水冷壁和过热器.ppt

1、1.1 水循环 锅炉水冷壁管的水循环如右图所示，由锅筒、下降管、联箱和水冷壁管构成水循环回路。 布置在炉膛内的水冷壁管受到火焰和高温烟气辐射的热量加热后，管内水的温度迅速升高，一部分水汽化，在管内形成汽水混合物。布置在炉墙外侧下降管中的水，由于不受热，它的密度s就大于汽水混合物的密度qs。 对于AA截面来说，下降管一侧的水压为s gH，水冷壁一侧汽水混合物的压力为qsgH。显然，下降管一侧的压力大于水冷壁一侧的压力。二者之差称为流动压头。 =gH(s-qs),在流动压头的作用下，水从下降管向水冷壁管（上升管）不断地循环流动，这种现象称为自然循环。蒸汽锅炉中普遍采用自然循环。当利用水泵的压力来完

2、成锅炉水流动时，如某些热水锅炉和大型蒸汽锅炉（直流锅炉），称为强制流动。 在工业锅炉中，通常将整个锅炉的水循环分成几个独立的循环回路。每个回路都有各自独立的上升管、下降管和联箱，只有锅筒为各循环回路共有。右图是SEP型锅炉的几个循环回路。,1.2 水循环故障 受热面管束布置不合理或者运行不当，都会使水循环发生故障，影响锅炉运行的安全性和可靠性。常见的水循环故障有以下几种情况： （1）汽水停滞 在一排并联的水冷壁管中，如果有几根水冷壁管表面结渣或炉膛内烟气偏向流动，那么这几根水冷壁管受热量减小，则推动水循环的压力差也相应地减少，水循环速度缓慢，严重的会发生水循环停滞的现象。 （2）汽水分层 在水

3、管锅炉中，如果受热管水平放置或微斜放置，而流速很低时，那么由于此时汽与水的密度不同，蒸汽偏于管子的上部流动，水在下部流动，形成汽水分层。水冷壁管径越大，出现汽水分层的可能性越大，管子上半部就可能过热烧坏。因此，炉膛顶部的水冷壁管，其倾角应大于15。 （3）下降管带汽 在下降管中流动的应全部是水。如果水中含有蒸汽，其密度减小，水循环的压力差就会减小，严重时会发生水循环停滞，甚至倒流现象。下降管带汽的原因，可能是下降管入口与蒸发面距离太近，当水急速流入下降管时产生漩涡，把水面上的蒸汽卷进下降管；也可能是水冷壁出口与下降管入口的距离太近，使一部分蒸汽未升到水面就被吸入到下降管中去了。,1.3 水冷壁

4、定义和作用 定义 敷设在锅炉炉膛四周，由多根并联管组成的水冷包壳。主要吸收炉膛中高温燃烧产物的辐射热量，工质在其中做上升运动，受热蒸发。 作用 （1）吸收炉内辐射热，将水加热成饱和蒸汽； （2）保护炉墙，简化炉墙结构，减轻炉墙重量，这主要是由于水冷壁吸收炉内辐射热，使炉墙温度降低的缘故； （3）吸收炉内热量，把烟气冷却到炉膛出口所允许的温度，这对减轻炉内结渣、防止炉膛出口结渣都是有利的； （4）水冷壁在炉内高温下吸收辐射热，传热效果好，故能降低锅炉钢材消耗量及锅炉造价。,1.3 水冷壁管的分类 1.光管水冷壁 光管水冷壁由不带鳍片光管组成。图2-1展示了两种结构。 图2-1(a)采用敷管护墙，

5、受热时炉墙和水冷壁管一起向下膨胀。为较新型结构，水冷壁节距较小，s/d约为1.1以下。因此炉墙表面温度低、炉墙薄。单位面积炉墙重量仅有图21(b)轻型炉墙的一半。 图2-1 (b)为轻型炉墙的老式结构，在现代大型锅炉中已不采用，炉墙由钢架支承。水冷壁节距大，s/d约为1.25，炉墙内表面温度高，炉墙厚。,蒸汽锅炉水冷壁管布置的紧密程度用管子的相对节距来表示。管子的节距s与外径d之比（s/d）称为相对节距。相对节距不同，说明水冷壁的吸热量和对炉墙的保护程度不同。若d不变，相对节距减小，说明s减小，管子排列紧密，即在同样大小的炉膛内布置水冷壁管多，水冷壁的吸热量大，炉墙的安全性增强，但火焰照射到炉

