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1、第一篇 电站锅炉根底学问第一章 常规电站锅炉设备1 锅炉设备开展概况1900年以前世界各国制造的锅炉的容量都很小，汽压很低，一般容量小于3吨/时，压力在15大气压，温度在300以下。1900年以后电站锅炉主要是开展链条炉排的分联箱直水管锅炉，当时由于燃烧方式和设计上的缘由以及冶金水平的限制，使锅炉容量受到限制。一般在30吨/时，压力在40大气压，温度在420以下。1925年以后煤粉炉得到很大的开展。锅炉参数和容量有了很大的提高，1950年容量到达400吨/时。蒸汽参数到达64125大气压。过热蒸汽温度达500525五十年头到六十年头是电站锅炉飞速开展的黄金时代。锅炉容量和蒸汽参数提高很快。前苏
2、联, 前西德, 美国在试验性超临界压力锅炉上选用的压力高达300330大气压。蒸汽温度达650。以后，为了削减运用昂贵的奥氏体钢及提高机组的牢靠性。亚临界级的蒸汽参数在汽轮机入口处压力稳定在160170大气压。超临界级蒸汽参数在汽轮机入口处压力稳定在246大气压。汽轮机入口汽温从600降低到538566。锅炉容量由五十年头的400吨/时(125MW)开展到六十年头末普遍提高到2000吨/时(60OMW)。在此期间，直流锅炉的比重增加，并且出现了多种型式的直流炉，在本生式直流炉的根底上开展成UP型直流炉。在苏尔寿直流炉的根底上开展成复合循环直流炉。在拉姆辛直流炉的根底上开展成螺旋管圈直流炉。为了
3、提高电站的热效率。早在二十年头中曾出现过的中间再热机组，到五十年头已普遍采纳一次再热机组，甚至采纳二次再热机组，但因二次再热机组的管道布置和启动系统均很困难，到六十年头后期已根本不采纳。七十年头电站锅炉开展最主要是受动力燃料的变更和火电厂负荷性质的变更影响。自从1973年以来发生了两次石油危机。油价暴涨，不少国家实行了削减石油消耗和进口的措施，停建新的燃油机组，因而燃煤机组重新得到开展。由于大型燃煤锅炉可用率不高。大容量的锅炉的开展趋于停顿，蒸汽参数趋于稳定，亚临界压力汽包炉重新获得优势。由于核电站比重增加。核电站和大容量火电机组带根本负荷，一局部300400MW机组必需带中间负荷。在此期间的
4、中间负荷机组的设计运行方面得到了很大进展。主要承压部件的寿命管理的探讨也得到重视和开展。由于中间负荷机组要求锅炉能承受频繁启停，快速启停，低负荷的效率降低不多等特性。现在，对负荷的适应性能如何已成为评价机组的主要因素。七十年头以来，环境爱护的要求越来越高。旋风炉采纳高温燃烧方式，会产生大量NOx污染大气，已根本淘汰。八十年头以来，锅炉的容量和参数及构造变更较小，燃煤炉数量已占新建火电厂的确定优势。即使是以燃油为主的日本近年来也主动探讨大型燃煤炉的设计技术，建立大型燃煤电站，将燃油炉改造为燃煤炉的工作在不少国家取得了确定经验。第二节 锅炉的主要类型2.1 参数和容量锅炉的容量或额定蒸发量是指锅炉
5、的最大连续蒸发量，常以每小时产生多少吨额定参数的蒸汽来表示；锅炉的参数主要是指锅炉过热器出口的蒸汽压力和温度。通常在设计时规定的这种蒸汽压力和温度称为额定蒸汽压力和额定蒸汽温度，对于中间再热锅炉，蒸汽参数还包括再热蒸汽压力和温度。依据容量的大小，锅炉通常有大型，中型和小型之分，但它们之间没有严格的分界，而且随着锅炉容量日益加大。原来被称为大型和中型的锅炉。现在那么被称为中型和小型锅炉了。依据压力的上下。锅炉分为低压, 中压, 高压, 超高压, 亚临界和超临界等类型。2.2 电站常用燃料电站常用燃料是指用来在锅炉内燃烧以取得热量供锅炉产生蒸汽的物质。电站常用燃料分为固体燃料煤；液体燃料油和气体燃
6、料天燃气。上述燃料都是有机燃料。我国历来以燃煤为主，只是在六十年头在大庆油田产油后，加以对石油经营量和生产实力缺乏科学论断，盲目的开展了一批燃油炉，依据我国当前及今后一个长期内的根本方针，动力工业不应以油作为燃料。电站锅炉是耗用大量煤的动力设备，煤的性质对锅炉的平安经济运行关系很大，不同种类的煤要采纳不同的燃烧方式和燃烧装置。2.3 燃烧和排渣方式依据燃烧和排渣的方式，锅炉可以分为不同类型，下面介绍几种常规电站常用类型。1, 煤粉炉燃料全部或主要在炉膛空间内悬浮燃烧，是电站运用的主要炉型。煤粉炉又分为固态排渣炉和液态排渣炉，液态排渣炉是在炉膛下部的四周水冷壁上敷耐火材料提高了炉膛下部的温度，使
