锅炉原理6-过热器

定义：汽温特性指过热器或再热器出口蒸汽温度与锅炉负荷（或 工质流量）之间的关系。
1、汽包锅炉的汽温特性：
过热器的汽温特性 辐射式：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
顶棚过热器
顶 棚 与 包 复 过 热 器
三、过热器和再热器的系统
1、过热器的系统布置基本要求：
过热器的系统布置应以能够满足蒸汽参数要求，并 具有灵活的调温手段为目的，兼顾保证运行中管壁不 超温，较高的经济性。
具体布置根据蒸汽参数（特别是压力）的不同变化。
中压锅炉：炉膛的辐射传热与政府所需的热量相当，需要的过 热热较少，采用布置在凝渣管后的对流式过热器即能满足要求， 只要考虑顺流逆流。 高压以上锅炉：水的气化热减少，所需的蒸发受热面减少，因 要防止结渣，炉膛出口温度需要在一定的温度以下，为降温， 需要将部分过热器布置在炉膛内，过热器系统变成辐射—对流 的组合系统。
管外 介质
流速低易积灰，流速高易磨损。 •烟速低于3m/s,灰堵严重，额定负荷时对流受热 面烟气流速一般不小于6m/s； •炉膛出口后的水平段，因温度高灰粒软磨损轻， 流速可以10~12m/s； •靠近炉膛出口的高温区域，应主要考虑飞灰的 黏性和烧结影响； •温度低于600~700℃时，灰粒变硬，磨损变强， 流速不宜高于9m/s。
2、过热器和再热器的工作特点
是锅炉中金属壁温最高的受热面,管壁工作温度已 近极限;
锅炉受热面常用钢材的实验温度上限
钢号
20 15CrMo(1Cr0.5Mo) 12CrMoV(1CrMoV)
壁温上限(℃)
480~500 530~550 560~580
钢号
钢102 （2CrMoWVB） Ⅱ11 (3Cr1MoVSiTiB)
2、直流锅炉的汽温特性：
• 在蒸发受热面与过热受热面之间没有固定的分界线，随工况的变动 而变动。 • 当给水量保持不变时，如果减少燃料量，则加热段和蒸发段的长度 增加，而使过热段的长度减小，过热器的出口汽温就要降低，要保持 原来的蒸汽温度，就必须增加燃料量或减少给水量。 • 要保持过热蒸汽温度不变，燃料量B与给水量G必须保持一定的比例。 • 用保持给水-燃料比的方法能在30％～100％额定负荷范围内维持过 热汽温为额定值。
例国产高压以上锅炉过热器的系统布置： 顶棚过热器—包覆过热器—低温对流过热器—半辐射过 热器—高温对流过热器。 为减少热偏差，过热器应分级或分段，以减少每级的焓增。 各段的蒸发温度应考虑钢材的性能。 减温器一般布置在过热器的两级或两端之间。所以分级分 段还应考虑温度调节的反应速度。
2、再热器的系统布置：

对流式：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

半辐射式：因它以炉内辐射和烟气对
流两种方式吸收热量，汽温特性介于上 述两者之间，稍微平稳一些。
1—辐射式过热器,2—对流式过热器 3—远离炉膛出口的对流式过热器

过热器系统：由辐射式、半辐射式和对流式 组成，三者的吸热份额按照一定的比例匹配， 能使整个过热器汽温特性变化比较平稳。 再热器系统：一般为对流式，对于300MW以上 的机组，布置有墙式再热器、屏式再热器， 也可获得较为平缓的汽温特性。再热汽温的 变化幅度与机组的运行方式密切相关。
饱和蒸汽用量：用饱和蒸汽吹灰时，流经过热器的蒸汽 量减少，过热汽温↑ 燃烧器运行方式：摆动燃烧器烧嘴向上倾斜时，因火焰 中心提高，使过热汽温↑ 燃料种类和成分：煤粉锅炉如煤粉变粗、水分或灰分增 加，过热汽温↑。
2、影响直流锅炉汽温变化的主要因素：
煤水比：给水量G不变燃料量B↑，受热面热负荷成比例增 大，热水段和蒸发段长度↓，过热段长度↑，过热汽温↑ 燃料量B不变给水量G ↑，热负荷不变，热水段和蒸发段长 度延长，过热段长度↓，过热汽温↓，保持稳定的汽温关键 是保持固定的煤汽比。
壁温上限(℃)
600 600
超临界压力锅炉部分金属材料允许温度上限
部件 钢号
9CrMoVNb(P91) 9CrMoVNbW(P92)(E911) 12Cr0.5Mo2WCuVNb(P122、HCM12A)
允许壁温(℃)
600 620 620
联箱
水冷壁
过热器 再热器管
2.25Cr1.6WVNb(T23、HCM2S) 2.25Cr1MoBN(T24或7CrMoVTiB1010)
580 580
600 620 620 620 620 620 650 700
过热器管外烟气温度高,管内蒸汽温 度高 再热器管外烟气温度稍低,管内蒸汽 温度高且蒸汽冷却能力差 稍有超温，材料强度就有很大下降

