過熱器與再熱器

1、1,第八章 過熱器與再熱器 Superheater and reheater,過熱器與再熱器是鍋爐的重要部件，設(shè)計(jì)與運(yùn)行的主要原則: (1)防止受熱面金屬溫度超過材料的許用溫度; (2)過熱器與再熱器溫度特性好，在較大的負(fù)荷范圍內(nèi)能通過調(diào)節(jié)維持額定汽溫; (3)防止受熱面管束積灰、磨損和腐蝕。,2,本章講述以下幾個(gè)問題： 第一節(jié) 過熱器和再熱器的作用和特點(diǎn) 第二節(jié) 過熱器和再熱器型式和結(jié)構(gòu)

2、第三節(jié) 熱偏差 第四節(jié) 汽溫調(diào)節(jié) 第五節(jié) 過熱器和再熱器的煙氣側(cè)工作過程,3,第一節(jié) 過熱器和再熱器的作用和工作特點(diǎn)The function and characteristics of superheater and reheater,●本節(jié)要求掌握過熱器和再熱器的作用、特點(diǎn)，蒸汽溫度選擇要考慮的因素，鍋爐受熱面布置的發(fā)展。一、過熱器和再熱器的作用 Function過熱器：將飽和蒸汽加熱成具有一定溫度

3、 的過熱蒸汽。再熱器：將汽輪機(jī)高壓缸排汽加熱成具有 一定溫度的再熱蒸汽。,4,二、特點(diǎn) Characteristics過熱器和再熱器具有如下特點(diǎn):(1)過熱器和再熱器是鍋爐中金屬壁溫最高的受熱 面，對(duì)材質(zhì)要求高。(2)過熱器、再熱器的阻力不能太大。 (3)高熱負(fù)荷區(qū)的過熱器與再熱器工質(zhì)流速高。(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。(5)過熱器和再熱器布置受鍋爐參

4、數(shù)影響。(6)在鍋爐點(diǎn)火升爐或汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，過熱器、再 熱器需要采取保護(hù)措施。,5,三、設(shè)計(jì) Design在設(shè)計(jì)過熱器時(shí)要考慮以下要求: (1) 有良好的溫度特性。 (2) 對(duì)汽溫調(diào)節(jié)反應(yīng)較快，易于調(diào)節(jié)。 (3) 節(jié)省鋼材，尤其是合金鋼。 (4) 較小的流阻。 （5）運(yùn)行安全可靠，制造及檢修方便。,6,四、 蒸汽溫度的選擇 The selection of steam temperat

5、ure 1. 循環(huán)熱效率； 2. 汽輪機(jī)末級(jí)葉片的蒸汽濕度； 3. 高溫鋼材的許用溫度。五、過熱器和再熱器布置的發(fā)展 Development of the arrangement for superheater and reheater 1.進(jìn)入鍋爐的水經(jīng)歷三個(gè)階段： 水的預(yù)熱-----水的蒸發(fā)-----蒸汽的過熱 2.三個(gè)階段所占份額 隨著壓力的變化，各個(gè)階段所占的份額不同。

6、見圖8-4,7,水蒸汽的h—p圖,8,第二節(jié) 過熱器和再熱器型式和結(jié)構(gòu)Types and construction of superheater and reheater,●本節(jié)掌握過熱器和再熱器的結(jié)構(gòu)、型式及不同的分類，掌握結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。一、過熱器與再熱器的型式和結(jié)構(gòu)Types and construction of superheater and reheater再熱器與過熱器的結(jié)構(gòu)相似，故重點(diǎn)介紹過熱器。過熱器構(gòu)成：聯(lián)箱與

7、并列的受熱面管組連接構(gòu)成。,9,過熱器分類： （1）根據(jù)傳熱方式分： 對(duì)流、輻射和半輻射式。（2）根據(jù)煙氣與管內(nèi)蒸汽的相對(duì)流動(dòng)方向分： 逆流、順流和混合流。（3）根據(jù)對(duì)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(cuò)列。（5）根據(jù)管圈數(shù)分：單管圈、雙管圈、多管圈。（6）根據(jù)結(jié)構(gòu)分： 屏式過熱器、壁式過熱器、對(duì)流過熱器。,10,11,12,13,14,15,16,17,18,1

