第六章港電2×660MW超超臨界鍋爐本體設(shè)備

1、第六章 港電2660MW超超臨界鍋爐本體設(shè)備第一節(jié) 過熱器與再熱器1.過熱器和再熱器的布置和結(jié)構(gòu)1.1過熱器和再熱器的功用和特點(diǎn):1.1.1 過熱器和再熱器是電站鍋爐的兩個(gè)重要受熱面，它們的功用是：將飽和蒸汽或低溫蒸汽加熱成為達(dá)到合格溫度的過熱蒸汽。調(diào)節(jié)蒸汽溫度。當(dāng)鍋爐負(fù)荷、煤種等運(yùn)行工況變化時(shí)，進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持其出口蒸汽溫度在額定溫度的-10+5范圍內(nèi)。1.1.2與水冷壁和省煤器相比，過熱器和再熱器具有如下特點(diǎn)：1) 由于過熱器和再熱器的出口處工質(zhì)已達(dá)到其在鍋爐中的最高溫度，是鍋爐中金屬壁溫最高的受熱面，所以過熱器和再熱器的許多部分，特別是它們的末端部分需要采用價(jià)格較高的合金鋼，甚至不銹鋼。上

2、鍋超超臨界機(jī)組鍋爐受熱面設(shè)計(jì)選材及溫度裕度如表6-1所列。由于鋼材的限制，現(xiàn)今絕大多數(shù)電站鍋爐的過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度被限制在540600C的水平。表6-1 上鍋超超臨界機(jī)組鍋爐受熱面設(shè)計(jì)選材及溫度裕度管子所處位置材 質(zhì)最高工質(zhì)溫度 oC管子中間點(diǎn)計(jì)算壁溫oC計(jì)算管子外壁溫度oC強(qiáng)度計(jì)算許用應(yīng)力下的許用溫度oC材料抗氧化溫度oC管子壁溫裕度oC一、水冷壁1、螺旋管圈SA-213 T23468518533560593422、垂直管圈SA-213 T2348453454456259328SA-213 T2348552052454259322二、過熱器1、SH1及懸吊管省煤器上方SA-213 T

3、1248050550851555210懸吊管SA-213 T2348552052358859368SA-213 T23490540545563593232、SH1屏管SA-213 T92521579589597650183、SH2SA-213 T91516.253153556065029SA-213 T9153054855257265024SA-213 T9154957257658865016Super 304H577603607633700304、SH3Super 304H 噴丸58061762363670019HR3C59062463064270018HR3C620640646657700

4、17三、再熱器1、RH1SA-213 T1247049049452155231SA-213 T2351454054458159341SA-213 T91536563567599650362、RH2Super 304H 噴丸56061261866970057HR3C58162162765770036HR3C62064264866970027通常為降低鍋爐造價(jià)，盡量避免采用更高級(jí)別的合金鋼，設(shè)計(jì)時(shí)，幾乎使各級(jí)過熱器和再熱器金屬管子的工作溫度都接近極限溫度。在這種情況下，若在超過其設(shè)計(jì)工作溫度10一20下長期運(yùn)行，會(huì)使其許用應(yīng)力下降50左右。為此，在鍋爐運(yùn)行中應(yīng)保持汽溫穩(wěn)定，汽溫的波動(dòng)不應(yīng)超過額定溫

5、度的-10+5的范圍。2)整個(gè)過熱器或再熱器的阻力，即工質(zhì)壓降不能太大。因大部分過熱器和再熱器都布置在較高煙溫區(qū)域，為了使得它們的管子得到較好的冷卻，就得使管內(nèi)工質(zhì)有較高的流速。工質(zhì)流速越高，阻力越大，工質(zhì)的壓降就會(huì)越大。對(duì)于過熱器，工質(zhì)的壓降越大，要求鍋爐的工作壓力越高，除給水泵的功率消耗越大外，水冷壁、分離器、儲(chǔ)水罐等承壓部件壁厚就需增大，它們的材料和制造成本就會(huì)提高。因此，一般要求整個(gè)過熱器內(nèi)工質(zhì)的壓降不超過其工作壓力的10。例如HG一2008/18.2和HG一1025/18.2鍋爐為8.02，DG一1025/18.3鍋爐為7.5。若再熱器阻力大，工質(zhì)壓降大，則再熱器出口蒸汽壓力降低，進(jìn)

6、入汽輪機(jī)中壓缸的蒸汽的做功能力也降低，這將影響電廠熱力循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。一般電站鍋爐允許再熱器的最大壓降為0.2MPa。3)過熱器與再熱器管壁的冷卻條件較水冷壁和省煤器差。由于亞臨界以下參數(shù)的蒸汽密度較水小，特別是再熱蒸汽密度更小，在相同條件下，管壁與蒸汽之間的放熱系數(shù)就小，蒸汽對(duì)管壁的冷卻能力就差。且過熱器與再熱器內(nèi)的工質(zhì)溫度又處在鍋爐中最高部位。因此為使管壁金屬得到有效冷卻，避免燒損和爆管事故，必須使得管內(nèi)蒸汽具有較高的流速。但是較高的流速會(huì)產(chǎn)生較大壓降。綜合考慮管壁冷卻和壓降的兩個(gè)因素，建議過熱器和再熱器內(nèi)的工質(zhì)質(zhì)量流速分別采用：對(duì)流過熱器低溫級(jí)，rw400700kg(m2s)，高溫級(jí)，rw

7、7001100kg(m2s)；半輻射式屏式過熱器，rw=8001200kg(m2s)；輻射式過熱器，rw10001500kg(m2s)；再熱器，rw250400kg(m2s)。4)過熱器和再熱器出口汽溫將隨鍋爐負(fù)荷的改變而變化。這是由于過熱器和再熱器有相當(dāng)部分布置在水平煙道和尾部豎井煙道內(nèi)，傳熱以對(duì)流換熱方式為主，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，受熱面管外煙氣流速和管內(nèi)工質(zhì)流速都將發(fā)生變化，管內(nèi)外的對(duì)流放熱系數(shù)隨著改變，導(dǎo)致管內(nèi)蒸汽吸熱量改變。對(duì)于再熱器，由于負(fù)荷改變時(shí)，進(jìn)口蒸汽溫度也同時(shí)改變，所以再熱汽溫隨負(fù)荷變化的幅度將比過熱蒸汽大些。5)過熱器和再熱器管間的煙氣流速受多種因素的影響。通常，在鍋爐額定負(fù)

8、荷時(shí)，布置在水平煙道時(shí)采用1014m/s煙氣流速，燃油和燃?xì)鈺r(shí)可提高到20ms。布置在尾部豎井煙道時(shí)，管間煙速不宜超過9ms。這是由于，當(dāng)管間煙氣流速太低時(shí)，傳熱性能較差；并由于沖刷能力降低，容易產(chǎn)生積灰，當(dāng)煙速低于3ms時(shí)，將引起嚴(yán)重堵灰現(xiàn)象，一般要求在額定負(fù)荷時(shí)管間煙速不低于6ms。較高的煙速可以提高傳熱系數(shù)，減少傳熱面積，但煙氣中所含飛灰對(duì)管子的磨損會(huì)加劇。水平煙道靠近爐膛出口，處在高煙溫區(qū)域，高溫飛灰具有一定的粘結(jié)性，易于在管壁上產(chǎn)生高溫?zé)Y(jié)性積灰，但飛灰由于高溫軟化，對(duì)管子的磨損能力比較弱。綜合積灰、磨損和傳熱三因素，可采用較高的煙氣流速；燃油和燃?xì)鈺r(shí)基本無飛灰，煙速可更高。在尾部豎

