直流鍋爐3.蒸汽溫度與額定值偏差（1）過熱器：±5℃（2）再熱器：＋5℃和－10℃2/1/2023六、典型的過熱器與再熱器系統(tǒng)1.系統(tǒng)布置原則（1）滿足蒸汽參數(shù)要求（2）具有靈活調(diào)溫手段（3）運行中管壁不超溫（4）較高經(jīng)濟性2.分級（分段）（1）減少熱偏差：每級焓增≤250~420kJ/kg（2）蒸汽溫度選取：鋼材性能（3）汽溫調(diào)節(jié)反應(yīng)速度2/1/2023再熱汽采用調(diào)節(jié)尾部煙氣擋板調(diào)溫方式

的典型過熱器和再熱器系統(tǒng)2/1/2023再熱汽采用燃燒器擺角調(diào)溫方式

的典型過熱器和再熱器系統(tǒng)2/1/2023第三節(jié) 熱偏差一、熱偏差的概念1.概念

受熱面由許多并聯(lián)管子組成→每根管子的結(jié)構(gòu)、熱負荷和工質(zhì)流量大小不完全一致→工質(zhì)焓增不同2.熱偏差系數(shù)2/1/2023二、影響熱偏差的因素1.熱力不均系數(shù)（1）受熱面的污染

積灰、結(jié)渣不均勻（2）爐內(nèi)溫度場和速度場不均原因

a.燃燒器設(shè)計或鍋爐運行：風(fēng)速、煤粉濃度不均，火焰中心偏斜，殘余旋轉(zhuǎn) b.對流受熱面橫向節(jié)距不均，形成煙氣走廊 c.屏過輻射角系數(shù)隨管排數(shù)的變化規(guī)律后果

a.沿壁面寬度、高度熱負荷差別大 b.煙道中部熱負荷大，兩側(cè)小2/1/2023二、影響熱偏差的因素2.流量不均系數(shù)（1）連接方式（2）熱力不均對流量不均的影響2/1/2023三、減小熱偏差的措施1.結(jié)構(gòu)設(shè)計方面（1）分級布置，中間混合（2）沿?zé)煹缹挾确较蜃笥医徊媪鲃樱ㄟ^熱器適用）2/1/2023三、減小熱偏差的措施1.結(jié)構(gòu)設(shè)計方面（3）采用多管引入（出）連接方式（4）內(nèi)、外圈管交叉布置（5）減少屏前或管束前煙氣空間尺寸（6）均衡并列各管的長度和吸熱量，增大熱負荷較高管子的管徑（7）分隔屏過熱器每片屏分組（8）過（再）熱器采用不同管徑、壁厚及材料（9）消除爐膛出口煙氣余旋2/1/2023三、減小熱偏差的措施2.運行方面（1）設(shè)備投產(chǎn)或大修后，做好爐內(nèi)冷態(tài)空氣動力場和熱態(tài)燃燒調(diào)整試驗（2）正常運行時，根據(jù)負荷合理投運燃燒器，調(diào)整好爐內(nèi)燃燒（3）及時吹灰2/1/2023四、過熱器的熱偏差計算1.假設(shè)條件2.計算熱偏差公式（1）熱力不均導(dǎo)致流量不均（2）熱力不均導(dǎo)致蒸汽出口溫度不均（3）熱力不均導(dǎo)致過熱器出口處管外壁溫度不均3.過熱器熱偏差特性

并聯(lián)管組產(chǎn)生吸熱不均→Gp↓（吸熱量大）→Δt2↑，Δtw↑2/1/2023第四節(jié) 蒸汽溫度的調(diào)節(jié)一、影響汽溫變化的主要因素1.鍋爐負荷（1）對流特性：負荷升高（下降）→汽溫上升（下降）（2）輻射特性：變化趨勢與上相反2.α

α↑→煙氣量↑→煙氣流速↑→對流傳熱↑→過熱汽溫↑3.tgs tgs↑→所需燃料量↓→燃燒產(chǎn)物容積↓，θl”↓→過熱汽溫↓2/1/2023一、影響汽溫變化的主要因素4.受熱面污染情況（1）爐膛受熱面結(jié)焦、積灰→爐內(nèi)傳熱量↓→過熱器區(qū)域煙溫↑→過熱汽溫↑（2）過熱器自身結(jié)焦、積灰→汽溫↓5.飽和蒸汽用量 用汽量（作吹灰等用途）↑→過熱汽溫↑6.燃燒器運行方式 噴嘴向上傾斜↑→火焰中心提高→過熱汽溫↑7.燃料種類和成分（1）Qar,net,p↑→輻射份額↑，對流份額↓；燃料消耗量↓→過熱汽溫↓（2）煤粉變粗、M↑、A↑→過熱汽溫↑2/1/2023二、蒸汽溫度調(diào)節(jié)的基本要求1.蒸汽溫度的允許偏差（表7-3）2.對蒸汽溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的基本要求（1）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，運行可靠（2）調(diào)節(jié)靈敏，反應(yīng)快，過程連續(xù)，汽溫偏差小，易實現(xiàn)自動化（3）不影響鍋爐或熱力系統(tǒng)效率（4）調(diào)節(jié)幅度能滿足鍋爐運行要求2/1/2023三、蒸汽溫度的調(diào)節(jié)方法1.蒸汽側(cè)調(diào)溫方法（1）面式減溫器

