锅炉受热面的作用及结构
锅炉_受热面材料_解释说明以及概述
锅炉受热面材料解释说明以及概述1. 引言1.1 概述锅炉是一种能将水转化为蒸汽的设备，广泛应用于工业生产和能源领域。
作为锅炉的关键部件之一，受热面材料（也称为换热面）充当着将能量传递给工作介质的核心角色。
不同的受热面材料拥有各自的特点和应用场景，并且在锅炉性能和效率方面起着重要作用。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面对受热面材料进行解释说明和概述。
首先，我们将定义受热面及其分类，并介绍不同受热面材料的特性与选择因素。
然后，我们会详细探讨钢板受热面、合金钢管受热面以及填料管束受热面的解释说明及其在实际应用中的场景。
接下来，我们将讨论受热面材料的技术要点与改进方向，包括材料强度与耐蚀性优化技术、密封性能提升技术以及耐高温材料发展方向和创新技术点。
最后，我们将对文章的要点进行总结，并展望受热面材料未来的发展趋势。
1.3 目的本文的目的是深入探讨和全面介绍受热面材料在锅炉中的重要性及其相关知识。
通过对不同受热面材料特性、应用场景以及技术要点的解释说明，读者将能够更好地理解受热面材料在锅炉中的作用，并且为未来的受热面材料改进与创新提供参考依据。
2. 受热面材料的定义与分类2.1 受热面的定义受热面是指锅炉内与燃料接触并受到高温和高压的部分，用于进行能量转移和传导。
它是锅炉中最重要的部件之一，直接影响着锅炉的性能和效率。
2.2 受热面材料的分类根据受热面材料的特性和用途，可以将其分为以下几类：2.2.1 钢板受热面：钢板是常见的受热面材料之一，具有良好的机械性能和导热性能。
常用于锅炉的壁板、头盖板等位置。
根据使用条件不同，钢板也可细分为低合金钢板、高合金钢板等。
2.2.2 合金钢管受热面：合金钢管由含有多种合金元素的特殊钢制成，具有较高的耐腐蚀性和耐高温性能。
在高温工况下，合金钢管广泛应用于锅炉中作为受热面来传达或吸收能量。
2.2.3 填料管束受热面：填料管束由多根小直径的管子组装而成，以增大受热面积，并提高能量传递效率。
锅炉结构及工作原理
锅炉结构及工作原理一、引言锅炉是一种用于产生蒸汽或热水的设备，广泛应用于工业生产和居民生活中。
本文将详细介绍锅炉的结构和工作原理。
二、锅炉结构1. 锅炉外壳：锅炉外壳是锅炉的主要承压部件，一般由钢板焊接而成。
外壳内部包含了多个燃烧室和传热面。
2. 燃烧系统：燃烧系统由燃烧器、燃烧室和燃烧控制装置组成。
燃烧器将燃料和空气混合后喷入燃烧室，通过燃烧产生高温燃烧气体。
3. 传热面：传热面是锅炉中的关键部件，用于将燃烧产生的热能传递给工作介质（蒸汽或热水）。
传热面一般包括水冷壁、烟管和水管等。
4. 水循环系统：水循环系统包括给水系统、蒸汽系统和排污系统。
给水系统用于补充锅炉中的水分，蒸汽系统用于将产生的蒸汽输送到需要的地方，排污系统用于排放废水和废气。
三、锅炉工作原理1. 燃烧过程：当燃料和空气进入燃烧室后，燃烧器点火使燃料燃烧，产生高温燃烧气体。
燃烧气体通过传热面，将热能传递给工作介质。
2. 传热过程：在传热面上，热能通过辐射、对流和传导的方式传递给工作介质。
水冷壁和烟管是主要的传热面，水冷壁通过水循环冷却，烟管内部流动着工作介质。
3. 水循环过程：给水系统将水送入锅炉，经过加热后转化为蒸汽或热水。
蒸汽通过蒸汽系统输送到需要的地方，热水通过循环泵回流到锅炉进行再次加热。
4. 控制系统：锅炉的控制系统用于监测和调节锅炉的运行状态。
控制系统包括温度、压力、流量等传感器和控制器，能够自动调节燃烧器的燃料供应和风量，保持锅炉的安全和高效运行。
四、锅炉的应用领域锅炉广泛应用于工业生产和居民生活中，主要包括以下几个领域：1. 工业生产：锅炉在化工、纺织、食品、造纸等行业中被用于提供热能，用于加热、蒸汽动力和生产过程中的其他需要热能的环节。
2. 电力发电：锅炉是火力发电和核能发电中的核心设备，通过燃烧产生的高温高压蒸汽驱动涡轮发电机产生电能。
3. 居民生活：锅炉在居民生活中被用于供暖和热水供应，通过燃烧产生的热能加热水或空气，提供舒适的生活环境。
锅炉原理 第二章 锅炉受热面
➢ 作用
1.加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽和大致分界点； 2.具有一定的蓄热能力，适应外界负荷变化； 3.蒸汽分离、净化处理； 4.外接附件保证锅炉工作安全，水位计、安全阀、压力表、事故放水等
