锅炉原理-过热器与再热器

2020/4/21PrinciplesofBoilerPage1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2020/4/21PrinciplesofBoilerPage27-1过热器和再热器的作用及特点一、过热器和再热器的作用（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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage3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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage4二、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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage5三、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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage6高压锅炉受热面的布置（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2020/4/21PrinciplesofBoilerPage77-2过热器和再热器的结构型式及汽温特性（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）。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage8一、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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage9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。1、按管子排列方式分类顺列错列2020/4/21PrinciplesofBoilerPage10•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。2、按烟气和蒸汽的流动方向分类2020/4/21PrinciplesofBoilerPage113、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。2-悬吊管；3-联箱2020/4/21PrinciplesofBoilerPage12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2020/4/21PrinciplesofBoilerPage13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)。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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage14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。单管圈双管圈多管圈2020/4/21PrinciplesofBoilerPage15二、屏式过热器（再热器）2/3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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage162、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。注意：屏平面与烟气流向平行。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage17锅炉前屏、分隔屏、后屏。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage183、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。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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage194、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。（a）（b）（c）（d）2020/4/21PrinciplesofBoilerPage20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。三、壁式过热器（再热器）2020/4/21PrinciplesofBoilerPage211、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。四、顶棚过热器和包覆管过热器（附加受热面）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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage22顶棚过热器和包墙管过热器：2020/4/21PrinciplesofBoilerPage23包墙管过热器：2020/4/21PrinciplesofBoilerPage24五、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。锅炉负荷提高:B,G提高采用适当比例的三种过热器组合，可获得平稳的汽温特性。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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage251-过热器汽温特性；2-再热器汽温特性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。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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage26六、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。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”。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage273、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250-420kJ/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。4、典型锅炉过热器与再热器系统2020/4/21PrinciplesofBoilerPage28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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage29600MW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。2020/4/21PrinciplesofBoilerPage30东锅1000MW锅炉示意图2020/4/21PrinciplesofBoilerPage31锅炉过热器与再热器系统图2020/4/21PrinciplesofBoilerPage32再热器系统流程图（动画）2020/4/21PrinciplesofBoilerPage33式中：△hp为偏差管焓增，△h0为管组平均焓增。一、热偏差的概念锅炉受热面并列管子间，因吸热不均和工质流量不均引起的工质焓增不同的现象。热偏差程度，用热偏差系数φ表示：7-3热偏差0phh2020/4/21PrinciplesofBoilerPage340000ppppqFhGqFhGq：外壁面平均热负荷，kJ/(m2·s)；F