a.結(jié)構(gòu)：管殼式（U形、套管、螺旋管等） b.冷源：鍋爐給水（占給水總量30~60%） c.特點：冷卻水和蒸汽不直接接觸，對其品質(zhì)無特殊要求；調(diào)節(jié)慣性大2/1/20231.蒸汽側(cè)調(diào)溫方法（2）噴水減溫器

a.原理：將減溫水直接噴入過熱蒸汽中，使其霧化、吸熱蒸發(fā) b.冷源：給水 c.優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)靈敏，調(diào)溫幅度大，壓損小 d.缺點：減溫水品質(zhì)要求高2/1/20232/1/20232/1/20231.蒸汽側(cè)調(diào)溫方法（3）汽-汽熱交換器

a.原理：過熱蒸汽（來自輻射過熱器）加熱再熱蒸汽（來自對流低溫再熱器），利用二者相反氣溫特性調(diào)節(jié)

b.結(jié)構(gòu)：管式 筒式

c.系統(tǒng)連接2/1/2023套管換熱器2/1/2023U型管式換熱器2/1/2023螺旋板式換熱器2/1/2023噴淋式換熱器2/1/2023列管式換熱器2/1/20232.煙氣側(cè)調(diào)溫方法（1）煙氣擋板2/1/20232.煙氣側(cè)調(diào)溫方法（2）擺動燃燒器

a.原理：改變?nèi)紵鲀A角 b.設(shè)計中注意事項 c.優(yōu)點：調(diào)節(jié)簡便，靈敏度高 d.缺點：傾角變化大易引起η下降或爐膛出口、冷灰斗結(jié)渣2/1/20232.煙氣側(cè)調(diào)溫方法（3）煙氣再循環(huán)

a.原理：將省煤器后煙氣（250~350℃）由再循環(huán)風(fēng)機抽出再送回爐膛

b.再循環(huán)煙氣進入爐膛位置 上部 下部

c.優(yōu)點：調(diào)節(jié)幅度大，靈敏度高；均勻爐膛熱負荷，降低水冷壁溫度；再熱器受熱面積減少，節(jié)約材料 d.缺點：再循環(huán)風(fēng)機增加電耗，磨損嚴重，可靠性差；q2增加2/1/2023第五節(jié) 對流受熱面的高溫積灰

和高溫腐蝕一、高溫積灰——高溫?zé)煔猸h(huán)境中飛灰沉積在管束外表面1.危害（1）傳熱熱阻增加（2）煙氣流動阻力增大（3）受熱面金屬腐蝕2/1/2023一、高溫積灰2.組成（1）內(nèi)層灰：緊密（燒結(jié)強度），與管子黏結(jié)牢固（2）外層灰：松散，易清除3.形成過程（1）氣態(tài)低熔灰（700~800℃）凝固在低溫受熱面上，形成黏性灰層（2）灰層形成后，受熱面表面溫度隨灰層厚度增加而增加（3）中熔（900~1100℃）、高熔（1600~2800℃）灰粒黏附在黏性灰層中（4）高溫?zé)煔庵写嬖谘趸驓怏w，松散灰層燒結(jié)成堅實灰層2/1/2023一、高溫積灰4.減少積灰的方法（灰中含Ca較多的燃料）（1）加大管子橫向節(jié)距（2）減小管束深度（3）采用立式管束（4）裝設(shè)高效吹灰器，保證對每根管子進行有效吹灰2/1/2023第五節(jié) 對流受熱面的高溫積灰

和高溫腐蝕二、高溫腐蝕——煙氣和飛灰中有害成分與管子金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使管壁變薄、強度降低1.燃煤鍋爐高溫腐蝕（1）發(fā)生區(qū)域：金屬壁溫＞540℃的迎煙氣面；壁溫在650~700℃間腐蝕速率最高（2）腐蝕物質(zhì)

a.復(fù)合硫酸鹽：液態(tài)腐蝕劑，強烈腐蝕性；540~620℃開始發(fā)生，650~700℃腐蝕速度最大；具有高溫向低溫移聚能力 b.正硫酸鹽：液態(tài)，腐蝕性較輕 c.焦性硫酸鹽：易生成復(fù)合硫酸鹽（3）防腐措施：控制管壁溫度2/1/2023二、高溫腐蝕2.燃油鍋爐的高溫腐蝕（1）腐蝕物質(zhì)：油中V、Na、S生成的釩氧化物及鈉釩化合物（2）腐蝕條件：管壁溫度＞600~620℃，形成液態(tài)灰層（3）釩腐蝕：與煙氣中氧化硫反應(yīng)形成更嚴重腐蝕，600℃發(fā)生，700~750℃最嚴重（4）防腐措施：燃油中加入堿性劑；低氧燃燒2/1/2023三、減少或防止高溫積灰與腐蝕的措施1.主蒸汽溫度不宜過高2.控制爐膛出口煙溫（1）降低火焰溫度，可減少Na、K氣態(tài)物質(zhì)生成量，防止氣態(tài)硅化物生成（2）受熱面壁溫低，可減少氣態(tài)礦物質(zhì)沉積量，降低積灰燒結(jié)