➢ 安全性要求高
• 汽包上下壁、内外壁允许温差为40℃，最大不超过50℃。 • 受热不均会产生热应力：
热应力t — 温差Δt和壁厚S 温差Δt — 温度变化速度（dt/d）
2.4 过热器和再热器
2.4.1过(再)热器的作用和工作特点
过热器—将饱和蒸汽加热到额定过热温度的锅炉受热面部件。
作用：
• 饱和蒸汽或低温蒸汽→过热蒸汽 • 调节蒸汽温度：一般在-10℃～+5 ℃
提高蒸汽过热（温度和热焓）目的：
6.在锅炉启停和甩负荷时可能发生不安全现象，需要旁路和排汽系统。 见p29图2-9
再热器及其工作特点
再热器—将汽轮机高压缸（或中压缸）排汽重新加热到额定再
热温度的锅炉受热面部件。
工作特点：
1.管内流的是中压蒸汽，比容大，流动阻力大，为降低压损采用的蒸汽 流速低，冷却更差，且也布置在高温区，工作条件更差。
➢ 顺流：蒸汽与烟气的流向相同，蒸汽出口段位于烟温最低 处，管子相对较安全，但传热温差小，金属耗用多
➢ 混合流：沿着烟气流动方向，既有逆流也有顺流（串联混 合流）；或者在烟道的宽度方向上，两侧为逆流，中间为 顺流（并联混合流）
2. 半辐射过热器
半辐射过热器布置在炉膛上部或出口烟窗处，既接受炉膛内 火焰的辐射换热，又接受烟气对流冲刷换热。
➢ 重要设计参数s/d • 光管：相对节距s/d= 1.05-1.2，离炉墙
e/d=0-0.5 • 膜式水冷壁： s/d= 1.2-1.35 • 相对节距与金属利用率、炉墙保护效果及
第6章锅炉受热面分析
四、控制循环锅炉蒸发受热面： 控制循环工作原理：压力提 高，汽水密度差减小，为了 保证受热蒸发管内有足够的 流量循环，在蒸发系统的下 降管系统内加装循环泵8，以 增强工质循环流动的推动力。 蒸发受热面内的工质循环除 了依靠水与汽水混合物密度 差外，主要依靠循环泵。
第6章锅炉受热面分析
五、直流锅炉蒸发受热面： 1. 直流锅炉工作原理：靠给水泵的压头，给水一次通过
锅炉各受热面产生蒸汽。给水经省煤器加热后，流经 蒸发受热面，在其中全部蒸发汽化为蒸汽，蒸汽在过 热器中加热为过热蒸汽。因此直流锅炉循环倍率K=1， 并且不存在汽包。 2. 特点：没有汽包，不构成循环，工质靠水泵压头作强 制流动，炉膛水冷壁可自由布置。直流锅炉水冷壁形 式主要有螺旋管圈式和立式管屏式两种。
第6章锅炉受热面分析
不同参数的锅炉，工质加热、蒸发、过热吸热量 的比例是不同的。一般随着锅炉工质压力等级的提高， 加热给水和过热蒸汽的热量比例增大，而蒸发吸热比 例下降。
第6章锅炉受热面分析
❖ 蒸发受热面及系统（水冷壁）
一、水冷壁的作用： 水冷壁是布置在炉膛四周以辐射换热为主的蒸发受热 面，管内工质一般为汽水混合物。其作用如下： 1. 吸收炉内火焰辐射热，使水加热并蒸发为饱和蒸汽。 2. 保护炉墙，减少熔渣和高温对炉墙的破坏。 3. 使炉膛出口烟温降到允许值，避免对流受热面结渣。 4. 强化传热，减少锅炉总受热面面积，降低金属耗量。 5. 减轻炉墙重量，便于采用悬吊结构。
（1）对流式：布置在锅炉对流烟道内，主要吸收烟气对 流热的过热器和再热器。按不同的分类方式，可分为：
第6章锅炉受热面分析
①根据烟气和管内蒸汽的相对流向：
逆流：传热温压大，传热效果好，节约受热面面积，金 属耗量少。但高温蒸汽出口管段恰好位于高温烟气区， 管子出口端壁温高。逆流布置多用于低温级或进口段。 顺流：传热温压小，传热效果较差，受热面积大，金属 耗量多，但高温蒸汽出口管段烟气温度较低，利于管子 出口端壁面冷却。顺流布置多用于高温级或出口段。 混合流：先经逆流传热段，再经顺流传热段，折中布置。
锅炉各受热面的结构及布置形式
锅炉各受热面的结构及布置形式一、省煤器省煤器在锅炉中的主要作用是：①吸收低温烟气的热负以降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。
②由于给水在进入蒸发受热而之前先在省煤器内加热，这样就减少了水在蒸发受热面内的吸热量，因此可用省煤器替代部分造价较高的蒸发受热面。
也就是以管径较小、管壁较薄、传热温差较大、价格较低的省煤器来代替部分造价较高的蒸发受热面。
③提高了进入汽包的给水温度，减少于给水与汽包壁之间的温差，从而使汽包热应力降低。
基于这些原因，省煤器已成为现代锅炉必不可少的部件。
按照省煤器出口工质的状态省煤器可分为沸腾式和非沸腾式两种。
如出口水温低于饱和温度，叫做非沸腾式省煤器，如果水被加热到饱和温度并产生部分蒸汽，就叫做沸腾式省煤器。