6、墙上的辐射热量减少，炉墙对管子的反射热量小，管子金属的利用率低；相反，相对节距增大，水冷壁管的总的吸热量减小，对炉膛的保护作用差，但管子的利用率较高。 在一定s/d下，蒸汽锅炉水冷壁管中心线至炉墙内表面的距离与管子外径的比值对你水冷壁的吸热量及炉墙的保护作用也有影响，若e/d的数值大，则炉墙接受火焰的辐射热多。若d不变，说明管子与炉墙之间的距离增加，炉墙内表示对管子的辐射作用增强，因而蒸汽锅炉水冷壁管的吸热量也较多。但这时炉墙温度升高，炉墙上燃用结渣，悍在水冷壁管背面起固定作用的拉杆也容易烧坏。,2.膜式水冷壁 膜式水冷壁由带鳍片管焊(有两种类型：轧制鳍片管、焊接鳍片管)制而成，如下图所示。

7、现代大型锅炉都采用此种结构，鳍片顶端焊接在一起， 四壁连成一个整体。密封性好，减小炉膛漏风，可防止炉膛结渣。敷管炉墙可不用耐火材料层。只有绝热层和表面密封层，炉墙很薄、重量很轻。,膜式水冷壁的优点 炉膛气密性好 降低金属耗量 不用耐火材料，只需轻型绝热材料，減少 炉墙重量。 便于采用悬吊结构 锅炉蓄热能力减小，炉膛升温快，缩短启 动和停炉时间,3.内螺纹管水冷壁 如下图所示结构，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，内螺纹管破坏了管壁内汽膜，加强汽水混合物对管壁的放热系数，增强了冷却效果，管壁温度下降。用于炉内高热负荷区域的膜式水冷壁，确保水冷壁安全可靠。,

8、4.销钉管水冷壁 销钉管水冷壁用来敷设卫燃带，如图所示。在烧难以着火的煤时，在炉膛内敷设部分卫燃带，以减少该区域内水冷壁吸热，提高炉内温度水平，以便煤粉气流喷入很快着火。因销钉数目多，焊接工作量大，质量要求高，销钉式水冷壁一般用在固态排渣煤粉炉的卫燃带，液态排渣煤粉炉的熔渣池、旋风炉的旋风筒等特殊区域。,在燃烧器标髙附近，四周水冷壁管敷设一层耐火材料，以降低被覆盖水冷壁管的吸热量， 这一层耐火材料就叫卫燃带或燃 烧带。,1.4 水冷壁管的布置形式,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，水冷壁吸热不均，造成水循环故障。将水冷

9、壁设计成若干个独立的循环回路 。 后水冷壁上部作成一个折焰角，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 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,在同一个循环回路中，所有的水冷壁管具有共同的降 水管。如果其中某裉水冷壁管吸热量明显低 于其余水冷壁管，则这根水冷壁管进人汽包 水空间时，可能会产生循环倒流；水冷壁管 进人汽包汽空间时，可能会产生自由水位。 尤论是哪种情况，均会危及该根水冷壁管的 安全。,燃烧器区域布置卫燃带，以

10、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 位于两侧墙与前、后墙 交接处，即位于四个角的水冷壁管，通常称为角隅管，通常将角隅管向炉内突出。由于不但角隅管距离炉膛中心最远，而且炉膛辐射传热比例高达95%，辐射传热是直线传播的，一部分辐射热受到角隅管附近管子的遮挡，使得角隅管的吸热量明显低于其附近的管子。,1.5 问题探讨 水冷壁管在正常运行时，热应力是怎样产生的？ 锅炉正常运行时水冷壁管外壁受到高温火焰的辐射，而内壁则被汽水混合物冷却。汽水混合物的温度就是汽包压力下的饱和温度。 由于水冷壁管在高温火焰的强烈辐射下，热负荷很高，靠近火焰中心的水冷壁管，热负荷更高，

