锅炉受热面

5.过热器的系统
将不同形式的过热器以最安全、最经济的 方式连接在一起，有各种不同的形式。 考虑的因素
（1）经济性：从传热性能出发，省金属。 先对流后辐射，形成总的逆流， 温差大，传热最理想。 （2）安全性：顺流最安全，使高温介质处于 低温烟区，先辐射后对流。
过热器系统的一般布置规律
（1）先通过辐射式过热器。蒸汽在饱和线附近具 有较大的比热容，工质吸收较多热量而温度升高 不多，且传热温压大。 （2）将过热器划分为若干段，各段之间采用集箱 联接，中间进行交叉混合，保证吸热均匀。
SO3浓度，减轻高温腐蚀。
（ 7 ）采用贴壁风技术，在水冷壁壁面附近形成氧化气氛的空 气保护膜，避免高温腐蚀。
（8） 在燃料中加入添加剂，改变煤灰结渣特性。
二、过热器
1.过热器和再热器的种类
过热器与 再热器的 种类 对流式—以对流传热方式为主，密集蛇型管束， 布置在对流烟道
辐射式—以辐射传热方式为主，布置在炉膛的壁 面上
4.半辐射式屏式过热器
布置位置
悬吊在炉膛上部，对流烟道入口，吸收辐射 热与对流热。降低进入密集管束的烟气温度， 防止结渣，传热性能较好。
结构
每个屏由并联的管子紧密排列而成，各屏之 间的距离达0.6~1.2米。
工作条件
烟温高，工质温度高，平行各管长度相差较 大，蒸汽流量相差较大，各管壁温差达 80~90℃，运行安全性较差。
防止高温腐蚀的措施
（1）在水冷壁金属表面喷涂耐腐蚀材料，或提高水冷壁金属材
料的耐腐蚀性能。 （2）采用低氧燃烧技术。减小炉内的过量空气系数，自由氧原
子的生成量减少，二氧化硫转化为三氧化硫的转化率降低，三
氧化硫的浓度低，发生高温腐蚀的机会就会减少。 （3）合理配风和强化炉内气流的湍流混合过程，避免出现局部
3.影响水冷壁安全运行的主要因素
• 水质不良导致的水冷壁管内结垢与腐蚀，水冷壁受热偏差或管
内流动阻力的影响，导致个别或部分管子出现循环Hale Waihona Puke Baidu动的停滞或 倒流；
• 水冷壁热负荷过大导致的管子内壁面附近出现膜态沸腾；
• 锅筒水位过低引起水冷壁中循环流量不足，甚至发生更为严重 的“干锅”； • 燃烧产生的腐蚀性气体对金属管子外壁面的高温腐蚀； • 结渣和积灰导致的对金属管壁的侵蚀； • 煤粉气流或含灰气流对金属管壁的磨损。
G K0 D0
•锅筒水室凝汽量D 亚临界锅炉锅筒水室中存在着蒸汽的凝结过程，使水冷壁的实际 蒸发量大于从锅筒引出的饱和蒸汽量。在锅筒水室中被凝结的蒸 汽量就称为锅筒水室凝汽量，记作D。 由于凝汽量的存在，水冷壁中的质量含汽率应按实际蒸发量计算。 凝汽量与循环流量的比值被称为凝汽率xnq
xnq D / G D D D0
内螺纹管抑制膜态沸腾、推迟传热恶化的机理：工质受到螺纹 的作用产生旋转，增强了管子内壁面附近流体的扰动，使水冷 壁管内壁面上产生的汽泡可以被旋转向上运动的液体及时带走 ，而水流受到旋转力的作用紧贴内螺纹槽壁面流动。从而避免 了汽泡在管子内壁面上的积聚所形成的“汽膜”，保证了管子 内壁面上有连续的水流冷却。亚临界参数自然循环锅炉采用内 螺纹管水冷壁是具有相当大的安全裕度。
4.水冷壁高温腐蚀
高温腐蚀是燃料中的硫在燃烧过程中生成腐蚀性灰污层或
渣层以及腐蚀性气氛，使高温受热面金属管子表面受到侵蚀的