9、井煙道中，煙溫已降至600700，飛灰已無粘性，但灰粒變硬，對(duì)管壁的磨損能力增大，應(yīng)采用較低的煙氣流速。6)在鍋爐點(diǎn)火升爐或汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，過熱器或再熱器中沒有蒸汽通過，管壁會(huì)由于得不到冷卻而產(chǎn)生爆管或燒損。因此必須設(shè)計(jì)可靠的減溫減壓旁路系統(tǒng)和排汽系統(tǒng)，保證在升爐和汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)有足夠的蒸汽通過過熱器和再熱器，保障過熱器和再熱器的安全。典型的旁路系統(tǒng)如圖6-1所示。 圖6-1 過熱器和再熱器旁路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 1一鍋爐；2一高壓缸；3一再熱器；4一中壓缸；5一低壓缸；6一凝汽器；7一I級(jí)減溫減壓旁路；8一級(jí)減溫減壓旁路；9一大旁路；10一向空排汽2.港電鍋爐過熱器、再熱器受熱面的設(shè)計(jì)2.1概述過熱器

10、、再熱器系統(tǒng)是鍋爐最重要的承壓部件之一，其設(shè)計(jì)成功與否關(guān)系到鍋爐整體性能的優(yōu)劣，并影響鍋爐的安全可靠運(yùn)行。由于過熱器和再熱器工作條件比較惡劣，故在設(shè)計(jì)中須充分考慮在運(yùn)行過程中可能遇到的問題，合理布置各級(jí)受熱面，正確劃分各級(jí)受熱面的吸熱比率，使其可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好和對(duì)負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)，從而確保鍋爐安全可靠經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。2.2設(shè)計(jì)原則本設(shè)計(jì)方案，上海鍋爐廠有限公司和Alatom Power,USA公司本次為陳家港一期工程2660MW國產(chǎn)超超臨界鍋爐推出的過熱器、再熱器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了APU成熟的布置方式和結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)計(jì)有如下幾個(gè)方面的特點(diǎn):1）從提高鍋爐的煤種及負(fù)荷適應(yīng)性出發(fā)：過熱器、再熱器對(duì)鍋爐在各

11、種運(yùn)行工況下運(yùn)行具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。諸如負(fù)荷、煤種及給水溫度等運(yùn)行因素變化時(shí)，過熱器、再熱器仍能達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)，且具有良好的汽溫調(diào)節(jié)特性，控制方便、靈敏。具體設(shè)計(jì)中考慮了與燃用煤種相適應(yīng)的以下幾個(gè)方面：汽溫調(diào)節(jié)：用燃料/給水比、三級(jí)6點(diǎn)過熱器噴水減溫器和擋板調(diào)節(jié)、燃燒器擺動(dòng)調(diào)節(jié)；灰沉積的控制：根據(jù)燃煤灰特性、不同布置位置煙溫的大小選用最優(yōu)的管距；灰粘污的控制：合理布置足夠的吹灰器；煙氣腐蝕的防護(hù)：選用合適的煙氣速度和選用高檔次受熱面材料。2）從提高鍋爐的可靠性、可用率，保證鍋爐能長期穩(wěn)定運(yùn)行出發(fā)：過熱器、再熱器系統(tǒng)采用成熟而優(yōu)化的布置及連接形式，受熱面阻力和進(jìn)出口集箱合理匹配，以嚴(yán)格控制屏間偏差及

12、同屏間的水力偏差；在管材的選取上留有足夠大的安全裕度，并充分考慮疲勞，蠕變應(yīng)力影響。在高溫段過熱器和再熱器中選用高檔次的合金材料，以抵抗?fàn)t內(nèi)高溫?zé)煔獾母g和管內(nèi)的高溫氧化。3）從提高鍋爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性出發(fā)：保證鍋爐在各種負(fù)荷下有較高的鍋爐效率，達(dá)到設(shè)計(jì)出力，汽側(cè)阻力及減溫水量均控制在合理的范圍之內(nèi)。2.3系統(tǒng)布置及流程過熱器、再熱器布置采用APU公司的典型布置形式。眾多具有相同受熱面布置的600MW鍋爐運(yùn)行業(yè)績(jī)表明，本鍋爐方案具有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能，能長期安全可靠的運(yùn)行。本工程過熱器、再熱器蒸汽流程圖如下圖6-2、6-3所示。圖6-2 過熱器流程圖圖6-3 再熱器流程圖1）過熱器系統(tǒng)過熱器系統(tǒng)按

13、蒸汽流向可分為：頂棚&包墻過熱器、低溫過熱器、分隔屏過熱器、后屏過熱器及末級(jí)過熱器。其中主受熱面為低溫過熱器、分隔屏過熱器、后屏過熱器、末級(jí)過熱器。分隔屏過熱器和后屏過熱器布置在爐膛的上部，主要吸收爐膛內(nèi)的輻射熱量。末級(jí)過熱器布置在折焰角上方，也具有較強(qiáng)的輻射特性。過熱器系統(tǒng)的汽溫調(diào)節(jié)采用燃料/給水比和三級(jí)6點(diǎn)噴水減溫，在后屏和末過之間設(shè)置一級(jí)噴水減溫并左右交叉以減少左右側(cè)汽溫偏差。過熱器主受熱面的結(jié)構(gòu)特性如表6-2所示：表6-2 過熱器布置結(jié)構(gòu)特性名稱節(jié)距mm管徑mm排數(shù)每排管子根數(shù)布置受熱面積 m2橫向St縱向SLS-30，S-31，S-32低溫過熱器139.782.55/101.641.

14、3/50.8134614863S-39 分隔屏過熱器268850.844.4526401791S-47 后屏過熱器8965447.620221624S-56 末級(jí)過熱器56050.841.3332223902）再熱器系統(tǒng)再熱器受熱面分為兩級(jí)，即高溫再熱器和低溫再熱器。高溫再熱器布置在水平煙道，低溫再熱器布置在尾部煙道的前煙道內(nèi)。高溫再熱器順流布置，受熱面特性表現(xiàn)為對(duì)流特性；低溫再熱器逆流布置，受熱面特性為純對(duì)流。再熱器的汽溫調(diào)節(jié)主要靠擋板調(diào)節(jié)、擺動(dòng)燃燒器和改變過量空氣系數(shù)來達(dá)到調(diào)溫。在兩級(jí)再熱器中間微量噴水減溫器，低再至高再之間采用交叉連接。再熱器受熱面的結(jié)構(gòu)特性如表6-3所示：表6-3 再熱

15、器布置結(jié)構(gòu)特性名稱節(jié)距mm管徑mm排數(shù)每排管子根數(shù)布置受熱面積 m2橫向St縱向SLR-5，R-6 低溫再熱器水平段139.712763.5134617214R-7 低溫再熱器垂直段139.711263.513462133R-13，R-14 高溫再熱器224114.3574 過熱器、再熱器性能通過合理布置過熱器、再熱器系統(tǒng)各級(jí)受熱面，正確分配它們的吸熱比率,以適應(yīng)各種運(yùn)行因素的變化，汽溫偏差在可控范圍內(nèi)，從而保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。過熱器蒸汽溫度性能曲線圖6-4 過熱器出口汽溫、噴水量與鍋爐負(fù)荷的關(guān)系過熱器在35%BMCRBMCR出口汽溫可維持在額定值605oC。當(dāng)鍋爐

