锅炉受热面及其工作特点

1、锅炉受热面及其工作特点 锅炉蒸发受热面及系统 水冷壁 锅炉水循环系统 直流锅炉水冷壁 过热器与再热器 过热器与再热器的结构形式 蒸汽温度调节 热偏差 亚临界锅炉蒸汽系统典型布置 尾部受热面 省煤器及其布置 空气预热器的类型 水冷壁是锅炉炉膛四周炉墙上敷设的受热面。中压锅炉全部为蒸发受热面；高压、超高压和亚临界锅炉部分为过热/再热受热面；直流锅炉同时是加热和过热受热面。 规格：45、51、57、60、63.5、76，壁厚35 材质：无缝钢管10g、15g、20g结构参数：s/d e/d 水冷壁的工作特点水冷壁 强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金属消耗量 降低高温对炉墙的破坏作用，保护炉墙，提高

2、炉墙机械强度 能有效防止炉壁结渣 悬吊敷管炉墙（炉墙全部重量靠水冷壁支承） 主蒸发受热面（直流锅炉除外）水冷壁的工作特点和作用水冷壁 水冷壁在锅炉初期主要是为了保护炉墙，后来逐渐发展为锅炉的主要受热面之一。 水冷壁分光管壁、膜式壁两种 膜式壁炉膛气密性好,可减少漏风,降低热损失,提高锅炉效率；有较大的辐射受热面积，可降低受热面金属耗量；炉墙重量轻，便于采用悬吊结构；锅炉蓄热能力减少，有利负荷调节，锅炉启停快。水冷壁的结构水冷壁 内螺纹管水冷壁 工质在管内流动时产生强烈的扰动。把液体压向壁面，强迫汽泡脱离管壁被水带走，破坏膜态汽层。可有效防止膜态沸腾产生，避免管壁超温。用于炉内高热负荷区域的膜式

3、水冷壁，确保水冷壁安全可靠。水冷壁水冷壁的结构 大容量锅炉沿炉膛周界热负荷分布不均，水冷壁中间部位较两边高，燃烧器区域附近热负荷最大，炉膛四角和下部受热最弱，因此水冷壁吸热不均，造成水循环故障。为提高水循环可靠性将水冷壁设计成若干个独立的循环回路 自然循环锅炉水循环系统锅炉水循环系统 SG1025/18.1锅炉水冷壁根据炉膛截面热负荷分布曲线共分为32个循环回路。前、后、两侧各6个回路，四个炉角各2个回路 自然循环锅炉水循环系统锅炉水循环系统 后水冷壁上部常作成一个折焰角，同时拉出部分管束作为后墙悬吊管，折焰角以一定的角度向后上方延伸形成水平烟道，然后垂直向上形成排管与上集箱连接，可增加水平烟

4、道长度，改善炉膛出口烟气的空气动力特性，增长烟气流程，强化烟气的混合 锅炉水循环系统自然循环锅炉水循环系统 水冷壁上部通过上集箱固定在支架上，下部则悬挂着下集箱，可自由膨胀 燃烧器区域布置卫燃带，以提高炉膛温度 在四面墙的高热负荷区域采用了内螺纹管，以保证水冷壁工作的安全性锅炉水循环系统自然循环锅炉水循环系统 来自省煤器的给水经汽包分别进入4个大直径集中下降管，其下端分别接一个分配器，并通过96根供水管与32个下集箱相连。然后经32组648根膜式水冷壁、折焰角、后墙水冷壁悬吊管、水平烟道底部、后墙排管向上流动，水被逐渐加热形成汽水混合物，通过26个上集箱106根导汽管被引入汽包，进行汽水分离

5、锅炉水循环系统自然循环锅炉水循环系统 饱和蒸汽由18根连接管引入顶棚过热器进口集箱； 饱和水留在汽包下部，连同不断送入汽包的给水一起进入下降管锅炉水循环系统自然循环锅炉水循环系统 4根大直径集中下降管从汽包底部引出并与汇合联箱连接， 3台循环泵（一台备用）通过吸入短管与汇合联箱相连，每台循环泵通过2根出水管与环形下水包（由前、后、左右四侧水包组成）连接。 经由890根水冷壁管、5个上集箱和48根导汽管，回到汽包。控制循环锅炉水循环系统锅炉水循环系统 直流锅炉水冷壁形式主要有螺旋管圈型和垂直上升管屏型 螺旋管圈型水冷壁 由若干根水冷壁组成管带，沿炉膛四面倾斜上升，无水平段，各管带均匀地分布在炉膛

