锅炉本体结构

(3)辐射过热器
布置在炉膛壁面上的过热器直接吸收炉膛辐射热称为 辐射过热器，或称墙式过热器，如包墙管，顶棚管过热 器等。
在高参数大容量锅炉中，尤其是在有再热器的锅炉中，蒸汽过热 及再热的吸热量占的比例很大．而蒸发吸热所占的比例减小，因此， 为了在炉膛中有足够的受热面，就需要布置辐射过热器。在大型锅 炉中，布置辐射过热器对改善汽温调节特性节省金属消耗是有利的， 在国外已有一定的发展，特别是美国福斯特惠勒公司应用甚广。但 是由于炉膛热负荷很高，辐射过热器管子的工作条件较差，因此对 其安全性应特别注意，尤其在启动和低负荷运行时，问题更为突出。
2、过热器和再热器的分类
按照传热方式，过热器可分为对流、辐射及半 辐射三种型式。 再热器实际上是一种中压过热 器，其工作原理与过热器是相同的．但是由于 中压蒸汽的放热系数较低，比热较小，其管壁 温度一般更高，因此，再热器通常仅采用对流 式，而且布置在烟温稍低的区域。
(1)、对流过热器结构型式
对流过热器位于炉膛出口水平烟道中，它受较高温烟气 的冲刷，以吸收烟气对流热为主，烟气辐射热为辅，故 称对流过热器 。
Hale Waihona Puke Baidu
Qgq —过热器自烟气的吸热量 Dgq —过热蒸汽流量; i —因减温而减少的焓。
A 蒸汽侧的主要影响因素
(i) 锅炉负荷
对流式过热器
id
BjQd D
Bj D
KtH
D↑ Bj↑ Vy↑ Wy↑ α1↑ K↑ id
Tl ''
' d
t ↑
结论：对流式过热器汽温随D的增加而升高。
但有条件：D的增加与Bj的增加保持一致。 实际中，D增加速度快于 Bj增加速度，汽温升高有时间滞后。最
汽温变化特性
各种型式和用途的蒸汽锅炉，其最终产品都是具有一 定温度和压力的蒸汽。要保证锅炉能在额定参数下工作， 就必须保证锅炉的其他工作条件符合设计工况，例如， 燃料特性，给水温度，过量空气系数等。但在实际运行 中，锅炉的这些工作条件难免受到各种扰动，扰动的结 果总是导致锅炉的蒸汽参数发生变化，也就是导致蒸汽 的温度和压力发生变化。因此，我们说锅炉在实际运行 中蒸汽参数总是处在不断变化之中。
➢锅炉管束：对于低压锅炉，由于蒸发吸热量较大， 仅布置水冷壁还不足以满足需要，还要布置对流蒸 发受热面。
➢空气预热器是利用锅炉尾部的烟气热量来加热燃 烧用的空气的一种热交换装置 空气预热器的作用： （1）降低排烟温度提高锅炉效率。 （2）改善燃料的着火条件和燃烧过程，降低燃烧不 完全损失，进一步提高锅炉效率。对于着火困难的 燃料，如无烟煤，常把空气加热到400℃左右。 （3）热空气进入炉膛，提高理论燃烧温度，强化炉 膛的辐射传热，进一步提高锅炉的热效率。 （4）热空气还作为煤粉锅炉制粉系统的干燥剂和输 粉介质。
结论： tgs降低总是导致过热汽温的升高。 一般tgs降低2℃，汽温约升高1℃。 若高压加热器解列或未投入运行，给水温度降低，则汽温会升高很高， 必须防止或者高度关注。
（iii）饱和蒸汽湿度的变化 饱和蒸汽带湿将引起过热蒸汽温度下降。
（iv）减温水的变化
减温水的温度和流量变化，会引起汽温 相应变化。
Tl Qf if
对流式过热器
Vy wy K id
若以对流式为主，α增加，汽温升高（正常 燃烧前提下）。除万不得已，不能做为调 温手段。
其它影响因素：
设计：制粉系统；燃烧器型式和布 置；煤粉细度；配风方式；乏气位 置等。
运行：炉膛结渣；火焰中心移动； 炉膛上部或过热器区域发生局部再 燃烧等。
过热器水动力特性
在过热器中，平行管间总有热偏差存在，热偏差越大，则 偏差管中的工质温度越高，其工作就越不安全。根据所用的 材料可以确定最大允许的工质温度，并可计算出最大允许的 工质的焓增量。显然，应使过热器管组中最大的热偏差小于 允许热偏差。
工质焓增量的大小决定于管子的热负荷q、受热面H和通 过管子的工质流量Q，即由此可见，过热器的热偏差决定于： 管子的热力特性，水力特性和结构特性。
差系数，或简称热偏差： ip
ipj
上述热偏差的定义对管组中任何一根管于都可用，但最应关心的是焓 增最大的那些管子，因此通常说某个管组的热偏差是指该管组中焓增最 大的那些管子，并把这些管子称为偏差管。