省煤器按所用材质又可分为铸铁式和钢管式，铸铁式耐磨损和耐腐蚀但不能承受高压。
钢管省煤器应用于大型锅炉，它是由许多并列（平行)的管径为28～42mm 的蛇形管组成。
蛇形管可以顺列也可错列。
为使省煤器受热面结构紧凑，一般总是力求减小管间节距。
管子多数为错列布置。
错列布置省煤器的结构如图6—3所示。
蛇形管的两端分别与进口联箱和出口联箱相连，联箱一般布置在烟道外。
省煤器的管子固定在支架上，支架支承在横梁上而横粱则与锅炉钢架相连接。
省煤器管子一般为光管，为了强化烟气侧热交换和使省煤器结构更紧凑可采用鳍片管、肋片管和膜式受热面，它们的结构如图6—4所示。
焊接鳍片管省煤器所占据的空间比光管式大约少20％～25％，轧制鳍片管省煤器可使外形尺寸减少40％一50％。
鳍片管和膜式省煤器还能减轻磨损。
这主要是因为它比光管省煤器占有空间小，因此在烟道截面不变的情况下，可采用较大的横向节距。
从而使烟气流通截面增大，烟气流速下降磨损减轻。
肋片式省煤器主要特点是热交换面积明显增大，这对缩小省煤器的体积、减少材料消耗很有意义。
主要缺点是积灰比较严重。
省煤器蛇形管通常均取水平放置，以利于停炉时排水。
而且尽可能保持管内的水自下而上流动以利于强制流动的水动力特性和便于排除水被加热后所释放的空气，避免引起管内空气停滞产生内壁局部的氧腐蚀。
锅炉结构及工作原理
锅炉结构及工作原理锅炉是一种用于产生蒸汽或加热水的设备，广泛应用于工业生产、供暖和发电等领域。
它的结构和工作原理对于保证安全运行和高效能利用燃料至关重要。
本文将详细介绍锅炉的结构和工作原理。
一、锅炉结构1. 炉膛：炉膛是燃烧室，用于燃烧燃料。
常见的炉膛结构包括水管式、火管式和燃烧室式等。
炉膛内的燃料燃烧产生高温烟气，通过烟管或水管传热。
2. 烟管：烟管是连接炉膛和烟囱的管道，用于传递烟气。
烟管内壁通常覆盖有传热面，增加传热效果。
3. 水管：水管是连接炉膛和汽水容器的管道，用于传递热量。
水管内壁通常覆盖有传热面，将热量传递给水。
4. 汽水容器：汽水容器是用于分离蒸汽和水的装置，保证锅炉工作时的正常运行。
它通常分为汽包和水位计两部分。
5. 空气预热器：空气预热器用于预热燃烧所需的空气，提高燃烧效率。
它通常位于烟气通道上方，通过与烟气交换热量，将进入炉膛的空气预热至一定温度。
6. 烟囱：烟囱是排放烟气的管道，通常位于锅炉顶部。
它通过自然排烟或辅助设备（如引风机）排烟，保证燃烧产生的烟气能够顺利排出。
二、锅炉工作原理锅炉的工作原理是利用燃料的燃烧产生的热能，通过传热将水加热为蒸汽或热水。
1. 燃烧过程：燃料在炉膛内燃烧，产生高温烟气。
燃烧需要氧气，因此需要通过空气预热器预热进入炉膛的空气，提高燃烧效率。
2. 传热过程：传热是锅炉的核心过程，将燃烧产生的热量传递给水，使其加热为蒸汽或热水。
传热方式主要包括辐射传热、对流传热和传导传热。
- 辐射传热：炉膛内的高温烟气通过辐射作用，将热量传递给炉膛内的水管或烟管。
- 对流传热：烟气在烟管或水管内流动，通过对流作用，将热量传递给管壁和水。
- 传导传热：烟气通过烟管或水管的管壁，将热量传递给管壁内的水。
3. 蒸汽或热水产生：当水被加热至一定温度时，就会产生蒸汽或热水。
蒸汽通常用于驱动涡轮发电机或提供工业生产过程中的热能，热水则用于供暖或其他热水需求。
4. 安全保护装置：为了保证锅炉的安全运行，通常会配备一系列安全保护装置，如压力表、安全阀、水位计、燃烧器控制装置等。
第五章-1 锅炉受热面的作用及结构解析
第三节 省煤器及空气预热器
省煤器和空气预热器在尾部烟道的布置 管式空气预热器
省煤器和空气预热器在尾部烟道的布置 回转式空气预热器
一、 省煤器
省煤器的作用：
1、降低排烟温度，减少排烟热损失，节约燃料； 2、减少蒸发受热面，降低锅炉造价：
以管径小、管壁薄、价格较低的省煤器代替管径大、 管壁厚、价格较高的水冷壁 换热好(低温、强制流动、逆流布置)
下降管
作用：把汽包内的水连续不断地通过下联 箱供给水冷壁，以维持正常的循环。
布置在炉外不受热 有小直径分散型和大直径集中型两种
联箱
作用：汇集、混合、分配工质。 布置在炉外不受热 由无缝钢管两头焊接平封头构成。
汽包
汽包的作用
是加热、蒸发、过热三个过程 的连接枢纽和大致分界点；
具有一定的蓄热能力，能较快 适应外界负荷变化；
过热器及再热器的形式
