《过热器与再热器》PPT课件.ppt

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1、第七章 过热器与再热器 作用：提高电厂循环热效率 设计运行原则：1）防受热面t壁材料允许温度 2）温度特性好在较大负荷范围内能通过调节维持额定汽温 3）防受热面管束积灰和腐蚀 第一节、过、再热器工作特点 一、作用 1）过热器将饱和蒸汽加热成过热蒸汽并在锅炉变工 况运行时保证过热参数在允许范围内变动 2）再热器将汽机高压缸的排汽加热成具有一定温度 的再热蒸汽并在锅炉变工况时保证再热参数在 允许范围内变动二、蒸汽温度的选择1、温度 t1t 对材质要求受合金钢材高温强度限制通常 t过=540-555 对超临界机组为控制汽机末级叶片湿度t再到5662、选材：1）由于过、再热器内流的是高温蒸汽传热且位于

2、高 温区故t壁应选耐高温合金钢 2）为锅炉成本应尽量避免用高级合金钢故设计过 热器时所选管材的工作温度接近其极限温度 常用钢材许用温度见表7-2：注：运行中十分注意防过、再热器受热面超温。三、过、再热器受热面在流化床中的布置 将水加热成过热蒸汽经过加热、蒸发和过热三个阶段，随蒸汽参数的提高，过热和再热蒸汽的吸热份额增加，锅炉受热面的布置变化，不同参数工质吸热见表7-2 由于循环流化床采用低温燃烧，为解决气温问题，部分布置在炉膛内作屏式受热面，常采用屏式过、再热器交错排列布置。对流过、再热器布置在尾部烟道，为调节再热气温，尾部采用双烟道结构，通过烟气挡板调节再热汽温。第二节、过、再热器型式、结构

3、 型式：按传热方式分：对流式、辐射式、半辐射式 图7-2 高压以上炉多采用三种型式的联合型 一、对流过热器 1、结构：蛇形管式即由进出口联箱连接许多并列蛇型管 组成图7-2 采用d外的无缝钢管，壁厚3-9mm 钢材决定于t壁 2、分类：a）按烟气与蒸汽流向分：顺流、逆流、混合流（一）流动方式 图7-3（a）为逆流方式：烟气与蒸汽流向相反 优点：平均传热温差需受热面省钢材 缺点:蒸汽最高处是烟气最高温度区该处t壁工作条件 差不安全，常用于过热器低温级 图7-3（b）为顺流方式：烟气与蒸汽流向相同 优点:蒸汽温度的一段处于烟气低温区壁温安全好 多用于最末级 缺点:平均传热温差受热面金属耗量热经济性

4、 图7-3（c）为混流方式：综合逆、顺优点低温段逆流，高温段顺流，即可获得较大的平均传热温差，又可减 低t壁（二）放置方式 1）分类立式：蛇型管垂直放置布置在水平烟道 卧式：蛇型管水平放置布置在垂直烟道 2）特点、支吊结构立式：支吊简单图7-4用多个吊钩把蛇形管 上弯头钩起，整个过热器吊挂在吊钩上 吊钩支撑在炉顶钢梁上，布置在炉出口水 平烟道中 卧式：支吊复杂，蛇形管支撑在定位板上 定位板与底板固定在有工质冷却的受热面 悬吊管穿出炉顶通过吊杆吊在锅炉顶钢梁上 布置在尾部竖井烟道中 2、运行条件;a)立式支吊结构不易烧坏 不易积灰 但停炉后管内存水较难排出升温时由于通汽不畅 易导致管子过热 b）

5、卧式停炉后管内存水易排出 但易积灰 （三）蛇形管束结构 a)管径：外径32-57 ，厚3-9mm厚主要取决于管内 蒸汽Pp厚 b)弯曲半径：一般为（）d 弯曲半径弯头外侧管壁薄机械强度 弯曲半径受热面不紧凑锅炉尺寸 c)质量流速 w kg/m2sw传热好，冷却好 阻力P对汽包工作压力要求给水泵耗 汽包、水冷壁、下降管、导汽管等承压部件对壁厚要 求材料和制造成本为此过热器系统允许 P10%P工作 考虑管壁冷却和压降两个因素，建议对流过热器 低温段:w=400-800 kg/m2s 高温段:w=800-1000 kg/m2s d）管圈数：当烟道宽一定，烟速一定后并列蛇形管数也 即确定如果蒸汽w不在