16、負(fù)荷從B-MCR變化到30%B-MCR時(shí)，噴水量變化幅度約87噸/小時(shí)左右，不僅調(diào)節(jié)特性好，而且傳熱面積的布置留有足夠的裕度，即使在高加全切或部分切除工況帶額定負(fù)荷這種非正常工況運(yùn)行,減溫系統(tǒng)同樣能滿足要求，且汽溫可控。再熱器出口蒸汽溫度在50%BMCRBMCR負(fù)荷范圍內(nèi)維持額定值603oC，在低負(fù)荷運(yùn)行下通過采用煙氣擋板調(diào)溫、擺動(dòng)燃燒器和適當(dāng)增加過量空氣系數(shù)可保證再熱蒸汽溫度達(dá)到額定值。2.5 過熱器、再熱器材料的選擇過熱器、再熱器受熱面管壁厚及選材留有足夠裕度,確保受熱面在各種負(fù)荷運(yùn)行時(shí)均安全可靠。在本工程中，過熱器、再熱器受熱面選材采用APU壁溫計(jì)算方法,對(duì)各個(gè)受熱面在各個(gè)負(fù)荷工況下均進(jìn)

17、行金屬溫度計(jì)算，按最惡劣工況下的壁溫選擇受熱面材料，在計(jì)算中充分考慮了各級(jí)受熱面的熱力、水力及攜帶偏差。對(duì)于本工程，由于采用超超臨界參數(shù)，在末級(jí)過熱器和末級(jí)再熱器均采用噴丸S304H和HR3C這兩種目前鍋爐可用的最高檔次的奧氏體鋼，防止煙氣側(cè)腐蝕和蒸汽側(cè)氧化，以確保鍋爐長期安全運(yùn)行。 2.6 過熱器、再熱器系統(tǒng)監(jiān)控和保護(hù)1）機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，嚴(yán)格控制鍋爐的燃燒率和機(jī)組升負(fù)荷速率，以保護(hù)過熱器和再熱器；2）在各級(jí)過熱器、再熱器管子爐外段上均設(shè)有溫度測(cè)點(diǎn)，對(duì)管子壁溫進(jìn)行監(jiān)控，確定其運(yùn)行控制溫度和報(bào)警溫度；3）過熱器減溫水系統(tǒng)采用三級(jí)布置，減溫水容量設(shè)計(jì)有足夠的裕度，能滿足鍋爐在各種工況正常運(yùn)行。3. 過

18、熱器與再熱器的結(jié)構(gòu)型式再熱器對(duì)較低壓力下的蒸汽進(jìn)行加熱，實(shí)際上相當(dāng)于中壓過熱器。與過熱器有相同的結(jié)構(gòu)型式。由于再熱器中的蒸汽密度小，允許的質(zhì)量流速較低，所以管壁的工作條件更差。根據(jù)傳熱方式和布置方式，過熱器與再熱器可以分為對(duì)流式、輻射式、半輻射式和包覆壁四類。3.1對(duì)流式如前所述過熱器系統(tǒng)中的末級(jí)高溫過熱器和低溫過熱器，以及再熱器系統(tǒng)中的末級(jí)再熱器和有的低溫再熱器，布置在水平煙道和尾部豎井煙道中，主要依靠對(duì)流傳熱方式從煙氣中吸收熱量，屬對(duì)流式過熱器。中壓鍋爐過熱熱量占的比例小，采用純對(duì)流式過熱器。末級(jí)高溫再熱器和低溫再熱器也往往布置在水平和尾部豎井煙道中。在高參數(shù)大容量電站鍋爐中，對(duì)流式仍是過

19、熱器和再熱器中的主要結(jié)構(gòu)型式。對(duì)流式過熱器和再熱器基本由蛇形管管排組成，蛇形管的布置有垂直放置(立式)和水平放置(臥式)兩種型式。立式過熱器和再熱器通常布置在煙溫較高的水平煙道中，如末級(jí)高溫過熱器和末級(jí)再熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：支吊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，吊掛方便，且不易積灰。缺點(diǎn)是：停爐后管內(nèi)積水不易排除，長期停爐將造成腐蝕。在升爐時(shí)工質(zhì)流量不大，因管內(nèi)存有積水，可能形成氣塞，將管子燒壞，所以在升爐時(shí)應(yīng)注意控制過熱器和再熱器的熱負(fù)荷，在空氣沒有完全排除以前熱負(fù)荷不能太大。水平布置的對(duì)流式過熱器和再熱器易于疏水排氣，但支吊比較麻煩，通常采用有蒸汽或水冷卻的懸吊管吊掛，布置在尾部豎井煙道內(nèi)。塔式鍋爐和箱式鍋爐的過熱器

20、和再熱器大多采用水平布置的方式。根據(jù)管內(nèi)外蒸汽和煙氣總的流動(dòng)方向，對(duì)流式過熱器和再熱器可有逆流、順流和混合流三種布置方式，如圖6-5所示。逆流布置有最大的傳熱溫壓，金屬耗量最少，但蒸汽出口溫度最高處也是煙溫最高處，管子工作條件差。一般在煙溫較低區(qū)域的低溫過熱器和低溫再熱器采用逆流布置方式順流布置則相反，傳熱溫壓小，耗用金屬多，但蒸汽出口處的煙氣溫度最低，管壁工作條件好，為在使用現(xiàn)有鋼材條件下獲得盡可能高的蒸汽溫度，末級(jí)高溫過熱器和末級(jí)高溫再熱器都采用順流布置方式。蛇形管的排列方式有順列和錯(cuò)列兩種布置方式，如圖6-6所示。煙氣橫向沖刷順列布置受熱面管子時(shí)的傳熱系數(shù)比沖刷錯(cuò)列布置時(shí)小，但順列管束管

21、外積灰易于被吹灰器清除。 圖6-5 對(duì)流式過熱器和再熱器的布置方式(a)逆流；(b)順流；(c)混合流布置在高煙溫區(qū)的過熱器或再熱器一般易產(chǎn)生粘結(jié)性積灰，為便于蒸汽吹灰器清除積灰，及支吊方便，都以順列方式布置。尾部煙井中低溫過熱器和低溫再熱器一般采用錯(cuò)列布置，以增強(qiáng)傳熱。但有的大型電站鍋爐將它們以順列方式布置，以便于吹灰和支吊。過熱器和再熱器并聯(lián)蛇形管的排數(shù)主要由煙氣流速?zèng)Q定。其橫向管間相對(duì)節(jié)距s1/d，順列布置時(shí)選取s1/d=2.03.5，錯(cuò)列布置時(shí)取s1/d3.03.5。大容量鍋爐的煙道寬度相對(duì)較小，滿足煙氣流速要求的管排數(shù)后，就不能滿足蒸汽流速的要求。因其管內(nèi)流通截面太小，蒸汽質(zhì)量流速太

22、大，超過工質(zhì)壓降限制，所以通常以多管并聯(lián)套彎的型式來滿足蒸汽流速的要求。通常，蛇形管有如圖6-6所示的單管圈和多管圈結(jié)構(gòu)。前述 300MW鍋爐的高溫過熱器和低溫過熱器分別采用4管圈和5管圈結(jié)構(gòu)，末級(jí)再熱器采用6管圈結(jié)構(gòu)。 圖6-6 管子的順列和錯(cuò)列布置方式 (a)順列；(b)錯(cuò)列 圖6-7 蛇形管結(jié)構(gòu)(a)單管圈；(b)雙管圈；(c)三管圈3.2輻射式(壁式、墻式)布置在爐膛壁面上、直接吸收爐膛輻射熱的過熱器或再熱器，稱為輻射式(或墻式)過熱器或再熱器。高參數(shù)大容量鍋爐蒸發(fā)吸熱所占比例減小，為了在爐膛內(nèi)布置足夠的受熱面，就需要布置輻射式過熱器或再熱器。同時(shí)輻射式受熱面具有與對(duì)流式受熱面相反的汽