7、落到炉底的灰渣呈液态，炉底水冷壁为水平或稍倾斜布置。正常运行时炉底积有一层液态渣，液态渣通过渣孔流出。2, 旋风炉旋风炉是采纳旋风燃烧方式的燃煤粉的电站用蒸汽锅炉，它可分为卧式和外置立式两种，燃料和空气进入筒内产生高速旋转运动，其燃烧方式兼有悬浮式和层燃式燃烧的优点，由于在筒内壁敷有耐高温, 耐冲刷的耐火涂料，筒内燃烧又特别猛烈，故旋风筒内温度很高，筒的最低处设有渣孔，供流渣之用，我国的旋风炉数量很少，目前电站运用的旋风炉有一些那么兼生产磷肥或水泥，称为动力工艺复合旋风炉。3, 火炬层燃炉火炬层燃炉又称撒播式锅炉，这种锅炉用空气吹送或机械播撒把煤抛入炉膛空间，然后未烧完的大煤粒又落在炉蓖上燃烧
8、，事实上，煤的燃烧方式是：有些微小的煤屑完全在空间内燃烧；较大的颗粒可能在空间内着火然后落到炉蓖上；更大的煤粒那么落在炉蓖上后才着火燃烧。4, 沸腾燃烧锅炉沸腾炉可分为常压沸腾炉和增压沸腾炉两种，它是采纳层燃炉燃烧方式，但由于空气通过炉蓖时的速度较高，煤粒和煤块在炉蓖以及以上一段距离内处于像液体沸腾般的猛烈运动，并进展燃烧，这种炉型可以燃用劣质煤和低挥发分无烟煤。2.4 工质在锅炉内流淌方式通常按工质在蒸发受热面内的流淌方式可将锅炉分为以下几种类型:1, 自然循环锅炉蒸发受热面为自然循环的锅炉称为自然循环锅炉。位于锅炉上的汽包可通过下降管不断地向水冷壁进口联箱供水，水冷壁内水吸热后产生局部蒸汽
9、，在管内形成汽水混合物，由于水冷壁内水受热后形成汽水混合物，及下降管的水重度不同，重度差使下降管和水冷壁内工质产生循环流淌的推力。汽水混合物上升进入汽包，使工质不停地形成自然循环。这种自然循环锅炉水冷壁出口汽水混合物的含汽率按重量大致在525%范围内低参数, 小容量的锅炉较小；高参数, 大容量的锅炉大些。由上述探讨可知，确定量的水，必需在汽包, 下降管和水冷壁等所组成的回路内循环很屡次才能全部蒸发，这种自然循环汽包炉是到目前为止应用最为普遍的炉型，一些国家的亚临界压力锅炉大都采纳这种炉型。2, 强制循环汽包锅炉在自然循环锅炉中工质的循环流淌是靠下降管及上升管内工质的重度差所产生的循环推力来实现
10、的，因此，在自然循环锅炉中必需尽量削减流淌阻力，在设计布置上要使水冷壁受热匀称，防止角落处水循环不良，同时水冷壁形态必需简洁，尤其是水冷壁管要尽量垂直布置，这样才可以保证对水令壁管的足够冷却。从饱和水和饱和蒸汽性质表可以看出，随着锅炉压力的提高，水, 汽之间的重度差愈来愈小。强制循环汽包锅炉就是在下降管及水冷壁进口联箱之间串接专用的循环泵，这样就可以人为地限制锅炉中水和汽水混合物的流淌，从而能牢靠地保证水循环的平安性。这种在水循环回路中装有炉水循环泵的锅炉及自然循环锅炉蒸发受热面的汽水系统相像，其差异只是多了一台循环水泵。但是它给锅炉的构造和运行带来很大变更，水冷壁管的布置方式不再局限于垂直上
11、升的唯一方式。布置上可以比拟自由，在这种锅炉中，水冷壁出口工质的含汽率可达2030%，循环倍率K在5之间，故又称之为低循环倍率强制循环锅炉。这种锅炉在英, 法等国应用很普遍，我国大港电厂引进的二台32万千瓦机组的1050吨/时锅炉和元宝山电厂苏尔寿947吨/时锅炉即属此种型式。3, 直流锅炉直流锅炉及汽包锅炉相比是它不用汽包。其特点是给水进入锅炉后，在锅炉内部不进展循环，而是在依次流过省煤器, 蒸发受热面和过热器等受热的过程中，逐步完成水的加热, 蒸发和蒸汽过热等阶段。由于工质的运动是依靠给出水泵的压头来推动的，所以直流锅炉一切受热面中工质都为强制流淌，直流锅炉的水冷壁管可以是直立, 螺旋上升
12、，甚至是上下曲折的。无论是自然循环或强制循环汽包锅炉都只能用于临界压力以下，而直流锅炉内的工质压力既可低于临界，又可超临界。直流锅炉由于不用汽包，又不采纳或少用下降管，可节约钢材2030%。制造工时约可削减20%，运输安装也比拟便利，但它给水品质的要求特别严格，启动系统困难，须要配备高度自动化的限制设备，4, 复合循环直流锅炉复合循环直流锅炉是美国燃烧工程公司60年头在瑞士苏尔寿直流锅炉的根底上开展起来的。这种炉型不仅主要用于超临界压力锅炉，还用于亚临界压力锅炉。复合循环直流锅炉属于直流锅炉的一种新的型式，它的特点是在直流锅炉的省煤器出口及蒸发区入口之间加装一台再循环泵，在亚临界压力下运用的复
