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第八章 过热器与再热器
Superheater and reheater
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 。
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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
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第一节 过热器和再热器的作用和工作特点
The function and characteristics of
superheater and reheater
● 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 。
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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 。
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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。
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四,蒸汽温度的选择 The selection of steam temperature
1,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 Development of the
arrangement for superheater and reheater
1.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 8-4
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水蒸汽的 h— p图
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第二节 过热器和再热器型式和结构
Types and construction of superheater and
reheater
● 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
Types and construction of superheater and
reheater
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 。
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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 。
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1.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
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2.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 。
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?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)。
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?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 。
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三、壁式过热器 Wall superheater
有炉膛壁管式、顶棚管式、烟道包敷管式
四、再热器的特点 Characteristics of reheater
1,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。
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第三节 热偏差 Heat deviation
● 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 Heat deviation concept
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 。
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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 。
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四,减少热偏差的措施
Measurements for reducing the heat deviation
1.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
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●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 Requirement for temperature
※ 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 Characteristics of temperature
1.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 Adjustment for temperature
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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
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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 。
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( 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 。
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3.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。
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第五节 过热器和再热器的烟气侧工作过程
Gas side working procedure of
superheater and reheater
● 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 。
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2.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 。
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※ 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。
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3,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 。
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二,烟气侧的高温腐蚀
High temperature deterioration on gas side
1.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。
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※ 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