第7章 過熱器和再熱器

1、2024/3/31,Principles of Boiler,Page 1,第七章過熱器和再熱器,§1、對流式過熱器和再熱器§2、半輻射、輻射式過、再熱器§3、運行中影響汽溫的因素§4、過熱與再熱汽溫調(diào)節(jié)§5、熱偏差,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 2,,HG-亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐,,2024/3/31,Principles of Boi

2、ler,Page 3,,強制循環(huán)鍋爐縱剖面布置圖,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 4,,,,,,,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 5,1、對流式過熱器和再熱器分類2、對流式過熱器和再熱器結(jié)構(gòu),,§1、對流式過熱器和再熱器,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 6,,對流式過熱器和再熱器分類,結(jié)構(gòu)分類：立

3、式、臥式順流、逆流、混合流順列、錯列多管圈、單管圈工質(zhì)質(zhì)量流速,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 7,,對流式過熱器和再熱器結(jié)構(gòu),由蛇形管及進、出口聯(lián)箱組成,可分為立式、臥式布置；順流、逆流和混合流連接；順列、錯列排列,1/3,大容量鍋爐對流受熱面的主要特點 連接管和蛇形管采用φ60,φ63等較大的管徑，以增強管子剛性，降低受熱面阻力，多管圈。 蛇形管均采用不同管徑、不同壁厚的異種鋼

4、焊接管，以適應不同熱負荷區(qū)域的需要。 蛇形管多采用順列排列，管束的外表積灰很容易被吹灰器清除，可有效防止受熱面污染。 管內(nèi)工質(zhì)應保持一定的質(zhì)量流速，以保證金屬管壁得到充分的冷卻,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 8,,§2、半輻射、輻射式過、再熱器,1、半輻射、輻射式過、再熱器分類2、半輻射、輻射式過、再熱器結(jié)構(gòu)3、半輻射、輻射式過、再熱器作用4、過熱器系統(tǒng)蒸汽流程5、

5、再熱器系統(tǒng)蒸汽流程,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 9,,半輻射、輻射式過、再熱器分類,半輻射式屏式過、再熱器輻射式墻式(壁式)過、再熱器前屏(分隔屏)過、再熱器頂棚、包墻管、懸吊管過熱器,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 10,,HG-亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 11,,,,

6、,半輻射、輻射式過、再熱器結(jié)構(gòu),做成掛屏、壁式形式，由U型管及進出口聯(lián)箱構(gòu)成,2/3,1-前墻管；2、3-兩側(cè)墻管4-上聯(lián)箱工質(zhì)引出管,布置 半輻射式 布置在爐膛出口煙窗處，稱后屏 輻射式 布置在爐膛上部的前墻和兩側(cè)的前半部或布置在爐膛頂部或懸掛在爐膛上部靠近前墻處，分別稱為墻式、頂棚式和前屏（分隔屏）,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 12,屏式過熱器,,,2024/3

7、/31,Principles of Boiler,Page 13,,,,半輻射、輻射式過、再熱器作用,作用 改善工質(zhì)汽溫特性； 降低鍋爐金屬耗量； 降低爐膛出口煙溫，防止排列密集的對流受熱面結(jié)渣； 消除氣流的殘余扭轉(zhuǎn)，減少沿煙道寬度的熱偏差； 大節(jié)距的前屏可對爐膛出口煙氣起阻尼和分割導流作用,改善受熱面工作條件的措施 布置在遠離火焰中心的爐膛上部； 作為低溫級受熱面； 采用較高的質(zhì)量流速,3/3,,2024/

8、3/31,Principles of Boiler,Page 14,,過熱器系統(tǒng)蒸汽流程,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 15,,過熱器系統(tǒng)蒸汽流程,,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 16,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 17,,再熱器系統(tǒng)蒸汽流程,,,2024/3/31,Principles of Boiler

9、,Page 18,,§3、運行中影響汽溫的因素,1、鍋爐負荷：汽溫特性2、過量空氣系數(shù)3、給水溫度4、燃料性質(zhì)5、受熱面污染情況6、燃燒器的運行方式,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 19,,,,,,,鍋爐負荷 蒸汽溫度與鍋爐負荷之間的關(guān)系稱之為汽溫特性，采用不同傳熱方式的過熱器與再熱器，汽溫變化特性不同,運行中影響汽溫的因素,,1/3,對流受熱面 鍋爐負荷D增加，流經(jīng)對

