過熱器與再熱器課件

第七章過熱器與再熱器作用：提高電廠循環(huán)熱效率設計運行原則：1）防受熱面t壁＞材料允許溫度2）溫度特性好→在較大負荷范圍內能通過調節(jié)維持額定汽溫3）防受熱面管束積灰和腐蝕第一節(jié)、過、再熱器工作特點一、作用1）過熱器—將飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽→并在鍋爐變工況運行時→保證過熱參數(shù)在允許范圍內變動2）再熱器—將汽機高壓缸的排汽加熱成具有一定溫度的再熱蒸汽→并在鍋爐變工況時→保證再熱參數(shù)在允許范圍內變動二、蒸汽溫度的選擇1、溫度t1↑→ηt↑→對材質要求↑→受合金鋼材高溫強度限制通常t過=540-555℃對超臨界機組→為控制汽機末級葉片濕度→t再↑到566℃2、選材：1）由于過、再熱器內流的是高溫蒸汽→傳熱↓→且位于高溫區(qū)→故t壁↑→應選耐高溫合金鋼2）為↓鍋爐成本→應盡量避免用高級合金鋼→故設計過熱器時→所選管材的工作溫度接近其極限溫度常用鋼材許用溫度見表7-2：注：運行中十分注意防過、再熱器受熱面超溫。三、過、再熱器受熱面在流化床中的布置將水加熱成過熱蒸汽經過加熱、蒸發(fā)和過熱三個階段，隨蒸汽參數(shù)的提高，過熱和再熱蒸汽的吸熱份額增加，鍋爐受熱面的布置變化，不同參數(shù)工質吸熱見表7-2由于循環(huán)流化床采用低溫燃燒，為解決氣溫問題，部分布置在爐膛內作屏式受熱面，常采用屏式過、再熱器交錯排列布置。對流過、再熱器布置在尾部煙道，為調節(jié)再熱氣溫，尾部采用雙煙道結構，通過煙氣擋板調節(jié)再熱汽溫。

第二節(jié)、過、再熱器型式、結構

型式：按傳熱方式分：對流式、輻射式、半輻射式圖7-2高壓以上爐多采用三種型式的聯(lián)合型一、對流過熱器1、結構：蛇形管式→即由進出口聯(lián)箱連接許多并列蛇型管組成圖7-2采用d外=32-63.5mm的無縫鋼管，壁厚3-9mm鋼材決定于t壁2、分類：a）按煙氣與蒸汽流向分：順流、逆流、混合流（一）流動方式圖7-3（a）為逆流方式：煙氣與蒸汽流向相反優(yōu)點：平均傳熱溫差↑→需受熱面↓→省鋼材缺點:蒸汽最高處是煙氣最高溫度區(qū)→該處t壁↑→工作條件差→不安全，常用于過熱器低溫級

圖7-3（b）為順流方式：煙氣與蒸汽流向相同優(yōu)點:蒸汽溫度↑的一段處于煙氣低溫區(qū)→壁溫↓安全好→多用于最末級缺點:平均傳熱溫差↓→受熱面↑→金屬耗量↑→熱經濟性↓圖7-3（c）為混流方式：綜合逆、順優(yōu)點→低溫段逆流，高溫段順流，即可獲得較大的平均傳熱溫差，又可減低t壁

（二）放置方式1）分類→立式：蛇型管垂直放置→布置在水平煙道→臥式：蛇型管水平放置→布置在垂直煙道

2）特點Ⅰ、支吊結構→立式：支吊簡單圖7-4用多個吊鉤把蛇形管上彎頭鉤起，整個過熱器吊掛在吊鉤上→吊鉤支撐在爐頂鋼梁上，布置在爐出口水平煙道中→臥式：支吊復雜，蛇形管支撐在定位板上→定位板與底板固定在有工質冷卻的受熱面→懸吊管穿出爐頂通過吊桿吊在鍋爐頂鋼梁上→布置在尾部豎井煙道中2、運行條件;a)立式→支吊結構不易燒壞→不易積灰→但停爐后管內存水較難排出→升溫時由于通汽不暢易導致管子過熱b）臥式→停爐后管內存水易排出→但易積灰

