过热器与再热器

1第八章过热器与再热器Superheaterandreheater过热器与再热器是锅炉的重要部件，设计与运行的主要原则:(1)防止受热面金属温度超过材料的许用温度;(2)过热器与再热器温度特性好，在较大的负荷范围内能通过调节维持额定汽温;(3)防止受热面管束积灰、磨损和腐蚀。2本章讲述以下几个问题：第一节过热器和再热器的作用和特点第二节过热器和再热器型式和结构第三节热偏差第四节汽温调节第五节过热器和再热器的烟气侧工作过程3第一节过热器和再热器的作用和工作特点Thefunctionandcharacteristicsofsuperheaterandreheater●本节要求掌握过热器和再热器的作用、特点，蒸汽温度选择要考虑的因素，锅炉受热面布置的发展。一、过热器和再热器的作用Function过热器：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。再热器：将汽轮机高压缸排汽加热成具有一定温度的再热蒸汽。4二、特点Characteristics过热器和再热器具有如下特点:(1)过热器和再热器是锅炉中金属壁温最高的受热面，对材质要求高。(2)过热器、再热器的阻力不能太大。(3)高热负荷区的过热器与再热器工质流速高。(4)过热器和再热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而变化。(5)过热器和再热器布置受锅炉参数影响。(6)在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器、再热器需要采取保护措施。5三、设计Design在设计过热器时要考虑以下要求:(1)有良好的温度特性。(2)对汽温调节反应较快，易于调节。(3)节省钢材，尤其是合金钢。(4)较小的流阻。（5）运行安全可靠，制造及检修方便。6四、蒸汽温度的选择Theselectionofsteamtemperature1.循环热效率；2.汽轮机末级叶片的蒸汽湿度；3.高温钢材的许用温度。五、过热器和再热器布置的发展Developmentofthearrangementforsuperheaterandreheater1.进入锅炉的水经历三个阶段：水的预热-----水的蒸发-----蒸汽的过热2.三个阶段所占份额随着压力的变化，各个阶段所占的份额不同。见图8-47水蒸汽的h—p图8第二节过热器和再热器型式和结构Typesandconstructionofsuperheaterandreheater●本节掌握过热器和再热器的结构、型式及不同的分类，掌握结构特点。一、过热器与再热器的型式和结构Typesandconstructionofsuperheaterandreheater再热器与过热器的结构相似，故重点介绍过热器。过热器构成：联箱与并列的受热面管组连接构成。9过热器分类：（1）根据传热方式分：对流、辐射和半辐射式。（2）根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向分：逆流、顺流和混合流。（3）根据对流受热面的放置方式分：立式、卧式。（4）根据管子排列方式分：顺列、错列。（5）根据管圈数分：单管圈、双管圈、多管圈。（6）根据结构分：屏式过热器、壁式过热器、对流过热器。101112131415161718192021221.对流过热器(1)结构特点S1/d=2-3.5，S2/d=2.5-4，(2)蒸汽质量流速的选取考虑蒸汽对管壁的冷却能力和蒸汽在管内流动引起的压力降损失两个因素。(3)烟气流速的选取考虑积灰、磨损、传热效果、烟气流动阻力等因素232.辐射式和半辐射式布置在炉膛上前部直接吸收炉膛高温烟气的辐射传热，也称屏式过热器。