根据布置位置与传热方式，分为对 流式、半辐射式、辐射式三种。 供热锅炉采用的都为对流式过热器， 由蛇形管构成。
根据放置形式分为立式、卧式。对 流式过热器目前多为立式，支吊简 单可靠，不易积灰，但疏水排气性 差。
根据蒸汽和烟气的流向，分顺流、 逆流、混流，多采用混流。
过热器中流动的工质温度最高，放 热系数小，工作条件最差；为了避 免使用贵重金属并保证传热温差， 供热锅炉的过热器一般布置在烟温 900℃左右的烟道中。
3、提高了给水温度，减少给水与汽包壁的温差，降低热 应力，延长使用寿命。
省煤器分类及布置特点
1、按制造材料：钢管式、铸铁式(压力 < 4 MPa) 2、按水的预热程度：非沸腾式、沸腾式(中压)
沸腾式：其出口水温不仅可达到饱和温度，而且可使 部分水汽化，汽化水量一般约占给水量的10％～15％， 最多不超过20％，以免省煤器中介质的流动阻力过大。 非沸腾式：其出口水温比相应压力下的饱和温度低。 3、错列减少积灰、换热强、磨损大 顺列利于吹灰、换热弱、磨损小
第7章 锅炉各种受热面的作用及结构
分类：Βιβλιοθήκη 光管式和膜式。光管式水冷壁就是通过锅筒及集箱连接起来的一排布置在 炉墙内侧的光管。所谓膜式水冷壁就是各光管之间用鳍片 或扁钢焊接成的一管屏。
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
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钢管加扁钢工艺制造的膜式水冷壁
膜 式 水 冷 壁
西 安 交 通 大 学 锅 炉 研 究 所
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较大容量的锅炉一般做成平炉项，但一般在 炉膛后墙水冷壁上部接近炉膛出口处设有折 焰（烟）角。这样做的目的是：提高炉膛内 的充满程度，避免涡流与死角，提高炉膛辐 射受热面的利用程度，改善屏式过热器及对 流过热器的冲刷条件，防止上部烟气短路。 增加水平连接烟道长度， 在不增加锅炉深 度下，可布置更多的对流受热面。
为此，各国都对蒸汽温度的允许偏差都明 确的规定，此外，还规定的允许汽温变化 速度，持续时间等。
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三、汽温调节的原理和主要方法 1、变化特性 饱和蒸汽在过热器中被加热提高温度后即变成过热蒸汽。 由热量平衡关系有：
i
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其中
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再热器的作用与结构
过热器在汽轮机中膨胀作功到一定程度后， 再回到锅炉中进行加热，然后再回到汽机中 作功，这种受热面就叫再热器。 它实质上也是过热器，但与前面所讲的过热 器相比，工质的压力较低，大约 1/5~1/3 。一 般都做成对流式，布置在水平烟道或垂直烟 道中。布置在水平烟道中，常垂直放置，布 置在垂直烟道中，常水平放置。 由于蒸汽的压力低，密度小，放热系数小， 使得再热器不宜放在烟温度较高的区域，一 般≤800℃
锅炉本体结构和主要受热面
锅炉启动时间：冷态启动
7～8小时
温态启动
2～3小时
热态启动
1～1.5小时
极热态
＜1小时
水冷壁前上集箱 顶棚进口集箱 二级过热器汇集集箱 过热器二级减温器 二级过热器进口集箱 三级过热器进口集箱 三级过热器出口集箱 水冷壁凝渣管束 水冷壁后墙出口集箱
高再进口集箱 高再出口集箱 后竖井前墙集箱 再热器减温器 低再出口集箱 再热器减温器 后竖井吊挂管集箱 后竖井中隔墙集箱 一级过热器出口集箱 后竖井吊挂管集箱 后竖井后墙集箱 顶棚出口集箱
主要用于褐煤型锅炉
日本超临界燃煤锅炉均采用此种 布置方式
适合600MW-1050MW超临界燃煤 变压锅炉
-高灰份 缺乏1000MW超临界燃煤变压锅炉经验
结构与安装 具备成熟的结构技术及众多业绩， 需研究大容量超临界锅炉可靠性 可靠性高
性能及运行 煤适应性好（采挡板调节再热汽 再热器采用喷水及燃烧器摆动调温，对
螺旋水冷壁管
• 炉膛下部水冷壁（包括冷灰斗水冷壁、中部螺旋 水冷壁）都采用螺旋盘绕膜式管圈，从水冷壁进 口到折焰角水冷壁下标高52608.9 mm处。
锅炉本体
1、总体布置
采用П型布置形式
