锅炉原理过热器与再热器
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• 逆流式：具有最大的传热温压；可以节省金属耗量；金属壁温可能很高。 常用于过、再热器的低温级（进口级）。 • 顺流式：传热温压小；所需受热面较多；金属壁温较低。多用于蒸汽温 度较高的最末级（即高温级）。 • 混合流：先经逆流传热段，再经顺流传热段，折中布置。
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Principles of Boiler
基本组合模式为“顶棚过热器-包覆管过热器-低温对流 过热器-半辐射过热器-高温对流过热器”。
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Principles of Boiler
14.06.2020
3、过热器的布置要求： （1）过热器的分级布置 ➢低温级过热器采用逆流传热方式； ➢高温级过热器可以分成两段：第一段为逆流传热方式， 布置在烟道两侧；第二段为顺流方式，布置在烟道中间； （2）过热器的分级或分段，每段蒸汽焓增不应超过250420kJ/kg，以减少热偏差； （3）两级过热器之间应该设置减温器，以便调节汽温。
（1）过热器的作用：将饱和蒸汽加热成过热蒸汽。 在锅炉负荷变化时，应保证锅炉的过热蒸汽温度在允
许范围内波动。目前电厂锅炉过热蒸汽温度540-555℃； （2）再热器的作用：把汽轮机高压缸的排汽返回锅炉再 次加热，然后再送到低压缸膨胀做功。目的是使汽轮机 末级叶片的蒸汽湿度控制在允许范围内。
再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%。我国125MW 以上机组都采用一次中间再热系统。
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（1）过热器系统：顶棚过热器→低温过热器→屏式过热器→高温过热器 （2）过热器系统：汽轮机→低温再热器 →高温再热器→汽轮机
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高压锅炉受热面的布置
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7-2 过热器和再热器的结构型式及汽温特性
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三、过热器和再热器的布置要求
（1）低压锅炉： ➢吸热特点：锅炉压力低，汽化潜热大。蒸发热量多，过热热少； ➢受热面布置：除了水冷壁以外，在过热器前，需要布置一定数量的 对流蒸发管束； （2）中压锅炉： ➢吸热特点：炉膛辐射热与蒸发热相当，无需额外布置蒸发受热面； ➢受热面布置：过热器仅布置在炉膛出口的凝渣管之后； （3）高压锅炉 ➢吸热特点：汽化潜热小，所需蒸发热量少，预热热和过热热量多； ➢受热面布置；除了对流式过热器，还需要把部分过热器设置在炉膛 内，即采用辐射式过热器，也可以把部分水冷壁作为辐射式省煤器。
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1、按管子排列方式分类
➢ 顺列：传热系数小，阻力小，管壁磨损小，容易清灰， 一般用在高温烟区。
➢ 错列：传热好，阻力大，管壁磨损大，不易清灰，一般 用于尾部低温烟道。
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顺列
错列
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2、按烟气和蒸汽的流动方向分类
1、过热器的汽温特性
➢对流式过热器：随锅炉负荷的提 高,出口蒸汽温度提高，曲线3；
➢辐射式过热器：随锅炉负荷的增 加，出口蒸汽温度下降，曲线1；
➢半辐射式过热器：汽温特性介于 上述两者之间，曲线2。
采用适当比例的三种过热器组 合，可获得平稳的汽温特性。
锅炉负荷提高:B,G提高
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3、按管子的布置方式分类 立式（垂直式）：布置在水平烟道
内，支吊简单，易积灰，不利疏水。 卧式（水平式）：布置在尾部竖井
中，支吊复杂，多采用有工质冷却的 受热面管子作为悬吊管，便于疏水。
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2-悬吊管；3-联箱
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二、过热器和再热器的工作特点
1、工作特点： （1）蒸汽压力高，压力可以达到超临界以上； （2）过热器和再热器是锅炉内工质温度最高的部件； （3）蒸汽（特别是再热蒸汽）冷却管道的能力较差； 2、工作要求 （1）运行中应保持汽温稳定：波动不超过5～-10℃； （2）过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况 在一定范围内变化时能维持额定的汽温； （3）尽量减少并联管间的热偏差。
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再热循环T-S图