8、9,20,21,22,1.對(duì)流過熱器(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) S1/d=2-3.5， S2/d=2.5-4，(2)蒸汽質(zhì)量流速的選取 考慮蒸汽對(duì)管壁的冷卻能力和蒸汽在管內(nèi)流動(dòng)引起的壓力降損失兩個(gè)因素。(3)煙氣流速的選取 考慮積灰、磨損、傳熱效果、煙氣流動(dòng)阻力等因素,23,2.輻射式和半輻射式 布置在爐膛上前部直接吸收爐膛高溫?zé)煔獾妮椛鋫鳠?，也稱屏式過熱器。(1)分大屏、前屏及后屏三種。(2)大屏或前屏過熱

9、器布置在爐膛上前部，屏間距離較大，屏數(shù)較少，吸收爐膛內(nèi)高溫?zé)煔獾妮椛鋫鳠?，為輻射式過熱器。(3)后屏過熱器布置在爐膛出口處，屏數(shù)相對(duì)較多，屏間距相對(duì)較小，它既吸收爐膛內(nèi)的輻射傳熱，又吸收煙氣沖刷受熱面時(shí)的對(duì)流傳熱，故又稱半輻射過熱器。,24,25,?屏是由許多管子緊密排列成管片組成，屏間距離600～2800㎜，大屏和前屏的可能更大;縱向節(jié)距比1.1～1.2。 ?屏的結(jié)構(gòu)型式有U形、W形、雙U形（串聯(lián)、并聯(lián)）等幾種。 ?屏

10、的并聯(lián)管數(shù)是由工質(zhì)的質(zhì)量流速確定的。屏位于爐膛內(nèi)，其熱負(fù)荷是很高的。為了屏受熱面的安全工作，必須采用較高的質(zhì)量流速,一般推薦700～1200kg/(㎡·s)。,26,?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(nèi)相當(dāng)數(shù)量的輻射熱量，適應(yīng)大容量高參數(shù)鍋爐過熱器吸熱量相對(duì)增加、水冷壁吸熱量相對(duì)減少的需要，它補(bǔ)充了水冷壁吸收爐膛輻射熱的不足，實(shí)現(xiàn)了爐膛必須的輻射傳熱量，以使?fàn)t膛出口煙氣溫度限制

11、在合理的范圍內(nèi)。 (2)對(duì)于燃燒器四角布置切圓燃燒方式的爐膛，屏式過熱器對(duì)煙氣流偏轉(zhuǎn)能起到阻尼和導(dǎo)流作用。 (3)后屏過熱器的橫向節(jié)距比對(duì)流管束大很多，接近灰熔點(diǎn)的煙氣通過它時(shí)減少了灰粘結(jié)在管子上的機(jī)會(huì)，有利于防止結(jié)渣。煙氣通過后屏煙溫下降，也防止了其后的對(duì)流管束結(jié)渣。,27,三、壁式過熱器 Wall superheater 有爐膛壁管式、頂棚管式、煙道包敷管式四、再熱器

12、的特點(diǎn) Characteristics of reheater1. 再熱器串聯(lián)在汽輪機(jī)高壓缸和中壓缸之間，流動(dòng) 阻力受限制，在0.2MPa以內(nèi)。?降低流速；增大管子直徑；簡化再熱器系統(tǒng)。2. 再熱汽壓力低，容積流量大，蒸汽密度小。?合理布置再熱器；選取許用溫度高的鋼材。,28,29,第三節(jié) 熱偏差 Heat deviation●本節(jié)講述熱偏差的產(chǎn)生原因、影響因素及減輕措施，要求掌握熱偏差的概念，熱偏差的產(chǎn)生原因、影響

13、因素及減輕措施。一、熱偏差概念 Heat deviation concept熱偏差：并列管組中每根管的工質(zhì)焓增不同的現(xiàn)象。 熱偏差系數(shù)：受熱面并聯(lián)管中個(gè)別管子工質(zhì)焓增與 并聯(lián)管子的平均焓增的比值。,30,允許熱偏差：管壁金屬溫度達(dá)到該金屬材料的最高許用值時(shí)的熱偏差。 產(chǎn)生熱偏差的原因：熱負(fù)荷不均系數(shù)、流量不均、結(jié)構(gòu)不均。,31,四、減少熱偏差的措施 Measurements for