13、合循环直流锅炉的水冷壁出口须装汽水别离器，使别离出来的水进展再循环；在超临界压力下运用肘，不须要装汽水别离器就能实现局部工质的再循环。有的复合循环直流锅炉在全负荷范围内部以再循环方式运行。超临界压力复合循环直流锅炉在美, 日等国得到广泛的应用。这是因为它及其他类型锅炉相比有着很多优点: 1由于水冷壁系统流淌阻力比一般直流炉小约0.981.96MPa，水冷壁流速可选用较低的数值； 2水冷壁工作条件可得到显著的改善，再循环使水冷壁进口工质焓值上升从而导致在整个水冷壁范围内，工质的温升及水冷壁管子温度的变更降低，这样，水冷壁管的温度应力就能维持在一个最低值上，相应地提高了平安性，在恶劣的工况下，例如
14、启动, 低负荷等，损坏的可能性就会降低； 3启动流量低，启动系统的容量可按再循环泵的工作起始点考虑，相应地可削减投资和启动热损失； 4锅炉的低负荷极限可降至10%左右； 5由于重量流速可由在循环泵来保证。可防止采纳过小直径的水冷壁； 6可在锅炉出力很低时启动汽机，可以不须要爱护再热器的旁路系统； 7由于锅炉启动时用炉水再循环来保证水冷壁内足够的重量流速，锅炉给水量只有最大蒸发量的510%，因而启动热损失很小，仅为一般直流锅炉的1525%。3 锅炉汽包和水冷壁3.1 概述由汽包, 下降营, 水冷壁, 联箱及其连接收路组成蒸发系统，此系统的作用是汲取炉膛内的热量使水变成有确定压力的饱和蒸汽。图3-
15、1蒸发设备的组成图。此图系HG-220/100-1型锅炉蒸发系统。从图中可以看出：给水先进入汽包1，经下降管2下联箱3进入水冷壁4。水在水冷壁内汲取炉内高温辐射热，局部汽化成饱和蒸汽。由于水冷壁中汽水混合物上升。经上联箱6和引出管7进入汽包；及此同时，汽包中的水那么不断经下降管流入水冷壁。这个系统称为自然循环的汽水回路。3.2 汽包汽包是由圆柱筒和两端封头焊接而成的。是给水, 蒸发系统和整齐系统的枢纽。自然循环和屡次强制循环锅炉都要求装置汽包。汽包的尺寸及材料随锅炉容量, 参数及内部装置型式和数量的不同而异。表3-1举出几种锅炉的汽包尺寸和材料。一般来说，容量较小, 压力较低, 内部装置型式简
16、洁时，可采纳较小的内径和壁厚。来自省煤器出口的给水进入汽包。并通过下降管将水送入水冷壁下联箱。水冷壁受热后产生的汽水混合物也回到汽包；汽包还装有各种型式的汽水别离装置；回到汽包内的汽水混合物经过汽水别离装置把蒸汽别离出来，经过清洗净化，将饱和蒸汽送入过热器如图3-2)目前国产和引进的各种参数的汽包锅炉，大都采纳将省煤器来的给水引入汽包后，分成各为50%水量的两路。一路作为清洗用水，一路干脆引入汽包水空间。高压以上参数的锅炉省煤器出口水温一般都设计成低于饱和温度，也就是说有欠热。例如HG670/140型锅炉，其省煤器出口水温设计为266，而汽包工作压力下的饱和温度为350，欠热达84；前苏联制造
17、的E670/140型锅炉，省煤器出口水温欠热为54；日立85Ot/h亚临界自然循环锅炉，省煤器出口水温欠热72。有确定的欠热是允许的，但欠热太大也不好。在一般采纳的汽包内给水安排方式下，会引起过大的蒸汽凝聚量和旋风别离器过负荷。在通常省煤器出口水进入汽包后的给水安排方式下。汽包内汽空间的汽包壁温及汽包工作压力下的饱和温度相适应，水空间汽包壁温那么并不是全部壁面都及汽包工作压力下的饱和温度相适应。这种给水方式使得水空间的汽包壁温及饱和温度存在不同差值。离给水部位越远的汽包壁部位，其温度越接近饱和温度。反之，偏离饱和温度值越大，由于这种不匀称的汽包壁温度场，产生热应力。特殊是高压超高压以下的厚壁汽
18、包假如存在着汽包沿周向和轴向的壁面温差，那么将增大汽包的寿命消耗，特殊是厚壁汽包，又是承当中间负荷的调峰锅炉。因为频繁启停和变动负荷，汽包壁大的温差值将大大增加汽包的热疲惫，加剧汽包的寿命消耗，这是因为在启停和变动负荷过程中要产生大的综合交变应力。这种应力越大，变更幅度越大，变更频率越快，那么汽包寿命消耗越多。表3-1 局部锅炉汽包尺寸和材料锅炉型式汽包内径mm壁厚mm长度mm材料HG-75/39HG-220/100HG-410/100SG-400/140DG-570/140日立850吨/时苏EH670/140意大利1050吨/时15081600180016001800167618001524