10、流受熱面煙速和煙溫提高，工質(zhì)焓增升高，出口蒸汽溫度上升，圖中曲線2,輻射受熱面 鍋爐負荷D增加，工質(zhì)流量和煤耗量B相應增加，爐內(nèi)輻射熱 Qf 并不按比例增多， Qf /D 減少，輻射受熱面中蒸汽的焓增減少，出口蒸汽的溫度下降，圖中曲線1，爐膛出口煙溫因此上升,采用半輻射式受熱面，可獲得較為平坦的汽溫變化特性，減小汽溫調(diào)節(jié)幅度，提高機組對負荷變化的適應性,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 20,,

11、,,,運行中影響汽溫的因素,過量空氣系數(shù)αα增加，爐膛溫度水平降低，輻射傳熱減弱，輻射受熱面出口汽溫降低；對流過熱器則由于燃燒生成的煙氣量增多，煙氣流速增大，對流傳熱加強，導致出口過熱汽溫升高,以后者為主,2/3,給水溫度tgstgs降低，煤耗量B增加，爐內(nèi)煙氣量增加，出口煙溫增加，對流受熱面出口蒸汽溫度因此升高。輻射式受熱面的出口汽溫影響不大,燃料性質(zhì)燃煤中的M和A增加，煙氣容積增大，煙速提高；而爐內(nèi)溫度水平降低，出口煙溫升高，

12、過熱器出口汽溫升高。煤粉變粗時，煤粉在爐內(nèi)燃燼時間增長，火焰中心上移，導致汽溫升高,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 21,,,,受熱面污染情況 過熱器之前的受熱面發(fā)生積灰或結(jié)渣時，進入過熱器區(qū)域的煙溫增高，過熱汽溫上升；過熱器本身嚴重積灰、結(jié)渣或管內(nèi)結(jié)垢時，導致汽溫下降,運行中影響汽溫的因素,3/3,燃燒器的運行方式 擺動燃燒器噴嘴向下傾斜或多排燃燒器從上排噴嘴切換至下排，由于火焰中心下移

13、，會使汽溫下降。反之，汽溫則會升高,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 22,,§4、過、再汽溫調(diào)節(jié),1、汽溫過高、過低的危害2、蒸汽調(diào)溫的主要方式過、再熱汽溫調(diào)節(jié)方式的不同過、再熱汽溫調(diào)節(jié)的主要手段與輔助手段3、噴水減溫方法4、分隔道擋板5、煙氣再循環(huán)6、改變火焰中心位置,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 23,,,,,過、再汽溫調(diào)節(jié)

14、,運行中規(guī)定汽溫偏離額定值的波動不能超過一10℃～十5℃ 汽溫過高，金屬的許用應力下降，危及機組的安全運行； 汽溫下降，循環(huán)熱效率降低；再熱汽溫變化過于劇烈，還會引起汽機中壓缸的轉(zhuǎn)子與汽缸之間的相對脹差變化，汽機振動增大,蒸汽側(cè)調(diào)節(jié) 通過改變蒸汽熱焓調(diào)節(jié)汽溫，主要有噴水減溫器,1/3,煙氣側(cè)調(diào)節(jié) 通過改變鍋爐內(nèi)輻射受熱面和對流受熱面的吸熱量分配比例的方法（如煙氣再循環(huán)、擺動燃燒器）或改變流經(jīng)過熱器、再熱器煙氣量的方法（如分

15、隔煙氣擋板）調(diào)節(jié)汽溫,蒸汽調(diào)溫的主要方式,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 24,,,噴水減溫器是將清潔度很高的水直接噴入過熱蒸汽中以降低汽溫。 噴水減溫裝置通常安裝在過熱器連接管道或聯(lián)箱中。 主要有旋渦式、多孔噴管式兩種。 結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)靈敏，易于自動化，可靠性高，有多級。,噴水減溫方法,2/8,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 25,2024/3/

16、31,Principles of Boiler,Page 26,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 27,,分隔道擋板,用擋板將尾部煙道分隔成兩個并列煙道，其一布置再熱器，另一側(cè)布置過熱器,6/8,調(diào)節(jié)布置在受熱面后的煙氣擋板開度，可改變流經(jīng)兩煙道的煙氣量達到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的,,是美國福斯特惠勒公司傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)再熱汽溫的方法。,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 2

17、8,設(shè)計時，按煙氣擋板全開，70%負荷是應能保證 再熱汽溫的前提來確定再熱器的受熱面積。,結(jié)構(gòu)簡單，操作方便但延遲較大，擋板宜布置在煙溫 低于400 OC的區(qū)域，以免燒壞。,400t直流鍋爐： 100%負荷時：兩煙道的煙氣流量比為69%：31% 75%負荷時： 關(guān)小旁路煙道，兩煙道的煙氣流量比為 88%：12%,2024/3/31,Principles