23、溫特性，有利于改善整個(gè)過熱器和再熱器的汽溫調(diào)節(jié)性能，同時(shí)由于輻射傳熱強(qiáng)度大，可減少金屬耗量，所以輻射式過熱器或再熱器已被廣泛采用。由于爐膛內(nèi)熱負(fù)荷很高，所以輻射式過熱器和輻射式再熱器管子的工作條件較惡劣，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，管壁與管內(nèi)工質(zhì)的溫差可達(dá)100120。通常在輻射式過熱器和輻射式再熱器的設(shè)計(jì)、布置和運(yùn)行時(shí)作如下考慮：1)使輻射式過熱器和輻射式再熱器遠(yuǎn)離熱負(fù)荷最高的火焰中心區(qū)，布置在熱負(fù)荷稍低的爐膛上部。如爐頂過熱器，SG一1000/16.7型直流鍋爐爐膛上部13高度的膜式壁為過熱器，SG一102518.2、HG一102518.2、DG一100018.3型鍋爐的壁式再熱器都布置在爐膛上部至爐頂

24、的區(qū)域。但這種布置使水冷壁高度減小，對(duì)水循環(huán)安全性不利，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意水循環(huán)計(jì)算。2)將輻射式過熱器和輻射式再熱器作為低溫級(jí)受熱面，以較低溫度的蒸汽流過這些受熱面，改善管子的工作條件。3)選取較高的管內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量流速，提高管內(nèi)放熱系數(shù)。如DG一100016.71燃煤自然循環(huán)鍋爐的第一級(jí)壁式再熱器的rw370kg(m2s)，SG一102518.3一M833燃煤控制循環(huán)鍋爐的壁式再熱器，rw406kg(m2s)，SG一100016.7直流鍋爐的輻射式過熱器，rw1400kg(m2s)。4)在鍋爐啟動(dòng)時(shí)管內(nèi)必須有足夠的蒸汽流量來冷卻管壁。這是因?yàn)閱?dòng)時(shí)工質(zhì)流量很小，但火焰溫度與滿負(fù)荷時(shí)差不多，很高的

25、熱負(fù)荷容易將管子燒壞。冷卻用蒸汽可以來自其他鍋爐的減溫減壓蒸汽，也可以采用自生的蒸汽。當(dāng)采用鍋爐本身產(chǎn)生的蒸汽來冷卻時(shí)，必須使火焰中心遠(yuǎn)離輻射式受熱面管子。例如：?jiǎn)?dòng)時(shí)應(yīng)用重油噴嘴，這是因?yàn)橹赜蛧娮斓娜紵鹁娑?，火焰中心離管子在34m以上。當(dāng)負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷的25以上后再投煤粉燃燒器。輻射式再熱器的冷卻蒸汽由過熱器經(jīng)減溫減壓旁路進(jìn)入。3.3半輻射式(屏式)布置在爐膛上部或爐膛出口煙窗處，既能接收到爐膛的輻射熱，也吸收煙氣對(duì)流換熱的受熱面稱為半輻射式過熱器或半輻射式再熱器。如圖6-8所示，它們由焊在聯(lián)箱上的許多U型管緊密排列成管屏組成，通常稱為屏式過熱器和屏式再熱器。分隔屏、后屏過熱器和后屏再熱

26、器均為半輻射式(屏式)。它們的作用為：1)懸吊布置在爐膛上部的屏式受熱面吸收相當(dāng)部分爐內(nèi)熱量，降低爐膛出口煙氣溫度。解決了大容量鍋爐爐壁面積相對(duì)較小，布置的輻射受熱面積太少的困難。2)出口煙窗處后屏的屏間距離s500900mm，稀疏布置的管屏起了凝結(jié)熔渣的作用。流經(jīng)管屏的煙氣流速達(dá)510ms，所以后屏也吸收相當(dāng)部分的對(duì)流換熱量。能有效降低進(jìn)入水平煙道的煙氣溫度，防止布置密集的對(duì)流過熱器或再熱器的結(jié)渣。3)屏式受熱面布置在10001300的高煙溫區(qū)域，傳熱強(qiáng)度高，可以減少過熱器或再熱器的金屬耗量。 圖6-8 屏式過熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1一相鄰管屏間的定位管；2一屏本身的扎緊管 圖6-9 屏式受熱面的布置

27、 (a)后屏；(b)大屏；(c)半大屏；(d)前屏； (e)能疏水的屏；(f)水平布置的屏4)屏式受熱面布置在高煙溫區(qū)，且屏間節(jié)距大，有較大輻射層厚度，能使過熱器或再熱器吸收輻射熱量的比例增大，可改善過熱或再熱汽溫調(diào)節(jié)特性。屏式受熱面既吸收爐膛輻射熱，又吸收高溫?zé)煔獾膶?duì)流熱，具有較高的熱負(fù)荷。為保證管子工作安全，需采用較高的質(zhì)量流速，一般rw7001200kg(m2s)。屏中并聯(lián)管根數(shù)由蒸汽流速?zèng)Q定，密排管的相對(duì)縱向節(jié)距一般為，sd1.11.25。屏的布置有多種方式，如圖69所示。屏中緊密排列各U型管受到的輻射熱及所接觸的煙氣溫度有明顯的差別，且內(nèi)外圈的管長不同會(huì)導(dǎo)致蒸汽流量差別，因此平行工作

28、的各U型管的吸熱偏差較大，有時(shí)管與管之間的壁溫差可達(dá)8090。運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意對(duì)屏式受熱面蒸汽出口端金屬壁溫的監(jiān)視和控制。屏最外圈U型管工質(zhì)行程長、阻力大、流量小，又受到高溫?zé)煔獾闹苯記_刷，且接受爐膛輻射熱的表面積較其他管子大許多，其工質(zhì)焓增比屏的平均焓增大4050，極容易超溫?zé)龎?。為防止外圈管子管壁超溫，有許多改進(jìn)結(jié)構(gòu)，如圖6-10所示。如將外圈管的長度縮短，將外圈管和內(nèi)圈管在中間交換位置等，也可用加大外圈管管徑及采用高一級(jí)材質(zhì)的鋼材等方法來提高其工作可靠性。 圖6-10 屏式過熱器防止外圈管子超溫的改進(jìn)措施(a)外圈兩圈管子截短；(b)外圈一圈管子短路；(c)內(nèi)外圈管子交叉；(d)外圈管子短路

29、，內(nèi)外管屏交叉為提高屏式受熱面的工作性能，國外已開始研究用鰭片管制造全焊膜式屏來代替光管屏。試驗(yàn)表明，對(duì)于結(jié)渣性燃料，可以降低沾污程度。在同樣條件下吸熱量約可提高12，是一種有發(fā)展前途的結(jié)構(gòu)型式。3.4包覆壁過熱器現(xiàn)代大型鍋爐為了簡(jiǎn)化爐墻結(jié)構(gòu)，采用懸吊結(jié)構(gòu)的敷管爐墻，在水平煙道和尾部豎井煙道內(nèi)壁像布置水冷壁那樣布置過熱器，稱為包覆壁過熱器。當(dāng)包覆壁過熱器由光管組成時(shí)，相對(duì)節(jié)距s/d等于1.11.2；采用膜式結(jié)構(gòu)時(shí)，s/d為23。大容量鍋爐都采用膜式壁結(jié)構(gòu)，這樣可以保證鍋爐煙道的氣密性，并可減少金屬消耗量。包覆壁過熱器作為爐壁，僅受煙氣的單面沖刷，貼壁處煙速又較低，對(duì)流換熱效果較差。在尾部煙道內(nèi)