考慮管壁冷卻和壓降兩個因素，建議對流過熱器低溫段:ρw=400-800kg/m2s高溫段:ρw=800-1000kg/m2sd）管圈數(shù)：當煙道寬一定，煙速一定后→并列蛇形管數(shù)也即確定→如果蒸汽ρw不在規(guī)定范圍內→采用重疊不同管數(shù)來保證蒸汽的質量流速→為使對流過熱器有合適的蒸汽流速→大鍋爐采用雙管圈、三或多管圈.見圖7-5e)排列方式：→順排：利于防渣和↓磨損，積灰易吹掃，流動阻力↓，一般在水平煙道→錯排：傳熱好、流動阻力↑，吹灰通道↓→管束積灰不易吹掃，易結渣，支吊困難→一般布置在豎井煙道見圖7-6

f）節(jié)距→橫向節(jié)距：垂直于煙氣流動方向→取決于煙速→縱向節(jié)距：平行于煙氣方向→s2/d取決于彎曲半徑rg）煙速煙速↑→傳熱↑→受熱面可↓→省鋼材→磨損↑，通風電耗↑煙速↓→傳熱↓→積灰↑為防積灰→額定負荷時對流受熱面煙速≮6m/s為防磨→爐出口因煙溫↑→灰粒軟→磨損輕→煙速可用10-14m/s→煙溫↓至600-700℃以下時→灰變硬→磨損↑→煙速≯9m/s

三、輻射式過熱器布置方式：→布置在水冷壁墻壁上的壁式過熱器→布置在爐膛、水平煙道和垂直煙道頂部的爐頂→布置在爐膛上部靠近前墻過熱器圖7-7→布置在垂直煙道的兩側墻上布置貼墻的包墻管過熱器a)壁式—垂直地布置在爐膛四壁的任一面墻上：→可布置在爐膛上部→可按一定的寬度沿爐膛全高度布置→可集中布置在某一區(qū)域→可與水冷壁管子間隔排列，結構與水冷壁相似，其受熱面緊靠爐墻，一般內徑d=40mm

d）屏式—由進出口聯(lián)箱和管屏組成→做成一片一片“屏風”形式。管屏沿爐寬方向相互平行懸掛在爐膛上部靠近前墻處→進出口聯(lián)箱布置在爐頂外→整個管屏通過聯(lián)箱吊掛在爐頂鋼梁上→受熱時可自由向下膨脹屏式對爐膛上升的煙氣能起到分隔和均勻氣流的作用，故也稱分隔屏或大屏e)布置：屏和壁式過熱器→利于改善汽溫調節(jié)特性和省金屬→但由于爐膛熱負荷↑→輻射式過熱器工作條件差→t壁最大值＞管內t蒸汽+(100-120）℃→尤其在啟動和低負荷時→管內工質流量↓→問題更突出→安全性差，為改善其工作條件：

1）一般將輻射式作低溫段2）采用較高的質量流速，一般ρw=1000-1500kg/m2s3)布置在遠離火焰中心的區(qū)域4）啟動時采取適當?shù)睦鋮s方法流化床屏過多集中在爐膛前墻布置屏過在爐膛的位置受以下幾方面因素的影響：磨損、檢修、爐內氣流的流動a.從屏底部到爐底布風板距離要有一定的限制，為減少屏底部受粒子濃度橫向沖刷的磨損，從底部到爐底布風板的距離應在12m以上。并敷設耐磨材料。b.屏與屏之間的距離以及屏的前排管子與前墻水冷壁的距離需滿足檢修的要求。屏與屏之間的距離以及屏的前排管子與前墻水冷壁的距離均應大于600mm.c.屏過的布置應盡量不超過爐膛中心線，即全部的屏式過熱器均應在爐膛前半部分。因爐膛出口位于后墻，所以爐上部接近后墻區(qū)域的煙氣流和粒子流會出現(xiàn)較大的擾動，故屏過應避開這一區(qū)域。

2）采用大直徑，多管圈，d=42-63.5mm，管圈數(shù)為5-93）簡化再熱器系統(tǒng)→盡量↓蒸汽的中間混合與交叉流動次數(shù)故再熱蒸汽→P再↓→密度↓→傳熱↓→ρw↓→α2↓（僅為過熱器1/5）→冷卻↓→t壁↑→P再↓→比熱容↓→對熱偏差敏感→即在同樣熱偏差下t再＞t過→由于△P限制→不能過多混合交叉來↓熱偏差→采用以下措施防t再＞t允許a)將對流再熱器布置在高溫對流過熱器后的煙道內（θ煙≯850℃）b)選允許較高溫的鋼材，

