锅炉原理-第五章锅炉受热面及工作特点

气量的方法（如分隔烟道挡板）调节汽温
蒸汽温度调节
喷水减温方法
喷水减温器是将清洁度
很高的水直接喷入过热蒸
汽中以降低汽温（大锅炉 直接由水泵出口取水） 喷水减温装臵通常安装 在过热器连接管道或联箱 中
蒸汽温度调节
喷水减温方法
主要有旋涡式、笛形管
（多孔喷管）式两种
结构简单，惯性小，调
节灵敏，易于自动化，可
蒸汽温度调节
运行中影响汽温的因素
燃烧器的运行方式 摆动燃烧器喷嘴向下倾斜或多排燃烧器从上 排喷嘴切换至下排，由于火焰中心下移，会使 汽温下降。反之，汽温则会升高
蒸汽温度调节
汽温调节
运行中规定汽温偏离额定值的波动不能超过
-10℃～+5℃
汽温过高，金属的许用应力下降，危及机组 的安全运行； 汽温下降，循环热效率降低；再热汽温变化
蒸汽温度调节
运行中影响汽温的因素
锅炉负荷 蒸汽温度与锅炉负荷之间的关系称之为汽温特性，采 用不同传热方式的过热器与再热器，汽温变化特性不同 辐射受热面 锅炉负荷 D 增 加，工质流量和煤耗量B相应增 加，炉内辐射热 Qf 并不按比 例增多， Qf /D 减少，辐射受 热面中蒸汽的焓增减少，出口 蒸汽的温度下降，图中曲线1， 炉膛出口烟温因此上升
第五章

锅炉受热面及其工作特点

锅炉蒸发受热面及系统 水冷壁 锅炉水循环系统 直流锅炉水冷壁 过热器与再热器 过热器与再热器的结构形式 蒸汽温度调节 热偏差 受热面的壁温计算 尾部受热面 省煤器及其布臵 空气预热器的类型
水冷壁
水冷壁的工作特点和作用
水冷壁在锅炉初期主要是为了保护炉墙，后来 逐渐发展为锅炉的主要受热面之一。 强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金属消耗量 降低高温对炉墙的破坏作用，保护炉墙，提高炉墙 机械强度
蒸汽温度调节
运行中影响汽温的因素
对流受热面 锅炉负荷 D 增加，流经对流受热面 烟速和烟温提高，工质焓增升高，出口蒸汽温度上 升，图中曲线2；对流受热面离炉膛出口越远，汽温 随锅炉负荷的升高而增加的趋势越明显，如曲线3 采用辐射一对流式受热面， 可获得较为平坦的汽温变化 特性，减小汽温调节幅度， 提高机组对负荷变化的适应 性
（a）（b）
Fra Baidu bibliotek
直流锅炉水冷壁
UP型垂直上升管屏水冷壁
一次上升型（a）
特点：系统简单，流动阻力小；相邻 管屏外侧管间壁温差较小；可采用全悬吊 结构；水力特性较为稳定；但对锅炉负荷 适应性较差，金属耗量大
上升 - 上升型（ b ） 炉膛下部高热负 荷区域布臵两个串联回路，用于提高管内 工质质量流速以避免流动异常和传热恶化
直流锅炉水冷壁
螺旋管圈型水冷壁
直流锅炉水冷壁形式主要有螺旋管圈型和垂直上 升管屏型 螺旋管圈型水冷壁 由 若干根水冷壁组成管带， 沿炉膛四面倾斜上升，无 水平段，各管带均匀地分 布在炉膛四壁，任一高度 上管带的受热几乎完全相 同
直流锅炉水冷壁
螺旋管圈型水冷壁
螺旋管圈型水冷壁的特点
沿炉膛四周热负荷不均匀影响小
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。
管圈内工质可保证足够高的质量流速，以减轻传 热恶化的影响 工质焓值较高的管带后段，可以布臵在炉内热负 荷较低区域，对防止管壁超温有利
大锅炉宽管带，各管间热偏差较大；支吊困难
适用于超临界和亚临界压力，燃料适应性广
直流锅炉水冷壁
UP型垂直上升管屏水冷壁
