过热器与再热器

第七章 过热器与再热器作用：提高电厂循环热效率设计运行原则：1）防受热面 t壁 材料允许温度2）温度特性好 在较大负荷范围内能通过调节维持额定汽温3）防受热面管束积灰和腐蚀第一节、过、再热器工作特点一、作用1）过热器 将饱和蒸汽加热成过热蒸汽 并在锅炉变工 况运行时 保证过热参数在允许范围内变动2）再热器 将汽机高压缸的排汽加热成具有一定温度的再热蒸汽 并在锅炉变工况时 保证再热参数在 允许范围内变动 二、蒸汽温度的选择 1、温度 t1 t 对材质要求 受合金钢材高温强度限制通常 t过 =540-555 对超临界机组 为控制汽机末级叶片湿度 t再 到 566 2、选材： 1）由于过、再热器内流的是高温蒸汽 传热 且位于高 温区 故 t壁 应选耐高温合金钢 2）为 锅炉成本 应尽量避免用高级合金钢 故设计过 热器时 所选管材的工作温度接近其极限温度 常用钢材许用温度见表 7-2： 注：运行中十分注意防过、再热器受热面超温。三、过、再热器受热面在流化床中的布置 将水加热成过热蒸汽经过加热、蒸发和过热三个阶段，随蒸汽参数的提高，过热和再热蒸汽的吸热份额增加，锅炉受热面的布置变化，不同参数工质吸热见表 7-2 由于循环流化床采用低温燃烧，为解决气温问题，部分布置在炉膛内作屏式受热面，常采用屏式过、再热器交错排列布置。对流过、再热器布置在尾部烟道，为调节再热气温，尾部采用双烟道结构，通过烟气挡板调节再热汽温。 第二节、过、再热器型式、结构 型式：按传热方式分：对流式、辐射式、半辐射式 图 7-2 高压以上炉多采用三种型式的联合型 一、对流过热器 1、结构：蛇形管式 即由进出口联箱连接许多并列蛇型管 组成图 7-2 采用 d外 =32-63.5mm的无缝钢管，壁厚 3-9mm 钢材决定于 t壁 2、分类： a）按烟气与蒸汽流向分：顺流、逆流、混合流 （一）流动方式 图 7-3（ a）为逆流方式：烟气与蒸汽流向相反 优点：平均传热温差 需受热面 省钢材 缺点 :蒸汽最高处是烟气最高温度区 该处 t壁 工作条件 差 不安全，常用于过热器低温级 图 7-3（ b）为顺流方式：烟气与蒸汽流向相同 优点 :蒸汽温度 的一段处于烟气低温区 壁温 安全好 多用于最末级 缺点 :平均传热温差 受热面 金属耗量 热经济性 图 7-3（ c）为混流方式：综合逆、顺优点 低温段逆流， 高温段顺流，即可获得较大的平均传热温差，又可减 低 t壁 （二）放置方式 1）分类 立式：蛇型管垂直放置 布置在水平烟道 卧式：蛇型管水平放置 布置在垂直烟道 2）特点 、支吊结构 立式：支吊简单图 7-4用多个吊钩把蛇形管 上弯头钩起，整个过热器吊挂在吊钩上 吊钩支撑在炉顶钢梁上，布置在炉出口水 平烟道中 卧式：支吊复杂，蛇形管支撑在定位板上 定位板与底板固定在有工质冷却的受热面 悬吊管穿出炉顶通过吊杆吊在锅炉顶钢梁上 布置在尾部竖井烟道中 2、运行条件 ; a)立式 支吊结构不易烧坏 不易积灰 但停炉后管内存水较难排出 升温时由于通汽不畅 易导致管子过热 b） 卧式 停炉后管内存水易排出 但易积灰 （三）蛇形管束结构 a)管径：外径 32-57 ，厚 3-9mm 厚主要取决于管内 蒸汽 Pp 厚 b)弯曲半径：一般为（ 1.5-2.5） d 弯曲半径 弯头外侧管壁薄 机械强度 弯曲半径 受热面不紧凑 锅炉尺寸 c)质量流速 w kg/m2s w 传热好，冷却好 阻力 P 对汽包工作压力要求 给水泵耗 汽包、水冷壁、下降管、导汽管等承压部件对壁厚要 求 材料和制造成本 为此过热器系统允许 P10%P工作 考虑管壁冷却和压降两个因素，建议对流过热器 低温段 : w=400-800 kg/m2s 高温段 : w=800-1000 kg/m2s d）管圈数：当烟道宽一定，烟速一定后 并列蛇形管数也 即确定 如果蒸汽 w不在规定范围内 采用 重叠不同管数来保证蒸汽的质量流速 为使对 流过热器有合适的蒸汽流速 大锅炉采用双管 圈、三或多管圈 .