锅炉主要受热面

对于中压锅炉，也采用纯对流过热器，布置在炉膛出口 的水平烟道中。过热器分成两级，蒸汽的低温级布置在低 温部分，采用碳钢作为材料，常用逆流布置；蒸汽的高温 级布置在烟气的高温部分，部分或全部应用低合金钢作为 材料，常用顺流或混流布置，使蒸汽的最高温度处布置在 烟温比较适中的地方。在两级过热器之间用中间集箱连接， 使蒸汽混合，并作左右交叉。 在高压和超高压以上的锅炉中，广泛采用屏式过热器， 也有用辐射过热器，组成辐射—对流过热器系统。为减轻 热偏差的影响，常需把过热器分成更多的级数。 在大型锅炉中，一般均采用一次再热的系统，再热器的 布置与采用的保护方式有关。如果不设旁路保护，再热器 一般布置在过热器之后其烟温应低于850℃，在启动及汽轮 机甩负荷时，允许再热器短时间干烧。如设旁路时，再热 器一般与过热器交叉布置。
指布置在炉膛上部或炉膛出口烟窗处，既接收炉内的直接 辐射热，也吸收烟气的对流热的受热面。它是由许多管子紧密 排列的管屏所组成。材质采用Φ32-42mm的无缝钢管，通常 S1=600-1200mm，S2/d=1.1-1.2。可以取代凝渣管。
屏式过热器受炉膛火焰的直接辐射，热负荷比较高，而屏 中各管圈的结构和受热条件的差别又较大，因而屏式过热 器的热偏差比较大。为了提高其工作的安全性，首先采用 较高的质量流速ρω=700-1200kg/（m2.s），其次，在结构 上采用相应的措施（详见39页图2－23）。 五、包墙管过热器
八、运行中影响汽温的因素（详见180页）
1、锅炉负荷：对于对流式过热器，负荷升高，汽温上升； 对于辐射式过热器，负荷升高，汽温下降。 2、过量空气系数：过量空气增大，炉膛出口烟温增加，燃 烧生成的烟气增多，烟气流量增大，传热加强，导致过热 汽温升高。 3、给水温度：给水温度升高，所需燃料量减少，烟气容积 减少，炉膛出口烟温降低，过热汽温下降。 4、受热面的污染情况：炉膛受热面的结渣或积灰，会使炉 内辐射传热量减少，过热器区域的烟气温度提高，过热汽 温升高；过热器本身的结渣或积灰将导致汽温下降。 5、饱和蒸汽用量：当锅炉采用饱和蒸汽作为吹灰等用途时， 饱和蒸汽用汽量增多将使过热汽温升高。 6、燃烧器的运行方式：火焰中心提高，过热汽温升高。
锅炉管束和凝渣管简图
凝渣管
锅炉管束
二、自然循环锅炉水冷壁
1、主要作用：⑴强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金属 消耗量；（2）保护炉墙，减少融渣和高温对炉墙的破坏作用。 装设水冷壁后，炉墙的内壁温度大大降低，因此炉墙的厚度 可以减小，重量减轻。（3）对于敷在水冷壁管子上的炉墙， 即敷管炉墙，水冷壁也起了悬吊作用。（4）主要受热面，火 焰对水冷壁的辐射传热已成为锅炉传热的重要方式。
第二章
锅炉主要受热面
§2-1 蒸发受热面
§2-2 过热器和再热器
§2-3 省煤器和空气预热器
基本要求：
1、掌握锅炉运行中有哪些因素影响过热蒸汽 汽温（重点）； 2、了解锅炉管束、凝渣管、水冷壁的结构特 点及作用； 3、了解过热器、再热器、省煤器、空气预热 器的结构特点及作用；
4、掌握尾部受热面积灰、磨损、腐蚀的机理 （难点)。
§2-1 蒸发受热面
在近代动力锅炉中，炉墙上均敷设了水冷壁作为 蒸发受热面，其传热方式主要为辐射换热。在中压工 业锅炉及小容量电站锅炉中，常把后墙水冷壁的上部 拉稀成为凝渣管束，形成对流受热面。在低压工业锅 炉中，炉膛水冷壁满足不了蒸发受热面的需要，还要 增加锅炉管束，这也是对流受热面，凝渣管和锅炉管 束的传热方式主要是对流换热。 一、锅炉管束和凝渣管 在小型低压锅炉中，常采用上下锅筒的结构，锅炉 管束就连接在上下锅筒之间，来自炉膛的烟气流横向 冲刷管束。对于低压锅炉，汽化热所占的比例较大， 仅炉膛水冷壁的吸热量还不能满足汽化热的需要，
为了采用悬吊结构和敷管式炉墙，在水平烟道和后部 竖井的内壁，象水冷壁那样布置过热器管，称为包墙管过 热器。减轻炉墙重量，简化炉墙结构。烟气流速较低，传 热效果较差。
