第六章過熱器和再熱器

第六章過熱器與再熱器2/4/20231SIE王樹群動本091-2★某1900t/h超臨界鍋爐汽水系統(tǒng)流程（600MW機組）2/4/20232SIE王樹群動本091-2600MW超臨界鍋爐主蒸汽（含給水）系統(tǒng)流程給水→省煤器→螺旋管水冷壁→過渡聯(lián)箱→垂直管水冷壁→啟動分離器→頂棚和包墻過熱器系統(tǒng)→低溫過熱器→一級噴水減溫器→屏式過熱器→二級噴水減溫器→末級過熱器→汽輪機高壓缸600MW超臨界鍋爐再熱蒸汽系統(tǒng)流程冷端再熱管道→再熱器事故噴水減溫器→冷端再熱管道→水平低溫再熱器→末級再熱器→汽輪機低壓缸2/4/20233SIE王樹群動本091-2★1900t/h超臨界鍋爐2/4/20234SIE王樹群動本091-22/4/20235SIE王樹群動本091-2★某2027t/h亞臨界自然循環(huán)鍋爐過、再熱系統(tǒng)見圖6-12所示。過熱系統(tǒng)流程：頂棚過熱器、包覆過熱器、水平低溫過熱器、屏式過熱器、高溫對流過熱器；再熱系統(tǒng)流程：低溫對流再熱器、高溫對流再熱器。2/4/20236SIE王樹群動本091-2§6-1過熱器和再熱器的作用和工作特點一、過熱器和再熱器的作用過熱器：將飽和蒸汽加熱成具有一定溫度的過熱蒸汽。再熱器：將汽輪機高壓缸排汽加熱成具有一定溫度的再熱蒸汽。2/4/20237SIE王樹群動本091-2二、為什么要設置過熱器？提高溫度可以提高效率，同時保證膨脹做功終點的濕度小，減少濕氣損失。2/4/20238SIE王樹群動本091-2三、為什么要設置再熱器？提高蒸汽壓力和溫度可以提高循環(huán)效率，但是提高溫度受到材料限制，而只提高壓力受到蒸汽在汽輪機內膨脹終止時的濕度限制；故采用再熱循環(huán)，既保證了循環(huán)效率提高，又使膨脹終點濕度在允許范圍內。2/4/20239SIE王樹群動本091-2四、過、再熱器材質。見表6-1、表6-2正常運行時，設計采用的過熱器和再熱器管壁溫度接近金屬的極限溫度，10-20℃的超溫就會使金屬許用應力下降很多，故需要嚴格控制汽溫。2/4/202310SIE王樹群動本091-2五、在設計和運行上過熱器和再熱器的要求(1)在運行中過熱蒸汽和再熱蒸汽應保持汽溫穩(wěn)定，汽溫波動不應超過-10～+5℃；

（超臨界±5℃）；(2)過熱器和再熱器有可靠的調溫手段，使運行工況在一定范圍內變化時能維持額定汽溫；(3)盡量防止或減少平行管之間的熱偏差。2/4/202311SIE王樹群動本091-2§6-2過熱器和再熱器的型式和結構再熱器與過熱器的結構相似，故重點介紹過熱器，然后將再熱器與過熱器的區(qū)別進行說明。過熱器構成：進口聯(lián)箱、出口聯(lián)箱、并列的受熱面管組三部分連接構成2/4/202312SIE王樹群動本091-22/4/202313SIE王樹群動本091-22/4/202314SIE王樹群動本091-22/4/202315SIE王樹群動本091-22/4/202316SIE王樹群動本091-22/4/202317SIE王樹群動本091-22/4/202318SIE王樹群動本091-22/4/202319SIE王樹群動本091-22/4/202320SIE王樹群動本091-22/4/202321SIE王樹群動本091-2過熱器分類：（1）根據(jù)傳熱方式分：對流、輻射和半輻射式。（2）根據(jù)煙氣與管內蒸汽的相對流動方向分：逆流、順流和混合流。（3）根據(jù)對流受熱面的放置方式分：立式、臥式。（4）根據(jù)管子排列方式分：順列、錯列。（5）根據(jù)管圈數(shù)分：單管圈、雙管圈、多管圈。（6）根據(jù)受熱面結構分：屏式過熱器、壁式過熱器、對流過熱器。