П型布置是传统普遍采用的方式， 烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟 道，在尾部烟道通过各受热面后排 出。
其主要优点是锅炉高度较低， 尾部烟道烟气向下流动有自生吹灰 作用，各受热面易于布置成逆流形 式，对传热有利等。
布置简图
锅炉∏型布置和塔型布置的比较
概念 业绩
世界上烟煤型锅炉典型布置
特点：气密性好，减少炉膛漏风，改善燃烧，降低锅炉的排烟热损失；增加传热面积，减少 高价钢材；减轻炉墙厚度和重量，降低成本；蓄热少，锅炉启动速度加快；炉膛抗爆能力增 强；可成片安装，便于悬吊，缩短工期；制造、检修工艺复杂。（对炉墙具有良好的保护作 用，不用高温耐火材料，只需轻质保温材料降低炉墙质量，蓄热量只是使用耐高温材料锅炉 的1/4左右，燃烧室升温和降温速度快，使启动和停运过程缩短）
§4-5 锅炉受热面
上升管 起沸点A
下集箱
一、水冷壁和水循环
水循环
水冷壁
自然循环原理与基本概念
一 自然循环原理
定义：在一个闭合的回路中，由于工质自身的密度差造成的重位 压差，推动工质流动的现象。
自然循环锅炉的循环回路是由锅筒、下降管、分配水管、水
冷壁下联箱、水冷壁管、水冷壁上联箱、汽水混合物引出管、汽 水分离器组成的，如图所示； 重位压差是由下降管和上升管(水冷壁管)内工质密度不同造 成的；而密度差是由下降管引入水冷壁的水吸收炉膛内火焰的辐 射热量后，进行蒸发，形成汽水混合物，使工质密度降低形成的。
下降管侧 Yxj p2 p1 H xj g pxj 上升管侧 Yss p2 p1 H hu g pss
水在回路中循环流动时，下降管侧压差Yxj等于上升管侧压差Yss
H xj g H hu g pxj pss
Syd h xjg h i i g
3.
多次上升 式
三种炉型水冷壁的特点
自然循环锅炉：60mm的管子 控制循环锅炉：51mm 直流锅炉：22mm（为了保证有足够大工 质流速）
过热器和再热器
概述 过热器和再热器的结构型式 过热器与再热器的热偏差
为何采用过热器和再热器
1．提高机组循环效率
提高蒸汽压力、温度。 提高温度很难，提高压力受到限制，否则排汽 湿度过高，因此采用再热器，同时提高循环 效率。
3．锅炉参数提高，容量增大，锅炉各受热面数量和 位置发生变化，过热受热面向炉膛移动（辐射式过 热器），工作条件更差； 4．设计或运行不当，很容易引起受热面金属超温， 长期超温会造成爆管，工质泄露，停机，是锅炉故 障最多的部件之一。
锅炉受热面
省煤器
• 省煤器是锅炉汽水的预热受热面，送入锅炉的给水先经省没器加 热成为压力下的饱和水，在送入到汽包到水循环系统.在锅炉尾部 布置省煤器，在于降低排烟温度，节省燃料，提高锅炉的效率.由 于提高了汽包的进水温度，可减小给水与汽包间的温差，降低汽 包的热应力。 • 省煤器的材料一般为20号碳钢，是由多排蛇型管与进出口联箱焊 接而成。 • 大型的省煤器一般由水平蛇型管和垂直悬吊管两部分组成，布置 在尾部竖井低温过热器下方，给水通过省煤器的蛇型管进入联箱， 经过悬吊管进入省煤器的出口联箱后引入汽包。 • 另外，在锅炉的启停过程中，需要采用间断供水。当停止供水省 煤器中的水流不动会导致管字过热高温。为此，在省煤器入口联 箱和水冷壁下联箱之间连有一跟不受热的管子，称为省煤器再循 环管。当停止供水时，省煤器内的水在工质密度差或循环的推力 下形成临时回路内的循环，达到保护省煤器的目的
回转式空气预热器
• 回转式空气预热器又分受热面回 转和风罩回转式两种。受热面回 转式又叫容克式。其受热面装于 可转动的圆筒形转子，即转子分 成许多扇形仓格，每仓格充满了 传热元件。转子顶部和低部被上 下连接板分隔成对应的烟起流通 区，空气流通区和密封区等。烟 气空气分别与烟道风道相连。当 转子转动时，受热面就不断的经 过烟气流通区和空气流通区，每 一扇仓格转到烟气区时传热元件 就吸收烟气的热量，转到空气时， 又把热量传给空气，这样转一周 就完成一个热交换过程。
自然循环锅炉的水冷壁