30、煙溫又較低，布置的受熱面較密集，其輻射吸熱量也小。同時(shí)包覆壁過熱器內(nèi)蒸汽來自焓增很小的爐頂過熱器或直接來自汽包，蒸汽溫度較低。因此，包覆壁過熱器具有較低的管壁溫度，這有利于減少鍋爐的散熱損失。包覆壁過熱器也具有將蒸汽輸送入布置在尾部煙道的低溫過熱器進(jìn)口的作用。4.港電660MW超超臨界鍋爐的過熱器和再熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)660MW超超臨界鍋爐在35%負(fù)荷以上，過熱器出口蒸汽溫度維持額定數(shù)值605C，再熱器出口蒸汽溫度在50%以上負(fù)荷維持額定數(shù)值603C。660MW超超臨界鍋爐的過熱器和再熱器的相關(guān)參數(shù)詳見附表1鍋爐港電鍋爐熱力計(jì)算匯總：5.過熱器與再熱器的汽溫調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度與再熱蒸汽溫度直接影響電廠

31、的經(jīng)濟(jì)性與安全性。汽溫每降低10會(huì)使循環(huán)熱效率降低05。過熱器與再熱器長期在超溫1020下運(yùn)行，其壽命會(huì)縮短一半，而且還會(huì)影響汽輪機(jī)的壽命。通常規(guī)定汽溫偏離額定值的范圍為一10+5。因?yàn)殄仩t不可能始終在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，汽溫變化不可避免，所以，掌握汽溫變化特性，運(yùn)行時(shí)及時(shí)調(diào)節(jié)，顯得十分重要。5.1過熱器與再熱器的汽溫特性鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，過熱器與再熱器出口的蒸汽溫度跟隨變化的規(guī)律，稱為汽溫特性。5.1.1汽溫特性汽溫隨鍋爐負(fù)荷變化的汽溫特性如圖6-12所示。隨著鍋爐負(fù)荷的增加，過熱器中蒸汽流量和燃料消耗量都相應(yīng)增大。但爐內(nèi)火焰溫度升高甚少。輻射式過熱器吸收的爐膛輻射熱增加不多，不及過熱器內(nèi)蒸汽流量

32、增加的比例大，因此輻射式過熱器中蒸汽的焓增減少，出口蒸汽溫度下降(圖6-12中曲線1)。同時(shí)，由于爐內(nèi)火焰溫度升高很少，爐內(nèi)水冷壁的吸熱量也增加甚微，多耗燃料產(chǎn)生的熱量將使得爐膛出口煙溫升高。燃料耗量增加還使得爐內(nèi)高溫?zé)煔饬髁吭龃?。由于煙氣溫度及流速的增高，布置在水平與尾部煙道的對(duì)流式過熱器的換熱量增大許多，過熱蒸汽焓增增大，出口汽溫升高。如圖6-11中曲線2、3所示，對(duì)流式過熱器的出口汽溫是隨著負(fù)荷的增加而增大的。過熱器離爐膛出口越遠(yuǎn)，過熱器進(jìn)口煙溫越低，煙氣對(duì)過熱器的輻射換熱份額減少；汽溫隨負(fù)荷增加而上升的趨勢(shì)更明顯。這就是圖中曲線3的斜率大于曲線2的原因。再熱蒸汽溫度隨鍋爐負(fù)荷變化規(guī)律與

33、過熱器相同。只是鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，汽輪機(jī)高壓缸排汽溫度降低，再熱器入口汽溫下降。與過熱汽溫比較，對(duì)流式再熱器汽溫隨負(fù)荷降低而降低要嚴(yán)重些，相反，輻射式再熱器汽溫隨負(fù)荷降低而升高要平緩些。由于輻射式和對(duì)流式的汽溫特性正好相反，同時(shí)采用輻射式和對(duì)流式聯(lián)合布置的過熱器與再熱器系統(tǒng)，可以得到比較平緩的汽溫特性。300MW亞臨界壓力鍋爐采用包括有壁式、屏式和末級(jí)對(duì)流式組成的高溫布置再熱器系統(tǒng)，鍋爐負(fù)荷在50至額定負(fù)荷范圍變化時(shí)，再熱蒸汽溫度都能維持額定值。一般電站鍋爐過熱器由屏式和對(duì)流式組合，因輻射吸熱份額不夠大，整個(gè)過熱器汽溫特性仍是對(duì)流式的。 圖6-11 過熱器汽溫特性1一輻射式過熱器；2、3一對(duì)流式

34、過熱器， 以上介紹的是常規(guī)定壓運(yùn)行方式下汽溫隨負(fù)荷變化特性。單元機(jī)組也可采用變壓運(yùn)行方式，即汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門基本保持全開，機(jī)組負(fù)荷的改變依靠改變鍋爐出口蒸汽壓力來實(shí)現(xiàn)，但過熱汽溫與再熱汽溫仍維持在額定值。圖6-12所示為變壓運(yùn)行時(shí)主蒸汽壓力和高壓缸排汽溫度隨負(fù)荷變化的曲線。定壓運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)各級(jí)壓力和溫度都隨蒸汽流量成比例變化，一般負(fù)荷從額定值降到30時(shí)，再熱器進(jìn)口汽溫下降約3050。而變壓運(yùn)行時(shí)，再熱器進(jìn)口汽溫基本不變，其汽溫特性可以得到很大的改善。在變壓運(yùn)行方式下，負(fù)荷降低時(shí)，過熱器與再熱器內(nèi)蒸汽壓力隨著降低，蒸汽比熱容減小，加熱至相同溫度所需熱量減少，因此負(fù)荷降低時(shí)，過熱汽溫和再熱汽溫比

35、定壓運(yùn)行時(shí)易于保持穩(wěn)定。 圖6-12 變壓運(yùn)行時(shí)主蒸汽壓力和高壓缸排汽溫度的變化A一定壓運(yùn)行；B一純變壓運(yùn)行(四閥全開)；C一變壓運(yùn)行(節(jié)流10)；D一2一復(fù)合變壓運(yùn)行(二閥全開)；D一3一復(fù)合變壓運(yùn)行(三閥全開)5.1.2給水溫度對(duì)汽溫的影響鍋爐運(yùn)行過程中常常會(huì)因高壓加熱器停運(yùn)等原因而使給水溫度降低。為保持鍋爐負(fù)荷不變，必須增加投入爐膛的燃料。與前面分析一樣，這將使得爐內(nèi)煙氣量增加，爐膛出口煙溫增加。對(duì)于對(duì)流式過熱器和再熱器，出口蒸汽溫度將隨給水溫度的下降而升高。而對(duì)輻射式過熱器和再熱器的出口汽溫影響很小，基本保持不變。一般鍋爐過熱器總體呈對(duì)流汽溫特性，若給水溫度降低過多，有可能引起過熱蒸汽

36、超溫。通常采用降低負(fù)荷運(yùn)行方法保證過熱器的安全。5.1.3過量空氣系數(shù)對(duì)汽溫的影響爐膛內(nèi)過量空氣系數(shù)增大時(shí)，將使得爐內(nèi)火焰溫度降低，爐膛水冷壁吸熱量減少，而使?fàn)t膛出口煙溫增加。同樣布置在爐膛內(nèi)的輻射式過熱器和再熱器的吸熱量減少，其出口汽溫隨過量空氣系數(shù)的增大而下降。過量空氣系數(shù)增大還使燃燒生成的煙氣量增多，流過煙道的煙氣流速增大。對(duì)于對(duì)流式過熱器和再熱器，由于對(duì)流傳熱系數(shù)和溫壓的增加，其出口汽溫也隨著升高。在鍋爐運(yùn)行過程中，有時(shí)用增加爐內(nèi)過量空氣系數(shù)的方法來提高汽溫，但這將以降低鍋爐效率作為代價(jià)。因過量空氣系數(shù)太大，鍋爐排煙熱損失將增加。5.1.4火焰中心位置對(duì)汽溫的影響鍋爐運(yùn)行過程中，下列情

