第7章 過(guò)熱器和再熱器

1、2024/3/31,Principles of Boiler,Page 1,第七章過(guò)熱器和再熱器,§1、對(duì)流式過(guò)熱器和再熱器§2、半輻射、輻射式過(guò)、再熱器§3、運(yùn)行中影響汽溫的因素§4、過(guò)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(qiáng)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(duì)流式過(guò)熱器和再熱器分類2、對(duì)流式過(guò)熱器和再熱器結(jié)構(gòu),,§1、對(duì)流式過(guò)熱器和再熱器,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 6,,對(duì)流式過(guò)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(cuò)列多管圈、單管圈工質(zhì)質(zhì)量流速,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 7,,對(duì)流式過(guò)熱器和再熱器結(jié)構(gòu),由蛇形管及進(jìn)、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(cuò)列排列,1/3,大容量鍋爐對(duì)流受熱面的主要特點(diǎn) 連接管和蛇形管采用φ60,φ63等較大的管徑，以增強(qiáng)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(yīng)不同熱負(fù)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(yīng)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(guò)、再熱器,1、半輻射、輻射式過(guò)、再熱器分類2、半輻射、輻射式過(guò)、再熱器結(jié)構(gòu)3、半輻射、輻射式過(guò)、再熱器作用4、過(guò)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(guò)、再熱器分類,半輻射式屏式過(guò)、再熱器輻射式墻式(壁式)過(guò)、再熱器前屏(分隔屏)過(guò)、再熱器頂棚、包墻管、懸吊管過(guò)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(guò)、再熱器結(jié)構(gòu),做成掛屏、壁式形式，由U型管及進(jìn)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(guò)熱器,,,2024/3

7、/31,Principles of Boiler,Page 13,,,,半輻射、輻射式過(guò)、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(duì)流受熱面結(jié)渣； 消除氣流的殘余扭轉(zhuǎn)，減少沿?zé)煹缹挾鹊臒崞睿?大節(jié)距的前屏可對(duì)爐膛出口煙氣起阻尼和分割導(dǎo)流作用,改善受熱面工作條件的措施 布置在遠(yuǎn)離火焰中心的爐膛上部； 作為低溫級(jí)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(guò)熱器系統(tǒng)蒸汽流程,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 15,,過(guò)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(yùn)行中影響汽溫的因素,1、鍋爐負(fù)荷：汽溫特性2、過(guò)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(yùn)行方式,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 19,,,,,,,鍋爐負(fù)荷 蒸汽溫度與鍋爐負(fù)荷之間的關(guān)系稱之為汽溫特性，采用不同傳熱方式的過(guò)熱器與再熱器，汽溫變化特性不同,運(yùn)行中影響汽溫的因素,,1/3,對(duì)流受熱面 鍋爐負(fù)荷D增加，流經(jīng)對(duì)

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(fù)荷D增加，工質(zhì)流量和煤耗量B相應(yīng)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(jī)組對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 20,,

11、,,,運(yùn)行中影響汽溫的因素,過(guò)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(duì)流過(guò)熱器則由于燃燒生成的煙氣量增多，煙氣流速增大，對(duì)流傳熱加強(qiáng)，導(dǎo)致出口過(guò)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(duì)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(guò)熱器出口汽溫升高。煤粉變粗時(shí)，煤粉在爐內(nèi)燃燼時(shí)間增長(zhǎng)，火焰中心上移，導(dǎo)致汽溫升高,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 21,,,,受熱面污染情況 過(guò)熱器之前的受熱面發(fā)生積灰或結(jié)渣時(shí)，進(jìn)入過(guò)熱器區(qū)域的煙溫增高，過(guò)熱汽溫上升；過(guò)熱器本身嚴(yán)重積灰、結(jié)渣或管內(nèi)結(jié)垢時(shí)，導(dǎo)致汽溫下降,運(yùn)行中影響汽溫的因素,3/3,燃燒器的運(yùn)行方式 擺動(dòng)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(huì)使汽溫下降。反之，汽溫則會(huì)升高,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 22,,§4、過(guò)、再汽溫調(diào)節(jié),1、汽溫過(guò)高、過(guò)低的危害2、蒸汽調(diào)溫的主要方式過(guò)、再熱汽溫調(diào)節(jié)方式的不同過(guò)、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(guò)、再汽溫調(diào)節(jié)

14、,運(yùn)行中規(guī)定汽溫偏離額定值的波動(dòng)不能超過(guò)一10℃～十5℃ 汽溫過(guò)高，金屬的許用應(yīng)力下降，危及機(jī)組的安全運(yùn)行； 汽溫下降，循環(huán)熱效率降低；再熱汽溫變化過(guò)于劇烈，還會(huì)引起汽機(jī)中壓缸的轉(zhuǎn)子與汽缸之間的相對(duì)脹差變化，汽機(jī)振動(dòng)增大,蒸汽側(cè)調(diào)節(jié) 通過(guò)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(guò)改變鍋爐內(nèi)輻射受熱面和對(duì)流受熱面的吸熱量分配比例的方法（如煙氣再循環(huán)、擺動(dòng)燃燒器）或改變流經(jīng)過(guò)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(guò)熱蒸汽中以降低汽溫。 噴水減溫裝置通常安裝在過(guò)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(jiǎn)單、調(diào)節(jié)靈敏，易于自動(dòng)化，可靠性高，有多級(jí)。,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(gè)并列煙道，其一布置再熱器，另一側(cè)布置過(guò)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(dá)到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的,,是美國(guó)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(jì)時(shí)，按煙氣擋板全開，70%負(fù)荷是應(yīng)能保證 再熱汽溫的前提來(lái)確定再熱器的受熱面積。,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(fù)荷時(shí)：兩煙道的煙氣流量比為69%：31% 75%負(fù)荷時(shí)： 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(guò)熱器煙氣流量隨負(fù)荷變化,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 30,過(guò)熱汽溫隨負(fù)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(fù)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(lái)調(diào)節(jié)再熱汽溫的裝置

