第7章过热器与再热器2

过热器和再热器是锅炉内工质温度最高的部件，特别是再热 蒸汽的吸热能力（冷却管子的能力）较差，如何使管子金属 能长期安全工作就成为过热器和再热器设计和运行中的重要 问题 运行中应保持汽温稳定。汽温的波动不应超过＋5～－10℃； 过热器和再热器要有可靠的调温于段，使运行工况在一定范 围内变化时能维持额定的汽温； 尽员减少并联管间的热偏差。 按过热器在锅炉布置中所处的位置及结构，可分为：在炉膛 壁面的墙式过热器；在炉膛上部不同位置的分隔屏和后屏； 在对流烟道中的垂直式过热器和水平式过热器；构成水平烟 道和尾部竖井烟道的包覆过热器。 根据传热方式和布置方式，过热器与再热器可以分为对流式、 辐射式、半辐射式和包覆壁式四类
分离器
分隔屏
末级再热器 低温过热器
低温再热器 末级过热器 省煤器 过渡集箱 空气预热器
燃烧器
锅 炉 汽 水 流 程
过热器、再热器系统图
低温过热器 末级过热器 分隔屏 后屏过热器




过热器的作用是将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。 在锅炉负荷或其他工况变动时应保证过热蒸汽温度正常，并 处在允许的波动范围之内。 随着蒸汽压力的提高，要求相应提高蒸汽温度，否则在汽轮 机尾部的蒸汽湿度会过高，影响汽轮机的安全。但过热汽温 又受金属材料的限制，日前，受金属材料的限制，绝大部分 锅炉的过热汽温仍保持在540～555℃的范围内，为避免汽轮 机尾部叶片蒸汽湿度太大，采用中间再热系统。 再热器器的作用是将汽轮机高压缸的排汽加热到与过热蒸汽 温度相等(或相近)的再热温度，然后再送到中压缸及低压缸 中膨胀做功，以提高汽轮机尾部叶片蒸汽的干度。 一般再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20％左右。采用再热系 统可使电站热经济性提高约4％～5％。
1．对流式


过热器系统中的末级高温过热器，以及再热器系统 中的末级再热器和某些低温再热器，常布置在水平 烟道和尾部竖井烟道中。它们主要依靠对流传热方 式从烟气中吸收热量，属对流式过热器。对流式过 热器和再热器基本由蛇形管排组成 。 根据管内外蒸汽和烟气总的流动方向，对流过热器 和再热器可有逆流、顺流和混合流三种布置方式
分割屏
屏式过热器结构简图 1－相邻管屏间的定位管；2－屏本身的扎紧管
屏的布置方式： 屏的垂直布置和 水平布置的优缺 点与对流式过热 器相同，前屏主 要吸收辐射热， 其它各种布置的 屏同时吸收辐射 热和对流热，两 者的份额依其布 置位置而定。
屏式受热面的布置 （a）后屏；（b）大屏；（c）半大屏；（d）前屏； （e）能疏水的屏；（f）水平布置的屏
屏式过热器防止外圈管子超温的改进措施 （a）外圈两圈管子截短；（b）外圈一圈管子短路； （c）内外圈管子交叉；（d）外圈管子短路，内外管屏交叉
4．包覆壁过热器



大型锅炉为了简化炉墙结构采用悬吊结构的敷管炉墙，在水 平烟道和尾部竖井烟道内壁象布置水冷壁那样布置过热器， 称为包覆壁过热器。 光管：相对节距s/d＝1.1～1.2；膜式壁：s/d＝2～3。 大容量锅炉都采用膜式壁结构，保证锅炉烟道的气密性，并 可减少金属消耗量。 包覆壁过热器作为炉壁，单面冲刷，贴壁处烟速较低，对流 换热效果较差。在尾部烟道内烟温又较低，布置的受热面较 密集，其辐射吸热量也较少，吸热量不计。 包覆壁过热器内蒸汽来自焓增很小的炉顶过热器或直接来自 汽包，蒸汽温度较低。因此，包覆壁过热器具有较低的管壁 温度，这有利于减少锅炉的散热损失。 包覆壁过热器也具有将蒸汽输送到布置在尾部烟道的低温过 热器进口的作用。
三、给水温度


锅炉运行过程中常常会因高压加热器停运等原因而使给水 温度降低。 为保持锅炉负荷不变，必须增加投入炉膛的燃料，这将使 得炉内烟气量增加，炉膛出口烟温增加。对流式过热器的 吸热量增加，而此时流经过热器的蒸汽量未变，因此出口 蒸汽温度将随给水温度的下降而升高。 给水温度的变化对辐射式过热器的出口汽温影响很小，基 本保持不变。 一般锅炉过热器总体呈对流汽温特性，若给水温度降低过 多，有可能引起过热蒸汽超温。运行经验标明，给水温度 降低10℃ ，过热 蒸汽温度增加4～5℃ ，燃煤耗量增加 0.65%。通常采用降低负荷运行方法保证过热器的安全。