18、 of Boiler,Page 29,再熱器、過熱器煙氣流量隨負荷變化,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 30,過熱汽溫隨負荷變化,A-調(diào)節(jié)前；B-調(diào)節(jié)后,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 31,再熱汽溫隨負荷變化,A-調(diào)節(jié)前；B-調(diào)節(jié)后,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 32,,煙氣再循環(huán),7/8,是用來調(diào)節(jié)再熱汽溫的裝置

19、。,,再循環(huán)煙氣進入爐膛的位置： 爐膛上部進入； 爐膛上部進入；,通過改變再循環(huán)率來調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度。,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 33,再循環(huán)煙氣在爐膛下部進入： 采用再循環(huán)風機從鍋爐尾部低溫煙道中(一般為省煤器后)抽出一部分溫度為250～350O C的煙氣，從爐膛底部(如冷灰斗下部)送回到爐膛，用以改變鍋爐內(nèi)輻射和對流受熱面吸熱量的比例，從而達到調(diào)節(jié)汽溫的目的。 Qf：

20、再循環(huán)煙氣量增加，爐膛溫度降低，爐膛輻射傳熱量減少，爐膛出口溫度變化不大； Qd：爐膛出口煙氣量增加，強化了對流換熱，對流受熱面吸熱增強，并且沿煙氣流程愈往后，其受熱面吸熱量增加的值愈大。,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 34,當負荷下降時，再熱汽溫降低，此時增加煙氣再循環(huán)率，可增加RH 吸熱量，從而再熱汽溫保持不變。,再循環(huán)煙氣量增加1%，再熱蒸汽溫度可升高2℃；當再循環(huán)率為 20-25

21、%，可調(diào)節(jié)再熱汽溫40-50 ℃。 300MW直流鍋爐：70%負荷時，再循環(huán)率為26%； 100%負荷時，再循環(huán)率為5%；,再循環(huán)煙氣從爐膛下部進入可降低水冷壁金屬溫度，并提高對流受熱面的吸熱量。,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 35,再循環(huán)煙氣在爐膛上部進入： 對爐膛工作無明顯影響； 降低了爐膛出口煙氣溫度，防止

22、高溫對流過熱器的高 溫腐蝕和結(jié)渣。,缺點：耗電量增大，風機磨損大。 國內(nèi)多用于燃油鍋爐。,是巴布科克·威爾公司傳統(tǒng)的采用煙氣再循環(huán)作為再熱汽溫調(diào)節(jié)的方法。,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 36,,擺動燃燒器,擺動式燃燒器高負荷：燃燒器向下傾；低負荷：燃燒器向上傾；燃燒器上下擺動土20～300，爐膛出口煙溫變化約110～140℃，調(diào)溫幅度可達40～60℃。

23、,8/8,,擺動式燃燒器改變爐膛出口煙氣溫度 改變爐膛輻射傳熱量Qf和對流傳熱量Qd的比例,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 37,燃燒器運行方式如停用某層燃燒器一般按燃燒調(diào)整的需要，只能作為輔助調(diào)溫方式。,擺動式燃燒器調(diào)節(jié)再熱汽溫的同時，會影響到過熱汽溫鍋爐在滿負荷運行時，過熱汽溫和再熱汽溫均達到額定值，過熱器減溫水量理論上為零；鍋爐負荷下降，再熱汽溫下降，燃燒器向上擺動，過熱汽

24、溫隨之上升，需要增加減溫水量。負荷降到50％～60％額定負荷時，過熱器減溫水量達到最大。,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 38,燃燒器傾角與爐膛吸熱量、爐膛出口煙溫之間的關(guān)系,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 39,擺動式燃燒器缺點燃燒器上傾角過大：會增加燃料的未完全燃燒損失， 還可能在爐膛出口處發(fā)生結(jié)渣；

25、燃燒器下傾角過大：會造成冷灰斗的結(jié)渣。,擺動式燃燒器優(yōu)點調(diào)節(jié)簡單，靈敏度高，在亞臨界和超臨界鍋爐中采用較多。,是美國燃燒工程公司（CE）用于調(diào)節(jié)再熱汽溫的傳統(tǒng)手段,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 40,,為提高再熱氣溫的能力，再熱器向爐膛內(nèi)移動或靠近，增強輻射傳熱,采用擺動燃燒器的蒸汽系統(tǒng),1/2,提高再熱汽溫的調(diào)節(jié)能力，再熱汽溫的調(diào)節(jié)響應特性比較靈敏,再熱器高溫布置，與采用煙氣擋板調(diào)節(jié)方式相比