6、四壁，任一高度上管带的受热几乎完全相同螺旋管圈型水冷壁直流锅炉水冷壁 螺旋管圈型水冷壁的特点 沿炉膛四周热负荷不均匀影响小 管圈内工质可保证足够高的质量流速，以减轻传热恶化的影响 工质焓值较高的管带后段，可以布置在炉内热负荷较低区域，对防止管壁超温有利 大锅炉宽管带，各管间热偏差较大；支吊困难 适用于超临界和亚临界压力，燃料适应性广螺旋管圈型水冷壁直流锅炉水冷壁 UP（Universal Pressure Boiler）型垂直上升管屏包括一次上升和上升-上升 一次上升型（a） 给水一次流经全部四面墙水冷壁管屏，没有下降管，管屏沿高度分为上、中和下部三个辐射区，各区段之间设有混合器，用以消除平行

7、管子间的热偏差（a）（b）UP型垂直上升管屏水冷壁直流锅炉水冷壁 一次上升型（a） 特点：系统简单，流动阻力小；相邻管屏外侧管间壁温差较小；可采用全悬吊结构；水力特性较为稳定；但对锅炉负荷适应性较差，金属耗量大 上升-上升型（b） 炉膛下部高热负荷区域布置两个串联回路，用于提高管内工质质量流速以避免流动异常和传热恶化（a）（b）UP型垂直上升管屏水冷壁直流锅炉水冷壁 多次垂直上升管屏 炉膛下部高热负荷区域减小管屏的宽度，炉外加设下降管，形成多次（2-3次）垂直上升；在上部较低热负荷区，仍采用一次垂直上升管屏 FW型垂直上升管屏为多次垂直上升管屏FW型垂直上升管屏水冷壁直流锅炉水冷壁 多次垂直上

8、升管屏的特点 既可保证高热负荷区有较高的质量流速，达到充分冷却的目的；又可减少高负荷下水冷壁的流动阻力；同时可避免采用刚度差的小直径管 有不受热的下降管，工质流程长，系统阻力较大； 相邻两屏内工质的含汽率不同，管间壁温差大，使各屏热膨胀不同。应尽量减少管屏串联的次数FW型垂直上升管屏水冷壁直流锅炉水冷壁 在炉膛折焰角以上采用垂直上升管屏，以便采用全悬吊结构；炉膛上部热负荷较低，两相邻垂直管屏外侧管子的管壁温差较小，不至于造成膜式水冷壁损坏 在炉膛高热负荷区采用螺旋管圈型水冷壁，以减小炉内热偏差直流锅炉水冷壁布置直流锅炉水冷壁 过热器和再热器的作用 过热器：将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽

9、。 再热器：将汽轮机高压缸排汽加热成具有一定温度的再热蒸汽。过热器与再热器的结构形式过热器和再热器的作用与特点 都是提高蒸汽焓值，增强其做功能力，从而提高电厂循环热效率。同时再热器可以降低汽轮机排汽的湿度，提高末级叶片的安全性。过热器与再热器的结构形式过热器和再热器的作用与特点 工作特点 外部烟温高：大约在6001400。 内部汽温高：一般在320 540，近年出口汽温可达560 620。 冷却条件差：亚临界压力下的蒸汽密度比水小，蒸汽与管壁间的对流放热系数小，冷却能力差；提高蒸汽流速，可使蒸汽冷却能力增强，但会增大压降，降低蒸汽的做功能力。 安全裕度小：壁温高，管子的工作温度接近允许使用温度

10、。 由蛇形管及进出口联箱组成。 根据对流受热面的放置方式分：立式、卧式。 根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向分：逆流、顺流和混合流。过热器与再热器的结构型式对流式过热器和再热器 由蛇形管及进出口联箱组成。 根据管子排列方式分：顺列、错列。 根据管圈数分：单管圈、双管圈、多管圈。过热器与再热器的结构型式对流式过热器和再热器 布置 半辐射式 布置在炉膛出口烟窗处，称为后屏 辐射式 布置在炉膛上部的前墙和两侧的前半部或布置在炉膛顶部或悬挂在炉膛上部靠近前墙处，分别称为墙式、顶棚式和前屏（分隔屏） 做成挂屏形式，由U型管及进出口联箱构成 1-前墙管；2、3-两侧墙管；4-上联箱工质引出管过热器与再热器的

