锅炉原理6-过热器

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ຫໍສະໝຸດ Baidu方式
结 构 种 类
结构 形式
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)
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、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。
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。
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。
锅炉原理
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中压缸 高压缸
(6)
( 7) (10)
DHDB1000MW特超临界
(11) (14) (8) (9) (5) (13) (1)
(12) (4) ( 3)
来自高压缸
( 15)
(2)
高压加热 器
No. 部 件 item (1) 省煤器 名称 ECONOMIZE (2) 螺旋水冷壁 FURNACE SPIRAL R (3) 螺 旋 水SPIRAL 冷壁出口混 合集箱 OUTLET WATERWALL (4) 上部水冷壁 MANIFOLD OPEN PASS (5) 折焰角NOSE WATERWALL (6) 启动分离器 SEPARATOR WALL (7) 顶棚过热器 ROOF (8) 包墙过热器 CONVECTION WALL (9) 低温过热器 PRIMARY PASS (10) SUPERHEATER 屏式过热器 SECONDARY (11) 末级过热器 FINAL SUPERHEATER (12) 储水罐 STRAGE TANK SUPERHEATER (13) 低温再热器 PRIMARY (14) 高温再热器 FINAL REHEATER (15) 锅炉再循环泵（ BCP） BOILER CIRCULATION REHEATER PUMP
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。
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；

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。
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↓
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)
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。
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
超高压锅炉：纯对流再热器。 亚临界以上压力的锅炉：半辐射屏式再热器—高温对流再 热器。
3、2028t/h亚临界压力控制循环锅炉过热器和再热 器系统：
过热蒸汽系统
汽包出口—顶棚过热器—包覆过热器—低温对流过热器
—分隔屏和后屏过热器—末级过热器—汽轮机高压缸。
结构上各级过热器均采用大直径管道及三通连接，使介
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)

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。
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
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：

再热器的汽温特性

与过热器相似 不同的特点：
定压运行： 随着锅炉负荷的降低，汽轮机各级压力和温度都随蒸汽流 量成比例的变化，汽轮机高压缸排汽温度降低，再热器入 口汽温下降。与过热器相比，对流式再热器出口汽温降低 的趋势要严重些，但辐射式再热器的汽温随负荷降低而升 高趋势要平缓些。


变压运行： 锅炉的压力随机组负荷变化而变化，而主蒸汽温度保持不 变，因此负荷变化，汽轮机各级蒸汽温度基本保持不变， 汽轮机高压缸的排汽温度基本保持不变，再热器的进口汽 温也基本保持不变，使再热器出口汽温的特性得到很大程 度的改善。
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。
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。