6、规定范围内采用 重叠不同管数来保证蒸汽的质量流速为使对 流过热器有合适的蒸汽流速大锅炉采用双管 圈、三或多管圈.见图7-5 e)排列方式：顺排：利于防渣和磨损，积灰易吹扫，流动阻力，一般在水平烟道 错排：传热好、流动阻力，吹灰通道 管束积灰不易吹扫，易结渣，支吊困难一般布置在竖井烟道 见图7-6 f）节距横向节距：垂直于烟气流动方向取决于烟速 纵向节距：平行于烟气方向s2/d取决于弯曲半 径r g）烟速 烟速传热受热面可省钢材 磨损，通风电耗 烟速传热 积灰 为防积灰额定负荷时对流受热面烟速6m/s 为防磨炉出口因烟温灰粒软磨损轻烟速可用 10-14m/s 烟温至600-700以下时灰变硬磨损

7、烟 速9m/s 三、辐射式过热器布置方式：布置在水冷壁墙壁上的壁式过热器 布置在炉膛、水平烟道和垂直烟道顶部的炉顶 布置在炉膛上部靠近前墙过热器图7-7 布置在垂直烟道的两侧墙上布置贴墙的包墙管 过热器 a)壁式垂直地布置在炉膛四壁的任一面墙上：可布置在炉膛上部 可按一定的宽度沿炉膛全高度布置 可集中布置在某一区域 可与水冷壁管子间隔排列，结构与水冷壁相似，其受热面紧靠炉墙，一般内径 d=40mm b)顶棚过热器布置在炉顶部，一般采用膜式结构 特点:由于它处于炉顶热负荷Q吸主要是用来构 成轻型平炉顶，管径48.56mm，管中心距 ，鳍片宽，管材15crMo合金钢 c)包覆墙过热器大型锅炉水平烟

8、道、转向室和垂直烟道内 壁一般都布置包覆墙为保证烟道的气密 性和金属用量采用膜式结构 其主要作用是：便于敷管式炉墙流化烟道炉墙结构和重 量炉墙严密性漏风 管径507mm，管中心距113mm，鳍片宽79mm，管材为20号钢12crMoV合金钢 d）屏式由进出口联箱和管屏组成做成一片一片“屏风”形式。管屏沿炉宽方向相互平行悬挂在炉膛上部靠近前墙处 进出口联箱布置在炉顶外整个管屏通过联箱吊挂在炉 顶钢梁上受热时可自由向下膨胀 屏式对炉膛上升的烟气能起到分隔和均匀气流的作用，故也称分隔屏或大屏 e)布置：屏和壁式过热器利于改善汽温调节特性和省金属 但由于炉膛热负荷辐射式过 热器工作条件差t壁最大值管

9、内t蒸汽+(100-120）尤其在启动和低负荷时管内 工质流量问题更突出安全 性差，为改善其工作条件：1）一般将辐射式作低温段 2）采用较高的质量流速，一般w=1000-1500kg/m2s 3)布置在远离火焰中心的区域 4）启动时采取适当的冷却方法 流化床屏过多集中在炉膛前墙布置 屏过在炉膛的位置受以下几方面因素的影响：磨损、检修、炉内气流的流动 a.从屏底部到炉底布风板距离要有一定的限制，为减少屏底部受粒子浓度横向冲刷的磨损，从底部到炉底布风板的距离应在12m以上。并敷设耐磨材料。b.屏与屏之间的距离以及屏的前排管子与前墙水冷壁的距离需满足检修的要求。屏与屏之间的距离以及屏的前排管子与前墙

10、水冷壁的距离均应大于600mm.c.屏过的布置应尽量不超过炉膛中心线，即全部的屏式过热器均应在炉膛前半部分。因炉膛出口位于后墙，所以炉上部接近后墙区域的烟气流和粒子流会出现较大的扰动，故屏过应避开这一区域。四、再热器结构与布置特点1）对流与过热器相似由蛇形管和联箱组成流量过热器，管径过热器，横向节距过热 器，管圈数过热器 因P再比容体积流量流动阻力汽机作功的有效P熱耗 故规定再热器流动阻力10%P再进口限制在以内，限制P再措施如下：1）蒸汽质量流速适当推荐 对流再热器：w=250-400kg/m2s 辐射再热器：w=1000-1200kg/m2s 2）采用大直径，多管圈，管圈数为5-93）简化

11、再热器系统尽量蒸汽的中间混合与交叉流动 次数故再热蒸汽P再密度传热 w2（仅为过热器1/5）冷却 t壁 P再比热容对热偏差敏感即在同 样热偏差下t 再t 过 由于P限制不能过多混合交叉来热偏差 采用以下措施防t 再t允许a)将对流再热器布置在高温对流过热器后的烟道内 （烟850）b)选允许较高温的钢材，第三节、热偏差 一、基本概念 twb=tg+q1/2+2/（1+）由上式知：qtwb,2 twb 、热偏差：由许多并联管子组成的过、再热器每根管 子的结构尺寸、热负荷和工质流量大都不完 全一致工质的焓值不同这种现象称热偏差 即在并列工作管中个别管（偏差管）内工 质焓增偏离管组平均焓增的现象、偏差