26、，再熱器的受熱面積約減少 65 ％ ；使再熱蒸汽流動阻力控制在0.2MPa以下,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 41,,大部分過熱器向爐膛內(nèi)移動或靠近，再熱器受熱面布置在對流傳熱較強的水平煙道后部及尾部煙道中,采用煙氣擋板的蒸汽系統(tǒng),再熱器受熱面較多且處于低溫煙道，再熱汽溫調(diào)節(jié)反應靈敏性較差，汽溫達到穩(wěn)定的時間比擺動燃燒器調(diào)溫時間略長,2/2,過熱器高溫布置，與擺動燃燒器調(diào)溫方式相比，過熱器受熱

27、面約減少25％,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 42,,§5、熱偏差,1、熱偏差的概念2、煙氣側(cè)熱力不均（吸熱不均）3、工質(zhì)側(cè)水力不均（流量不均）4、減少熱偏差的措施,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 43,,,熱偏差的概念,1/6,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 44,,,沿煙道寬度方向煙氣速度場

28、和溫度場不均勻 爐膛四壁水冷壁的吸熱與粗糙表面使爐壁附近煙氣溫度及流速遠比火焰中心低，并延伸到對流煙道，煙氣殘余旋轉(zhuǎn)，是造成過熱器并列管組熱力不均的主要原因,煙氣側(cè)熱力不均（吸熱不均）,2/6,煙氣走廊 并列過熱器管中個別管排間較大的節(jié)距形成。較大的煙氣流通截面使流阻小，煙速大，對流傳熱強；且具有較大的輻射層厚度，輻射吸熱增加，造成熱力不均,受熱面不同程度的污染,燃燒器負荷不一致，火焰中心偏斜；爐膛上部或過熱器局部地區(qū)發(fā)生煤粉再燃燒

29、,爐膛出口煙氣流的殘余扭轉(zhuǎn),,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 45,,,,各并列管圈進、出口壓降△p 取決于進、出口聯(lián)箱中壓力的變化，而后者又取決于受熱面的連接方式， Z形連接方式各并列管圈的△p 偏差最大，多管連接方式最小 △p大的管圈，蒸汽流量大， △p 的偏差造成各管流量的不均,,3/6,工質(zhì)側(cè)水力不均（流量不均）,= =,,2024/3/31,Principl

30、es of Boiler,Page 46,,工質(zhì)比容υ 并列管受熱不均時，受熱強的管吸熱量多、工質(zhì)溫度高、比容υ增大，蒸汽流量減小,管圈的阻力特性 K 與管子的結(jié)構(gòu)尺寸、粗糙度等有關(guān)，管圈的K 值越大，即阻力越大，流量越小,工質(zhì)側(cè)水力不均（流量不均）,發(fā)生熱偏差時，平列管子中吸熱量大的管子，熱負荷較高（熱負荷不均勻系數(shù)ηq>1），工質(zhì)流量又較?。?流量不均勻系數(shù)ηG <1），故工質(zhì)焓增大，管子出口工質(zhì)溫度和管壁溫度相應

31、升高,4/6,即使各并列管圈△p、 K相同，因受熱不均，工質(zhì)比容不同也將導致流量不均，使熱偏差增大,= =,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 47,,,減少熱偏差的措施,5/6,運行中確保燃燒穩(wěn)定；煙氣均勻充滿爐膛；適時投入吹灰器減少積灰和結(jié)渣，沿爐膛寬度方向速度場和溫度場盡量均勻,,受熱面分級（段） - ＝（ -1） 在

32、 一定的情況下， - 與 成正比，將受熱面分成多級，每一級工質(zhì)的平均焓增 減小，偏差管出口汽溫及管組平均汽溫的偏差就會減小,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 48,,減少熱偏差的措施,受熱面各級之間通過中間聯(lián)箱進行混合；聯(lián)箱連接管左右交叉，避免前一級的熱偏差延續(xù)到下一級而造成各級受熱面熱偏差的迭加,,采用流量分配均勻的U形或多管連接方式,采用各種定距裝置，保證受熱面節(jié)

33、距，防止在運行中的擺動，有效地消除管、屏間的“煙氣走廊”,根據(jù)管圈所處的熱負荷采用不同的管徑和不同壁厚的蛇形管管圈，均勻各管流量,短接等。,6/6,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 49,問題與思考題,1、什么是過熱器的熱偏差?哪些因素會導致熱偏差?鍋爐設(shè)計和運行時如何減小或消除熱偏差?2、某鍋爐采用煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)再熱汽溫,制定了三個方案,即再循環(huán)煙氣分別從爐底、燃燒器附近區(qū)域及爐膛出口附近