11、结构型式半辐射、辐射式过、再热器（a）前屏；（b）大屏；（c）后屏过热器与再热器的结构型式 作用 改善工质汽温特性； 降低锅炉金属耗量； 降低炉膛出口烟温，防止排列密集的对流受热面结渣； 消除气流的残余扭转，减少沿烟道宽度的热偏差； 大节距的前屏可对炉膛出口烟气起阻尼和分割导流作用 过热器与再热器的结构型式半辐射、辐射式过、再热器 改善受热面工作条件的措施 布置在远离火焰中心的炉膛上部； 作为低温级受热面； 采用较高的质量流速过热器与再热器的结构型式半辐射、辐射式过、再热器 为了简化炉墙结构，采用悬吊结构的敷管炉墙，在水平烟道和尾部竖井烟道内壁像布置水冷壁那样布置过热器，称为包覆壁过热器。包覆

12、壁过热器一般采用膜式壁结构，相对节距sd等于23，这样可以保证锅炉烟道的气密性，并可减少金属消耗量。过热器与再热器的结构型式包覆壁过热器 锅炉负荷 蒸汽温度与锅炉负荷之间的关系称之为汽温特性，采用不同传热方式的过热器与再热器，汽温变化特性不同 辐射受热面 锅炉负荷D增加，工质流量和煤耗量B相应增加，炉内辐射热 Qf 并不按比例增多， Qf /D 减少，辐射受热面中蒸汽的焓增减少，出口蒸汽的温度下降，图中曲线1，炉膛出口烟温因此上升蒸汽温度调节运行中影响汽温的因素 对流受热面 锅炉负荷D增加，流经对流受热面烟速和烟温提高，工质焓增升高，出口蒸汽温度上升，图中曲线2 采用辐射一对流式受热面，可获得

13、较为平坦的汽温变化特性，减小汽温调节幅度，提高机组对负荷变化的适应性蒸汽温度调节运行中影响汽温的因素 过量空气系数 增加，炉膛温度水平降低，辐射传热减弱，辐射受热面出口汽温降低；对流过热器则由于燃烧生成的烟气量增多，烟气流速增大，对流传热加强，导致出口过热汽温升高,以后者为主 给水温度tgs tgs降低，煤耗量B增加，炉内烟气量增加，出口烟温增加，对流受热面出口蒸汽温度因此升高。辐射式受热面的出口汽温影响不大蒸汽温度调节运行中影响汽温的因素 燃料性质 燃煤中的M和A增加，烟气容积增大，烟速提高；而炉内温度水平降低，出口烟温升高，过热器出口汽温升高。煤粉变粗时，煤粉在炉内燃烬时间增长，火焰中心上

14、移，导致汽温升高蒸汽温度调节运行中影响汽温的因素 受热面污染情况 过热器之前的受热面发生积灰或结渣时，进入过热器区域的烟温增高，过热汽温上升；过热器本身严重积灰、结渣或管内结垢时，导致汽温下降 燃烧器的运行方式 摆动燃烧器喷嘴向下倾斜或多排燃烧器从上排喷嘴切换至下排，由于火焰中心下移，会使汽温下降。反之，汽温则会升高蒸汽温度调节运行中影响汽温的因素 运行中规定汽温偏离额定值的波动不能超过-10+5 汽温过高，金属的许用应力下降，危及机组的安全运行； 汽温下降，循环热效率降低；再热汽温变化过于剧烈，还会引起汽机中压缸的转子与汽缸之间的相对胀差变化，汽机振动增大 蒸汽温度调节汽温调节 蒸汽侧调节

15、通过改变蒸汽热焓调节汽温，主要有喷水减温、汽-汽热交换。 烟气侧调节 通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量分配比例的方法（如烟气再循环、摆动燃烧器）或改变流经过热器、再热器烟气量的方法（如分隔烟道挡板）调节汽温 蒸汽调温的主要方式蒸汽温度调节汽温调节 喷水减温器是将清洁度很高的水直接喷入过热蒸汽中以降低汽温（大锅炉直接由水泵出口取水） 喷水减温装置通常安装在过热器连接管道或联箱中 蒸汽温度调节喷水减温方法 主要有旋涡式、笛形管（多孔喷管）式两种 结构简单，惯性小，调节灵敏，易于自动化，可靠性高。但只能降温，不能升温。电站锅炉普遍采用蒸汽温度调节喷水减温方法 喷水减温方法：调节过热汽温。