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自然循环锅炉的水循环回路如右图，它是由布置在炉顶的气泡，炉外不受热的 下降管和炉内受热的上升管组成的汽水流动封闭通道，用以完成锅炉水的蒸发任务 在水循环回路中，由于进入冷水冷壁的水受热变成汽水混合物，其密度小于下降 管内饱和水的密度，因此在下联箱两侧产生压力差，此压力差的作用下，上升管 的汽水混合物向上流动并进入气包，在气包内通过汽水分离装置分离出来的饱和 蒸汽引出到过热器，而分离出的水与省煤器的的给水混合后，有经过下降管进入 水冷壁重复上述循环.这种利用工质密度差所产生的推动力，使水及汽水混合物在 水循环回路中不断流动，称为自然循环 自然水循环的推动力又叫运动压头，是由于下降管和上升管内工质密度不同造成 的，故数值上等于密度差乘以高度.这一压头正好克服下降管和上升管等循环回路 的阻力，维持水循环的安全进行.当工质的密度差越大和高度越高时，运动压头就 越大，循环就越安全。工质的密度差在压力一定时取决上升管内的含气率，当上 管受热越强，含气率越高，密度差就越大。运动压头越大，循环也就越安全。 水循环回路是否安全可靠的评价指标是循环流速和循环倍率： 循环流速是指上升管入口处的流速，反映了管内流动的水生成的蒸汽和炉水带走 污垢的能力。 循环倍率是上升管进口处水的总流量与上升管的产气量的比值，反映了1Kg的蒸 汽需要多少千克水进入水循环系统进行循环. 水循环回路要有足够的循环流速和循环倍率才能保证水循环安全可靠.对于超高压 规定的最小循环流速大于1m/s，循环倍率不小于2.5。
锅炉结构及工作原理
锅炉结构及工作原理一、锅炉结构锅炉是一种能够将水转化为蒸汽的设备，常用于工业和家庭供暖、发电等领域。
锅炉的结构通常包括以下几个主要部分：1. 炉膛：炉膛是燃烧室，用于燃烧燃料产生热能。
炉膛通常由耐高温材料制成，内部包括燃烧器和燃料喷嘴。
2. 炉排：炉排位于炉膛底部，用于支撑燃料并使其燃烧。
炉排通常由金属材料制成，具有一定的强度和耐高温性能。
3. 水壁：水壁是锅炉的换热面，用于吸收炉膛中产生的热能并将其传递给水。
水壁通常由钢管或钢板制成，通过水循环来实现热能的传递。
4. 过热器：过热器位于锅炉的烟气通道中，用于将饱和蒸汽加热至一定温度，提高蒸汽的热能利用效率。
过热器通常由钢管制成，通过烟气和蒸汽之间的热交换实现。
5. 空气预热器：空气预热器用于将燃烧所需的空气预先加热，提高燃烧效率。
空气预热器通常由烟气和空气之间的热交换器构成。
6. 烟囱：烟囱用于排放锅炉燃烧产生的烟气和废气，确保锅炉运行期间的排放安全。
二、锅炉工作原理锅炉的工作原理是将燃料燃烧产生的热能通过水壁传递给水，使水变为蒸汽。
具体的工作过程如下：1. 燃料燃烧：燃料经过燃烧器和燃料喷嘴进入炉膛，在炉膛内与空气混合并点燃。
燃烧产生的高温烟气包含大量的热能。
2. 热能传递：燃烧产生的烟气通过炉膛的水壁，将热能传递给水。
烟气在水壁上的热交换过程中冷却，水则被加热并逐渐转化为蒸汽。
3. 过热：部分蒸汽经过水壁后进入过热器，通过与过热器内的烟气进行热交换，使蒸汽温度进一步提高。
4. 蒸汽输出：蒸汽输出至蒸汽管道，供应给需要使用蒸汽的设备或工艺。
5. 烟气排放：经过热能传递后的烟气通过烟囱排放至大气中，确保排放的烟气符合环保要求。
锅炉的工作原理可以通过控制燃料供应、调节燃烧器的燃烧强度、控制水循环等方式来实现对蒸汽产量和温度的调节。
同时，锅炉还需要进行定期的维护和清洁，以确保其正常运行和高效工作。
总结：锅炉是一种将水转化为蒸汽的设备，通过燃烧燃料产生热能，将热能传递给水，使水转化为蒸汽。
锅炉结构及工作原理
锅炉结构及工作原理锅炉结构及工作原理锅：是指锅炉的水汽系统，由汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器和省煤器等设备组成。
（1）锅的任务是使水吸热，最后变化成一定参数的过热蒸汽。
其过程是：给水由给水泵打入省煤器以后逐渐吸热，温度升高到汽包工作压力的沸点，成为饱和水；饱和水在蒸发设备（炉）中继续吸热，在温度不变的情况下蒸发成饱和蒸汽；饱和蒸汽从汽包引入过热器以后逐渐过热到规定温度，成为合格的过热蒸汽，然后到汽轮机做功。
汽包：汽包俗称锅筒。
蒸汽锅炉的汽包内装的是热水和蒸汽。
汽包具有一定的水容积，与下降管，水冷壁相连接，组成自然水循环系统，同时，汽包又接受省煤器的给水，向过热器输送饱和蒸汽；汽包是加热，蒸发、过热三个过程的分解点。
下降管：作用是把汽包中的水连续不断地送入下联箱，供给水冷壁，使受热面有足够的循环水量，以保证可靠的运行。
为了保证水循环的可靠性，下降管自汽包引出后都布置在炉外。
联箱：又称集箱。
一般是直径较大，两端封闭的圆管，用来连接管子。
起汇集、混合和分配汽水保证各受热面可靠地供水或汇集各受热面的水或汽水混合物的作用。
（位于炉排两侧的下联箱，又称防焦联箱）水冷壁下联箱通常都装有定期排污装置。