19、46909775901511159682001270016000118862000019200225301653022g22g22g15MnMoVNi18MnMoNb相当于SB-56M16MnNiMoAM603.3 降水管自然循环和屡次强制循环锅炉都在汽包上装有降水管，降水管的作用是把汽包内的水连绵不断地送往下联箱。然后再分送入各水冷壁管，以维持蒸发系统的正常水循环，降水管的构造, 截面大小和降水状况，都干脆影响到锅炉正常水循环的牢靠性。降水管分为分散降水管和集中降水管两种，过去中小容量锅炉都采纳小直径分散降水管。其直径一般为108159毫米，阻力较大，对水循环不利。现代大型锅炉，为了削减阻力
20、，简化布置，大都采纳大直径降水管，称为集中降水管，其直径一般为325426毫米；也有的锅炉集中降水管的直径很大，如日立850吨/时亚临界自然循环汽包炉，降水管只有4根，2根从汽包底部引出，2根从汽包两端封头引出，其外径为635mm。3.4 水冷壁悬浮燃烧的锅炉，在燃烧室内都布满水冷壁。过去中小型自然循环锅炉的水冷壁都是单根垂直向上布置的，并用上下联箱分成假设干独立的循环回路。这些管子除去汲取燃烧室内的辐射热，完成工质的加热蒸发过程，组成蒸发系统的一个主要部件外，还起到爱护炉墙的作用，现代大型锅炉那么采纳膜式水冷壁，此外依据燃烧方式和燃烧煤种的要求，采纳带有销钉的水冷壁。因此，水冷壁就其型式可分
21、为光管式, 销钉式和鳍片式水冷壁三种。1, 光管式水冷壁光管式水冷壁由单根无缝钢管制成，布于燃烧室四周。2, 销钉式水冷壁在光管水冷壁的向火侧管壁上焊上用短园钢棍作成的销钉，这种水冷壁称为销钉式水冷壁。其构造如图3-4所示。采纳销钉式水冷壁的目的是用于液态排渣炉和旋风炉的熔渣室，以及当常规煤粉炉燃用难于点火或稳燃的煤种时，在燃烧器区域加装卫燃带之用。在销钉上敷设耐火涂料，以提高熔渣室或燃烧器区域的温度。以保证流渣顺当或煤粉着火和稳定燃烧，销钉还起到冷却耐火塑料，保持耐火塑料的热稳定性，延长耐火塑料运用寿命的作用。当采纳液态排渣炉或旋风炉时，还起到爱护水冷壁免受高温腐蚀的作用。3, 鳍片管式水冷
22、壁现代大型锅炉已广泛采纳带鳍片的水冷壁管，组成膜式水冷壁。鳍片水冷壁曾分为两种，一种为轧制鳍片管，一种为扁钢焊接的鳍片管如图3-5所示膜式水冷壁有下述一些优点:1水冷壁能保持良好的气密性漏风量少，安装便利。2膜式水冷壁可以采纳敷管式炉墙，炉墙的重量可以就轻一半以上，从而可大大削减钢架的金属耗量及制造工时，锅炉根底的材料消耗及用工也随之降低。3由于采纳敷管式炉墙，炉墙蓄热量小，可缩短停炉冷却和启动时间4水冷壁呈刚性连接能防止管子从管屏中凸出。5当炉膛爆炸时，膜式水冷壁可以承受冲击压力所引起的弯曲。6便于冲洗炉膛内的结渣和积灰。7膜式水冷壁具有不易结渣的优点。其缺点是:1采纳轧制的鳍片营的缺点是制
23、造工艺困难，精度要求高，因而本钱高。2采纳扁钢焊接的鳍片管焊缝数量增多。4, 凝渣管凝渣管又称防渣管或费斯登管，是布置在燃烧室出口烟窗处的对流管簇，这个管簇的横向和纵向管子节距都很大，其横向节距S1/d约为3.5。纵向节距S2/d3.5，因此管簇本身不简洁结渣，即使由于燃烧不正常，在凝渣管簇上结一些渣，也不会影响烟气的流通，烟气流过凝渣管簇时，温度一般要降低3050，烟气中携带的飞灰会凝固，不会使其后的对流受热面结渣。图3-6为国产120t/h中压煤粉炉凝渣管簇构造示意图。a为中参数锅炉，b为高参数锅炉。在高参数全悬吊的现代大型锅炉中，一般不再采纳凝渣管簇，而用装在炉膛出口的屏式过热器代替，后
24、水冷壁先接到一个中间联箱，再由中间联箱用数量很少大管径吊挂管把汽水混合物引出进入汽包，这些大管径吊挂管还起到承受全水冷壁和炉墙的作用。此外，后水冷壁上部常做成一个折焰角，然后及后水冷壁中间联箱相连。(图3-7)为全悬吊构造锅炉的凝渣管构造4 过热器, 再热器和减温器4.1 过热器和再热器的作用及工作特点过热器的作用是将饱和蒸汽加热成具有确定温度的过热蒸汽，再送往汽轮机作功，随着机组容量增大，蒸汽压力提高，相应地提高过热蒸汽温度，不但对提高电厂的热效率是特别必要的，对削减汽轮机最终几级的蒸汽湿度，保证汽轮机平安运行也特别重要，由于过热器内流淌的蒸汽温度很高，其传热性能较差，过热器外是高温烟气，过