(1)分大屏、前屏及后屏三种。(2)大屏或前屏过热器布置在炉膛上前部，屏间距离较大，屏数较少，吸收炉膛内高温烟气的辐射传热，为辐射式过热器。(3)后屏过热器布置在炉膛出口处，屏数相对较多，屏间距相对较小，它既吸收炉膛内的辐射传热，又吸收烟气冲刷受热面时的对流传热，故又称半辐射过热器。2425◈屏是由许多管子紧密排列成管片组成，屏间距离600～2800㎜，大屏和前屏的可能更大;纵向节距比1.1～1.2。◈屏的结构型式有U形、W形、双U形（串联、并联）等几种。◈屏的并联管数是由工质的质量流速确定的。屏位于炉膛内，其热负荷是很高的。为了屏受热面的安全工作，必须采用较高的质量流速,一般推荐700～1200kg/(㎡·s)。26◈大型锅炉广泛采用屏式过热器的原因:(1)屏式过热器吸收炉膛内相当数量的辐射热量，适应大容量高参数锅炉过热器吸热量相对增加、水冷壁吸热量相对减少的需要，它补充了水冷壁吸收炉膛辐射热的不足，实现了炉膛必须的辐射传热量，以使炉膛出口烟气温度限制在合理的范围内。(2)对于燃烧器四角布置切圆燃烧方式的炉膛，屏式过热器对烟气流偏转能起到阻尼和导流作用。(3)后屏过热器的横向节距比对流管束大很多，接近灰熔点的烟气通过它时减少了灰粘结在管子上的机会，有利于防止结渣。烟气通过后屏烟温下降，也防止了其后的对流管束结渣。27三、壁式过热器Wallsuperheater有炉膛壁管式、顶棚管式、烟道包敷管式四、再热器的特点Characteristicsofreheater1.再热器串联在汽轮机高压缸和中压缸之间，流动阻力受限制，在0.2MPa以内。◈降低流速；增大管子直径；简化再热器系统。2.再热汽压力低，容积流量大，蒸汽密度小。◈合理布置再热器；选取许用温度高的钢材。2829第三节热偏差Heatdeviation●本节讲述热偏差的产生原因、影响因素及减轻措施，要求掌握热偏差的概念，热偏差的产生原因、影响因素及减轻措施。一、热偏差概念Heatdeviationconcept热偏差：并列管组中每根管的工质焓增不同的现象。热偏差系数：受热面并联管中个别管子工质焓增与并联管子的平均焓增的比值。hhhqAGhqAGpoppppoooo30允许热偏差：管壁金属温度达到该金属材料的最高许用值时的热偏差。产生热偏差的原因：热负荷不均系数、流量不均、结构不均。rroprhh31四、减少热偏差的措施Measurementsforreducingtheheatdeviation1.受热面分段串联2.段间连接采取措施多管连接3.在受热面具体结构上采取措施均匀管束结构尺寸；减小管束前烟气空间的深度；增大联箱直径；短接、交叉连接屏式过热器管子如下图所示3233●本节要求掌握不同受热面的汽温特性，调节汽温常用的方法。一、汽温要求Requirementfortemperature※维持稳定的过热蒸汽与再热蒸汽的温度。※汽温允许波动范围+5～－10℃。二、汽温特性Characteristicsoftemperature1.对流过热器（再热器）的汽温特性：随着负荷的增加，汽温增加。2.辐射过热器（再热器）的汽温特性：随着负荷的增加，汽温降低。如下图所示。第四节汽温调节Adjustmentfortemperature343536三、汽温调节装置Outfit蒸汽温度调节方式烟气侧和蒸汽侧调节两大类。★烟气侧调节：改变烟气对蒸汽的传热量，使蒸汽的温度发生变化。★蒸汽侧调节：利用其它介质直接改变蒸汽的温度。1.蒸汽侧调节（1）表面式减温器：设计原理（2）混合式减温器（喷水减温器）：※设计原理、减温器布置位置、水源373839404142混合式减温器：优点：结构简单、调节幅度大、贯性小、调节灵敏，有利于自动化调节。缺点：对水质要求高。（3）汽－汽交换器用辐射式过热器流出的过热蒸汽调节对流再热器的蒸汽温度。