14、reducing the heat deviation 1.受熱面分段串聯(lián) 2.段間連接采取措施 多管連接 3.在受熱面具體結(jié)構(gòu)上采取措施 均勻管束結(jié)構(gòu)尺寸；減小管束前煙氣 空間的深 度；增大聯(lián)箱直徑；短接、交叉連接屏式過熱 器管子 如下圖所示,32,33,●本節(jié)要求掌握不同受熱面的汽溫特性，調(diào)節(jié)汽溫常用的方法。一、汽溫要求Requirement for temperatur

15、e※維持穩(wěn)定的過熱蒸汽與再熱蒸汽的溫度。※汽溫允許波動(dòng)范圍+5～－10℃。二、汽溫特性 Characteristics of temperature 1.對(duì)流過熱器（再熱器）的汽溫特性：隨著負(fù)荷的增加，汽溫增加。 2.輻射過熱器（再熱器）的汽溫特性：隨著負(fù)荷的增加，汽溫降低。如下圖所示。,第四節(jié) 汽溫調(diào)節(jié) Adjustment for temperature,34,35,,36,三、汽溫調(diào)節(jié)裝置 Outfit

16、 蒸汽溫度調(diào)節(jié)方式煙氣側(cè)和蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)兩大類。 ★煙氣側(cè)調(diào)節(jié)：改變煙氣對(duì)蒸汽的傳熱量，使蒸汽的溫度發(fā)生變化。 ★蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)：利用其它介質(zhì)直接改變蒸汽的溫度。1.蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)（1）表面式減溫器：設(shè)計(jì)原理（2）混合式減溫器（噴水減溫器）： ※設(shè)計(jì)原理、減溫器布置位置、水源,37,38,39,40,41,42,混合式減溫器：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)幅度大、貫性小、調(diào)節(jié)靈敏，有利于自動(dòng)化調(diào)節(jié)。 缺點(diǎn)：對(duì)水質(zhì)要求高。（3

17、）汽－汽交換器 　用輻射式過熱器流出的過熱蒸汽調(diào)節(jié)對(duì)流再熱器的蒸汽溫度。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼耗大，運(yùn)行不穩(wěn)。2.煙氣側(cè)調(diào)節(jié)（1）煙氣再循環(huán)　　爐膛上部：降低爐膛出口煙氣溫度，防止高溫過熱器高溫腐蝕和結(jié)渣?！　t膛下部：降低水冷壁的溫度，提高對(duì)流受熱面的吸熱量。,43,44,45,46,（2）煙氣擋板　 ※旁通煙道 ※平行煙道：再熱器與省煤器并聯(lián)、再熱器與過熱器并聯(lián)。（3）改變火焰高度 ※四角布置的直流燃燒器采用擺動(dòng)燃

18、燒器； ※旋流燃燒器采用分層布置，分層燃燒方式。,47,3.再熱器汽溫調(diào)節(jié)方式※為什么不推薦采用噴水減溫？ 與過熱器布置有關(guān)，降低蒸汽做功的效率大型鍋爐常用的調(diào)溫方式：（1）微量噴水減溫器--再熱器溫 精確調(diào)節(jié)再熱器溫，減少再熱器的熱偏差。 位置：再熱器出口。 水的來源：給水泵中間抽頭。（2）事故噴水減溫器--再熱器溫 位置：低溫再熱器入口處。,48,49,第五節(jié) 過熱器和再熱器的煙

19、氣側(cè)工作過程Gas side working procedure of superheater and reheater,●本節(jié)要求掌握過熱器積灰和高溫腐蝕的機(jī)理，危害及減輕的措施。一、積灰 Deposit ※煙氣中的飛灰沉積在管束外表面的現(xiàn)象稱為積灰。 1.飛灰 ※根據(jù)灰的易熔程度可分為三部分:低熔灰、中熔灰和高熔灰。 ※飛灰直徑分細(xì)徑灰群(30微米)三個(gè)灰群。,50,2.高溫過熱器和高溫再熱器的積灰 高溫過