25、热器的管壁温度高于过热蒸汽温度。计算和测试说明，各段过热器由于过热蒸汽温度不同，烟气温度不同及受热条件不同，过热器管壁温度及过热蒸汽温度之差值不同，一般过热器管壁温度较过热蒸汽温度高2090。因此，在过热器设计和选择材料时，不仅要看各段过热器的过热蒸汽温度，还要看这段过热器管壁温度及过热蒸汽温度的差值。过热器的布置在烟温较低的区域，可以降低管壁温度。对过热器平安运行有利，但因传热温压减小，所需受热面积相应增大。过热器布置在烟温较高的区域，因传热温压增大，所需受热面积减小。但过热器管壁温度增高，对过热器平安运行不利。过热器设计的原那么是使各段过热器的管壁温度接近。但不超过其选用管材的最高温度极限
26、，从而既可以保证过热器平安运行又尽量节约价格昂贵的高温金属材料。此外，由于各段过热器管子金属在接近最高温度极限下工作，1020的超温就会使金属的许用应力降低很多。因此，过热器设计的又一个原那么是使过热器管之间的热偏差限制在一个很小的范围内。表4-1列出了常用钢材的最高工作温度极限，可作为过热器材料选用的参考。表4-1 常用钢材的最高工作温度极限钢材种类受热面允许壁温联箱导管允2015CrMo12CrMoV12CrMoV12MoVWBSiRe(无铬8号)12Cr3MoVSiTiB(11)X20CrMoWV121F11X20CrMoV121F12480550560580-580-600620-65
27、0-650480510540540-600620-600-600过热器应能维持稳定的过热蒸汽温度，汽温超过额定值会影响过热器平安运行汽温降低又将影响热效率。故一般规定过热蒸汽温度的波动不超过+5或-10。过热器对蒸汽流淌的阻力应尽可能地小，大型锅炉蒸汽在过热器中的压降应不超过工作压力的10%。再热器的作用是将汽轮机高压缸排出的蒸汽再加热成具有确定温度的再热蒸汽，再送往汽轮机中, 低压缸接着做功，这是由于超高压机组过热蒸汽温度的提高受到过热器钢材高温强度性能的限制。采纳再热器可以使蒸汽膨胀终了的温度限制在允许范围内，并提高机组的热效率，我国生产的超高压125MW, 20OMW和亚临界压力300M
28、W机组均采纳了一次中间再热器。流经再热器的额定蒸汽量很大，约为高压蒸汽量的80%左右。但再热蒸汽压力较低，大致为过热蒸汽压力的2035%，再热后的再热蒸汽温度等于或接近于过热蒸汽温度。此外，蒸汽在再热器的压降将削减蒸汽在汽轮机中，低压缸内做功的实力，降低热效率。因而要求由汽轮机高压缸排汽口到进入中压缸的降压一般应不超过再热蒸汽压力的10%，这样就限制了蒸汽在再热器中的流速。由于再热器的上述特点，再热器的工作条件远较过热器差，为了保证再热器的平安，除依据各段再热器管壁温按表4-1选用合理的材料外，再热器一般布置在烟温较低的区域并严格限制限制再热器的热负荷。4.2 过热器的构造及布置依据传热方式可
29、将过热器分为对流过热器, 半辐射过热器, 辐射过热器，一台大型锅炉的过热器可以由以上三种传热方式不同的过热器组成，也可以由其中12种过热器组成。1, 对流过热器布置在对流烟道内主要汲取对流放热的过热器，称为对流过热器，它是大型锅炉过热器的根本组成之一，对流过热器多由进口, 出口联箱和很多并列的蛇形管组成，按烟气及蒸汽的相对流向可将对流过热器分为顺流, 逆流，双逆流及混流四种如图4-1所示。目前锅炉的对流过热器均采纳混流布置，只是在大型钢炉上将对流过热器进展了分段和穿插，对流过热器的蛇形管可以水平放置或垂直放置，垂直放量的优点是不易积灰, 支吊便利，可以把蛇形管吊在炉顶墙外的钢架上。因而吊架比拟