见图 7-5 e)排列方式： 顺排：利于防渣和 磨损，积灰易吹扫， 流动阻力 ，一般在水平烟道 错排：传热好、流动阻力 ，吹灰通道 管束积灰不易吹扫，易结渣， 支吊困难 一般布置在竖井烟道 见图 7-6 f）节距 横向节距：垂直于烟气流动方向 取决于烟速 纵向节距：平行于烟气方向 s2/d取决于弯曲半 径 r g）烟速 烟速 传热 受热面可 省钢材 磨损 ，通风电耗 烟速 传热 积灰 为防积灰 额定负荷时对流受热面烟速 6m/s 为防磨 炉出口因烟温 灰粒软 磨损轻 烟速可用 10-14m/s 烟温 至 600-700 以下时 灰变硬 磨损 烟 速 9m/s 三、辐射式过热器 布置方式： 布置在水冷壁墙壁上的壁式过热器 布置在炉膛、水平烟道和垂直烟道顶部的炉顶 布置在炉膛上部靠近前墙过热器图 7-7 布置在垂直烟道的两侧墙上布置贴墙的包墙管 过热器 a)壁式 垂直地布置在炉膛四壁的任一面墙上： 可布置在炉膛上部 可按一定的宽度沿炉膛全高度布置 可集中布置在某一区域 可与水冷壁管子间隔排列，结构与水冷壁相似， 其受热面紧靠炉墙，一般内径 d=40mm b)顶棚过热器 布置在炉顶部，一般采用膜式结构 特点 :由于它处于炉顶 热负荷 Q吸 主要是用来构 成轻型平炉顶，管径 48.56mm，管中心距 114.3mm，鳍片宽 65.8mm，管材 15crMo合金钢 c)包覆墙过热器 大型锅炉水平烟道、转向室和垂直烟道内 壁一般都布置包覆墙 为保证烟道的气密 性和 金属用量 采用膜式结构 其主要作用是：便于敷管式炉墙 流化烟道炉墙结构和重 量 炉墙严密性 漏风 管径 507mm，管中心距 113mm，鳍片宽 79mm， 管材为 20号钢 12crMoV合金钢 d）屏式 由进出口联箱和管屏组成 做成一片一片 “屏风 ” 形式。 管屏沿炉宽方向相互平行悬挂在炉膛上部靠近前墙处 进出口联箱布置在炉顶外 整个管屏通过联箱吊挂在炉 顶钢梁上 受热时可自由向下膨胀 屏式对炉膛上升的烟气能起到分隔和均匀气流的作用， 故也称分隔屏或大屏 e) 布置：屏和壁式过热器 利于改善汽温调节特性和省金属 但由于炉膛热负荷 辐射式过 热器工作条件差 t壁 最大值管 内 t蒸汽 +(100-120） 尤其在启动和低负荷时 管内 工质流量 问题更突出 安全 性差，为改善其工作条件： 1）一般将辐射式作低温段 2）采用较高的质量流速，一般 w=1000-1500kg/m2s 3) 布置在远离火焰中心的区域 4）启动时采取适当的冷却方法 流化床屏过多集中在炉膛前墙布置 屏过在炉膛的位置受以下几方面因素的影响：磨损、检修、炉内气流的流动 a.从屏底部到炉底布风板距离要有一定的限制，为减少屏底部受粒子浓度横向冲刷的磨损，从底部到炉底布风板的距离应在 12m以上。并敷设耐磨材料。 b.屏与屏之间 的距离以及屏的 前排管子与前墙水冷壁 的距离需满足检修的要求。 屏与屏之间 的距离以及 屏的前排管子与前墙水冷壁 的距离均应 大于 600mm. c.屏过的布置应尽量不超过炉膛中心线，即全部的屏式过热器均应在 炉膛前半部分 。 因炉膛出口位于后墙，所以炉上部接近后墙区域的烟气流和粒子流会出现较大的扰动，故屏过应避开这一区域。 四、再热器结构与布置特点 1）对流与过热器相似 由蛇形管和联箱组成 流量过热器，管径过热器，横向节距过热 器，管圈数过热器 因 P再 比容 体积流量 流动阻力 汽机作功的有效 P 熱耗 故规定再热器流动阻力 10%P再进口 限制在 0.2-0.3MPa以内，限制 P再 措施如下： 1）蒸汽质量流速适当 推荐对流再热器： w=250-400kg/m2s 辐射再热器： w=1000-1200kg/m2s 2）采用大直径，多管圈， d=42-63.5mm，管圈数为 5-93）简化再热器系统 尽量 蒸汽的中间混合与交叉流动次数 故再热蒸汽 P再 密度 传热 w 2（仅为过热器 1/5） 冷却 t壁 P再 比热容 对热偏差敏感 即在同 样热偏差下 t 再 t 过 由于 P限制 不能过多混合交叉来 热偏差 采用以下措施防 t 再 t允许 a)将对流再热器布置在高温对流过热器后的烟道内 （ 烟 850 ） b)选允许较高温的钢材，第三节、热偏差 一、基本概念 twb= tg+q 1/2+2/（ 1+） 由上式知： qt wb, 2 twb 、热偏差：由许多并联管子组成的过、再热器 每根管 子的结构尺寸、热负荷和工质流量大都不完 全一致 工质的焓值不同这种现象称热偏差 即在并列工作管中 个别管（偏差管）内工 质焓增偏离管组平均焓增的现象 、偏差系数：表热偏差的大小，用 表示 指并联管中 个别管子的工质焓增与并联管子工质平均 