16、再热器一般不采用此法，只作为事故喷水减温装置。 大型锅炉通常布置两级喷水减温器。一级在屏前，喷水量大些，汽温粗调，并保护屏；二级在末级过热器前，细调，控制过热器出口汽温。蒸汽温度调节喷水减温方法 用挡板将尾部烟道分隔成两个并列烟道，其一布置低温再热器，另一侧布置低温过热器 调节布置在省煤器后的烟气挡板开度，可改变流经两烟道的烟气量达到调节再热汽温的目的 结构简单，操作方便但延迟较大，挡板宜布置在烟温低于400OC的区域，以免烧坏蒸汽温度调节分隔烟道挡板 采用再循环风机从锅炉尾部低温烟道中(一般为省煤器后)抽出一部分温度为250350O C的烟气，从炉膛底部(如冷灰斗下部)送回到炉膛，用以改变锅

17、炉内辐射和对流受热面吸热量的比例，从而达到调节汽温的目的 耗电量增大，风机磨损大。国内多用于燃油锅炉的再热气温调节蒸汽温度调节烟气再循环 摆动式燃烧器 燃烧器上下摆动土20300，炉膛出口烟温变化约110140，调温幅度可达4060。燃烧器上倾角过大会增加燃料的未完全燃烧损失；下倾角过大又会造成冷灰斗的结渣 蒸汽温度调节改变火焰中心位置 停用各层燃烧器 调温幅度较小，一般应与其它调温方式配合使用 摆动式燃烧器调节再热汽温的同时，会影响到过热汽温 锅炉在满负荷运行时，过热汽温和再热汽温均达到额定值，过热器减温水量理论上为零；锅炉负荷下降，再热汽温下降，燃烧器向上摆动，过热汽温随之上升，需要增加减

18、温水量。负荷降到5060额定负荷时，过热器减温水量达到最大蒸汽温度调节改变火焰中心位置式中： hp 为偏差管焓增， hp = qpFp/Gp； h0 为管组平均焓增，h0 = q0F0/G0 q、F、G 分别为管外壁热负荷、受热面积及工质流量 热偏差热偏差的概念 热偏差是沿烟道宽度方向并列管子间因吸热不均和工质流量不均引起的现象，蒸汽焓增大于管组平均值的管子称偏差管，热偏差程度用热偏差系数 表示 则有 式中：q 、F 和G 分别为吸热、结构和流量不均匀系数 显然， 越大，偏差管与管组工质平均温度偏差越大，偏差管易超温热偏差热偏差的概念 沿烟道宽度方向烟气速度场和温度场不均匀 炉膛四壁水冷壁的吸

19、热与粗糙表面使炉壁附近烟气温度及流速远比火焰中心低，并延伸到对流烟道，是造成过热器并列管组热力不均的主要原因热偏差吸热不均匀性（烟气侧热力不均） 烟气走廊 并列过热器管中个别管排间较大的节距形成(常是靠壁面处)。较大的烟气流通截面使流阻小，烟速大，对流传热强；且具有较大的辐射层厚度，辐射吸热增加，造成热力不均 受热面不同程度的污染 燃烧器负荷不一致，火焰中心偏斜；炉膛上部或过热器局部地区发生煤粉再燃烧 炉膛出口烟气流的残余扭转热偏差吸热不均匀性（烟气侧热力不均） 各并列管圈进、出口压降p 取决于进、出口联箱中压力的变化，而后者又取决于受热面的连接方式，Z形连接方式各并列管圈的p偏差最大，多管连

20、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推导过程热偏差流量不均匀性（工质侧水力不均）热偏差流量不均匀性（工质侧水力不均） Z型连接 U型连接 多管连接 工质比容 并列管受热不均时，受热强的管吸热量多、工质温度高、比容增大，蒸汽流量减小 管圈的结构阻力系数 R 与管子的结构尺寸、粗糙度等有关，管圈的R 值越大，即阻力越大，流量越小 热偏差流量不均匀性（工质侧水力不均） 发生热偏差时，并列管子中吸热量大的管子，热负荷较高（热负荷不均匀系数q1），工质流量又较小（ 流量不均匀系数G 1），故工质焓增大，管子出口工质温度和管壁温度相应升高 即使各并列管圈p、 R相同，因受热不均，