2/4/202322SIE王樹群動本091-2一、對流過熱器：布置位置：煙道內受熱面結構：水平煙道中：S1/d=2-3.5；S2/d=2.5-4靠近爐膛位置：S1/d≥4.5；S2/d≥3.52/4/202323SIE王樹群動本091-23.蒸汽流速選取:冷卻條件（傳熱）：保證一定的質量流速，保證冷卻效果；阻力（壓降）：流速快，阻力大，壓降大。過熱器壓降不大于10%工作壓力；再熱器壓降不大于0.2MPa。流速控制壓降，高溫級流速快，低溫級流速慢，合理分配流速和壓降，保證總壓降。2/4/202324SIE王樹群動本091-24.煙氣流速選取:綜合考慮傳熱、流動阻力、積灰、磨損等幾個因素選取?？拷鼱t膛出口區(qū)域，10-12m/s以上；煙溫低的區(qū)域，小于9m/s；不宜低于6m/s。2/4/202325SIE王樹群動本091-2二、屏式過熱器（半輻射式）1.種類：大屏、前屏、后屏2.結構：

S1很大；大屏和前屏2.5-4米，后屏0.5-1米；S2/d=1.1-1.25；3.屏式過熱器特點：熱負荷高；熱偏差大；管壁易超溫2/4/202326SIE王樹群動本091-24.屏式過熱器保護方法使低溫工質流過屏式過熱器，來達到冷卻金屬的目的。在管內采用較高的質量流速。保持受熱面與火焰的距離。采取措施（內外交叉、外面管圈短接、外面管圈使用高等級材質鋼材）減輕熱偏差影響。在屏式過熱器前設置噴水減溫器。2/4/202327SIE王樹群動本091-25.大型鍋爐廣泛采用屏式過熱器的原因:(1)屏式過熱器吸收爐膛內相當數(shù)量的輻射熱量，適應大容量高參數(shù)鍋爐過熱器吸熱量相對增加、水冷壁吸熱量相對減少的需要，它補充了水冷壁吸收爐膛輻射熱的不足，實現(xiàn)了爐膛必須的輻射傳熱量，以使爐膛出口煙氣溫度限制在合理的范圍內。(2)對于燃燒器四角布置切圓燃燒方式的爐膛，屏式過熱器對煙氣流偏轉能起到阻尼和導流作用。(3)后屏過熱器的橫向節(jié)距比對流管束大很多，接近灰熔點的煙氣通過它時減少了灰粘結在管子上的機會，有利于防止結渣。煙氣通過后屏煙溫下降，也防止了其后的對流管束結渣。

2/4/202328SIE王樹群動本091-2三、壁式過熱器（輻射式、頂棚、包墻）輻射式：布置在爐內壁面上直接吸收爐膛輻射熱。例如：300MW機組亞臨界鍋爐使用的爐膛壁管式再熱器。頂棚：采用膜式受熱面布置在爐膛頂部。包墻：布置在水平煙道和尾部豎井的壁面上。2/4/202329SIE王樹群動本091-2四、再熱器（一）再熱器布置1純對流：例如國產(chǎn)超高壓和超臨界鍋爐中。2對流-輻射聯(lián)合型例如國產(chǎn)亞臨界鍋爐中采用壁式、屏、對流聯(lián)合。（二）再熱器特點結構與過熱器相似，但壓力低（20%-25%過熱蒸汽壓力），流量越為80%主蒸汽流量。1壓力低，對流放熱系數(shù)小，對管壁冷卻效果差，容易超溫。出口高溫段采用高級合金鋼；盡量將再熱器布置在煙氣溫度較低的區(qū)域。2/4/202330SIE王樹群動本091-22壓力低，使蒸汽比容大，容積流量大，故再熱器管道直徑大、管壁薄、管圈數(shù)多。3蒸汽流速低，阻力小，阻力限制在0.2MPa以內。阻力大，使汽輪機作功減少，阻力增加0.98MPa,汽耗率增加0.28%。簡化系統(tǒng)布置；低流速。4壓力低導致蒸汽對汽溫偏差敏感，在相同的熱偏差下，出口汽溫比過熱蒸汽大。2/4/202331SIE王樹群動本091-25再熱器出口汽溫受進口汽溫影響大，負荷降低，再熱汽進汽溫度降低，使對流受熱面汽溫變化幅度加劇（對流性增強），調節(jié)幅度加大。6汽輪機甩負荷或啟停時，需要使用旁路保護再熱器。2/4/202332SIE王樹群動本091-2§6-3過熱器和再熱器系統(tǒng)一、過熱器系統(tǒng)☆☆各級過熱器分段串聯(lián)，以減少熱偏差影響。中壓鍋爐采用對流型；高壓鍋爐采用后屏和對流，即輻射-對流聯(lián)合型；超高壓以上（超高壓、亞臨界、超臨界）：頂棚-包墻-低溫對流-屏（半輻射）-高溫對流。