整个过、再热器的阻力不能太大，否则汽包压 力上升（或给水泵压头升高），受压部件壁厚增 大； 过热器的压降不超过其工作压力的10%； 再热器的最大压降为0.2MPa；
优缺点：受热面的存水不易排出； 支吊结构简单。 卧式 优缺点：受热面的存水容易排出； 支吊结构复杂，常以内有工质冷 却的受热面管子做悬吊管。
管内 介质
介 质 流 动 速 度
管内介质流速大，管子的冷却条件好，但流动阻 力降增大，一般控制在工作压力的10%或0.2MPa。 综合考虑的结果： 高温末级ρ w=800~1100kg/(m2.s), 对流再热器ρ w=250~400kg/(m2.s), 管外介质—烟气流速受多种因素影响：燃料种 类、灰分含量、灰的特性、在炉膛所处位置、 温度等。
质充分混合；包覆过热器分成几个回路，降低系统阻力。
再热蒸汽系统
汽轮机高压缸排汽—墙式辐射再热器—屏式再热器—末级
再热器 结构上各级再热器均采用大直径管道及三通连接，使介 质充分混合；屏式再热器和末级之间通过连接管进行左右
交叉，以减少炉膛左右侧烟温偏差造成的蒸汽温度偏差。
四、过热器和再热器的汽温特性

冷却条件差； 汽温变化
3、过热器和再热器的设计和运行应注意的问题
保持汽温的稳定，波动不应超过±（5~10）℃ 可靠的调温手段； 尽量防止或减少平行管子之间的热偏差。
二、过热器和再热器的型式和结构
型式（传热方式） 对流式 辐射式 辐射式过热器 墙式过（再）热器 炉顶过热器 半辐射式 前屏 后屏 包覆过热器 顶棚过热器 水平烟道 竖井烟道
3、辐射式过热器：
布置在炉内壁面上，直接吸收炉膛辐射热的过热器。 一般指布置在直流锅炉的上辐射区。 常作过热器的低温段,管内流速提高到1000~1500kg/m2.s
4、顶棚过热器和包覆过热器：
顶棚过热器布置在炉膛的顶部，采用膜式受热面结构。 吸热量不大，用来支撑炉顶耐火材料和保温材料。 包覆过热器布置在水平烟道和尾部烟道竖井的壁面上， 因靠近炉壁处的烟气温度和流速较低，它的辐射和对流 吸热量均较少。主要作用是称为炉墙的载体。 结构设计上主要考虑保证一定冷却能力的质量流速，合 适的压降。
1、对流式：
布置在锅炉对流烟道内，吸收烟气对流热的过热器和再热器。
•最大的传热温差 •金属耗量小 •蒸汽出口金属壁 温高 •用于过热器、再 热器低温段
•传热温差低 •换热面积大，金 属耗量大 •蒸汽出口壁温高 •用于高温级
•折中，避免了纯 顺流和纯逆流的不 足
立式
布置 方式
结 构 种 类
结构 形式
五、运行中影响汽温的因素
1、影响汽包锅炉汽温变化的主要因素：
锅炉负荷：具有对流汽温的特性。负荷↑，汽温↑；负荷↓， 汽温↓ 过量空气系数： ，燃烧生成烟气量增多，对流传热 加强，过热汽温↑ 给水温度：给水温度↑，产生一定量所需要的燃料减少， 燃烧产生的烟气量下降，炉膛出口烟温下降，过热汽温↓ 受热面污染情况：炉膛受热面结渣或积灰，炉内辐射传 热量减少，过热器区域烟气温度↑，过热汽温↑，如过热器 本身结渣或积灰，汽温↓
2、半辐射式：
布置在锅炉炉膛上部或出口烟窗处，既吸收炉内的直 接辐射热,又吸收烟气对流热的屏式过热器和屏式再热器。 烟气在屏与屏间流过，屏间距较大，纵向节距很小， s2/d=1.1~1.25 屏式过热器或再热器分： •前屏布置在炉膛上部，屏间节距较大，2500~4000mm。 作用是降低炉膛出口烟温，减少烟气扰动和旋转,改善 汽温特性； •后屏布置在炉膛出口处，屏间节距较小，500~1000mm 降低进入其后密集受热面的烟气温度。
用自身管 子做夹持 管，使管 子平整
布管结构特点： 利用自身的管子做夹持管，既保持屏的平整，又可使内 圈管加长，外圈管缩短，减少热偏差。 屏式受热面各平行管子所接收的炉内辐射热及烟气温度 有很大差异，吸热偏差较大，壁温相差较大。解决办法 加大质量流速（800~1200），保证管子的冷却；吸收炉 内辐射热较多的管子采用更好的材料且采用长度短管径 大的钢管，内圈管交叉布置。
9CrMoVNb(P91) 9CrMoVNbW(P92、NF616、E911) 12CrMoV(X20CrMoV121) 12CrMoVW(X22CrMoV121) 12CrMoVNbW(HCM12) 12CrMoVNbWCo(NF12、SAVE12) 18Cr-8Ni (TP304H,Super304H,TP347H,TP347HFG) 25Cr-20NiNbN(TP310NbN,HR3C)
第六章、过热器和再热器
一、过热器和再热器的作用和特点
1、过热器和再热器的作用
过热器的作用：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过 热蒸汽。 再热器的作用：将汽轮机高压缸的排汽加热到与过热 蒸汽温度相等的再热温度，然后再送到中压缸及低压缸 中膨胀做功。
目的：
•提高循环热效率； 一次再热+4-6%;二次再热+2% •使汽轮机末级的蒸汽湿度控制在允许范围内。