六、再热器 实际上是一种中压过热器，它具有汽温高、流量大的特 点，工作条件不好。与过热器相比，主要特点：再热器蒸汽 压力低，蒸汽比容大，密度小，放热系数比过热蒸汽小得多， 仅为过热器的五分之一。所以，再热蒸汽对管壁的冷却能力 差；阻力不易过大，一般不超过0.2Mpa；热偏差较大；要考 虑在锅炉启停过程及汽轮机甩负荷时的保护问题。 七、过热器与再热器系统的设计与布置 在现代锅炉中，过热器和再热器系统的设计是较为复杂 的，应根据锅炉容量和参数综合考虑管壁温度、系统阻力、 调温方式、钢材耗量等方面的要求，并应根据锅炉整体的布 置作全面考虑，必要时应进行不同方案的技术经济比较，然 后选择最佳布置系统。 对于低压小容量锅炉，过热器温不高，比较简单，一般 采用纯对流过热器，布置在对流管束之间烟气温度不超过 700-800℃的烟道内，采用逆流布置。
2、结构形式：水冷壁通常采用Φ=51-60mm的无缝钢管组成， 材料为20#钢，管壁厚为3-5mm。在中小容量锅炉上用得比较 广泛的是光管水冷壁，一般贴近炉膛四壁，互相平行的垂直 布置，上部与锅筒或上集箱连接，下部与下集箱相连。光管 水冷壁S/d=1.05-1.2。在大容量锅炉中，较多的采用了膜式水 冷壁。膜式水冷壁由光管和鳍片焊接而成。膜式水冷壁的 S/d=1.3-1.35。
只提高压力而不相应地提高过热蒸汽的温度，会使蒸汽在 汽轮机内膨胀终止时的湿度过高，影响汽轮机的安全。再 热循环的采用（相应地在锅炉内装置再热器），一方面可 以进一步提高循环的热效率（采用一级再热可使循环热效 率提高约4-6%，二级再热可再提高约2%），另一方面可以 使汽轮机末级叶片的蒸汽湿度控制在允许的范围内）。过 热器和再热器是锅炉内工质温度最高的部件，且过热蒸汽、 再热蒸汽的吸热能力较差（冷却管子的能力），因此，在 过热器和再热器的设计和运行中，应注意如下问题：⑴运 行中应保持汽温稳定，汽温的波动不应超过－10℃－＋5 ℃ ；⑵有可靠的调温手段；⑶尽量防止和减少平行管子之 间的热偏差。
过热器可以根据它所采用的传热方式分为对流过热器、 半辐射过热器（屏式过热器）及辐射过热器。
过热器结构简图
二、对流式过热器 指布置在锅炉对流烟道内主要吸收烟气对流热的过热 器。根据烟气和管内蒸汽的相互流向，又可分为逆流、 顺流、混合流三种传热方式。逆流布置传热温压最大， 可以节省金属耗量，但金属壁温最高，工作的安全性 较差；顺流布置传热温压小，金属耗量大，但工作的 安全性较好。混合流为折中布置。通常低温过热器采 用逆流布置，高温过热器采用顺流布置，单级过热器 采用混合流布置。 根据管子的布置方式，可分为立式和卧式。蛇形 管垂直放置的称为立式；水平放置的成为卧式。立式 布置支吊结构比较简单，但在停炉时存水不易排出； 卧式布置支吊结构比较复杂，但在停炉时存水容易排 出。
§2-2 过热器和再热器
一、概述
蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽 加热成为具有一定温度的过热蒸汽。
在电力工业的长期发展过程中，蒸汽的初参数（压力和温度） 不断地提高，以提高电厂循环的热效率。但是，蒸汽温度的进 一步提高受到高温钢材的限制。现今绝大多数电站锅炉的过热 汽温停留在540-555℃的水平。
根据管子排列方式，可分为顺列和错列(容易积灰且不 易清除）布置，国内绝大多数锅炉采用顺列布置。
为了保证管子金属的可靠冷却，管内工质应保证一定 的质量流速，具体数值见第28页。但速度越高，工质的压 降越大，一般压降不应超过其工作压力的10%。 在燃煤锅炉中，烟气流速一般为10-14m/s；在燃油、 燃气锅炉中，烟气流速一般为20m/s。
膜式水冷壁的优点
炉膛气密性好 降低金属耗量 不用耐火材料，只需轻型绝热材料，减少
炉墙重量。 便于采用悬吊结构 锅炉蓄热能力减小，炉膛升温快，缩短启 动和停炉时间。
水冷壁结构简图