也為輻射-對流聯(lián)合型布置。二、再熱器系統(tǒng)超高壓和超臨界鍋爐采用的純對流；亞臨界壓力鍋爐采用的輻射-對流聯(lián)合型；壁管式、屏、對流。2/4/202333SIE王樹群動本091-2★某2027t/h亞臨界自然循環(huán)鍋爐過、再熱系統(tǒng)見圖6-12所示。過熱系統(tǒng)流程：頂棚過熱器、包覆過熱器、水平低溫過熱器、屏式過熱器、高溫對流過熱器；再熱系統(tǒng)流程：低溫對流再熱器、高溫對流再熱器。2/4/202334SIE王樹群動本091-2★某1900t/h超臨界鍋爐汽水系統(tǒng)流程（600MW機組）2/4/202335SIE王樹群動本091-2600MW超臨界鍋爐主蒸汽（含給水）系統(tǒng)流程給水→省煤器→螺旋管水冷壁→過渡聯(lián)箱→垂直管水冷壁→啟動分離器→頂棚和包墻過熱器系統(tǒng)→低溫過熱器→一級噴水減溫器→屏式過熱器→二級噴水減溫器→末級過熱器→汽輪機高壓缸600MW超臨界鍋爐再熱蒸汽系統(tǒng)流程冷端再熱管道→再熱器事故噴水減溫器→冷端再熱管道→水平低溫再熱器→末級再熱器→汽輪機低壓缸2/4/202336SIE王樹群動本091-2★1900t/h超臨界鍋爐2/4/202337SIE王樹群動本091-2§6.4汽溫調節(jié)本節(jié)主要內容：過熱器與再熱器的汽溫特性。影響汽溫的因素。汽溫調節(jié)方式（蒸汽側調節(jié)、煙氣側調節(jié)）。噴水減溫調節(jié)汽溫的原理和布置。常用的過熱汽溫和再熱汽溫調節(jié)方式。2/4/202338SIE王樹群動本091-2一、鍋爐為什么要進行汽溫調節(jié)？1.汽溫要求穩(wěn)定的汽溫（額定汽溫）；波動范圍-10～+5℃（超臨界鍋爐為±5℃）。2/4/202339SIE王樹群動本091-2問題：過熱器本身的汽溫特性是否滿足要求？一、鍋爐為什么要進行汽溫調節(jié)？2/4/202340SIE王樹群動本091-22.汽溫特性定義：汽溫與鍋爐負荷之間的關系。①對流式過熱器（再熱器）汽溫特性。鍋爐負荷增大，汽溫升高。②輻射式過熱器（再熱器）汽溫特性。鍋爐負荷增大，汽溫降低。一、鍋爐為什么要進行汽溫調節(jié)？2/4/202341SIE王樹群動本091-2①對流式過熱器（再熱器）汽溫特性。鍋爐負荷增大，汽溫升高。一、鍋爐為什么要進行汽溫調節(jié)？2/4/202342SIE王樹群動本091-2②輻射式過熱器（再熱器）汽溫特性。鍋爐負荷增大，汽溫降低。一、鍋爐為什么要進行汽溫調節(jié)？2/4/202343SIE王樹群動本091-2鍋爐過熱器（再熱器）可使用純對流型或對流輻射聯(lián)合型。對流輻射聯(lián)合型如果以對流為主，汽溫特性為對流型；如果以輻射為主，汽溫特性為輻射型。一、鍋爐為什么要進行汽溫調節(jié)？2/4/202344SIE王樹群動本091-2過熱器本身的汽溫特性是否滿足要求？結論：不能。怎么辦？結論：使用調節(jié)手段，在不同鍋爐負荷下，將汽溫穩(wěn)定在額定汽溫。一、鍋爐為什么要進行汽溫調節(jié)？2/4/202345SIE王樹群動本091-2影響汽溫的運行因素有很多，這些因素經(jīng)常同時發(fā)生影響。1鍋爐負荷見汽溫特性。2過量空氣系數(shù)爐膛內過量空氣系數(shù)增大時，將使得爐內火焰溫度降低，爐膛水冷壁吸熱量減少，而使爐膛出口煙溫增加。布置在爐膛內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，煙氣流速增大,對流式過熱器和再熱器出口汽溫也隨著升高。二、影響汽溫的因素有哪些？2/4/202346SIE王樹群動本091-23.煤水比