结构复杂，钢耗大，运行不稳。2.烟气侧调节（1）烟气再循环炉膛上部：降低炉膛出口烟气温度，防止高温过热器高温腐蚀和结渣。炉膛下部：降低水冷壁的温度，提高对流受热面的吸热量。43444546（2）烟气挡板※旁通烟道※平行烟道：再热器与省煤器并联、再热器与过热器并联。（3）改变火焰高度※四角布置的直流燃烧器采用摆动燃烧器；※旋流燃烧器采用分层布置，分层燃烧方式。473.再热器汽温调节方式※为什么不推荐采用喷水减温？与过热器布置有关，降低蒸汽做功的效率大型锅炉常用的调温方式：（1）微量喷水减温器--再热器温精确调节再热器温，减少再热器的热偏差。位置：再热器出口。水的来源：给水泵中间抽头。（2）事故喷水减温器--再热器温位置：低温再热器入口处。4849第五节过热器和再热器的烟气侧工作过程Gassideworkingprocedureofsuperheaterandreheater●本节要求掌握过热器积灰和高温腐蚀的机理，危害及减轻的措施。一、积灰Deposit※烟气中的飞灰沉积在管束外表面的现象称为积灰。1.飞灰※根据灰的易熔程度可分为三部分:低熔灰、中熔灰和高熔灰。※飞灰直径分细径灰群(10微米)、中径灰群(10～30微米)和粗径灰群(30微米)三个灰群。502.高温过热器和高温再热器的积灰高温过热器和高温再热器布置在烟温高于700～800℃的烟道内。管子外表面的灰层由两部分组成。内层灰紧密，与管子粘结牢固;外层灰松散，容易清除。※形成机理：（1）低熔灰在高温过热器区未凝固，当接触温度较低的受热面时就凝固在受热面上，形成粘性灰层。，一些中熔、高熔灰粒被粘附在粘性灰层中。（2）烟气中的氧化硫气体在对灰层的长期作用下，形成白色硫酸盐的紧密结实灰层，这个过程称为烧结。中熔和高熔灰在紧密结实灰层表面进行着动态沉积，形成松散而且多孔的外灰层。515253※积灰的危害：经济性、安全性※对于容易积粘结灰的燃料，必须采取相应措施：(1)选取有效的吹灰装置。(2)正确设计和布置对流面。顺列布置、大横向节距。(3)在锅炉运行初期，及时投入吹灰装置，否则，如果受热面已粘结了灰就不易清除。(4)采用低温燃烧(炉膛燃烧热强度不过高)。(5)喷射添加剂。(6)飞灰再循环等方法。543.低温过热器和低温再热器的积灰烟气温度低于600～700○C的烟道内的低温过热器与低温再热器在其管子表面形成松散的积灰层。因为该处烟温较低，低熔灰已凝固成固体颗粒，CaO等灰也无烧结现象。不同烟气流速下管表面松散灰程度也不同。管背面的积灰比正面严重，因为管正面受到烟气流的直接冲刷，管背面存在涡流区，只有在烟气流速小于5m/s时才有管正面明显积灰。55二、烟气侧的高温腐蚀Hightemperaturedeteriorationongasside1.形成机理:※燃煤炉:高温过热器与高温再热器管表面的内灰层含有较多的钙金属，它与飞灰中的铁、铝等成分，以及通过松散的外灰层扩散进来的氧化硫烟气，经过较长时间的化学作用，生成碱金属的复合硫酸盐。硫酸盐(Na3Fe(SO4)3、KAl(SO4)2等)复合物，对高温过热器与高温再热器金属发生强烈的腐蚀。煤粉锅炉温度高于510℃以上时才发生此问题。56※燃油炉:在炉膛高温区会发生V2O5气体，同时燃油中含有氧化钠时，产生熔点很低(600℃)的5V2O5·Na2O·V2O4复合物。当过热器、再热器以及固定件、支吊件的温度达到610℃或以上时，就会在它的表面形成液态灰层，它对碳钢、低合金钢及奥氏体钢等都会发生腐蚀作用。当烟气中存在氧化硫时，产生Na2S2O7与V2O5,合在一起具有更严重的腐蚀作用。内灰层温度接近600℃时就发生腐蚀，700～950℃时腐蚀最严重。燃油锅炉的这种高温腐蚀又称为钒腐蚀。2.危害及减轻措施※减轻措施：硫氧化物控制、及时吹灰