21、工质比容不同也将导致流量不均，使热偏差增大热偏差流量不均匀性（工质侧水力不均） 结构措施 受热面分级 受热面各级之间通过中间联箱进行混合，避免前一级的热偏差延续到下一级而造成各级受热面热偏差的迭加热偏差减少热偏差的措施 运行措施 运行中确保燃烧稳定；烟气均匀充满炉膛适时投入吹灰器减少积灰和结渣，避免受热不均 受热面分段 沿烟道宽度分段，将受热面布置成并联混流方式热偏差减少热偏差的措施 炉宽两侧的蒸汽（联箱连接管）左右交叉，消除烟道左右两侧温度不均和烟速不均引起的热偏差 受热面分级 将受热面分成多级，每一级工质的平均焓增减小，偏差管出口汽温及管组平均汽温的偏差就会减小 采用流量分配均匀的U形或多

22、管连接方式，减少流量不均引起的热偏差热偏差减少热偏差的措施 采用各种定距装置，保证受热面节距，防止在运行中的摆动，有效地消除管、屏间的“烟气走廊” 加装节流圈 在受热面管子入口处加装不同孔径的节流圈，以增加阻力，均匀各管流量 利用流量不均匀来消除吸热不均匀。如屏式过热器外管圈采用大管径或缩短长度，使蒸汽流速增加热偏差减少热偏差的措施 按受热面热负荷分布情况划分管组。如布置在炉壁上的辐射式过热器或再热器，可根据壁面热负荷的分布分成机组，并控制每组的蒸汽流量，使其与所受热负荷相适应。 为提高再热汽温的能力，再热器向炉膛内移动或靠近，增强辐射传热 提高再热汽温的调节能力，再热汽温的调节响应特性比较灵

23、敏 再热器高温布置，与采用烟气挡板调节方式相比，再热器的受热面积约减少65；使再热蒸汽流动阻力控制在0.2MPa以下亚临界锅炉蒸汽系统典型布置采用摆动燃烧器的蒸汽系统 大部分过热器向炉膛内移动或靠近，再热器受热面布置在对流传热较强的水平烟道后部及尾部烟道中采用烟气挡板的蒸汽系统亚临界锅炉蒸汽系统典型布置 再热器受热面较多且处于低温烟道，再热汽温调节反应灵敏性较差，汽温达到稳定的时间比摆动燃烧器调温时间略长 过热器高温布置，与摆动燃烧器调温方式相比，过热器受热面约减少25采用烟气挡板的蒸汽系统亚临界锅炉蒸汽系统典型布置 应用目的 减少蒸发受热面，以价格低廉的省煤器受热面代替价格昂贵的蒸发受热面；

24、 给水经省煤器加热后，温度接近或达到汽包内水的温度，减少给水与汽包壁的温差，使汽包的热应力降低，延长汽包使用寿命。省煤器及其布置省煤器的应用目的与分类省煤器的分类：按制造材料分为： 铸铁式，压力低于4MPa； 钢管式，电站锅炉采用。按水在省煤器中被加热的程度： 沸腾式：中压锅炉（汽化吸热比例大） 非沸腾式：高压、超高压和亚临界锅炉 为增加省煤器烟气侧受热面积，可采用鳍片管省煤器、膜式省煤器或肋片式省煤器。 省煤器及其布置省煤器的应用目的与分类省煤器及其布置 钢管省煤器由蛇形管及进出口联箱组成 蛇形管在烟道中垂直于前墙布置（a） 管子支吊简单，管排数多，水速较小；但对于型锅炉，所有蛇形管靠近后墙部分磨损严重 （a） （b）省煤器及其布置钢管省煤器 蛇形管在烟道中平行于前墙布置（b） 只有后墙附近几根蛇形管磨损较大。但水速较高,阻力较大省煤器及其布置钢管省煤器（a） （b） 管式空气预热器由多根平行错列钢管焊在上、下管板上构成立方形箱体 空气预热器主