直流鍋爐無排污，沒有工質損失，給水流量與過熱蒸汽流量相等。2/4/202347SIE王樹群動本091-2若G不變而增大B，由于受熱面熱負荷成比例增加，熱水段長度和蒸發(fā)段長度必然縮短，而過熱段長度相應延長，過熱汽溫就會升高；若B不變而增大G，由于受熱面熱負荷并未改變，所以熱水段長度和蒸發(fā)段長度必然延伸，而過熱段長度隨之縮短，過熱汽溫就會降低。2/4/202348SIE王樹群動本091-2煤水比只是對直流鍋爐汽溫調節(jié)起作用。2/4/202349SIE王樹群動本091-24給水溫度汽包爐，給水溫度降低，為保持鍋爐負荷不變，必須增加投入爐膛的燃料，這將使得爐內煙氣量增加，爐膛出口煙溫增加，過熱汽溫升高。直流爐，給水溫度降低，汽溫降低。2/4/202350SIE王樹群動本091-25受熱面沾污爐膛水冷壁結渣或積灰，使爐內輻射換熱量減少，爐膛出口煙氣溫度提高，會使得蒸汽溫度上升。若過熱器或再熱器本身結渣或積灰，會因吸熱量減少而導致蒸汽溫度降低。6飽和蒸汽用汽量蒸汽用于吹灰等用途，減少蒸汽量，汽溫升高。2/4/202351SIE王樹群動本091-27燃燒器運行方式鍋爐運行過程中，當火焰中心位置上移時。爐膛輻射吸熱份額下降，布置在爐膛上部和水平煙道內的過熱器與再熱器，會因為傳熱溫壓增加而多吸收熱量。使得其出口汽溫升高。下列情況將導致火焰中心位置改變：(1)當燃用煤質變差，或者煤粉顆粒變粗時，爐內火焰會因燃盡困難而拉長，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十幾米。當因負荷變化或磨煤機切換而改變投運燃燒器層次時，火焰中心位置將隨投運燃燒器高度而改變。(3)改變擺動式燃燒器的傾斜角度將改變火焰中心的位置。2/4/202352SIE王樹群動本091-28燃料種類和成分的影響燃料種類直接影響著火和燃燒，燃油、燃氣時燃燒火炬短，火焰中心位置就低。揮發(fā)分高的煙煤與多灰劣質煙煤和無煙煤比，著火與燃燒容易，燃燒火焰也短些?；鹧嬷行奈恢孟鄬Φ托??；鹧嬷行奈恢脤ζ麥氐挠绊懭缟纤?。當燃煤的水分增加時，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，而對流式過熱器或再熱器出口汽溫上升。

表6-3各因素對過熱汽溫的影響2/4/202353SIE王樹群動本091-2（一）汽溫調節(jié)方式①蒸汽側調節(jié)：通過改變蒸汽熱焓，調節(jié)汽溫。②煙氣側調節(jié)：通過改變鍋爐內輻射與對流受熱面吸熱量分配比例或改變流經(jīng)受熱面的煙氣量的方法，來調節(jié)汽溫。三、如何調節(jié)汽溫？2/4/202354SIE王樹群動本091-2蒸汽側調節(jié)2/4/202355SIE王樹群動本091-2煙氣側調節(jié)2/4/202356SIE王樹群動本091-2過熱汽溫主要以噴水減溫來調節(jié)。再熱汽溫以其他調節(jié)手段為主，噴水減溫配合。三、如何調節(jié)汽溫？2/4/202357SIE王樹群動本091-2（二）噴水減溫1-汽溫特性曲線；2-額定汽溫；3-減溫水降低的溫度1.調溫原理：在較低的負荷Dd，按照汽溫特性就可達到額定汽溫，負荷超過Dd，汽溫超過額定汽溫，此時噴水將汽溫降低到額定汽溫；負荷不同，噴水量不同；在鍋爐工作中，可通過增減噴水量將汽溫維持在額定汽溫。2/4/202358SIE王樹群動本091-2（二）噴水減溫2.減溫器結構笛管式、旋渦式。設置內部套管，保證水充分蒸發(fā)；套管長度4～5米；2/4/202359SIE王樹群動本091-22/4/202360SIE王樹群動本091-23.減溫水來源鍋爐給水：過熱器為給水，再熱器為給水泵中間抽頭（壓力低的位置）。自制冷凝水（二）噴水減溫2/4/202361SIE王樹群動本091-24.