3、对于挥发分低且不易着火的燃料，为使燃料迅速着火和 稳定燃烧，或在旋风炉及液态排渣炉中为了获得较高的温 度，常常需要把一部分水冷壁管表面遮盖起来，以减少该 部位的吸热量，这部分水冷壁表面称做卫燃带。常用的敷 设卫燃带的方法是在卫燃带区域的水冷壁管表面焊上许多 长20-25mm、直径6-12mm的销钉，然后敷上硌矿砂耐火塑 料，在这里销钉起着冷却和固定的作用。 4、折焰角的定义：炉膛后墙水冷壁接近炉膛出口处向炉膛 内突出的部分。 折焰角的作用：⑴改善烟气流冲刷屏式过热器的空气动力 特性，增加横向冲刷的作用⑵增长烟气流程，加强烟气混 合，使烟气流沿着烟道高度分布趋于均匀。突出部分通常 占炉膛深度的30%左右。
5、膨胀、密封问题：水冷壁一般是上部固定，下部自由膨胀。 水冷壁的上集箱固定在支架上，下集箱则由水冷壁悬吊着。水 冷壁管自身吊拉件限制其水平移动，以免引起结构变形，但要 保证水冷壁能上下滑动。水冷壁穿过炉墙的部分要留出膨胀间 隙，为了防止漏风，间隙内填充石棉绳。对于敷管炉墙，炉墙 贴附在膜式水冷壁ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ外面形成一个整体，穿墙部分可不留间隙。
7、燃料的种类和成分：当燃煤锅炉改为燃油时，由于烟气 量降低，烟气流速降低，过热汽温将下降。在煤粉锅炉中， 水分增大、灰分增加，都会导致过热汽温有所提高。 九、蒸汽温度的调节方法 1、蒸汽侧的调节 （1）喷水减温器（图8－3）：是将水直接喷入过热蒸汽中， 使水加热和蒸发，吸收蒸汽中的热量，达到调节过热汽温的 目的。特点：惯性小，调节灵活，易于自动化。 （2）表面式减温器：是一种管壳式换热器，利用给水或炉 水来冷却蒸汽温度，达到调节过热汽温的目的。特点：水与 蒸汽不直接接触，因而对水质没有特殊要求。中、小型锅炉 用得较多。
因此在炉膛出口还需要布置这样的对流受热面。通常在管束中 用耐火砖把烟道隔成几个流程，同时各流程的烟气流通截面随 烟气温度降低而逐渐缩小，以保持足够高的烟气流速。一般采 用Φ51*3的管子作锅炉管束，节距S1=100mm，S2=95mm，弯 管半径R=160mm。
凝渣管是布置在炉膛出口的对流管束。这个管束在结构上 横向和纵向节距都设计得很大，因此它本身不容易结渣，即使 在锅炉燃烧不正常时在凝渣管上结了一些渣也不容易把烟气通 道堵塞。同时烟气流过这个管束时，它的温度会降低几十度， 烟气中携带的飞灰就会因此而凝固，不致粘接在受热面上。凝 渣管可以保护后面密集的过热受热面不结渣堵塞，因此有时它 也称为防渣管束。一般锅炉中的凝渣管常由后墙水冷壁上部拉 稀组成。一般采用Φ60*3.5和Φ60*5的管子，节距S1/d=3-5， S2/d=3-5。现代高压锅炉及超高压锅炉一般不采用凝渣管的结 构，而以在炉膛出口的屏式过热器来代替，同时炉顶也布置顶 棚过热器。
对流过热器布置简图
过热器的蛇形管可作成单管圈、双管圈和多管圈。这 与锅炉的容量和管内必须维持的蒸汽速度有关。大容量锅 炉一般采用多管圈结构。
蒸汽流速的要求：中压锅炉，在对流过热器中取w=15 －25m/s,在辐射过热器中取20－25m/s。高压锅炉，在对流 过热器中冷段取w=9－11m/s,热段取w=15-20m/s,在辐射过 热器中取w值比前者高40-50%。
通常在设计过热器时，其受热面要设计得较大些，吸收能力 要有余量，以便在负荷的低限时能维持额定汽温，而在高负 荷时，投入减温器。
（3）汽－汽热交换器 （4）蒸汽旁通法 2、烟气侧的调节
(1)分隔烟道挡板调节法（图2－17）：当再热器布置在对流 烟道内时，为了调节再热器温而采用的办法。将尾部竖井烟 道分隔成两个平行的烟道，在一个烟道内布置低温再热器， 在另一个烟道内布置低温过热器或省煤器，在烟井下部的省 煤器出口、烟温较低处装置烟气挡板。当再热汽温变化时， 调节挡板的开度，改变流过再热器的烟气量，使再热器吸热 量改变，达到调节再热汽温的目的。为防止挡板产生变形， 应布置在烟温低于400℃的区域。
过热器的蛇形管采用Φ32-42mm的无缝钢管，壁厚3-7mm， 材质20、12Cr1MoV、15CrMo等，S1/d=2.0-3.5。（表2－3）
过热器旁路系统见图2－9 三、辐射式过热器 指布置在炉内壁面上直接吸收炉膛辐射热的过热器。热负 荷高，工作条件恶劣。采用措施：⑴布置在远离火焰中心的炉 膛上部⑵作为低温过热器⑶采用较高的质量流速，一般 ρω=1000-1500kg/（m2.s）。 四、半辐射屏式过热器