水冷壁：水冷壁布置在燃烧室内四周或部分布置在燃烧室中间。
它由许多上升管组成，以接受辐射传热为主受热面。
作用：依靠炉膛的高温火焰和烟气对水冷壁的辐射传热，使水（未饱和水或饱和水）加热蒸发成饱和蒸汽，由于炉墙内表面被水冷壁管遮盖，所以炉墙温度大为降低，使炉墙不致被烧坏。
而且又能防止结渣和熔渣对炉墙的侵蚀；筒化了炉墙的结构，减轻炉墙重量。
水冷壁的形式：1.光管式2.膜式过热器：是蒸汽锅炉的辅助受热面，它的作用是在压力不变的情况下，从汽包中引出饱和蒸汽，再经过加热，使饱和蒸汽成为一定温度的过热蒸汽。
锅炉主要受热面
§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。
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%。
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。
锅炉原理-第五章锅炉受热面及工作特点
过热器与再热器的结构形式
过热器和再热器的作用与特点
工作特点 外部烟温高：大约在600～1400℃。 内部汽温高：一般在320 ～ 540℃，近年出口汽温 可达560 ～ 620℃。 冷却条件差：亚临界压力下的蒸汽密度比水小，蒸 汽与管壁间的对流放热系数小，冷却能力差；提高蒸 汽流速，可使蒸汽冷却能力增强，但会增大压降，降 低蒸汽的做功能力。 安全裕度小：壁温高，管子的工作温度接近允许使 用温度。
在炉膛折焰角以上采用垂 直上升管屏，以便采用全悬 吊结构；炉膛上部热负荷较 低，两相邻垂直管屏外侧管 子的管壁温差较小，不至于 造成膜式水冷壁损坏
在炉膛高热负荷区采用螺 旋管圈型水冷壁，以减小炉 内热偏差
过热器与再热器的结构形式
过热器和再热器的作用与特点
过热器和再热器的作用 过热器：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热 蒸汽。 再热器：将汽轮机高压缸排汽加热成具有一定温 度的再热蒸汽。 都是提高蒸汽焓值，增强其做功能力，从而提高 电厂循环热效率。同时再热器可以降低汽轮机排汽 的湿度，提高末级叶片的安全性。
过于剧烈，还会引起汽机中压缸的转子与汽缸
之间的相对胀差变化，汽机振动增大
蒸汽温度调节
汽温调节
蒸汽调温的主要方式 蒸汽侧调节 通过改变蒸汽热焓调节汽温，主
要有喷水减温、汽-汽热交换。
烟气侧调节 通过改变锅炉内辐射受热面和对
流受热面的吸热量分配比例的方法（如烟气再循 环、摆动燃烧器）或改变流经过热器、再热器烟
过热器与再热器的结构型式
半辐射、辐射式过、再热器
做成挂屏形式，由U型管及 进出口联箱构成 布臵 半辐射式 布臵在炉膛出口 烟窗处，称为后屏 辐射式 布臵在炉膛上部的 前墙和两侧的前半部或布臵在炉 膛顶部或悬挂在炉膛上部靠近前 墙处，分别称为墙式、顶棚式和 前屏（分隔屏）
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省煤器分类及布置特点
1、按制造材料：钢管式、铸铁式(压力 < 4 MPa) 2、按水的预热程度：非沸腾式、沸腾式(中压)
沸腾式：其出口水温不仅可达到饱和温度，而且可使 部分水汽化，汽化水量一般约占给水量的10％～15％， 最多不超过20％，以免省煤器中介质的流动阻力过大。 非沸腾式：其出口水温比相应压力下的饱和温度低。 3、错列减少积灰、换热强、磨损大 顺列利于吹灰、换热弱、磨损小
具有一定的蓄热能力，能较快 适应外界负荷变化；
内部装置可以提高蒸汽品质； 外接附件保证锅炉工作安全。
水冷壁的作用
水冷壁的类型及结构
光管式水冷壁 膜式水冷壁 销钉式水冷壁
膜式水冷壁的优点
直流锅炉水冷壁的布置
2.防渣管（凝渣管）
布置在锅炉燃烧室出口的加大横向节距的水冷 壁管子。多由后墙水冷壁上升管组成。
过热器中流动的工质温度最高，放 热系数小，工作条件最差；为了避 免使用贵重金属并保证传热温差， 供热锅炉的过热器一般布置在烟温 900℃左右的烟道中。
辐射式过热器
辐射式过热器指布置在炉膛中直接吸收炉膛辐 射热的过热器。辐射式过热器有多种布置方式。
墙式过热器—布置在炉膛内墙上，结构与水冷 壁相似；
过热器及再热器的形式
根据布置位置与传热方式，分为对 流式、半辐射式、辐射式三种。 供热锅炉采用的都为对流式过热器， 由蛇形管构成。