第三節(jié)、熱偏差

一、基本概念twb=tg+βq［1/α2+2δ/（1+δ）λ］由上式知：q↑→twb↑,α2↓→twb↑Ⅰ、熱偏差：由許多并聯(lián)管子組成的過、再熱器→每根管子的結構尺寸、熱負荷和工質流量大都不完全一致→工質的焓值不同這種現(xiàn)象稱熱偏差即在并列工作管中→個別管（偏差管）內工質焓增偏離管組平均焓增的現(xiàn)象Ⅱ、偏差系數(shù)：表熱偏差的大小，用φ表示→指并聯(lián)管中個別管子的工質焓增與并聯(lián)管子工質平均的焓增的比值

φ=△hp/△h0=(qpAp/Gp)/(q0A0/G0)=qpApG0/q0A0Gp=ηqηA/ηG(7-1)可見:ηq↑ηA↑ηG↓→φ↑→twb↑故熱偏差是由于并列管子的吸熱不均、結構不均和流量不均造成大多數(shù)過再熱器，并列管子間受熱面積差異很小→即結構不均造成熱偏差↓→因此產生熱偏差的主要原因是煙氣側的熱負荷不均（受熱不均）和蒸汽側流量不均→顯然，熱負荷↑或蒸汽流量↓的管子熱偏差嚴重二、熱偏差產生的原因

（一）熱負荷不均—鍋爐設計、安裝和運行中均可能形成→是由煙氣溫度場和速度場不均造成爐四壁布置水冷壁→則煙氣溫度場、速度場不均→爐中部θ煙、w煙＞爐壁附近θ煙、w煙,見圖7-11，即中間↑兩側↓

按壓力平衡公式，在并列過熱器管圈中，任一管圈進、出口△P=△Plz±△Pzw（7-4）立式布置管組—由于進出口聯(lián)箱位置高度相差不大→△Pzw很↓臥式布置管組—由于管圈長＞＞管組高→△Pzw＜＜△Plz→△Pzw很↓因此，過熱器進出口△P≈△Plz任一管圈進、出口壓降為:△P≈△Plz=(∑ζ+λL/d)ρw2/2=(∑ζ+λL/d)G2/2A2ρ=KG2/ρ(7-5)K=(∑ζ+λL/d)/2A2得：G=（ρ△P/K）1/2

ηG=Gp/G0=(K0/Kp·ρp/ρ0·△Pp/△P0)1/2（7-7）由（7-7）知：影響管內工質流量主要因素是管圈進出口壓降、工質密度、阻力特性1、管圈進出口△P——與蒸汽引入、引出方式有關圖7-13→蒸汽從進口聯(lián)箱（分配聯(lián)箱）一側端部引入圖7-14→出口聯(lián)箱（匯集聯(lián)箱）的附加靜壓變化圖7-15（a）→Z型布置—蒸汽從進口左端引入從出口右端引出由圖知：左側管圈△P最↓→流量最↓右側管圈△P最↑→流量最↑→故Z型連接方式各并列管圈蒸汽流量偏差最↑

圖7-15（b）→π型布置—蒸汽從同一端引入，引出圖7-15（d）→雙π型布置比π型均勻圖7-15（e）→多點引入，引出→流量分配最均勻→連接系統(tǒng)耗鋼材↑→布置較困難π型布置比Z型連接流量分配均勻的多。2、管圈的阻力特性—K=(∑ζ+λL/d)/2A2與管結構、粗糙度有關，管圈阻力↑→K↑→流量↓。阻力特性的差異主要是屏過，屏過的最外圈管最長，阻力最大，因而流量最小，故是受熱最強的管。因此，外圈管的熱偏差最大。

三、熱偏差↓的措施設計時—從結構上↓熱偏差1）受熱面分級：由（7-1）得：△hp-△h0=（φ-1）△h0（7-8）由上式知：φ一定,△hp-△h0∝△h0→故分級后，每級工質的△h0↓→則并列管焓增的偏差↓2）級間連接：a)過、再熱器各級間通過中間聯(lián)箱混合→使蒸汽參數(shù)趨于一致→消除上一級產生的熱偏差b)利用交叉管或中間聯(lián)箱使蒸汽左右交叉流動→以↓由于煙道左右側熱負荷不均所造成的熱偏差