20、熱器和高溫再熱器布置在煙溫高于700～800℃的煙道內(nèi)。管子外表面的灰層由兩部分組成。內(nèi)層灰緊密，與管子粘結(jié)牢固;外層灰松散，容易清除。※形成機(jī)理： （1）低熔灰在高溫過熱器區(qū)未凝固，當(dāng)接觸溫度較低的受熱面時(shí)就凝固在受熱面上，形成粘性灰層。，一些中熔、高熔灰粒被粘附在粘性灰層中。 （2）煙氣中的氧化硫氣體在對(duì)灰層的長期作用下，形成白色硫酸鹽的緊密結(jié)實(shí)灰層，這個(gè)過程稱為燒結(jié)。中熔和高熔灰在緊密結(jié)實(shí)灰層表面進(jìn)行著動(dòng)態(tài)沉積

21、，形成松散而且多孔的外灰層。,51,52,53,※積灰的危害：經(jīng)濟(jì)性、安全性※對(duì)于容易積粘結(jié)灰的燃料，必須采取相應(yīng)措施： (1)選取有效的吹灰裝置。 (2)正確設(shè)計(jì)和布置對(duì)流面。 順列布置、大橫向節(jié)距。 (3)在鍋爐運(yùn)行初期，及時(shí)投入吹灰裝置，否則，如 果受熱面已粘結(jié)了灰就不易清除。 (4)采用低溫燃燒(爐膛燃燒熱強(qiáng)度不過高) 。 (5)噴射添加劑。 (6)飛灰再循環(huán)等方法。,54,3. 低

22、溫過熱器和低溫再熱器的積灰 煙氣溫度低于600～700○C的煙道內(nèi)的低溫過熱器與低溫再熱器在其管子表面形成松散的積灰層。因?yàn)樵撎師煖剌^低，低熔灰已凝固成固體顆粒，CaO等灰也無燒結(jié)現(xiàn)象。不同煙氣流速下管表面松散灰程度也不同。管背面的積灰比正面嚴(yán)重，因?yàn)楣苷媸艿綗煔饬鞯闹苯記_刷，管背面存在渦流區(qū)，只有在煙氣流速小于5m/s時(shí)才有管正面明顯積灰。,55,二、煙氣側(cè)的高溫腐蝕High temperature deteriorati

23、on on gas side 1.形成機(jī)理: ※燃煤爐:高溫過熱器與高溫再熱器管表面的內(nèi)灰層含有較多的鈣金屬，它與飛灰中的鐵、鋁等成分，以及通過松散的外灰層擴(kuò)散進(jìn)來的氧化硫煙氣，經(jīng)過較長時(shí)間的化學(xué)作用，生成堿金屬的復(fù)合硫酸鹽。硫酸鹽(Na3Fe(SO4)3、KAl(SO4)2等)復(fù)合物，對(duì)高溫過熱器與高溫再熱器金屬發(fā)生強(qiáng)烈的腐蝕。煤粉鍋爐溫度高于510℃以上時(shí)才發(fā)生此問題。,56,※燃油爐:在爐膛高溫區(qū)會(huì)發(fā)生V2O5氣體，同時(shí)燃

24、油中含有氧化鈉時(shí)，產(chǎn)生熔點(diǎn)很低 (600℃)的5V2O5·Na2O·V2O4復(fù)合物。當(dāng)過熱器、再熱器以及固定件、支吊件的溫度達(dá)到610℃或以上時(shí)，就會(huì)在它的表面形成液態(tài)灰層，它對(duì)碳鋼、低合金鋼及奧氏體鋼等都會(huì)發(fā)生腐蝕作用。當(dāng)煙氣中存在氧化硫時(shí)，產(chǎn)生Na2S2O7與V2O5,合在一起具有更嚴(yán)重的腐蝕作用。內(nèi)灰層溫度接近600℃時(shí)就發(fā)生腐蝕，700～950℃ 時(shí)腐蝕最嚴(yán)重。燃油鍋爐的這種高溫腐蝕又稱為釩腐蝕。2.危害及