37、況將導(dǎo)致火焰中心位置改變：1)當(dāng)燃用煤質(zhì)變差，或者煤粉顆粒變粗時(shí)，爐內(nèi)火焰會(huì)因燃盡困難而拉長，火焰中心位置移向爐膛上方。2)大容量電站鍋爐采用多層燃燒器，最上層與最下層燃燒器之間的距離達(dá)十幾米。當(dāng)因負(fù)荷變化或磨煤機(jī)切換而改變投運(yùn)燃燒器層次時(shí)，火焰中心位置將隨投運(yùn)燃燒器高度而改變。3)改變擺動(dòng)式燃燒器的傾斜角度將改變火焰中心的位置。當(dāng)火焰中心位置上移時(shí)，爐膛輻射吸熱份額下降，布置在爐膛上部和水平煙道內(nèi)的過熱器與再熱器，會(huì)因?yàn)閭鳠釡夭钤黾佣辔諢崃?，使得其出口汽溫升高?.1.5燃料對(duì)汽溫的影響燃料種類直接影響著火和燃燒，燃油、燃?xì)鈺r(shí)燃燒火炬短，火焰中心位置就低。揮發(fā)分高的煙煤與多灰劣質(zhì)煙煤和無

38、煙煤比，著火與燃燒容易，燃燒火焰也短些，火焰中心位置相對(duì)低些?；鹧嬷行奈恢脤?duì)汽溫的影響如上所述。當(dāng)燃煤的水分增加時(shí)，水分蒸發(fā)使得煙氣容積增加和火焰溫度略有降低，這將使得爐膛輻射吸熱下降，輻射式過熱器或再熱器出口汽溫降低，而對(duì)流式過熱器或再熱器出口汽溫上升。5.1.6受熱面沾污對(duì)汽溫的影響爐膛水冷壁結(jié)渣或積灰，使?fàn)t內(nèi)輻射換熱量減少，爐膛出口煙氣溫度提高，會(huì)使得蒸汽溫度上升。若過熱器或再熱器本身結(jié)渣或積灰，會(huì)因吸熱量減少而導(dǎo)致蒸汽溫度降低。5.1.7鍋爐吹灰的影響當(dāng)鍋爐進(jìn)行蒸汽吹灰時(shí)，相當(dāng)于鍋爐負(fù)荷增加，對(duì)汽溫的影響與負(fù)荷變化時(shí)相似。只是吹灰用蒸汽量少，因此對(duì)汽溫的影響較小。 5.2蒸汽溫度調(diào)節(jié)方

39、法現(xiàn)代大型電站鍋爐汽溫調(diào)節(jié)方法常用的有噴水減溫、汽一汽熱交換、蒸汽旁通，煙氣再循環(huán)、分隔煙道擋板調(diào)節(jié)和改變火焰中心位置等。前三種屬蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)方法，后三種屬煙氣側(cè)調(diào)節(jié)方法。對(duì)汽溫調(diào)節(jié)方法的基本要求是：調(diào)節(jié)慣性或延遲時(shí)間小，調(diào)節(jié)范圍大，對(duì)循環(huán)熱效率影響小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠及附加設(shè)備消耗少。5.2.1噴水減溫方法噴水減溫是將水直接噴入過熱蒸汽中，水被加熱、汽化和過熱，吸收蒸汽中的熱量，達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的。噴水減溫是直接接觸式熱交換，慣性小，調(diào)節(jié)靈敏，易于自動(dòng)化，加上其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此電站鍋爐普遍采用。而表面式減溫器由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)溫慣性大，只在給水品質(zhì)要求較低的小型鍋爐中應(yīng)用。再熱器不宜采用噴水減溫，因?yàn)?/p>

40、會(huì)使電廠的循環(huán)熱效率降低。噴入再熱器的水在低壓下被加熱汽化和過熱，僅在汽輪機(jī)的中低壓缸中做功，猶如附加了一個(gè)中壓循環(huán)系統(tǒng)，中壓循環(huán)的效率較低，因此將使整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)熱效率降低。對(duì)一般超高壓機(jī)組，在再熱器每噴水1，將使循環(huán)熱效率降低0.10.2。一般噴水減溫只作為再熱器的事故噴水減溫裝置，在少數(shù)情況下也將噴水減溫方法與其他調(diào)溫方法相配合，作為再熱汽溫的微調(diào)方法。大型鍋爐的過熱器為多級(jí)布置，為提高運(yùn)行的安全性和改善汽溫調(diào)節(jié)特性，通常在過熱器中布置有二級(jí)噴水減溫器。第一級(jí)布置在屏式過熱器前，噴水量大些，作為汽溫的粗調(diào)，并起保護(hù)屏過的作用。第二級(jí)布置在末級(jí)過熱器前，作為蒸汽溫度的細(xì)調(diào)，控制過熱器出口汽

41、溫。末級(jí)過熱器的焓增較小(一般不應(yīng)超過200kJkg)，可以提高汽溫調(diào)節(jié)的靈敏度。也有在大屏、后屏和末級(jí)過熱器前布置三級(jí)減溫器，以防止屏式過熱器的超溫。直流鍋爐除了用保持“煤水比”(燃料量與蒸發(fā)量之比)來粗調(diào)過熱汽溫外，一般還布置有三級(jí)噴水減溫器。第一級(jí)布置在低溫對(duì)流過熱器前，起控制中間點(diǎn)溫度的作用。第二、三級(jí)也是布置在屏式過熱器和末級(jí)過熱器前，作用相同。大型鍋爐的給水品質(zhì)很好，一般直接取給水泵出口的給水作為過熱器噴水。設(shè)計(jì)噴水量約為鍋爐額定蒸發(fā)量的58，可使汽溫下降5060C。再熱器內(nèi)壓力低，其噴水從給水泵中間級(jí)抽取。噴水減溫只能使蒸汽降低溫度，不能使蒸汽溫度升高，所以過熱器設(shè)計(jì)時(shí)需多布置一

42、些受熱面，使鍋爐在低負(fù)荷時(shí)能達(dá)到額定汽溫，而在高負(fù)荷時(shí)投入減溫器減溫。減溫器通常布置在過熱器聯(lián)箱或聯(lián)箱之間的大口徑連接管道中。減溫器的結(jié)構(gòu)型式很多，常用的兩種如圖6-13、圖6-14所示。 圖6-13 漩渦式噴嘴噴水減溫器l一漩渦式噴嘴；2一減溫水管；3一支撐鋼碗；4一減溫器聯(lián)箱；5一文丘利管；6一混合管圖6-13所示為漩渦式噴嘴減溫器，由噴嘴、文丘利噴管和混合管組成。減溫水經(jīng)漩渦式噴嘴噴出霧化，在文丘利管喉部與高速(70120ms)蒸汽流混合，很快汽化與過熱，使汽溫降低?；旌瞎荛L約45m，可避免溫度較低的減溫水與蒸汽的混合汽流直接與蒸汽管道或聯(lián)箱壁接觸而造成熱應(yīng)力沖擊，以對(duì)聯(lián)箱或管道起保護(hù)作