过热器水动力特性
2、集箱水动力学-流量分配均匀性 过热器蛇形管的进出口一般均与集箱相连，进口
集箱称为分配集箱，出口集箱称为汇集集箱。沿集 箱长度由于工质速度、重位压头和阻力损失的变化， 使各点的压力不等，从而影响与其相连的管子进出 口的压差，引起各管工质流量分配不均匀。
过热器水动力特性
4、烟气侧热力不均匀性 锅炉炉膛中烟气的温度场和速度场的分布不均匀是
造成过热器热力不均匀的主要原因。炉膛的温度场和 速度场由燃烧侧的条件而定，即由热负荷分布和烟气 流动而定，主要是热负荷分布。
燃烧热负荷沿炉膛宽度和高度都有着不均匀性。燃 料性质，过量空气系数，配风，燃烧器摆动等等的变 化都会引起热负荷分布特性改变，从而导致热力不均 匀。
7.2.2 汽温变化及其调节的必要性
过热器水动力特性
1、热偏差
在过热器工作过程中，由于烟气侧和工质侧各种因素的影响，各平行 管中工质的吸热量是不同的，这种平行管中工质焓增不均匀的现象称为 热偏差。为了对这种现象有一个数量上的估计，常把平行管子中偏差管
内工质的焓增 ip 和整个管组工质的平均焓增 ipj 之比 称为热偏
在工业锅炉中，一般采用饱和蒸汽，也 有过热器，过热汽温不超过400℃。
过热蒸汽参数的提高受到金属材料的限制。
1、过热器和再热器的作用
随着蒸汽压力的提高，为了减少汽轮机尾部的 蒸汽湿度以及进一步提高电站的热经济性，在 高参数电站中普通采用中间再热系统，即将汽 轮机高压缸的排汽再回到锅炉中加热到高温， 然后再送到汽轮机的中压缸及低压缸中膨胀作 功。这个再加热的部件称为再热器。 应用再热系统可使电站的热经济性提高约4-5%， 采用二次再热又可以提高热效率2%左右。
获得相对稳定或变化很小的蒸汽参数是我们的目的， 因此，必须掌握蒸汽参数的变化规律。
1. 汽温变化及其影响因素
过热器热平衡方程：
i''
gq
ibq
i
Dgq BQgq
左端 蒸汽过热到预定温度所需的热量 右端 烟气传给蒸汽的热量
i''
gq
—过热器出口蒸汽焓；
ibq —过热器进口饱和蒸汽焓；
B —锅炉燃料消耗量；
id
BjQd D
Bj D
KtH
D↑ Bj↑ Vy↑ Wy↑ α1↑ K↑ id
Tl ''
' d
t ↑
(ii)给水温度的影响
对流式：
tgs↓ Q↑ Bj↑ Vy↑ Wy↑ K↑
Tl'' ↑
' d
t
↑
辐射式：
tgs↓ Q↑ Bj↑ Tl'' ↑ Qf↓
BjQf const D
终结果仍是升高。
辐射过热器
：
if
BjQf D
D↑
Bj↑
Bj D
const
随着锅炉负荷增加，由于炉膛火焰的平均温度变 化不大，辐射传热量增加不多，跟不上燃料量的 增加，因而Of（单位燃料的辐射热量）减小，使 工质的焓增减小，D的影响对辐射式和对流式相 反。在设计时同时布置这两种过热器，可获得较 为平稳的汽温变化特性，与负荷D几乎无关。
3、过热器系统
高压以上锅炉，过热器系统包括两种或三种换热方式的联合过热器， 保证良好的汽温特性。
过热器设计及运行应注意： (1) 汽温波动不应超过士(5～10) ℃。 (2) 可靠的调温手段，保证一定范围
内维持额定汽温。 (3) 平行管子之间的热偏差小。
4、再热器的特点
再热器的结构与对流过热器相似，也是由大量平行连接的蛇形管所组成。 分成高温段和低温段，分别布置在水平烟道和对流竖井中。再热器实际 上是一种中压过热器．但它具有以下特点： 1. 由于再热蒸汽压力低，蒸汽比容大，密度小，放热系数仅为过热蒸汽的 五分之一。所以，再热蒸汽对管壁的冷却能力差，管壁温度超过管中蒸 汽温度的程度大于过热蒸汽。 2. 在再热器中，热力系统的经济性受再热系统阻力的影响很大，例如再热 系统的阻力增加0.1MPa， 将使汽轮机热耗增加0.28％，因此在设计时， 通常规定系统总阻力不大子再热器进口压力的10％，也即一般不超过 0.2一0.3MPa，其中再热器本身阻力占50％，连接管阻力占50％。由于 这个原因，再热器中蒸汽流速受到限制。
流量分配不均匀性的大小决定于各管圈进出口静 压变化的差值，可由集箱内静压变化的规律求得。
过热器水动力特性