现象。 • 内部原因主要是燃料中的硫 • 外部原因是由于水冷壁管处于高温烟气的环境中，金属壁面 温度又很高，当火焰贴近炉墙时，金属壁面邻近的区域中形成 还原性气氛，使灰的熔点温度降低，加剧金属管子表面的积灰 或结渣过程，并使管子表面产生高温腐蚀 • 腐蚀严重的现象通常出现在燃烧器区域或过热器区域。 水冷壁高温腐蚀大致有三类，第一类是硫酸盐型高温腐蚀； 第二类是硫化物型高温腐蚀。第三类是炉内的SO3、H2S、HCl 气体也会对水冷壁产生高温腐蚀。
谢谢！
锅炉受热面
一、水冷壁和水循环
1.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12-1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。
3）布置方式
垂直布置
烟气管内纵向冲刷，空气管外横向冲刷，须满足 烟气及空气流速的不同要求。
水平布置
烟气在管外，空气在管内，可以提高壁温、减轻 金属腐蚀；采用较少。 锅炉容量增大，管式空气预热器体积增加，锅炉 尾部布置困难。
5. 回转式空气预热器
大型电站锅炉均采用回转式空气预热器 工作原理：再生式，烟气和空气交替地流过受热面（蓄热元件） 放热和吸热。 两种结构：受热面旋转式（用的较多），风罩旋转式。 优点：尺寸小，重量轻，制造水平要求高； 烟气侧腐蚀小，受热面温度高，允许有较大磨损量和腐 蚀量，检修方便。 缺点：存在漏风，结构复杂，耗电大。
3.辐射式过热器和再热器
布置在炉膛壁面上直接吸收炉膛的辐射热量。
采用的原因：
（1）大容量高参数锅炉的过热吸热份额超过 50%， 300MW以上机组需考虑辐射式过热器； （2）降低炉膛出口烟温； （3）布置在高温区可降低金属耗量； （4）汽温特性平稳。
工作条件： 炉膛热负荷高， 蒸汽冷却效果差， 锅炉起动和低负荷运行时会处于干烧， 须有冷却保护措施， 工作条件最差的锅炉受热面。
2.换热方式：完成低温烟气与空气间的热交 换
气体间的换热方式 间壁式换热—通过壁面的导热，冷热流体不接 触 再生式换热—冷热流体轮流接触受热面的蓄热 元件，也称为蓄热式 直接混合式—冷热流体直接混合交换热量。
3.电站用空气预热器的分类
管式（基于间壁式换热） 电站空气预热器分为
回转式（基于再生式换热）
半辐射式 — 对流 + 辐射，稀疏管屏，布置在炉膛 的上部
过热器与再热器的结构形式基本相同
2.对流式过热器和再热器结构特点 烟气与管内蒸汽的相互流向 顺流，逆流，混合流 蛇型管圈的布置方式 垂直式（布置在水平烟道） 优点：吊挂方便，积灰少。缺点：停炉时易 发生积水腐蚀，再起动时，会形成气塞及水 击。 水平式：与上相反（布置在垂直烟道）。
主要的技术措施
1. 保证水冷壁管内有足够高的质量流速； 2. 尽可能减小水冷壁的受热偏差、结构偏差和流量偏差；
3. 保证水冷壁各管组具有合适的热负荷；
4. 保证水冷壁管内具有合适的质量含汽率； 5. 维持正常的锅筒水位，并使下降管尽可能少带汽和不产生自汽 化； 6. 减小循环回路的流动阻力。如增大汽水导管与水冷壁管组的流 通截面比或减小水冷壁阻力等； 7. 锅炉变负荷运行时，控制压力变动速度； 8. 控制锅炉炉水品质，防止水冷壁管内结垢； 9. 防止水冷壁管外高温腐蚀和磨损等；
2. 自然循环的基本概念
•循环流速w0:在饱和水状态下进入上升管入口的水的流速。