43、用。混合管與蒸汽管道的間隙為610mm。這種減溫器霧化質(zhì)量較好，能適應(yīng)減溫水量頻繁變化的場(chǎng)合，且減溫幅度較大。圖6-14所示為笛管式減溫器，由多孔笛形管和混合管組成。笛管噴孔直徑一般為57mm，噴水速度為35ms。噴水方向與汽流方向一致。為防止笛管懸臂振動(dòng)，采用上下兩端固定的固定方式。笛管式減溫器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)蒸汽阻力小，且沒有厚壁部件，不易損壞。因厚薄壁連接處具有較大應(yīng)力所以溫度變化大時(shí)易產(chǎn)生疲勞斷裂。雖然笛管噴水霧化質(zhì)量差些，但較長的混合管足以使水滴充分混合、汽化和過熱。所以大型鍋爐采用較多。 圖6-14 笛管式噴水減溫器1一多孔笛形管；2一混合管；3一減溫器聯(lián)箱5.2.2改變火焰中心位置方

44、法擺動(dòng)式燃燒器多用于燃燒器四角布置鍋爐。上下擺動(dòng)燃燒器，使煤粉火炬上下傾斜，改變火焰中心的位置，從而改變爐膛出口煙氣溫度，調(diào)節(jié)過熱或再熱汽溫。這對(duì)在爐膛上部和爐膛出口附近布置有較多受熱面的過熱器或再熱器的汽溫調(diào)節(jié)特別有利，具有較大的靈敏度。一般燃燒器擺動(dòng)可達(dá)士2030，爐膛出口煙溫變化約110140，調(diào)溫幅度可達(dá)4060。運(yùn)行中當(dāng)燃燒器擺動(dòng)角度較大時(shí)，應(yīng)注意有可能造成爐膛出口或冷灰斗處結(jié)渣。對(duì)于前墻布置多層燃燒器，可通過投運(yùn)不同層次燃燒器的方法改變火焰中心位置來達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的。改變火焰中心位置的調(diào)溫方法調(diào)節(jié)靈敏，慣性很小，但不精細(xì)，常用噴水減溫等其他調(diào)溫方法配合使用。6. 過熱器的熱偏差鍋

45、爐受熱面管子長期安全工作的首要條件是保證它的金屬溫度不超過該金屬的最高允許溫度。管內(nèi)工質(zhì)溫度和受熱面的熱負(fù)荷越高，管壁溫度就越高；而放熱系數(shù)提高，可以使金屬管壁溫度降低。放熱系數(shù)的大小與管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速有關(guān)，提高蒸汽的質(zhì)量流速，可以加強(qiáng)對(duì)管壁的冷卻作用、降低管壁溫度，但是將增大壓力損失。由于過熱器和再熱器中的工質(zhì)的溫度最高，同時(shí)所處的區(qū)域煙氣溫度高，因而熱負(fù)荷也很高，但是蒸汽的放熱系數(shù)比較小。所以，過熱器或再熱器是鍋爐受熱面中金屬工作溫度最高、工作條件最差的受熱面，它的管壁溫度已經(jīng)接近鋼材的最高允許溫度。因此，必須避免個(gè)別管子由于設(shè)計(jì)不良或運(yùn)行不當(dāng)而受超溫破壞。過熱器由許多并列管子組成。管組

46、中各根管子的結(jié)構(gòu)尺寸、內(nèi)部阻力系數(shù)和熱負(fù)荷可能各不相同。因此，每根管子中的蒸汽焓增也就不同，工質(zhì)溫度也不同。這種現(xiàn)象叫做過熱器(或再熱器)的熱偏差。焓增大于平均值的那些管子叫偏差管。熱偏差系數(shù)越大，管組的熱偏差越嚴(yán)重。偏差管段內(nèi)的工質(zhì)溫度與管組工質(zhì)平均溫度的偏差越大，該管段金屬管壁平均溫度就越高。因此，必須使過熱器(或再熱器)管組中最大的熱偏差系數(shù)小于最大允許的熱偏差系數(shù)，即管壁金屬溫度到達(dá)最高容許值時(shí)的熱偏差，否則將會(huì)使管子因過熱而損壞。隨著火電廠鍋爐容量的增大以及參數(shù)的提高，鍋爐相對(duì)寬度在減少，對(duì)流過熱器的蛇形管的管圈數(shù)也相應(yīng)增多。可見對(duì)于整個(gè)管組，不僅存在屏間的熱偏差，同時(shí)存在同屏熱偏差

47、。由于屏式過熱器位于爐膛出口的高溫區(qū)，受熱面的熱負(fù)荷很高，如果屏間和同屏的熱偏差過大，必將導(dǎo)致局部管子發(fā)生過熱損壞。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，同屏熱偏差是影響屏可靠工作的最主要因素，必須予以足夠的重視。由于過熱器(或再熱器)并列工作的管子之間受熱面積差異不大，產(chǎn)生熱偏差的基本原因主要是煙氣側(cè)的吸熱不均和蒸汽側(cè)的流量不均。顯然，對(duì)于過熱器來說，最危險(xiǎn)的將是熱負(fù)荷較大而流量又比較小，因而汽溫又較高的那些管子。6.1 煙氣側(cè)熱力不均(吸熱不均)過熱器管組的各并列管是沿著爐膛寬度方向均勻布置的。因此，鍋爐爐膛中沿著寬度方向煙氣的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的分布不均勻，是造成過熱器并列管子熱力不均勻的主要原因。這些原因

48、的產(chǎn)生，可能是由于結(jié)構(gòu)特性引起的，也可能是由于運(yùn)行工況的因素引起的。由于爐膛四周布置有水冷壁，因此，靠近水冷壁的煙氣溫度比火焰中心溫度低，煙氣流速也低。因而爐膛中四個(gè)壁面的熱負(fù)荷各不相同，就是對(duì)于某一個(gè)壁面，沿著其高度和寬度的熱負(fù)荷差別也很大。同時(shí)，當(dāng)燃燒工況組織不好、火焰中心偏斜、燃燒器負(fù)荷不一致、爐膛部分水冷壁嚴(yán)重結(jié)渣、爐膛上部或過熱器局部地區(qū)發(fā)生煤粉再燃燒時(shí)，都會(huì)造成爐內(nèi)煙氣溫度不均，并且將不同程度地在對(duì)流煙道中延續(xù)下去，從而引起過熱器的吸熱不均。由于設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)行等因素造成的過熱器管子節(jié)距不同，從而使個(gè)別管排之間有較大的煙氣流通截面，形成煙氣走廊。這些地方由于煙氣流通阻力較小，煙速較

49、快，對(duì)流傳熱增強(qiáng)。同時(shí)，由于煙氣走廊具有較厚的輻射層厚度，又使輻射吸熱增加，而其它部分管子吸熱相對(duì)減少，造成熱力不均。此外，受熱面污染也會(huì)造成并列工作管子吸熱的嚴(yán)重不均。顯然，結(jié)渣和積灰較多的管子吸熱減少；對(duì)流煙道部分堵灰或結(jié)渣時(shí)，其余截面因?yàn)闊煔饬魉僭龃?，因而吸熱增力。最后?yīng)當(dāng)著重指出，吸熱多的管子由于蒸汽溫度高，比容大，流動(dòng)阻力增加，使工質(zhì)流量減少，這更加加大了熱偏差。6.2 工質(zhì)側(cè)水力不均勻(流量不均)在并列工作的過熱器蛇形管中，流經(jīng)每根管子的蒸汽流量主要取決于該管子的流動(dòng)阻力系數(shù)、管子進(jìn)出口之間的壓力差以及管子中蒸汽的比容。并列蛇形管一般與進(jìn)、出口集箱連接。這些集箱稱之為分配集箱和匯集