➢再热循环的使用，可以提 高循环的热效率4%~5%， 而且可以使汽轮机排汽湿 度控制在允许范围内。
➢再热器系统阻力会使蒸汽 在汽轮机内的作功能力下 降，因此再热系统力求简 单，整个再热器的压降不 高于0.2MPa。
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四、顶棚过热器和包覆管过热器（附加受热面）
1、顶棚过热器：布置在炉膛顶 部的膜式受热面，通过吊杆悬 吊在炉顶钢梁上。吸热量不大， 主要作用是支承炉顶的耐火材 料和保温材料，并保持锅炉的 严密性。
2、包覆管过热器：布置在水平烟道和尾部竖井的壁面上 的膜式受热面，类似水冷壁。烟气温度较低，且仅受烟气 单面冲刷，因此吸热量少。主要作用是形成烟道壁面，提 高锅炉严密性，减少烟道漏风。
➢为了保证受热面安全运行，屏式受热面多作为中温受热 面（中级），采用较高的质量流速，使管壁得到冷却。屏 的最外围U形管壁温最高，多采用耐高温钢材制造。
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4、屏式过热器防止外圈管超温的措施
（a）减小外圈管长度； （b）采用双U型管结构； （c）内外圈管子交叉； （d）外圈管子短路（增大流量）保护管屏。
（1）过热器和再热器结构： 过热器和再热器的结构基本相同，二者区别在于：
再热器压力低，汽体比体积较大，管径比过热器大。 （2）过热器和再热器分类： ➢对流式过热器（再热器）； ➢半辐射式（屏式）过热器（再热器）； ➢辐射式过热器（再热器）。
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一、对流式过热器（再热器） 对流式过热器（再热器）由蛇形管组成，布置在锅炉
水平烟道或尾部竖井中，吸收烟气的对流放热量。 布置形式分类： ➢按管子排列方式分为：顺列、错列布置方式。 ➢根据烟气和蒸汽的流向，可分为：逆流、顺流和混合流。 ➢根据管子的布置方式分为：垂直式和水平式。
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2、屏式受热面的结构： ➢ 由焊在联箱上的许多U形管排列成管屏。管径32-42mm，
每个屏有15-30根管组成； ➢ 屏悬挂在炉顶梁上，受热后能向下自由膨胀；
➢ 为了增加屏的刚性，保持屏平面平整，管屏用自身的管子 作为扎紧管，将管屏夹紧。
蛇形管的结构：
过热器的蛇形管可以做成单管圈、双管圈或多管圈， 这与锅炉的容量和管内必须维持的蒸汽流速有关。可通过 改变管圈数目来改变蒸汽速度。如由单管圈变为双管圈， 蒸汽通路截面积增大一倍，蒸汽速度降为原来的一半，而 烟气流速保持不变。
单管圈
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双管圈
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2、再热器的汽温特性
过热器整体呈现对流汽温特性。再热器的汽温特性与 过热器的汽温特性相似，但又有其不同的特点 。
➢再热器整体呈现对流汽温 特性，锅炉负荷降低时，出 口蒸汽温度下降； ➢此外，锅炉负荷降低，汽 轮机高压缸排汽温度降低， 再热器的进口汽温降低，出 口汽温进一步下降； ➢再热器的汽温特性随锅炉 负荷变化幅度较大。
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顶棚过热器和包墙管过热器：
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包墙管过热器：
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五、汽温特性
汽温特性：过热器或再热器出口蒸汽温度随锅炉负荷 变化的关系特性，称为锅炉的汽温特性。
第7章 过热器和再热器
7-1 过热器和再热器的作用及特点 7-2 过热器和再热器的结构形式及汽温特性 7-3 热偏差 7-4 蒸汽温度的调节 7-5 对流受热面的高温积灰和高温腐蚀
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7-1 过热器和再热器的作用及特点
一、过热器和再热器的作用
注意：屏平面与烟气流向平行。
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锅炉前屏、分隔屏、后屏。
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3、屏式受热面的热偏差： ➢屏式受热面所处烟温较高，平行管子之间的热偏差较大。 相对于内圈管来说，外圈管受热强，但是长度较长，流动 阻力大，工质流量小，容易发生超温现象。
4、典型锅炉过热器与再热器系统
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某1900t/h超临界锅炉
主蒸汽系统流程： 给水→省煤器→螺旋 管水冷壁→过渡联箱 →垂直管水冷壁→启 动分离器→顶棚和包 墙过热器系统→低温 过热器→一级喷水减 温器→屏式过热器→ 二级喷水减温器→末 级过热器→汽轮机高 压缸。
（a）
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（b）