L形进出口集箱
3．半辐射式





布置在炉膛上部或炉膛出口烟窗处，既能收到炉膛的辐射热， 也吸收烟气对流换热的受热面称为半辐射式过热器或半辐射 式再热器。通常称为屏式过热器和屏式再热器。 屏式受热面具有较高的热负荷。为保证管子工作安全，需采 用较高的质量流速，一般ρw=700～1200Kg/(m2.s)。屏中并 联管根数由蒸汽流速决定。 密排管的相对纵向节距一般为s/d＝1.1～1.25，屏间距离s1 ＝500～900mm，稀疏布置的管屏起了凝结熔渣的作用。 屏式过热器热负荷高，为了提高受热面工作的安全性，屏式 过热器通常用作低温级过热器，烟气在屏与屏之间的空间流 过，烟气流速通常为6m/s左右。 屏式过热器以辐射为主，与对流过热器联合使用，可改善汽 温变化特性。




辐射式过热器和辐射式再热器的设计、布置和运行时考虑： 辐射式过热器和辐射式再热器远离热负荷最高的火焰中心 区，布置在热负荷稍低的炉膛上部。这种布置使水冷壁高 度减小，对水循环安全性不利，设计时应特别注意水循环 计算。 将辐射式过热器和辐射式再热器作为低温受热面，以较低 温度的蒸汽流过这些受热面，改善管子的工作条件。 选取较高的管内工质质量流速，提高管内放热系数。如DG 第 一 级 壁 式 再 热 器 ρw=370Kg/(m2.s),SG 壁 式 再 热 器 ρw=406Kg/(m2.s),SG辐射式过热器ρw=1400Kg/(m2.s)。 锅炉启动时管内足够的蒸汽流量来冷却管壁。冷却用蒸汽 可以来自其它锅炉的减温减压蒸汽，也可采用自生的蒸汽。 当采用锅炉本身产生的蒸汽来冷却时，必须使火焰中心远 离辐射式受热面管子。辐射式再热器的冷却蒸汽由过热器 经减温减压旁路进入。
蛇形管结构 （a）单管圈；（b）双管圈；（c）三管圈





蛇形管的布置有垂直放置（立式）和水平放置（卧式）两 种型式。 立式过热器和再热器：通常布置在烟温较高的水平烟道中， 如末级高温过热器和末级再热器。 优点：支吊结构简单，吊挂方便,且不易积灰。 缺点：停炉后管内积水不易排除，长期停炉将造成腐蚀。 在升炉时工质流量不大，因管内存有积水，可能形成气塞， 将管子烧坏，所以在升炉时应注意控制过热器的热负荷； 在空气没有完全排除以前热负荷不能太大。 水平对流式过热器和再热器：布置在尾部竖井烟道内。易 于疏水排气，但支吊比较麻烦，通常采用有蒸汽或水冷却 的悬吊管吊挂。
简单蒸汽混合均匀易于装设喷沿烟道宽度方向分级即将受热面布置成并联混流方式采用定距装置消除烟气走廊对个别管子如外圈管可通过调整管径改变局部阻力系数等增加其流量反之对个别流量偏大或吸热较小的管子可通过设置节流圈或增大管接头壁厚的方法来限制其流量
第七章 过热器与再热器
过热器和再热器都是锅炉中用于提高蒸 汽温度的部件。增加蒸汽的焓值，以增 加蒸汽作功能力，提高电厂热力循环效 率。
影响汽温变化的因素
锅炉负荷 过量空气系数 给水温度 燃料性质 受热面污染情况 燃烧器的运行方式

一 、锅炉负荷

汽温特性：汽温与锅炉负荷（或工质流量）的关系




辐射式过热器只吸收炉内的直接辐射热。随着锅炉负荷的 增加，辐射式过热器中工质的流量和锅炉的燃料耗量按比 例增大，但炉内辐射热并不按比例增加，因为炉内火焰温 度的升高不太多。随锅炉负荷的增加，炉内辐射热的份额 相对下降，辐射式过热器出口蒸汽温度下降。 当锅炉负荷增大时，将有较多的热量随烟气离开炉膛，对 流过热器中的烟速和烟温提高，过热器中工质的焓增随之 增大。对流式过热器的出口汽温随锅炉负荷的提高而增加。 屏式过热器的汽温特性将稍微平稳一些，因它以炉内辐射 和烟气对流两种方式吸收热量。不过它的汽温特性有可能 是在高负荷时对流传热占优势而低负荷时则辐射传热占优 势。 大型电站锅炉的过热器总体，辐射吸热的份额不大，整个 过热器的气温特性是对流式的，即负荷增加时，出口汽温 增加，或者说负荷降低时，出口汽温下降。