30、牢靠不易损坏，其缺点是当停炉时假设管内有凝聚水，增加了停炉时间的腐蚀。此外检修水压试验后，解除积水困难一些。水平放置的优点是蛇形管疏水便利，但管支吊困难。当蛇形管不太长时，可采纳图4-2的支吊方式。当蛇形管太长时，中间要用吊管图4-3。一般以省煤器的出口管作悬吊管，而支架要用耐热的合金钢，对流过热器蒸汽流速的选取要考虑两个方面的因素：一是要使管壁温度不超过管材金属的允许温度；二是要使蒸汽流淌的压力损失不能太大。影响传热和压力损失的不只是蒸汽流速，蒸汽的密度也有关系。因此，常用密度及流速的乘积一质量流速作为一种设计指标。对流过热器额定负荷下的质量流速一般在50010Okg/(m2s)之间，对于热
31、负荷很高的管段或蒸汽温度很高的管段可以选用较大值。通常对流过热器烟气流速在614m/s内。对于飞灰磨削性强的煤种，烟气温度低的对流过热器。烟气流速应选择低一些，对于飞灰粘结性强。烟气温度高的对流过热器，烟气流速宜选择高一些。2, 半辐射过热器半辐射过热器都设计成挂屏式悬吊在燃烧室上部，所以通常称为屏式过热器。位于燃烧室出口局部的屏式过热器，既汲取烟气流过时的对流热，又汲取燃烧室中的辐射及管间烟气的辐射热。屏式过热器的构造如图4-4所示，它是由联箱和屏管组成。联箱布置在顶墙外，屏管吊在联箱上。屏管间的节距S2/d=1.11.25；为了防止结渣，相邻两屏之间有较大的距离，一般在5001500毫米的
32、范围内。为了固定屏间的距离，可以在相邻两屏中各抽一根管子弯至中间夹在一起。为了防止屏的扭曲变形或个别管子从屏中突出来：一种是用耐热钢卡将屏管固定，另一种在屏管间加装定位板及屏管焊接。由于屏式过热器处烟温很高，耐热钢卡损坏比拟严峻。定位板及屏管焊接那么往往由于屏管受热不同将焊接处拉裂。严峻的还造成屏管损坏，采纳自身管子将屏夹住的构造经实践证明效果比拟好。大型锅炉的屏式过热器有的分为两组，通常把靠近燃烧室中心的一组称为前屏过热器，把靠近燃烧室出口的一组称为后屏过热器，前屏过热器及后屏过热器传热状况不同。前屏过热据主要汲取燃烧室的辐射热，烟气冲刷不充分，对流传热较少。后屏过热器烟气冲刷不好，同时由于
33、有折焰角的遮挡，只有一局部管子汲取燃烧室的辐射热，因而属于半辐射式过热器。屛式过热器处的温度很高，热负荷大。因此，屏式过热器的管壁温度比蒸汽温度高很多。计算和测试说明，屏式过热器管壁温比蒸汽温度高6090，且各屏间的屏管温度相差很大。故屏式过热较对流过热器管子的工作条件要差得多(对流过热器管壁温度比蒸汽温度高2040，各蛇形管壁温度相差也小一些)。因此，在设计屏式过热器时，通常是将屏式过热器作为过热器的低温段。并降低屏式过热器的进口和出口蒸汽温度，并选取较大的蒸汽质量流速700120Okg/(m2s)，同时从构造设计上实行措施，使热负荷不均和蒸汽流量不均相互补偿来减小各屏管壁温度的偏差。3,
34、辐射过热器布置在烧燃窒区域，汲取燃烧室高温烟气辐射传热的过热器称为辐射过热锦，辐射过热器除布置在燃烧中心的屏式过热器外，主要是布置在燃烧室四周的壁式过热器和布置在燃烧室顶部的顶棚管过热器及布置在烟道墙上的墙式辐射过热器。顶棚管过热器的吸热量很小其主要作用是用来构成轻型平顶炉墙，它是由单排管组成，其管排之间的节距S/d1.25。在顶棚管上敷设有耐火材料和保温材料，顶棚管过热器的构造及布置如图4-6所示，顶棚过热器及燃烧室顶部炉墙是一个整体并吊挂在燃烧室顶部的钢架上，顶棚过热器由于进口和出口温度低，工作条件较其它过热器好得多，但是，由于燃烧室温度场不匀称，各顶棚管之间存在确定的温差，各管子的膨胀量
35、不同，加之顶棚管比拟长，分段吊挂在钢架上，因此，保证顶棚管能自由膨胀和补偿因膨胀不同而产生的相对位移对顶棚过热器的平安性是特别重要的，当顶棚管不能自由膨胀或不能补偿顶棚管之间的相对位移时，某些顶棚管会出现变形下塌，变形下塌的顶棚管也会因过热而爆破。高参数的锅炉，削减一局部水冷壁布置壁式辐射过热器对锅炉整体布置是有利的。但是，对自然循环锅炉，一般不采纳壁式辐射过热器，这是因为燃烧室内受热面的热负荷很高，蒸汽对管壁的冷却比汽水混合物对管壁的冷却效果差得多。假如将壁式辐射过热器布置在燃烧室上部炉墙，壁式辐射过热器不受火焰中心的猛烈辐射，对其平安有利。但是，因布置在局部整个高度的炉墙上，可以不影响水循