（c）
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（d）
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三、壁式过热器（再热器）
壁式过热器（再热器）紧贴水冷壁或炉墙布置，也称为 墙式过热器, 常用于低温段过热器（再热器）。 1、布置方式 （1）紧贴炉墙与水冷壁相间布置，用于控制循环锅炉； （2）附着在水冷壁管道上，将水冷壁管遮盖（水冷壁管按 照不吸热考虑），多用于自然循环锅炉。 2、布置形式 （1）布置在炉膛上部： （2）沿炉膛全高度布置在前墙或两侧墙上。
多管圈
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二、屏式过热器（再热器）
屏式过热器（再热器）布置在炉膛内部，吸收炉膛的 辐射热量，减少烟气扰动，降低沿烟道宽度的热偏差，改 善过热蒸汽或再热蒸汽的汽温特性。
1、辐射式和半辐射式过热器 ➢辐射式过热器（再热器）：布置在炉 膛上部，接受炉膛辐射热，横向节距较 大（3-4m），如前屏、大屏等； ➢半辐射式过热器（再热器）：布置在 炉膛出口烟窗处，既接收炉内的辐射热， 又吸收烟气的对流热， 防止对流受热面 结渣，如后屏过热器。
某超临界1900t/h锅炉高温过热器 ➢布置位置：水平烟道后部； ➢管径：38mm； ➢管道排列：
82排×12管/排=984根
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蒸汽与烟气流速的选择：
➢ 蒸汽流速：保持一定质量流速，使过热器和再热器得 到可靠冷却，同时要控制过热器或再热器压降，一般 过热器质量流速800-1100kg/(m2·s)，再热器内蒸汽质量 流量250-400kg/(m2·s) 。
1-过热器汽温特性；2-再热器汽温特性
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六、典型的过热器与再热汽系统
1、系统布置要求： 过热器的系统布置，应能满足蒸汽参数的要求，并具
有灵活的调温手段，还应保证运行中管壁不超温和具有较 高的经济性等。 2、过热器布置原则 （1）中压锅炉：一般仅采用对流过热器。 （2）大型锅炉：采用辐射—对流组合式过热器系统。
➢ 烟气流速：应综合考虑传热效果、管子的磨损和积灰 情况。烟气流速过高，传热效果较好，所需换热面积 少，积灰少，但管子的磨损严重。水平烟道内，烟温 高，灰粒较软，烟气流速10-15m/s；烟气低温区，飞灰 磨损能力加剧，控制流速在6-9m/s。
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600MW超临界锅炉
再热汽系统流程：
再热管道→再热器 事故喷水减温器→ 再热管道→水平低 温再热器→末级再 热器→汽轮机低压 缸。
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东锅1000MW锅炉示意图
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基本组合模式为“顶棚过热器-包覆管过热器-低温对流 过热器-半辐射过热器-高温对流过热器”。
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3、过热器的布置要求： （1）过热器的分级布置 ➢低温级过热器采用逆流传热方式； ➢高温级过热器可以分成两段：第一段为逆流传热方式， 布置在烟道两侧；第二段为顺流方式，布置在烟道中间； （2）过热器的分级或分段，每段蒸汽焓增不应超过250420kJ/kg，以减少热偏差； （3）两级过热器之间应该设置减温器，以便调节汽温。
（1）过热器的作用：将饱和蒸汽加热成过热蒸汽。 在锅炉负荷变化时，应保证锅炉的过热蒸汽温度在允
许范围内波动。目前电厂锅炉过热蒸汽温度540-555℃； （2）再热器的作用：把汽轮机高压缸的排汽返回锅炉再 次加热，然后再送到低压缸膨胀做功。目的是使汽轮机 末级叶片的蒸汽湿度控制在允许范围内。
再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%。我国125MW 以上机组都采用一次中间再热系统。
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（1）过热器系统：顶棚过热器→低温过热器→屏式过热器→高温过热器 （2）过热器系统：汽轮机→低温再热器 →高温再热器→汽轮机
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高压锅炉受热面的布置
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7-2 过热器和再热器的结构型式及汽温特性
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三、过热器和再热器的布置要求