Байду номын сангаас

屏中各U形管受到的辐射热及所接触的烟气温度有明显的差 别，且内外圈的管长不同会导致蒸汽流量差别，因此平行 工作的各U形管的吸热偏差较大，有时管与管之间的壁温差 可达80～90℃。 运行时应注意对屏式受热面蒸汽出口端金属壁温的监视和 控制。屏最外圈U形管的工质行程长、阻力大、流量小，又 受到高温烟气的直接冲刷，且接受炉膛辐射热的表面积较 其他管子大许多其工质焓增比屏的平均焓增大40％～50％， 极容易超温烧坏。 为防止外圈管子管壁超温，有许多改进结构。如将外圈管 的长度缩短，将外圈管和内圈管在中间交换位置等，也可 用加大外圈管管径及采用高一级材质的钢材等方法来提高 其工作可靠性。 可用鳍片管制造全焊膜式屏来代替光管屏。对于结渣性燃 料，可以降低粘污程度；在同样条件下吸热量约可提高12 ％。
2．辐射式（壁式、墙式）

布置在炉膛壁面上、直接吸收炉膛辐射热的过热器或再热器，称为辐射式 （或墙式）过热器或再热器。 高参数大容量锅炉蒸发吸热所占比例减小，为了在炉膛内部布置足够的受 热面，就需要布置辐射式过热器或再热器。 辐射式过热器布置方式： 墙式过热器：布置在炉膛壁面上； 顶棚过热器：水平布置在炉顶； 前屏过热器：悬挂在炉膛上部并靠近前墙。 辐射式过热器不仅使炉膛有足够的受热面来冷却烟气，同时由于辐射式过 热器的温度特性与对流式过热器相反，还可改善锅炉汽温调节特性。 对于中参数的的锅炉机组，过热器吸热量占炉水总吸热份额吸热比例不是 太高，因此，不需要布置墙式过热器和前屏过热器，仅仅采用顶棚过热器。 亚临界以上的锅炉机组有时还采用前屏过热器或墙式过热器。 由于炉内热负荷很高，辐射式过热器的工作条件恶劣，为了改善工作条件， 辐射式过热器通常作为低温级受热面，布置在远离火焰中心、热负荷稍低 的炉膛上部。
对流式过热器和再热器的布置形式 （a）逆流；（b）顺流；（c）混合流


逆流布置有最大的传热温压，金属耗量最少，但蒸 汽出口温度最高处也是烟温最高处，管子工作条件 差。一般在烟温较低区域的低温过热器和低温再热 器采用逆流布置方式。 顺流方式则相反，传热温压小，耗用金属多，但蒸 汽出口处的烟气温度最低，管壁工作条件好。 为在使用现有钢材条件下获得尽可能高的蒸汽温度， 末级高温过热器和末级高温再热器都采用顺流布置 方式。



s1/d＝2.0～3.5
s1/d＝3.0～3.5
烟气横向冲刷顺列布置受热面 管子时的传热系数比冲刷错列 布置时小，但顺列管束管外积 灰易于被吹灰器清除。 布置在高烟温区的过热器或再 热器一般易产生粘结性积灰， 为便于蒸汽吹灰器清除积灰及 支吊方便，都以顺列方式布置。 尾部烟井中低温过热器和低温 再热器一般采用错列布置，以 增强传热，但有的大型电站锅 炉将它们以顺列方式布置，以 便于吹灰和支吊。
管子的顺列和错列布置方式 （a）顺列 （b）错列


过热器和再热器并联蛇形管的排数主要由烟气速度 决定。其横向管间相对节距s1/d，顺列布置时选取 s1/d＝2.0～3.5，错列布置时取s1/d＝3.0～3.5。 大容量锅炉的烟道宽度相对较小，满足烟气流速度 的管排数后，就不能满足蒸汽流速的要求。因其管 内流通截面太小，蒸汽质量流速太大，超过工质压 降限制，所以通常以多管并联套弯的型式来满足蒸 汽流速的要求。通常，蛇形管有如图所示的单管圈 和多管圈结构。
再热器的汽温特性也几乎都是对流式的。因 为再热器多半布置在对流烟道中，而且常常 布置在高温对流过热器之后。 负荷降低时，再热器的入口汽温（汽轮机高 压缸的排汽温度）还要下降，这就使得负荷 降低时再热蒸汽温度的下降比过热器蒸汽要 严重得多。

二、过量空气系数



炉膛内过量空气系数增大时，将使得炉内火焰温 度降低，炉膛水冷壁吸热量减少，使炉膛出口烟 温增加。辐射式过热器和再热器的吸热量减少， 汽温随过量空气系数的增大而下降。 过量空气系数增大使燃烧生成的烟气量增多，流 过烟道的烟气流速增大。对于对流式过热器，由 于对流传热系数和温压的增加，其出口汽温也随 着升高。 在锅炉运行过程中，有时用增加炉内过量空气系 数的方法来提高汽温，但这将以降锅炉效率作为 代价。因过量空气系数太大，锅炉排烟热损失将 增加 。