減溫器布置（二）噴水減溫2/4/202362SIE王樹群動本091-2減溫器作用：保護受熱面、調節(jié)汽溫。系統(tǒng)前：調節(jié)慢、過熱器帶水。系統(tǒng)后：調節(jié)迅速，但是不能保護。系統(tǒng)中間：調節(jié)迅速、能夠保護受熱面。（二）噴水減溫2/4/202363SIE王樹群動本091-2減溫器常見布置：多采用兩級布置方式。屏式過熱器前：保護屏、粗調汽溫；最后一級對流過熱器前：細調汽溫、保護。（二）噴水減溫2/4/202364SIE王樹群動本091-25.再熱器不推薦采用噴水減溫的原因。水噴入再熱蒸汽后進入汽輪機中壓缸，在機組負荷一定時，減少高壓缸蒸汽流量，使高壓缸內高壓蒸汽作功減少，增加了低壓蒸汽作功，降低循環(huán)熱效率。再熱蒸汽噴入1%減溫水，循環(huán)熱效率降低0.1%～0.2%☆☆過熱汽溫調節(jié)采用噴水，再熱汽溫調節(jié)采用其他方式（二）噴水減溫2/4/202365SIE王樹群動本091-2蒸汽旁路：改變通過受熱面的蒸汽流量，改變汽溫。汽汽熱交換器：使用輻射過熱器出來的過熱蒸汽在汽汽熱加熱器中加熱對流再熱器中流出的再熱蒸汽。（三）其他蒸汽側調節(jié)方式2/4/202366SIE王樹群動本091-2汽汽熱交換器2/4/202367SIE王樹群動本091-22/4/202368SIE王樹群動本091-2汽汽熱交換器布置2/4/202369SIE王樹群動本091-2分隔煙道擋板：將煙道分為兩個通道，再熱器布置在其中一個煙道中，改變流過的煙氣量，調節(jié)汽溫。煙氣再循環(huán)：改變鍋爐內輻射與對流受熱面吸熱量分配比例，調節(jié)汽溫。改變火焰高度：火焰高度變化，輻射與對流受熱面吸熱量分配比例變化，調節(jié)汽溫。（四）煙氣側調節(jié)2/4/202370SIE王樹群動本091-21.分隔煙道擋板煙道擋板法主要是用來調節(jié)再熱汽溫的。該方法是用膜式壁將尾部煙道分隔成兩個并列煙道，在一側煙道中布置再熱器和省煤器；另外一側煙道中布置過熱器或省煤器。下部煙道出口裝有煙氣擋板，調節(jié)擋板開度可以改變流經(jīng)兩個煙道的煙氣流量，使煙氣側的放熱系數(shù)變化，改變再熱器的傳熱量，從而使再熱器出口汽溫發(fā)生變化。

2/4/202371SIE王樹群動本091-22/4/202372SIE王樹群動本091-2在額定負荷時，煙道擋板全開，并列煙道中煙氣流量的分配備占50％。由于再熱器為對流式．負荷降低時，再熱汽溫降低。這時，應將過熱器煙道擋板關小，使較多煙氣流經(jīng)再熱器加強傳熱，以維持再熱汽溫的穩(wěn)定。這樣調節(jié)會使過熱汽溫下降，但在調節(jié)負荷范圍內，過熱汽溫仍高于額定汽溫，所以仍然必須通過噴水減溫器使過熱汽溫降低到額定值。2/4/202373SIE王樹群動本091-22/4/202374SIE王樹群動本091-22/4/202375SIE王樹群動本091-22/4/202376SIE王樹群動本091-22/4/202377SIE王樹群動本091-22/4/202378SIE王樹群動本091-2采用煙道擋板調節(jié)汽溫，設備簡單、操作方便，一般在0～40％開度范圍內比較有效，為防止煙氣擋板產(chǎn)生熱變形，檔板應布置在煙氣溫度低于400℃的區(qū)域內，并注意盡量減少煙氣對擋板的磨損。當再熱器與過熱器并聯(lián)布置時，過熱器的輻射特性應增大，使過熱器與再熱器兩者汽溫變化的配合較好。2/4/202379SIE王樹群動本091-22/4/202380SIE王樹群動本091-22.煙氣再循環(huán)將鍋爐尾部煙道低溫煙氣抽出一部分送回爐膛（下部或上部），改變鍋爐各受熱面的吸熱分配，達到調節(jié)汽溫的目的。再循環(huán)煙氣在爐膛下部進入時，降低了爐膛內的煙氣溫度水平，減少了爐膛內的輻射傳熱量，爐膛出