根据放置形式分为立式、卧式。对 流式过热器目前多为立式，支吊简 单可靠，不易积灰，但疏水排气性 差。
根据蒸汽和烟气的流向，分顺流、 逆流、混流，多采用混流。
3.对流管束
思考：高压锅炉 和低压锅炉在布 置受热面上有何 区别？
第二节 过热器及再热器
过热器—把饱和蒸汽加热为具有一定温度的过热蒸汽的部件。 再热器—把汽轮机高压缸的排汽加热成具有一定温度的再热蒸
汽的部件。 再热蒸汽压力一般为过热蒸汽压力的20％～25％，温度相同或
相近。 一般采用一次再热系统可使电厂热效率提高4％～6％。
第五章 第一部分： 锅炉受热面的作用及结构
第一节 水冷壁、防渣管和对流管束 第二节 过热器及再热器 第三节 省煤器及空气预热器
第一节 水冷壁、防渣管和对流管束
水冷壁、防渣管和 对流管束在蒸汽锅 炉中统称为蒸发受 热面
1.水冷壁
水冷壁的水 循环：汽包 （锅筒）－ 下降管－下 联箱－水冷 壁－（上联 箱－导气管 － ）汽包 （锅筒）
辐射式过热器内采用较高的蒸汽质量流速，以 提高管内工质的放热系数，一般为1000～ 1500 kg/（m2s）
半辐射式蒸汽过热器
指布置在炉膛上部或炉膛 出口烟窗处，既吸收炉内 的直接辐射热，又吸收烟 气的对流放热的过热器。
半辐射式过热器由排列紧 密的管屏组成，通常称为 屏式过热器，对有前屏过 热器的则称为后屏过热器。
顶棚过热器—布置在炉顶； 包覆过热器—布置在尾部竖井的内壁上； 前屏过热器—悬挂在炉膛前上部
辐射式过热器采用的措施
使辐射式受热面远离热负荷最高的火焰中心， 辐射式过热器只布置在远离火焰中心的炉膛上 部，墙式受热面使水冷壁高度减少，对水循环 的安全性不利，设计时特别注意水循环计算；
将辐射式过热器作为低温级受热面，以较低温 度的蒸汽流过这些受热面，来达到冷却金属的 目的；
双级对流过热器
蒸汽交换流动的连接系统
对流过热器不同的管圈结构
过热器的基本结构示例
1－锅筒；2－二行程在 炉膛壁上的辐射式过热 器；3－炉膛出口处屏式 过热器；4－立式对流过 热器；5－卧式对流过热 器；6－顶棚过热器；7 －喷水减温器；8－过热 蒸汽出口集箱；9－悬吊 管进口集箱；10－悬吊 管出口集箱；11－过热 器悬吊管；12－支撑搁 条；13－水平过热器蛇 形管；14－燃烧器
屏式过热器的布置
卧式屏的布置
对流式蒸汽过热器
指布置在对流烟道内，主要吸收烟气对流 放热的过热器。
由蛇型管束、进出口中间集箱等组成。 供热锅炉没有辐射式过热器，饱和蒸汽从
锅筒进入进口集箱，然后分配到并联蛇型 管束升温，再汇集到出口集箱送出。 过热器蛇形管数目的选取与烟气、蒸汽流 速有关，烟气流速一般6~12m/s，尽量少 磨损少积灰，蒸汽15~25m/s保证管壁良好 的冷却，并保证蒸汽压力降不超过10%。 多采用外径28~42mm无缝钢管制作，顺 列布置，横、纵向节距与管径之比为 2.2~3.4和2.5~5.0。 每根蛇管平面与前墙垂直布置，保证平行 的所有组吸热相同，并消除烟道高度的烟 温偏差；有时候采用多级过热器，中间设 置集箱，并将蒸汽左右交叉混合，以减少 烟道宽度方向温度偏差的影响。
下降管
作用：把汽包内的水连续不断地通过下联 箱供给水冷壁，以维持正常的循环。
布置在炉外不受热 有小直径分散型和大直径集中型两种
联箱
作用：汇集、混合、分配工质。 布置在炉外不受热 由无缝钢管两头焊接平封头构成。
汽包
汽包的作用
是加热、蒸发、过热三个过程 的连接枢纽和大致分界点；
第三节 省煤器及空气预热器
省煤器和空气预热器在尾部烟道的布置 管式空气预热器
省煤器省煤器
省煤器的作用：
1、降低排烟温度，减少排烟热损失，节约燃料； 2、减少蒸发受热面，降低锅炉造价：
以管径小、管壁薄、价格较低的省煤器代替管径大、 管壁厚、价格较高的水冷壁 换热好(低温、强制流动、逆流布置)
根据锅炉压力不同布置有两种形式 （1）3～4排间距稀疏的由水冷壁拉稀而成的管束。 （2）将后墙水冷壁上集箱布置在折焰角，然后通
过一排较大节距的管子穿过炉膛出口
作用：降低烟气进入对流过热器受热面的烟气温
度，防止对流过热器结焦。因为燃烧室出口处的 烟温一般在1000摄氏度以上。
这个温度，可能是某些煤种灰粉的熔化或软化的温度。处于熔融状态的灰 粉，很容易在过热器上黏结，形成焦块。防渣管布置稀疏，熔融或软化的 灰粒不易黏附在管蔟间形成焦块。同时，烟气流过防渣管后得到冷却，温 度降低，被烟气携带的灰粒温度也随之降低到软化温度以下，变成固态灰 粒，进入对流过热器后，就不会结焦了。