（1）低压锅炉： ➢吸热特点：锅炉压力低，汽化潜热大。蒸发热量多，过热热少； ➢受热面布置：除了水冷壁以外，在过热器前，需要布置一定数量的 对流蒸发管束； （2）中压锅炉： ➢吸热特点：炉膛辐射热与蒸发热相当，无需额外布置蒸发受热面； ➢受热面布置：过热器仅布置在炉膛出口的凝渣管之后； （3）高压锅炉 ➢吸热特点：汽化潜热小，所需蒸发热量少，预热热和过热热量多； ➢受热面布置；除了对流式过热器，还需要把部分过热器设置在炉膛 内，即采用辐射式过热器，也可以把部分水冷壁作为辐射式省煤器。
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1、按管子排列方式分类
➢ 顺列：传热系数小，阻力小，管壁磨损小，容易清灰， 一般用在高温烟区。
➢ 错列：传热好，阻力大，管壁磨损大，不易清灰，一般 用于尾部低温烟道。
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顺列
错列
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2、按烟气和蒸汽的流动方向分类
1、过热器的汽温特性
➢对流式过热器：随锅炉负荷的提 高,出口蒸汽温度提高，曲线3；
➢辐射式过热器：随锅炉负荷的增 加，出口蒸汽温度下降，曲线1；
➢半辐射式过热器：汽温特性介于 上述两者之间，曲线2。
采用适当比例的三种过热器组 合，可获得平稳的汽温特性。
锅炉负荷提高:B,G提高
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3、按管子的布置方式分类 立式（垂直式）：布置在水平烟道
内，支吊简单，易积灰，不利疏水。 卧式（水平式）：布置在尾部竖井
中，支吊复杂，多采用有工质冷却的 受热面管子作为悬吊管，便于疏水。
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2-悬吊管；3-联箱
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二、过热器和再热器的工作特点
1、工作特点： （1）蒸汽压力高，压力可以达到超临界以上； （2）过热器和再热器是锅炉内工质温度最高的部件； （3）蒸汽（特别是再热蒸汽）冷却管道的能力较差； 2、工作要求 （1）运行中应保持汽温稳定：波动不超过5～-10℃； （2）过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况 在一定范围内变化时能维持额定的汽温； （3）尽量减少并联管间的热偏差。
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再热循环T-S图
➢再热循环的使用，可以提 高循环的热效率4%~5%， 而且可以使汽轮机排汽湿 度控制在允许范围内。
➢再热器系统阻力会使蒸汽 在汽轮机内的作功能力下 降，因此再热系统力求简 单，整个再热器的压降不 高于0.2MPa。
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四、顶棚过热器和包覆管过热器（附加受热面）
1、顶棚过热器：布置在炉膛顶 部的膜式受热面，通过吊杆悬 吊在炉顶钢梁上。吸热量不大， 主要作用是支承炉顶的耐火材 料和保温材料，并保持锅炉的 严密性。
2、包覆管过热器：布置在水平烟道和尾部竖井的壁面上 的膜式受热面，类似水冷壁。烟气温度较低，且仅受烟气 单面冲刷，因此吸热量少。主要作用是形成烟道壁面，提 高锅炉严密性，减少烟道漏风。
➢为了保证受热面安全运行，屏式受热面多作为中温受热 面（中级），采用较高的质量流速，使管壁得到冷却。屏 的最外围U形管壁温最高，多采用耐高温钢材制造。
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4、屏式过热器防止外圈管超温的措施
（a）减小外圈管长度； （b）采用双U型管结构； （c）内外圈管子交叉； （d）外圈管子短路（增大流量）保护管屏。
（1）过热器和再热器结构： 过热器和再热器的结构基本相同，二者区别在于：
再热器压力低，汽体比体积较大，管径比过热器大。 （2）过热器和再热器分类： ➢对流式过热器（再热器）； ➢半辐射式（屏式）过热器（再热器）； ➢辐射式过热器（再热器）。
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一、对流式过热器（再热器） 对流式过热器（再热器）由蛇形管组成，布置在锅炉
水平烟道或尾部竖井中，吸收烟气的对流放热量。 布置形式分类： ➢按管子排列方式分为：顺列、错列布置方式。 ➢根据烟气和蒸汽的流向，可分为：逆流、顺流和混合流。 ➢根据管子的布置方式分为：垂直式和水平式。
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2、屏式受热面的结构： ➢ 由焊在联箱上的许多U形管排列成管屏。管径32-42mm，
每个屏有15-30根管组成； ➢ 屏悬挂在炉顶梁上，受热后能向下自由膨胀；
➢ 为了增加屏的刚性，保持屏平面平整，管屏用自身的管子 作为扎紧管，将管屏夹紧。
蛇形管的结构：
过热器的蛇形管可以做成单管圈、双管圈或多管圈， 这与锅炉的容量和管内必须维持的蒸汽流速有关。可通过 改变管圈数目来改变蒸汽速度。如由单管圈变为双管圈， 蒸汽通路截面积增大一倍，蒸汽速度降为原来的一半，而 烟气流速保持不变。
单管圈