UP （ Universal Pressure Boiler ）型 垂直上升管屏包括一次上升和上升-上升 一次上升型（ a ） 给水一次流经全部 四面墙水冷壁管屏，没有下降管，管屏沿 高度分为上、中和下部三个辐射区，各区 段之间设有混合器，用以消除平行管子间 的热偏差
靠性高。但只能降温，不
能升温。电站锅炉普遍采
用
蒸汽温度调节
喷水减温方法
喷水减温方法：调节过热汽温。 再热器一般不采用此法，只作为 事故喷水减温装臵。
大型锅炉通常布臵两级喷水减 温器。一级在屏前，喷水量大些， 汽温粗调，并保护屏；二级在末 级过热器前，细调，控制过热器 出口汽温。
蒸汽温度调节
分隔烟道挡板
边高，燃烧器区域附近热负荷最
大，炉膛四角和下部受热最弱，
因此水冷壁吸热不均，造成水循 环故障。为提高水循环可靠性将 水冷壁设计成若干个独立的循环 回路
锅炉水循环系统
自然循环锅炉水循环系统
SG1025/18.1锅炉水冷壁根 据炉膛截面热负荷分布曲线共 分为32个循环回路。前、后、
两侧各6个回路，四个炉角各2
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。
蒸汽温度调节
运行中影响汽温的因素
燃料性质 燃煤中的M和A增加，烟气容积增大，烟速提高； 而炉内温度水平降低，出口烟温升高，过热器出口 汽温升高。煤粉变粗时，煤粉在炉内燃烬时间增长， 火焰中心上移，导致汽温升高 受热面污染情况 过热器之前的受热面发生积灰或结渣时，进入过 热器区域的烟温增高，过热汽温上升；过热器本身 严重积灰、结渣或管内结垢时，导致汽温下降
蒸汽温度调节
运行中影响汽温的因素
过量空气系数α
α增加，炉膛温度水平降低，辐射传热减弱，辐 射受热面出口汽温降低；对流过热器则由于燃烧生 成的烟气量增多，烟气流速增大，对流传热加强， 导致出口过热汽温升高,以后者为主
给水温度tgs tgs 降低，煤耗量 B 增加，炉内烟气量增加，出口 烟温增加，对流受热面出口蒸汽温度因此升高。辐 射式受热面的出口汽温影响不大
（a）（b）
直流锅炉水冷壁
FW型垂直上升管屏水冷壁
FW型垂直上升管屏为多次垂直上升管屏
多次垂直上升管屏 炉膛下部高热负荷区域减小 管屏的宽度，炉外加设下降管，形成多次（ 2-3 次） 垂直上升；在上部较低热负荷区，仍采用一次垂直上 升管屏
直流锅炉水冷壁
FW型垂直上升管屏水冷壁
多次垂直上升管屏的特点
过热器与再热器的结构型式
半辐射、辐射式过、再热器
改善受热面工作条件的措施
布臵在远离火焰中心的炉膛上部；
作为低温级受热面；
采用较高的质量流速
过热器与再热器的结构型式
包覆壁过热器
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像布臵水冷壁那样 布臵过热器，称为包覆壁过热器。包覆壁过热器一 般采用膜式壁结构，相对节距s／d等于2—3，这样 可以保证锅炉烟道的气密性，并可减少金属消耗量。
既可保证高热负荷区有较高的质量流速，达到充 分冷却的目的；又可减少高负荷下水冷壁的流动阻 力；同时可避免采用刚度差的小直径管
有不受热的下降管，工质流程长，系统阻力较大； 相邻两屏内工质的含汽率不同，管间壁温差大， 使各屏热膨胀不同。应尽量减少管屏串联的次数
直流锅炉水冷壁
直流锅炉水冷壁布臵
过热器与再热器的结构型式
对流式过热器和再热器
由蛇形管及进出口联箱组成。
根据对流受热面的放臵方式分：立式、卧式。
根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向分：逆流、 顺流和混合流。
过热器与再热器的结构型式
对流式过热器和再热器
由蛇形管及进出口联箱组成。
根据管子排列方式分：顺列、错列。
根据管圈数分：单管圈、双管圈、多管圈。