12、系数：表热偏差的大小，用表示指并联管中 个别管子的工质焓增与并联管子工质平均 的焓增的比值=hp/h0=(qpAp/Gp)/(q0A0/G0)=qpApG0/q0A0Gp=qA/G (7-1)可见:qAGtwb 故热偏差是由于并列管子的吸热不均、结构不均和流量不均造成 大多数过再热器，并列管子间受热面积差异很小即结构不均造成热偏差因此产生热偏差的主要原因是烟气侧的热负荷不均（受热不均）和蒸汽侧流量不均显然，热负荷或蒸汽流量的管子热偏差严重二、热偏差产生的原因 （一）热负荷不均锅炉设计、安装和运行中均可能形成是 由烟气温度场和速度场不均造成 炉四壁布置水冷壁则烟气温度场、速度场不均 炉中部烟、w

13、烟 炉壁附近烟、w烟,见图7-11，即中间两侧 流化床锅炉两侧墙间的距离较大，当炉膛两侧给煤不均匀或给煤不稳定时，会造成炉膛的烟气温度偏差和热负荷不均。q（二）流量不均在同样热负荷下,并列管的蒸汽流量 不时，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 故流量不均也会产生热偏差 按压力平衡公式，在并列过热器管圈中，任一管圈进、出口 P=Plz Pzw （7-4）立式布置管组由于进 出口联箱位置高度相差不大 Pzw很 卧式布置管组由于管圈长管组高Pzw Plz Pzw很 因此，过热器进出口PPlz 任一管圈进、出口压降为:PPlz=(+L/d)w2/2=(+L/d)G2/2A2 =

14、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：影响管内工质流量主要因素是管圈进出口压 降、工质密度、阻力特性 1、管圈进出口P与蒸汽引入、引出方式有关 图7-13蒸汽从进口联箱（分配联箱）一侧端部引入 图7-14出口联箱（汇集联箱）的附加静压变化 图7-15（a）Z型布置蒸汽从进口左端引入 从出口右端引出 由图知：左侧管圈P最流量最 右侧管圈P最流量最故Z型连接方式各 并列管圈蒸汽流量偏差最 图7-15（b）型布置蒸汽从同一端引入，引出 图7-15（d）双型布置比型均匀 图7-15（e）多点

15、引入，引出流量分配最均匀 连接系统耗钢材 布置较困难 型布置比Z型连接流量分配均匀的多。2、管圈的阻力特性K=(+L/d)/2A2 与管结构、粗糙度有关，管圈阻力K流量。阻力特性的差异主要是屏过，屏过的最外圈管最长，阻力最大，因而流量最小，故是受热最强的管。因此，外圈管的热偏差最大。3、工质密度受热强的管子Q 吸工质t 密度则蒸汽容积阻力因而蒸 汽流量即受热不均将导致流量不均使 热偏差 三、热偏差的措施 设计时从结构上热偏差 1）受热面分级：由（7-1）得：hp-h0=（-1）h0 （7-8）由上式知：一定,hp-h0h0 故分级后，每级工 质的h0 则并列管焓增的偏差 2）级间连接：a)过、

16、再热器各级间通过中间联箱混合使蒸汽参数趋于 一致消除上一级产生的热偏差 b)利用交叉管或中间联箱使蒸汽左右交叉流动以由于 烟道左右侧热负荷不均所造成的热偏差 受热面各段间连接方式如下:1)单管连接:图7-16（a）段间连接系统简单，但热偏差 2）联箱端头连接并左右交错：图7-16（b）段间连接系 统较简单可消除左右偏差钢材消耗量 3）多管连接左右交换：图7-16（c）段间连接管系 统复杂，钢材消耗热偏差 4）进、出口联箱引入和引出的连接方式中尽量避免Z型 连接方式以流量不均引起的热偏差 3、受热面结构 1）管束的横向节距与纵向节距在各排管子中都要均匀 a)个别管排的横向节距过形成“烟气走廊”使

17、该处烟 速烟气辐射层厚度 传热量 b）多管圈结构的内圈管子由于管子弯头曲率半径 使其纵向管中心节距烟气辐射层厚 2）管束前烟气空间的深度它对第一排管子的辐射传 热最强以后各排管子的辐射传热逐渐 3)屏过外圈管子受热较强受热面积较流动阻力 故为屏过的热偏差应特别注意改善外圈管子的工作 条件采用以下方法热偏差 a)最外两圈截短或外圈管短路图7-17（a)(b)(d)目的:流动阻力管内通过蒸汽量 b)管屏内外圈管子交叉或内外管屏交叉图7-17（c)(d）目的:使管屏的并列管吸热与流量分配趋于均匀，从而 热偏差 c)采用双U型管屏取代W型管屏 目的：通过中间混合管屏热偏差 d)联箱直径附加静压 e）运