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双管圈
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2、再热器的汽温特性
过热器整体呈现对流汽温特性。再热器的汽温特性与 过热器的汽温特性相似，但又有其不同的特点 。
➢再热器整体呈现对流汽温 特性，锅炉负荷降低时，出 口蒸汽温度下降； ➢此外，锅炉负荷降低，汽 轮机高压缸排汽温度降低， 再热器的进口汽温降低，出 口汽温进一步下降； ➢再热器的汽温特性随锅炉 负荷变化幅度较大。
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顶棚过热器和包墙管过热器：
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包墙管过热器：
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五、汽温特性
汽温特性：过热器或再热器出口蒸汽温度随锅炉负荷 变化的关系特性，称为锅炉的汽温特性。
第7章 过热器和再热器
7-1 过热器和再热器的作用及特点 7-2 过热器和再热器的结构形式及汽温特性 7-3 热偏差 7-4 蒸汽温度的调节 7-5 对流受热面的高温积灰和高温腐蚀
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7-1 过热器和再热器的作用及特点
一、过热器和再热器的作用
注意：屏平面与烟气流向平行。
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锅炉前屏、分隔屏、后屏。
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3、屏式受热面的热偏差： ➢屏式受热面所处烟温较高，平行管子之间的热偏差较大。 相对于内圈管来说，外圈管受热强，但是长度较长，流动 阻力大，工质流量小，容易发生超温现象。
4、典型锅炉过热器与再热器系统
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某1900t/h超临界锅炉
主蒸汽系统流程： 给水→省煤器→螺旋 管水冷壁→过渡联箱 →垂直管水冷壁→启 动分离器→顶棚和包 墙过热器系统→低温 过热器→一级喷水减 温器→屏式过热器→ 二级喷水减温器→末 级过热器→汽轮机高 压缸。
（a）
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三、壁式过热器（再热器）
壁式过热器（再热器）紧贴水冷壁或炉墙布置，也称为 墙式过热器, 常用于低温段过热器（再热器）。 1、布置方式 （1）紧贴炉墙与水冷壁相间布置，用于控制循环锅炉； （2）附着在水冷壁管道上，将水冷壁管遮盖（水冷壁管按 照不吸热考虑），多用于自然循环锅炉。 2、布置形式 （1）布置在炉膛上部： （2）沿炉膛全高度布置在前墙或两侧墙上。
多管圈
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二、屏式过热器（再热器）
屏式过热器（再热器）布置在炉膛内部，吸收炉膛的 辐射热量，减少烟气扰动，降低沿烟道宽度的热偏差，改 善过热蒸汽或再热蒸汽的汽温特性。
1、辐射式和半辐射式过热器 ➢辐射式过热器（再热器）：布置在炉 膛上部，接受炉膛辐射热，横向节距较 大（3-4m），如前屏、大屏等； ➢半辐射式过热器（再热器）：布置在 炉膛出口烟窗处，既接收炉内的辐射热， 又吸收烟气的对流热， 防止对流受热面 结渣，如后屏过热器。
某超临界1900t/h锅炉高温过热器 ➢布置位置：水平烟道后部； ➢管径：38mm； ➢管道排列：
82排×12管/排=984根
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蒸汽与烟气流速的选择：
➢ 蒸汽流速：保持一定质量流速，使过热器和再热器得 到可靠冷却，同时要控制过热器或再热器压降，一般 过热器质量流速800-1100kg/(m2·s)，再热器内蒸汽质量 流量250-400kg/(m2·s) 。
1-过热器汽温特性；2-再热器汽温特性
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六、典型的过热器与再热汽系统
1、系统布置要求： 过热器的系统布置，应能满足蒸汽参数的要求，并具
有灵活的调温手段，还应保证运行中管壁不超温和具有较 高的经济性等。 2、过热器布置原则 （1）中压锅炉：一般仅采用对流过热器。 （2）大型锅炉：采用辐射—对流组合式过热器系统。
➢ 烟气流速：应综合考虑传热效果、管子的磨损和积灰 情况。烟气流速过高，传热效果较好，所需换热面积 少，积灰少，但管子的磨损严重。水平烟道内，烟温 高，灰粒较软，烟气流速10-15m/s；烟气低温区，飞灰 磨损能力加剧，控制流速在6-9m/s。
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600MW超临界锅炉
再热汽系统流程：
再热管道→再热器 事故喷水减温器→ 再热管道→水平低 温再热器→末级再 热器→汽轮机低压 缸。
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