用挡板将尾部烟道分隔成两个并列烟道，其一 布臵低温再热器，另一侧布臵低温过热器 调节布臵在省煤器后的烟气挡板开度，可改变 流经两烟道的烟气量达到调节再热汽温的目的 结构简单，操作方便 但延迟较大，挡板宜布臵 在烟温低于 400OC 的区域， 以免烧坏
蒸汽温度调节
烟气再循环
采用再循环风机从锅炉尾部低 温烟道中(一般为省煤器后)抽出 一部分温度为300～350O C的烟气， 从炉膛底部(如冷灰斗下部)送回 到炉膛，用以改变锅炉内辐射和 对流受热面吸热量的比例，从而 达到调节汽温的目的 耗电量增大，风机磨损大。国内多用于燃油锅炉 的再热汽温调节
锅炉水循环系统
自然循环锅炉水循环系统
饱和蒸汽由18根连接管引 入顶棚过热器进口集箱；
饱和水留在汽包下部，连 同不断送入汽包的给水一起进 入下降管
锅炉水循环系统
控制循环锅炉水循环系统
4根大直径集中下降管从汽包底 部引出并与汇合联箱连接， 3台 循环泵（一台备用）通过吸入短 管与汇合联箱相连，每台循环泵 通过2根出水管与环形下水包（由 前、后、左右四侧水包组成）连 接。 经由890根水冷壁管、5个上 集箱和48根导汽管，回到汽包。
个回路
锅炉水循环系统
自然循环锅炉水循环系统
后水冷壁上部常作成一个折 焰角，同时拉出部分管束作为 后墙悬吊管，折焰角以一定的 角度向后上方延伸形成水平烟 道，然后垂直向上形成排管与 上集箱连接，可增加水平烟道 长度，改善炉膛出口烟气的空 气动力特性，增长烟气流程， 强化烟气的混合
锅炉水循环系统
自然循环锅炉水循环系统
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）
1- 前墙管； 2 、 3- 两侧墙 管；4-上联箱工质引出管
水冷壁
水冷壁的结构
内螺纹管水冷壁 工质在管内流动时产生强烈的 扰动。把液体压向壁面，强迫汽泡脱离管壁被水带 走，破坏膜态汽层。可有效防止膜态沸腾产生，避 免管壁超温。用于炉内高热负荷区域的膜式水冷壁， 确保水冷壁安全可靠。
锅炉水循环系统
自然循环锅炉水循环系统
大容量锅炉沿炉膛周界热负荷
分布不均，水冷壁中间部位较两
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
能有效防止炉壁结渣
悬吊敷管炉墙（炉墙全部重量靠水冷壁支承）
主蒸发受热面（直流锅炉除外）
水冷壁
水冷壁的结构
水冷壁分光管壁、膜式壁两种 膜式壁炉膛气密 性好,可减少漏风,降低热损失,提高锅炉效率；有较 大的辐射受热面积，可降低受热面金属耗量；炉墙 重量轻，便于采用悬吊结构；锅炉蓄热能力减少， 有利负荷调节，锅炉启停快。
过热器与再热器的结构型式
（a）前屏；（b）大屏；（c）后屏
过热器与再热器的结构型式
半辐射、辐射式过、再热器
作用 改善工质汽温特性； 降低锅炉金属耗量； 降低炉膛出口烟温，防止排列密集的对流受 热面结渣； 消除气流的残余扭转，减少沿烟道宽度的热 偏差； 大节距的前屏可对炉膛出口烟气起阻尼和分 割导流作用
水冷壁上部通过上集箱固定在 支架上，下部则悬挂着下集箱，可 自由膨胀
燃烧器区域布臵卫燃带，以提高 炉膛温度 在四面墙的高热负荷区域采用 了内螺纹管，以保证水冷壁工作 的安全性
锅炉水循环系统
自然循环锅炉水循环系统
来自省煤器的给水经汽包分别 进入4个大直径集中下降管，其下 端分别接一个分配器，并通过96 根供水管与32个下集箱相连。然 后经32组648根膜式水冷壁、折焰 角、后墙水冷壁悬吊管、水平烟 道底部、后墙排管向上流动，水 被逐渐加热形成汽水混合物，通 过26个上集箱106根导汽管被引入 汽包，进行汽水分离