18、行中烟气侧尽量使热负荷均匀，具体做法：、燃烧器负荷均匀，切换合理，确保燃烧稳定，火焰中 心位置正常，防火焰偏斜炉膛火焰的充满度 、健全吹灰制度防受热面局部积灰、结渣 第四节、汽温调节 一、汽温要求 汽温过、再热器管壁及汽机汽缸、转子、汽门等金属 超温 金属热强度，热稳定性 汽温t热损失 t再t 汽机末级叶片蒸汽湿度 汽温波动部件疲劳损伤甚至使汽机发生剧烈的振动 故一般要求当负荷在70%-100%额定负荷范 围时其蒸汽温度与额定汽温的偏差值范围应 为-10+5 二、汽温特性蒸汽温度与锅炉负荷的关系，即tq=f(D)1)辐射过热器：当负荷D时蒸汽流量按比例 炉内火焰平均变化不大 辐不多 故Q辐蒸汽

19、流量因此每kg蒸汽获得的热量 即蒸汽焓增故负荷t过出口图7-18曲线1 2）对流过热器：负荷D燃料消耗B烟气量 w烟对 炉出口t 故Q对流蒸汽流量蒸汽焓增t出口 间图7-18曲线2 注：对流过热器进口烟即离炉膛远汽温随D而 幅度越大，图7-18曲线3 3）大锅炉过热器由对流、辐射、半辐射三种型式组合 故汽温特性较平稳。但总体呈对流特性，4)再热器汽温变化原则上与自然循环炉中过热器的汽温特 性相一致 5）运行中，影响汽温变化因素：烟气侧：燃料量变化、M、A变化、变化、变化、燃 烧方式、受热面污染 蒸汽侧：D变化、减温水量或水温变化、给水温度变化等 三、汽温调节装置 1、汽温调节：指一定负荷范围内

20、（过热蒸汽为50-100%，再热蒸汽为60-100%额定负荷），保持额定 的蒸汽温度具有调节灵敏、惯性对影 响的特点 2、调节方法：蒸汽侧：指通过改变蒸汽的焓值来调节汽温喷水减温 烟气侧：指通过改变流经受热面的烟气量或通过改变炉内辐 射受热面和对流受热面的吸热量份额来调节汽温 有烟气再循环、烟气挡板、调节燃烧火焰中心位置等（一）混合式减温器 1、结构、原理 定义：减温水通过雾化后直接喷入蒸汽的减温器称混合式 也称喷水减温 原理：水在加热、汽化和过热过程中吸收了蒸汽的热量 从而达到调节汽温的目的，故其作用是降温。结构：图7-19由雾化喷嘴3、连接管、保护管2及外壳1 组成 特点：结构简单、调节幅

21、度、惯性调节灵敏利于自 动调节，因此大机组广泛应用 水质：因减温水直接与蒸汽接触对水质要求 2、设计原理 、作用：降低蒸汽温度 、设计时一定负荷范围Q吸Q所需吸tt额定用减温器喷水来t图7-20 、再热汽温不宜用混合式减温器，因喷水增加了汽机中低压缸的蒸汽流量，机组负荷一定时，减少了汽机高压缸流量，热效率降低。再热蒸汽喷入1%的减温水，循环热率降低0.10.2%。3、结构：根据喷水方式分：喷头式、文丘里式、旋涡式、笛形管式 例、笛形管式减温器图7-25 特点：喷管稳定性好，喷孔阻力大锅炉采用多 （四）烟气挡板调节汽温装置调t再 原理：通过挡板改变再热器的烟气量 在锅炉尾部竖井采用双烟道，在前后

22、平行烟道后设置烟气调温挡板，通过调节挡板开度改变流经受热面的烟气量，从而控制再热蒸汽出口温度。3.外置式热交换器调节 通过灰分配器控制进入外置式的热灰流量，从而使外置式热交换器具有调节炉膛温度和控制过热器/再热器温度的功能，调节进入外置床换热器的灰流量，可以保持过热器/再热器汽温的稳定。循环流化床锅炉示意图这是一张比较典型的循环流化床锅炉结构原理图，白马示范电站锅炉与此基本相同。（五）、改变燃烧器倾角的汽温调节采用摆动式燃烧器 原理：倾角向上时火焰中心上移炉出口烟Q对 t过 t再 为达理想调温效果，设计中注意：1）再热器主要受热面尽可能布置在靠近炉出口处 2）燃烧器摆动角度与t再关系，尽可能与再及过热器的负荷 汽温特性匹配以过热器的喷水量 运行中注意：上摆时煤粉在炉内燃烧时间飞灰中C 还可能在炉出口处结渣 下摆时可能发生冷灰斗结渣故一般燃烧器的 倾角改变范围为30 优点：调节简便，灵敏度高 缺点：锅炉热效率 炉出口可能发生结渣