G w0 ,m/ s F
•质量含汽率x :上升管中蒸汽所占循环流量的份额。或汽水混合物 中蒸汽所占的份额。
D x G •循环倍率Ｋ:上升管中实际产生一公斤蒸汽需要进入多少公斤水 G k D
•名义循环倍率K0：按锅筒引出的饱和蒸汽量计算的循环倍率
还原性气氛，以减少H2S和硫化物型腐蚀。
（4）加强一次风煤粉气流的调整，尽可能使各燃烧器煤粉流量 相等，使燃烧器内横截面上煤粉浓度均匀分布，以保证燃烧器
出口气流的煤粉浓度均匀分布。
（ 5 ）高的水冷壁管壁温度过高是引起水冷壁结渣和高温腐蚀
的重要原因，应当避免出现水冷壁局部管壁温度过高现象。 （ 6 ）采用烟气再循环，可以降低炉膛内火焰温度和烟气中的
3.布置方式（尾部烟气流通截面为矩形）
综合考虑蛇型管圈中的水速及管外侧的磨损程度分为： 1）蛇型管垂直于前墙布置：水速最低，但每根管均会受到磨 损。 2）蛇型管平行于前墙布置：水速最高，仅磨损几根管子，支 吊不方便 3）蛇型管平行于前墙，双侧进水布置，水速适中，支吊方便。
四、空气预热器
1.作用 电站锅炉用汽轮机抽汽预热锅炉给水，省煤器入 口水温很高，锅炉排烟温度降低受限制，须利用 空气预热器降低排烟温度； 磨制、烘干煤粉，改善燃料着火与燃烧，强化炉 内辐射换热，要求将空气加热到较高的温度，空 气预热器是必须的。
4. 管式空气预热器
1)结构
• 直径为40~51mm、壁厚为1.25~1.5mm的普通薄 壁钢管 • 密集排列、错列布置，组成立方体型的管箱， • 数个管箱排列在尾部烟道中。
2)主要特点
体积大，数倍于回转式空气预热器，金属耗 量大， 易受腐蚀，损坏，不易更换，清灰困难，管 板易发生变形， 漏风较小，运行方便，应用较少。
管圈结构 单根管圈与多重管圈。 （1）目的：在保持烟气流速（烟气流通截面积） 不变 的条件下，改变蒸汽流通截面积 （2）采用几重管圈，决定于设计要求的管内蒸汽 流速 和管外烟气流速。 （3）烟气流速决定了传热系数、积灰和飞灰磨损 根据煤种，经济性及安全性，在6~14m/s。 （4）蒸汽流速决定于压力损失及管壁金属的冷却 压降一般小于（8~10%）的工作压力。
特点：
尾部受热面设计与运行中的主要问题
1.省煤器受热面金属的磨损和积灰，尾部烟道中烟气的灰 颗粒变硬。 2.空气预热器的腐蚀、积灰和堵灰，回转空气预热器的漏 风等。
2. 分类与结构
省煤器：加热锅炉的给水，水平管圈
沸腾式—用于中低压锅炉，沸腾度小于20%，工质侧的阻力较大 根据出口工质的状态分类 非沸腾式—高压以上的锅炉省煤器 错列—布置紧凑，传热效果好，积灰少，但第二排磨损严重 根据管子的排列方式分类： 顺列—传热效果较差，但磨损较轻 铸铁式—仅用于压力低，给水品质要求不高，耐磨，耐腐蚀等 根据管子的结构方式分类： 光管式—28~42（51）mm外径的蛇型钢管，普通钢材 扩展受热面式—鳍片管、螺旋肋片管、膜式管等
三、省煤器
1.作用
利用锅炉尾部烟气的热量加热给水，提高进入汽包的给水 温度，减少蒸发受热面； 早期是为了降低排烟温度，提高效率，蒸发受热面 降低 排烟温度的幅度有限； 高参数大容量锅炉中，省煤器不可缺少； 高压以上锅炉均有回热循环，给水温度升高，并有空气预 热器，主要目的不仅是为了降低排烟温度； 特点—传热温差大，强制对流，金属消耗比蒸发受热面少 得多，价格低。