受熱面各段間連接方式如下:1)單管連接:圖7-16（a）—段間連接系統(tǒng)簡單，但熱偏差↑2）聯(lián)箱端頭連接并左右交錯：圖7-16（b）—段間連接系統(tǒng)較簡單→可消除左右偏差→鋼材消耗量↑3）多管連接左右交換：圖7-16（c）—段間連接管↑→系統(tǒng)復雜，鋼材消耗↑→熱偏差↓4）進、出口聯(lián)箱引入和引出的連接方式中→盡量避免Z型連接方式→以↓流量不均引起的熱偏差3、受熱面結構1）管束的橫向節(jié)距與縱向節(jié)距在各排管子中都要均勻a)個別管排的橫向節(jié)距過↑→形成“煙氣走廊”→使該處煙速↑→煙氣輻射層厚度↑→傳熱量↑

第四節(jié)、汽溫調節(jié)一、汽溫要求汽溫↑→過、再熱器管壁及汽機汽缸、轉子、汽門等金屬超溫→金屬熱強度↓，熱穩(wěn)定性↓汽溫↓→ηt↓→熱損失↑t再↓→ηt↓→汽機末級葉片蒸汽濕度↑汽溫波動↑→部件疲勞損傷↑→甚至使汽機發(fā)生劇烈的振動→故一般要求當負荷在70%-100%額定負荷范圍時→其蒸汽溫度與額定汽溫的偏差值范圍應為-10℃―+5℃

二、汽溫特性—蒸汽溫度與鍋爐負荷的關系，即tq=f(D)1)輻射過熱器：當負荷D↑時→蒸汽流量按比例↑→爐內火焰θ平均變化不大→θ輻↑不多故Q輻↑＜蒸汽流量↑→因此每kg蒸汽獲得的熱量↓→即蒸汽焓增↓→故負荷↑→t過出口↓圖7-18曲線12）對流過熱器：負荷D↑→燃料消耗B↑→煙氣量↑→w煙↑→α對↑→θ爐出口↑→△t↑故Q對流↑→蒸汽流量↑→蒸汽焓增↑→t出口↑間圖7-18曲線2注：對流過熱器進口θ煙↓→即離爐膛遠→汽溫隨D↑而↑幅度越大，圖7-18曲線3

3）大鍋爐過熱器由對流、輻射、半輻射三種型式組合→故汽溫特性較平穩(wěn)。但總體呈對流特性，4)再熱器汽溫變化原則上與自然循環(huán)爐中過熱器的汽溫特性相一致5）運行中，影響汽溫變化因素：煙氣側：燃料量變化、M、A變化、α變化、△α變化、燃燒方式、受熱面污染蒸汽側：D變化、減溫水量或水溫變化、給水溫度變化等三、汽溫調節(jié)裝置1、汽溫調節(jié)：指一定負荷范圍內（過熱蒸汽為50-100%，再熱蒸汽為60-100%額定負荷），保持額定的蒸汽溫度→具有調節(jié)靈敏、慣性↓→對η影響↓的特點

2、調節(jié)方法：蒸汽側：指通過改變蒸汽的焓值來調節(jié)汽溫—噴水減溫煙氣側：指通過改變流經受熱面的煙氣量或通過改變爐內輻射受熱面和對流受熱面的吸熱量份額來調節(jié)汽溫—有煙氣再循環(huán)、煙氣擋板、調節(jié)燃燒火焰中心位置等（一）混合式減溫器1、結構、原理定義：減溫水通過霧化后直接噴入蒸汽的減溫器稱混合式→也稱噴水減溫原理：水在加熱、汽化和過熱過程中吸收了蒸汽的熱量→從而達到調節(jié)汽溫的目的，故其作用是降溫。結構：圖7-19—由霧化噴嘴3、連接管、保護管2及外殼1組成特點：結構簡單、調節(jié)幅度↑、慣性↓調節(jié)靈敏→利于自動調節(jié)，因此大機組廣泛應用水質：因減溫水直接與蒸汽接觸→對水質要求↑

2、設計原理Ⅰ、作用：降低蒸汽溫度Ⅱ、設計時→一定負荷范圍Q吸＞Q