19、。,,再循環(huán)煙氣進(jìn)入爐膛的位置： 爐膛上部進(jìn)入； 爐膛上部進(jìn)入；,通過(guò)改變?cè)傺h(huán)率來(lái)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(jìn)入： 采用再循環(huán)風(fēng)機(jī)從鍋爐尾部低溫?zé)煹乐?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(duì)流受熱面吸熱量的比例，從而達(dá)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(qiáng)化了對(duì)流換熱，對(duì)流受熱面吸熱增強(qiáng)，并且沿?zé)煔饬鞒逃螅涫軣崦嫖鼰崃吭黾拥闹涤蟆?2024/3/31,Principles of Boiler,Page 34,當(dāng)負(fù)荷下降時(shí)，再熱汽溫降低，此時(shí)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(dāng)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(fù)荷時(shí)，再循環(huán)率為26%； 100%負(fù)荷時(shí)，再循環(huán)率為5%；,再循環(huán)煙氣從爐膛下部進(jìn)入可降低水冷壁金屬溫度，并提高對(duì)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(jìn)入： 對(duì)爐膛工作無(wú)明顯影響； 降低了爐膛出口煙氣溫度，防止

22、高溫對(duì)流過(guò)熱器的高 溫腐蝕和結(jié)渣。,缺點(diǎn)：耗電量增大，風(fēng)機(jī)磨損大。 國(guó)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(dòng)燃燒器,擺動(dòng)式燃燒器高負(fù)荷：燃燒器向下傾；低負(fù)荷：燃燒器向上傾；燃燒器上下擺動(dòng)土20～300，爐膛出口煙溫變化約110～140℃，調(diào)溫幅度可達(dá)40～60℃。

23、,8/8,,擺動(dòng)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(duì)流傳熱量Qd的比例,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 37,燃燒器運(yùn)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(dòng)式燃燒器調(diào)節(jié)再熱汽溫的同時(shí)，會(huì)影響到過(guò)熱汽溫鍋爐在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，過(guò)熱汽溫和再熱汽溫均達(dá)到額定值，過(guò)熱器減溫水量理論上為零；鍋爐負(fù)荷下降，再熱汽溫下降，燃燒器向上擺動(dòng)，過(guò)熱汽

24、溫隨之上升，需要增加減溫水量。負(fù)荷降到50％～60％額定負(fù)荷時(shí)，過(guò)熱器減溫水量達(dá)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(dòng)式燃燒器缺點(diǎn)燃燒器上傾角過(guò)大：會(huì)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(guò)大：會(huì)造成冷灰斗的結(jié)渣。,擺動(dòng)式燃燒器優(yōu)點(diǎn)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，靈敏度高，在亞臨界和超臨界鍋爐中采用較多。,是美國(guó)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(dòng)或靠近，增強(qiáng)輻射傳熱,采用擺動(dòng)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(yīng)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(dòng)阻力控制在0.2MPa以下,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 41,,大部分過(guò)熱器向爐膛內(nèi)移動(dòng)或靠近，再熱器受熱面布置在對(duì)流傳熱較強(qiáng)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?zé)煹溃贌崞麥卣{(diào)節(jié)反應(yīng)靈敏性較差，汽溫達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間比擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫時(shí)間略長(zhǎng),2/2,過(guò)熱器高溫布置，與擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫方式相比，過(guò)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?zé)煹缹挾确较驘煔馑俣葓?chǎng)

28、和溫度場(chǎng)不均勻 爐膛四壁水冷壁的吸熱與粗糙表面使?fàn)t壁附近煙氣溫度及流速遠(yuǎn)比火焰中心低，并延伸到對(duì)流煙道，煙氣殘余旋轉(zhuǎn)，是造成過(guò)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(guò)熱器管中個(gè)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(duì)流傳熱強(qiáng)；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(fù)荷不一致，火焰中心偏斜；爐膛上部或過(guò)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(jìn)、出口壓降△p 取決于進(jìn)、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(shí)，受熱強(qiáng)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(shí)，平列管子中吸熱量大的管子，熱負(fù)荷較高（熱負(fù)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(yīng)

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(dǎo)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(yùn)行中確保燃燒穩(wěn)定；煙氣均勻充滿爐膛；適時(shí)投入吹灰器減少積灰和結(jié)渣，沿爐膛寬度方向速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)盡量均勻,,受熱面分級(jí)（段） - ＝（ -1） 在

32、 一定的情況下， - 與 成正比，將受熱面分成多級(jí)，每一級(jí)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(huì)減小,,2024/3/31,Principles of Boiler,Page 48,,減少熱偏差的措施,受熱面各級(jí)之間通過(guò)中間聯(lián)箱進(jìn)行混合；聯(lián)箱連接管左右交叉，避免前一級(jí)的熱偏差延續(xù)到下一級(jí)而造成各級(jí)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(yùn)行中的擺動(dòng)，有效地消除管、屏間的“煙氣走廊”,根據(jù)管圈所處的熱負(fù)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(guò)熱器的熱偏差?哪些因素會(huì)導(dǎo)致熱偏差?鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)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(gè)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