36、环的平安，但靠近火焰中心的管子壁温太高。此外，在锅炉启动过程中，没有蒸汽来冷却管子。为了保证平安，必需实行从外界引来蒸汽等特殊措施，使系统和启动过程困难化。对于直流锅炉来说，由于水冷壁出口的蒸汽均有确定的过热度。在水冷壁上部布置壁式过热器，既无影响水循环平安问题，又由于水冷壁上部热负荷较低，可以保证其平安运行。因此，直流锅炉采纳壁式辐射过热器是合理和可行的。现代大型锅炉上在烟道的墙上布置有墙式辐射过热器。布置墙式辐射过热器的主要作用在于简化或爱护烟道局部的炉墙，所以又称为包覆过热器。由于烟道靠墙处的烟气流速很低，它主要受烟气的辐射传热，但汲取的热量很小。包覆管过热器悬吊在炉顶的钢架上，在包覆管
37、上敷设炉墙，既简化了炉墙构造，又减轻了炉墙重量，对大型锅炉好处极大，因此，我国设计的大型锅炉，愈来愈多地布置了包覆管过热器。4.3 再热器再热器的构造和对流过热器的构造相像，也是由蛇形管组成，只是为了减小再热器的阻力损失，再热器采纳较大的管径, 较多的管圈和较小的蒸汽质量流速，同时还尽量少用或不用中间联箱，再热器的蒸汽质量流速一般为15040O kg/(m2s)管子外径为4251，管圈为每排5-7圈，图4-7所示为再热器管的构造图。再热器中，由于蒸汽质量流速较小。蒸汽对管子的冷却较差，因而多数将再热棉布置在中等姻温区域。当然，烟温低会增多再热锦受热面金属用量，但对金属高温性能的要求可以相应降低
38、。布置在水平烟道内的再热器，都是垂直式的，管子悬吊在联箱上，比拟简洁，布置在垂直烟道的再热器，都是水平式的，一般都采纳吊管来吊挂管子。为了保证滑参数起动和汽轮机甩负荷时再热器平安工作，再热器应有旁路。图4-8所示为一级大旁路系统。依据国内实践，再热器进口烟温为860，采纳这种系统可以保证再热器的平安。图4-9为在再热器前面和后面各加装一个快速减压装置的二级旁路系统，它不仅可以保证滑参数启动和汽机甩负荷时再热器的平安工作，在汽轮机用汽量很少时，锅炉可在较高负荷下运待以维持燃烧并使一次过热蒸汽温度和再热蒸汽温度尽量接近额定值。这时多余的蒸汽可经过旁路进入凝汽器。1-锅炉 2-高压缸 3-再热器 4
39、-中压缸 5-低压缸 6-凝汽器 7-减温减压装置1-锅炉 2-高压缸 3-再热器 4-中压缸 5-低压缸 6-凝汽器 7-级减压减温旁路 8-级就温就压旁路4.4 减温器及汽温调整在运行中，过热汽温柔再热汽温常常会发生变更，为了保持额定汽温，电站锅炉都装有不同型式的减温器。汽温可以从蒸汽侧调整，也可以从烟气侧调整，过热汽温从蒸汽侧调整时可用外表式减温器或喷水减温器，从烟气侧调整时可用烟气挡板或摇摆式喷燃器等，再热汽温从蒸汽侧调整时可用汽-汽热交换器，从烟气侧调整时可用烟气挡板或烟气再循环；也可用微量喷水减温器作再热汽温的细调。(一)外表式减温器图4-10示出了外表式减温器的构造。冷却水在U形
40、管内渡过，蒸汽在管外通过，变更冷却水量就可以调整过热汽温，当汽温偏离时，加大冷却水量；汽温偏低时，减小冷却水量，直到汽温正常。冷却水常用给水。在给水系统中，外表式减温及省煤器的连接可以并联也可以串联，这种方式有较大的缺点:因为减温用的水量较大，常占总给水量的3040%，有时甚至达5060%，这就使通过省煤器的水量较少而且常常变更，造成省煤器的工作不稳定, 不行靠，因而目前多采纳串联的方式。1-进水联箱；2-蛇形冷却管；3-减温器本体；4-出口联箱；5-爱护套:6-端盖；7-蒸汽进口；9-空气门；10-锅炉中心线b高参数锅炉外表式减温器及省煤器串联的系统见图4-11。由图可知，调整减温水调整阀或
41、节流阀的开度就可以变更通过减温器的给水量而不影响省煤器前的给水压力，外表式减温器的优点是冷却水及蒸汽不接触，水中杂质不会混入蒸汽，但是这种减温器构造困难，笨重，易损坏和渗漏，调整不灵敏，又简洁造成蒸汽的热偏差，所以目前只有老式锅炉还用，近代锅炉都采纳喷水减温器。(二)喷水减温器喷水减温是大容量锅炉中调整过热汽温的主要方法，我国在5万kw以上的锅炉中普遍采纳，在喷水减温器中，喷入的水及蒸汽干脆混合，因而对水质的要求很高，应使喷水后过热蒸汽中的含盐量及含硅量符合规定的品质。在大型凝汽式电厂中，锅炉给水品质好，可以干脆用来作为喷射水，只要在给水管路上接一分路到减温器的喷水点处，利用给水和减温器之间的