3、工质侧水力不均匀性 过热器工质侧水力不均匀性是由于各管圈
沿集箱静压变化、流动阻力、管子吸热和重 位压头不同所引起。
在分配集箱进口到汇集集箱出口间的总压 降相等，它对每一管圈均相等。因此根据这 些变化管子中的流量随之产生变化。
B 烟气侧的影响
(i) 燃料性质的变化 对流式过热器：
Aar &War Qnet Bj Vy wy id
辐射式过热器：
Aar &War Tll Qf if
但是
Aar &War →污染严重→传热阻力增加→传热能力下降→汽温降低
结论：影响趋势较为复杂。
(ii) 过量空气系数
辐射式过热器
7.1 水冷壁、凝渣管和对流管束
7.1.1 炉膛水冷壁 1、水冷壁的作用
(1)保护炉墙； (2)火焰对水冷壁的辐射传热已成为锅炉 传热的重要方式。
7.2.1 过热器及再热器的作用和结构
1、过热器和再热器的作用
过热器的作用是将蒸汽从饱和温度加热到 额定的过热温度。它影响着锅炉的经济性和 运行安全性，理论上参数越高发电效率越高。
(2)半辐射屏式过热器
半辐射式过热器通常称为屏式过热器。所谓的屏式过 热器是由节距很小的处于同一平面内一排管子组成的管 屏，它既吸热炉膛内的辐射式也吸收烟气的对流热，一 般布置在炉膛的上方 。
1）利用屏式受热面吸收一部分炉膛和高温烟气的热量，能有效地 降低进入对流受热面的烟气温度，防止密集对流受热面的结渣，并 且减轻了大型锅炉炉膛壁面积相对较小，布置辐射受热面的困难， 因而扩大了煤种的适用范围。 2） 装置屏式过热器后，使过热器受热面布置在更高的烟温区域， 因而减少了过热器受热面的金属消耗量。 3） 由于屏式过热器吸收炉膛辐射热，以及由于它布置在更高的烟 温区域，并且有较大的气体辐射层厚度，气室辐射热量增加，使过 热器辐射吸热的比例增大．改善了过热汽温的调节特性。
汽温调节的必要性
运行中锅炉的过热汽温和再热汽温的变化是不可避免的， 因此，为保证锅炉本身以及有关设备的安全性和经济性， 必须进行调节，以获得稳定的蒸汽温度。 汽温过高，会加快金属材料的蠕变，还会使过热器蒸汽管 道等产生额外的热应力，缩短设备的使用寿命，当发生严 重超温时，甚至会造成过热器爆管。 汽温过低，会使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，对叶片 的侵蚀作用加剧，严重时，将会发生水击，威胁汽轮机的 安全，还会使得整个电厂的热效率下降。 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。
4、再热器的特点
3. 再热蒸汽由于压力低．比热小，对热偏差比较敏感，即在同样热偏差 条件下，其出口汽温的偏差比过热蒸汽要大，需采用较大的管径和多 管圈。
4. 再热器中另一个重要问题是要考虑在启停过程及汽轮机甩负荷时的保 护问题。在汽轮机甩负荷时，再热器与过热器不同，在过热器中尚可 通汽冷却，然后将蒸汽排向大气或凝汽器，而在再热器中，则由于汽 轮机甩负荷而中断蒸汽来源，使再热器有烧坏的危险。为此，在过热 器与再热器之间装有快速动作的减温减压器，在启停和汽轮机甩负荷 时将高压过热蒸汽减温减压以后送入再热器中进行冷却，再热器出口 的蒸汽则再经减温减压以后排入凝汽器或者大气。
图7-21 过热器焓增与锅炉负荷的关系 1—对流过热器；2—辐射过热器； 3—总焓增
图7-22 高压锅炉的过热汽温与锅炉负荷关系
辐射吸热占57%时汽温变化最平稳， 与负荷几乎无关
对再热器： 原则上与对流式过热器的汽温变化相同，此外，由于再 热器一般都是采用纯对流式，而且布置在烟温较低的区 域，加上再热蒸汽的比热小，因此，再热汽温的变化幅 度较大。
第7章 锅炉各种受热面的作用及结构
受热面：水冷壁、锅炉管束、省煤器、过热器、 再热器、凝渣管、空气预热器
➢炉膛水冷壁：就是布置在炉膛四周的、管内流动介质一般 为水或汽水两相混合物的受热面。若锅炉为蒸汽锅炉，水冷 壁主要为蒸发受热面；若锅炉为热水锅炉或超临界压力锅炉， 则水冷壁主要为加热受热面。
➢凝渣管束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