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1、1,第八章 過(guò)熱器與再熱器 Superheater and reheater,過(guò)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(guò)材料的許用溫度; (2)過(guò)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(guò)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(wèn)題: 第一節(jié) 過(guò)熱器和再熱器的作用和特點(diǎn) 第二節(jié) 過(guò)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(guò)熱器和再熱器的煙氣側(cè)工作過(guò)程,3,第一節(jié) 過(guò)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(guò)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(guò)熱器和再熱器的作用 Function過(guò)熱器:將飽和蒸汽加熱成具有一定溫度
3、 的過(guò)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(guò)熱器和再熱器具有如下特點(diǎn):(1)過(guò)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(guò)熱器、再熱器的阻力不能太大。 (3)高熱負(fù)荷區(qū)的過(guò)熱器與再熱器工質(zhì)流速高。(4)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(jiàn)圖8-4,7,水蒸汽的h—p圖,8,第二節(jié) 過(guò)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(guò)熱器和再熱器的結(jié)構(gòu)、型式及不同的分類(lèi),掌握結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。一、過(guò)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(guò)熱器的結(jié)構(gòu)相似,故重點(diǎn)介紹過(guò)熱器。過(guò)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(guò)熱器分類(lèi): (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:?jiǎn)喂苋?、雙管圈、多管圈。(6)根據(jù)結(jié)構(gòu)分: 屏式過(guò)熱器、壁式過(guò)熱器、對(duì)流過(guò)熱器。,10,11,12,13,14,15,16,17,18,1
8、9,20,21,22,1.對(duì)流過(guò)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)煔獾妮椛鋫鳠幔卜Q(chēng)屏式過(guò)熱器。(1)分大屏、前屏及后屏三種。(2)大屏或前屏過(guò)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)煔獾妮椛鋫鳠幔瑸檩椛涫竭^(guò)熱器。(3)后屏過(guò)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(chēng)半輻射過(guò)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(guò)熱器的原因: (1)屏式過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(jiǎn)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(guò)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(guò)熱蒸汽與再熱蒸汽的溫度?!麥卦试S波動(dòng)范圍+5~-10℃。二、汽溫特性 Characteristics of temperature 1.對(duì)流過(guò)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(guò)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(lèi)。 ★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(jiǎn)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(guò)熱器流出的過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)熱器和再熱器的煙
19、氣側(cè)工作過(guò)程Gas side working procedure of superheater and reheater,●本節(jié)要求掌握過(guò)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(chēng)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(guò)熱器和高溫再熱器的積灰 高溫過(guò)
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?!纬蓹C(jī)理: (1)低熔灰在高溫過(guò)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(zhǎng)期作用下,形成白色硫酸鹽的緊密結(jié)實(shí)灰層,這個(gè)過(guò)程稱(chēng)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(guò)高) 。 (5)噴射添加劑。 (6)飛灰再循環(huán)等方法。,54,3. 低
22、溫過(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)松散的外灰層擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的氧化硫煙氣,經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)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(guò)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(wèn)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(guò)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(chēng)為釩腐蝕。2.危害及
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