的焓增的比值 = hp/ h0=(qpAp/Gp)/( q0A0/G0) = qpApG0 /q0A0Gp=qA/G (7-1) 可见 : qAGt wb 故热偏差是由于并列管子的吸热不均、结构不均和流量不均造成 大多数过再热器，并列管子间受热面积差异很小 即结构不均造成 热偏差 因此产生热偏差的主要原因是烟气侧的热负荷不均（受热不均）和蒸汽侧流量不均 显然，热负荷 或蒸汽流量 的管子热偏差严重 二、热偏差产生的原因（一） 热负荷不均 锅炉设计、安装和运行中均可能形成 是 由烟气温度场和速度场不均造成 炉四壁布置水冷壁 则烟气温度场、速度场不均 炉中部 烟 、 w烟 炉壁附近 烟 、 w烟 , 见图 7-11，即中间 两侧 流化床锅炉两侧墙间的距离较大，当炉膛两侧给煤不均匀或给煤不稳定时，会造成炉膛的烟气温度偏差和热负荷不均。 q=1.2-1.3（二）流量不均 在同样热负荷下 ,并列管的蒸汽流量 不时，流量 的管子蒸汽焓增 t蒸汽 t壁 流量 的管子蒸汽焓增 t蒸汽 t壁 故流量不均也会产生热偏差 按压力平衡公式，在并列过热器管圈中，任一管圈进、出口 P= Plz Pzw （ 7-4） 立式布置管组 由于进 出口联箱位置高度相差不大 Pzw很 卧式布置管组 由于管圈长管组高 Pzw Plz Pzw很 因此，过热器进出口 P Plz 任一管圈进、出口压降为 : P Plz=(+L/d)w2/2=(+L/d)G2/2A2 =KG2/ (7-5) K=(+L/d) /2A2 得： G=（ P/K） 1/2 G=Gp/G0=(K0/Kpp/0 Pp/ P0)1/2 （ 7-7） 由（ 7-7）知：影响管内工质流量主要因素是 管圈进出口压 降、工质密度、阻力特性 1、管圈进出口 P 与蒸汽引入、引出方式有关 图 7-13 蒸汽从进口联箱（分配联箱）一侧端部引入 图 7-14 出口联箱（汇集联箱）的附加静压变化 图 7-15（ a） Z型布置 蒸汽从进口左端引入 从出口右端引出 由图知：左侧管圈 P最 流量最 右侧管圈 P最 流量最 故 Z型连接方式各 并列管圈蒸汽流量偏差最 图 7-15（ b） 型布置 蒸汽从同一端引入，引出 图 7-15（ d） 双 型布置比 型均匀 图 7-15（ e） 多点引入，引出 流量分配最均匀 连接系统耗钢材 布置较困难 型布置比 Z型连接流量分配均匀的多。 2、管圈的阻力特性 K=( +L/d) /2A2 与管结构、粗糙度有关，管圈阻力 K 流量 。阻力特性的差异主要是屏过，屏过的最外圈管最长，阻力最大，因而流量最小，故是受热最强的管。 因此，外圈管的热偏差最大。 3、工质密度 受热强 的管子 Q 吸 工质 t 密度 则蒸汽容积 阻力 因而蒸 汽 流量 即受热不均将导致流量不均 使 热偏差 三、热偏差 的措施 设计时 从结构上 热偏差 1） 受热面分级 ：由（ 7-1）得： hp- h0=（ -1） h0 （ 7-8） 由上式知： 一定 , hp- h0 h0 故分级后，每级工 质的 h0 则并列管焓增的偏差 2） 级间连接 ： a) 过、再热器各级间通过中间联箱混合 使蒸汽参数趋于 一致 消除上一级产生的热偏差 b)利用交叉管或中间联箱使蒸汽左右交叉流动 以 由于 烟道左右侧热负荷不均所造成的热偏差 受热面各段间连接方式如下 : 1)单管连接 :图 7-16（ a） 段间连接系统简单，但热偏差 2）联箱端头连接并左右交错：图 7-16（ b） 段间连接系 统较简单 可消除左右偏差 钢材消耗量 3）多管连接左右交换：图 7-16（ c） 段间连接管 系 统复杂，钢材消耗 热偏差 4）进、出口联箱引入和引出的连接方式中 尽量避免 Z型 连接方式 以 流量不均引起的热偏差 3、 受热面结构 1）管束的横向节距与纵向节距在各排管子中都要均匀 a)个别管排的横向节距过 形成 “烟气走廊 ” 使该处烟 速 烟气辐射层厚度 传热量 b）多管圈结构的内圈管子 由于管子弯头曲率半径 使其纵向管中心节距 烟气辐射层厚 2） 管束前烟气空间的深度 它对第一排管子的辐射传 热最强 以后各排管子的辐射传热逐渐 3)屏过外圈管子受热较强 受热面积较 流动阻力 故为 屏过的热偏差 应特别注意改善外圈管子的工作 条件 采用以下方法 热偏差 a)最外两圈截短或外圈管短路图 7-17（ a)(b