42、压差即可到达有效喷射的目的，因而构造简洁便利。喷水减温器的构造形式很多，按喷水方式有以下四种：1, 单喷头式减温器，如图4-13。2, 水室式减温器，如图4-14。3, 涡式喷嘴减温器，如图4-15。4, 多孔喷管式减温器，如图4-16。(三)汽-汽热交换器汽-汽热交换器是用过热蒸汽加热再热蒸汽的调温设备。国产670吨/时锅炉装有48只汽一汽热交换器。图4-17表示一只热交换器的构造，它有一根194311毫米的外套管，管内又装有七根425毫米的U形管，过热器是从屏式过热器出口引来，再回入对流过热器，所以蒸汽温度比拟高。再热蒸汽自低温段再热器，回入高温段再热器，温度比拟低，过热蒸汽以对流传热的方
43、式加热再热蒸汽。可以用变更再热蒸汽流量的方法来调整再热汽温，再热蒸汽在进入汽-汽热交换器之前，先经过一个旁路三通阀，一局部再热蒸汽走旁路管，一局部进入汽-汽热交换器，然后在进入高温再热器前那么混合后的再热汽温提高。当再热汽温偏离时，可反向调整，使再热汽温降低。汽-汽热交换器由于传热条件好，可以用较少的受热面得到较大的调整幅度，同时热交换器本身就是再热受热面，所以可以削减再热器的金属耗量。汽-汽热交换器应用在以辐射过热器为主的大型锅炉中比拟相宜，因为在这种状况下，随着负荷的变更，过热器表现出辐射特性，而再热器总是对流特性，这就有利于调整汽温。譬如负荷较低，过热汽温上升而热汽温降低，在汽-汽热交换
44、器中两侧的温差加大，传热量增加，此时过热蒸汽多的热量正好用来加热再热蒸汽，其结果是使过热汽温降低而再热汽温上升，两侧都到达了调整汽温目的。但是，从目前现场实际运用的效果来看，汽-汽热交换器及其旁路三通阀调整不够灵敏，调整度也不大，同时采纳汽一汽热交换器后，使系统困难化，并增加了过热器系统的阻力，运行中噪音大，并且发生泄漏时不易发觉。(四)变更炉膛火焰中心的高度变更炉膛火焰中心高度可以变更炉膛出口的烟气温度，因而可以调整过热汽温或再热汽温，这是一种烟气侧的调温方式。当用这种调温方式时，距炉膛出口越近的受热面，吸热量的变动越大。变更炉膛火焰中心高度的方法有的是变更燃烧器的倾角，也有的是投入不同的燃
45、烧器。火焰中心上升时，炉膛辐射传热削减，因而使过热汽温上升。相反，当火焰中心降低时，将使过热汽温降低，当向上的倾角过大时，将增大机械不完全燃烧损失，而且还可能使炉膛出口结渣；当向下倾角过大时又可造成冷灰斗结渣，对于具有再热器的锅炉用这种方法调整再热汽温，可能及过热汽温的调温发生冲突，对于SG-400型锅炉如图4-18所示)，再热器远离炉膛，受火焰中心位置的影响很小，为调整再热汽温必定要使过热汽温发生很大变动。当过热器和再热器均分作两级并作穿插布置时，用变更炉膛出口烟温来调整再热汽温那么冲突较小。(五)分隔烟道挡板调温图4-18示出分隔烟道挡板调温的局部布置。再热器为对流式，并及过热器的对流局部
46、平行布置在相互隔开的后烟道中，在该段烟道的出口有可调的烟气挡扳，利用这些挡板来变更流经两烟道的烟量，以调整再热汽温。图4-19示出流经平行烟道的烟量变更状况，在额定负荷时烟道挡板全开，流经每一烟道的烟量约占总烟量的50%(图中水平虚线所示)。负荷降低时，关小过热器烟道的挡板，使较多的烟气流经再热器，以维持额定的再热汽温。这种方式的调温作用可用图4一20来说明，图中曲线A表示两组烟道挡板全开时的汽温特性。可以看出，在低负荷时，再热汽温偏低，而过热汽温偏高很多，只有在满负荷时两者才均能维持额定汽温(555)，图中曲线B表示操作烟气挡扳维持所要求的过热汽温仍稍偏离，因此还要用喷水来维持额定过热汽温图
47、中画斜线局部。(六)烟气再循环调整汽温用再循环风机由锅炉低温烟道中一般为省煤器后)抽出一局部烟气再由冷灰斗旁边送入炉膛，可以变更锅炉各受热面的吸热安排，从而到达调整汽温的目的，一般说来，在高负荷时再循环烟气将使炉膛出口烟温略有降低，低负荷时使炉膛出口烟温略有上升。对流受热面的传热量主要确定于烟温柔烟气流量，采纳烟气再循环后流经对流受热面的烟量增多，传热也将增多，离炉膛越远的受热面传热增加得越多，这是由于炉膛出口旁边烟温变更不大，而低温处烟温的相对增量较大，也就是说采纳再循环烟气后，省煤器吸热增加最多，再热器次之，对流过热器最少，因此把再热器安置在过热器以后时，采纳再循环烟气调整再热汽温是合宜的，不大的再循环烟量就可以保证再热汽温，同时对过热汽温的影响也较小，只需少量变动喷水就能维持过热汽温。图4-21示出用