50、集箱。因而各個(gè)管子進(jìn)、出口壓差與沿集箱長度的壓力分布有關(guān)，而后者取決于過熱器連接方式(見圖6-15)。下面以過熱器Z形連接方式為例說明問題，具體見圖6-15(a)。蒸汽由分配集箱左端引入，從匯集集箱右端流出。在分配集箱中，沿著集箱長度方向工質(zhì)流量因?yàn)橹饾u分配給蛇形管而不斷減少。在集箱的右端，蒸汽流量下降到最小值。它的動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽磩?dòng)能沿集箱長度方向逐漸降低而靜壓逐漸提高，見圖6-15 (a)中的P1，曲線。與此相反，在匯集集箱中，靜壓沿集箱蒸汽流動(dòng)方向逐漸降低，見圖6-15(a)中的p2曲線。由此可知，在Z形連接管組中，管圈兩端的壓差有很大差異，因而在過熱器的并列蛇形管中導(dǎo)致了較大的

51、流量不均。兩集箱左端的壓力差最小，因而左端的蛇形管的工質(zhì)流量最小，右端集箱間的壓力差最大，所以右端蛇形管中工質(zhì)流量最大，中間的蛇形管的流量介于兩者之間。在U形連接管組中，見圖6-15(b)，兩個(gè)集箱內(nèi)靜壓變化方向相同，因此各蛇形管兩端的壓力差相差較少，使管組的流量不均有所改善。 圖6-15 過熱器的Z形連接和U形連接方式(a)Z形；(b)U形 圖6-16 過熱器的多管連接方式很顯然，如果采用多管均勻引入和導(dǎo)出的連接方式如圖6-16所示，可以更好地消除過熱器蛇形管之間的流量不均，但是要增加集箱上的開孔數(shù)量。實(shí)際運(yùn)用中，多采用從集箱端部引入或引出，以及從集箱中間徑向單管或雙管引入和引出的連接系統(tǒng)。

52、這樣做的原因，是這樣的布置具有管道系統(tǒng)簡(jiǎn)單、蒸汽混合均勻和便于安裝噴水減溫器等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，即使沿集箱長度各點(diǎn)的靜壓相同，也就是各并列管圈兩端的壓差相等，也會(huì)產(chǎn)生流量不均現(xiàn)象。對(duì)于過熱蒸汽，重位壓頭所占的壓差分額是很小的，可以不予考慮。即使管圈之間的阻力系數(shù)完全相同，也就是說管子的長度、內(nèi)徑、粗糙度相同，由于吸熱不均引起工質(zhì)比容的差異也會(huì)導(dǎo)致流量不均。并且在吸熱不均的情況下，過熱器各并列工作的管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)的阻力不等，各根管子的流量也就不等。阻力小的管子蒸汽流量大；阻力大的管子蒸汽流量小。流量小的管子蒸汽溫度高，比容大，流動(dòng)阻力進(jìn)一步增大，使管子中的蒸汽流量更小，這樣流動(dòng)不均更加嚴(yán)重。由此可見，

53、過熱器并列管子中吸熱量大的管子熱負(fù)荷較高(q1)，工質(zhì)流量又較小(ro1)，因此，工質(zhì)焓增大，管子出口工質(zhì)溫度和壁溫也相應(yīng)較高，更加大了并列蛇形管之間的熱偏差。在并列工作的管子中，吸熱量大的管子，其工質(zhì)比容也大，管內(nèi)的工質(zhì)流量就小。這是強(qiáng)制流動(dòng)受熱面的流動(dòng)特性。由于鍋爐實(shí)際工作的復(fù)雜性，要完全消除熱偏差是不可能的。特別是在近代大型鍋爐中，由于鍋爐尺寸很大，煙氣溫度分布不均，爐膛出口處煙氣溫度的偏差可達(dá)200 300C，而蒸汽在過熱器中的焓增又很大，致使個(gè)別管圈的汽溫偏差可以達(dá)到幾十度。因此，要設(shè)法減少熱偏差，使過熱器和再熱器安全運(yùn)行。6.3鍋爐過熱器、再熱器減少熱偏差的主要措施如下：1)沿著煙

54、氣流動(dòng)方向把整個(gè)過熱器及再熱器分級(jí)。以上海鍋爐廠生產(chǎn)的660MW超臨界鍋爐為例，過熱器根據(jù)吸熱和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分成頂棚及包覆管過熱器、分隔屏過熱器、后屏過熱器以及高溫過熱器；再熱器被分為布置在煙道里的低溫再熱器和爐膛內(nèi)的高溫再熱器。2)采用各種定距裝置。鍋爐最大限度地采用了蒸汽冷卻定位管、各種型式的夾緊管以及其他定距裝置。用以保證屏間的橫向節(jié)距及管間的縱向節(jié)距，并防止在運(yùn)行中擺動(dòng)，有效地消除管、屏間的“煙氣走廊”，減少吸熱不均。3)設(shè)計(jì)合理的折焰角。屏式過熱器是半輻射式過熱器，它既吸收爐膛的輻射熱，也吸收煙氣的對(duì)流熱。對(duì)流換熱量的大小與煙氣流動(dòng)的均勻性有關(guān)。CE型鍋爐的折焰角是經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)確定的，設(shè)

55、計(jì)比較合理，能使煙氣均勻地沖刷屏式過熱器，有利于減少對(duì)流過熱器的熱偏差。7. 過熱器和再熱器的高溫腐蝕及防止措施7.1過熱器與再熱器沾污的特點(diǎn)及影響布置在爐膛上部和水平煙道中的屏式和對(duì)流式過熱器或再熱器受熱面上的沾污通常屬高溫?zé)Y(jié)性積灰。正常運(yùn)行時(shí)該處煙溫約為7001100，已低于灰的開始變形溫度(DT)，不會(huì)產(chǎn)生熔渣粘結(jié)。但是，在此溫度下，在燃燒過程中升華的鈉、鉀等堿金屬氧化物尚呈氣態(tài)，遇到溫度稍低的過熱器或再熱器即凝結(jié)在管壁上，形成白色薄灰層。冷凝在管壁上的堿金屬氧化物與煙氣中的三氧化硫反應(yīng)生成硫酸鹽，然后與飛灰中的氧化鐵、氧化鋁等反應(yīng)生成復(fù)合硫酸鹽，如Na3Fe(SO4)3、K3Fe(S

56、O4)3、Na3A1(SO4)3和K3A1(SO4)3等。復(fù)合硫酸鹽在500800范圍內(nèi)呈熔融狀，會(huì)粘結(jié)飛灰并繼續(xù)形成粘結(jié)物，使灰層迅速增厚。當(dāng)燃料中硫及堿金屬含量較高時(shí)易在高溫過熱器或再熱器發(fā)生較嚴(yán)重沾污。該熔融灰渣層會(huì)被高溫?zé)Y(jié)，形成有較高機(jī)械強(qiáng)度的密實(shí)積灰層。煙溫越高，燒結(jié)時(shí)間越長，灰渣的強(qiáng)度越高，越難清除。因此，及時(shí)對(duì)過熱器和再熱器進(jìn)行吹灰相當(dāng)重要。過熱器與再熱器沾污層中含有熔點(diǎn)較低的硫酸鹽，將產(chǎn)生熔融硫酸鹽型高溫腐蝕。由于高溫過熱器和再熱器的管壁溫度高，高溫腐蝕速度快，容易引起爆管。這也是過熱器爆管事故比例較高的原因之一。過熱器或再熱器沾污結(jié)渣后，管排間阻力增加，煙氣流速減小。而在未沾污或沾污較少處煙氣流速增大，傳熱增強(qiáng)。再加上被沾污管的傳熱能力下降，造成管排間的吸熱不均勻，從而產(chǎn)生較大熱偏差，引起過熱器出口處管壁超溫。過熱器或再熱器沾污后吸熱能力下降，會(huì)造成出口汽溫下降和出口煙氣溫度上升，導(dǎo)致鍋爐排煙溫度上升，從