11、因此水冷壁管内外温差可达60-80摄氏度。这里应该说明，如果水冷壁管内壁结垢，由于垢的导热系数比钢小得多，使得管外壁温度明显升高，管壁的热阻比垢小得多，管内壁的温度也随之升高，其内外壁温差非但不增加反而因传热量的减少而降低。 外壁温度高，企图膨胀，内壁温度低，必然阻止外壁膨胀， 外壁承受压缩应力，而内壁承受拉伸应力，这样在水冷壁管内产生了热应力 水冷壁管内外壁温差与壁厚成正比，壁越厚，热应力越大，所以，水冷壁管壁厚不宜超过6mm，当压力更高时，则不采用 增加壁厚的方法而采用强度更高的材料制造水冷壁管例如，锅 炉工作压力lOMPa以下时，水冷壁管通常采用20钢；当锅炉工 作压力超过15MPa时，

12、水冷壁管可以采用15MnV或15CrMo等 低合金钢。,水冷壁管鼓包是怎样产生的？ 当水冷壁管内结垢比较均匀时，管壁温度均匀升髙，水冷壁管的蠕变也比较均匀，其宏观表现为水冷壁管径胀粗，这种 情况比较常见。 当水冷壁管内出现局部腐蚀，管内壁局部变得粗糙时，水垢容易在比较粗糙的地方首先形成，然后逐渐增厚。局部结垢处的金属由于得不到汽水混合物的良好冷却，温度升髙，蠕变速度加快，而管内未结垢的部分因得到了良好冷却，壁温较低，不会出现蠕变，其宏观表现为水冷壁管局部鼓包，如果割管检查，发现凡是鼓包处，其内壁均有垢。,水冷壁管胀粗是怎样造成的？ 在水冷壁管内壁不结垢的情况下，即使是超高压炉，管外壁温度也小于

13、422,低于20钢允许的使用温度。碳钢在350 以上即产生蠕变，但速度很慢，当温度在400450 范围内，温度每增加1215 ，蠕变速度增加一倍。 一般锅炉的水冷壁和过热器的设计寿命为10万h。制造水冷壁管的20钢所取的许用应力低于丄作温度下的蠕变极限，即在设汁寿命内，水冷壁的胀粗不会超过直径的1%, 般肉眼是看不出来的，只有用量具才能测出来。只要在锅炉设计寿命内，水冷壁管直径胀粗不超过1%,可以认为是正 常的。但如果胀粗超过1%，则是不正常的。如果胀粗值超过5%就应该更换管子。产生这种情况的主要原囚是水冷壁管内结 垢，热阻增大，管内汽水混合物对管壁的冷却效果降低，管壁温度升卨，使蠕变速度加快

14、。 由于水冷壁管向火侧的热负荷比背火侧大，向火侧管内结的垢比背火侧多，导致水冷壁管向火侧的壁温比背火侧壁温高，蠕 胀速度比背火侧快。所以，水冷壁管的胀粗是不均匀的，用砂轮 锯割开胀粗的管子，可以明显地看到水冷壁管向火侧的壁厚小于背火侧壁厚。,2.1 概述 过热器的作用是将蒸汽从饱和温度加热到额定的过热温度。在锅炉负荷或其它工况变动时，应保证过热温度的波动处在允许的范围之内。在现代电站锅炉中，蒸汽过热器是锅炉的一个必备的重要部件，在很大程度上影响着锅炉的经济性和运行安全性。 在工业锅炉中，一般采用饱和蒸汽，常把过热器看作为辅助受热面，过热汽温不超过400，通常布置在对流管束中间的烟温小于7008

15、00的区域中，工作是可靠的。 过热器受热面在锅炉总受热面中占了很大的比例，必须布置在更高的烟温区域，其工作条件是锅炉受热面中最为恶劣的，受热面管壁温度接近于钢材的极限允许温度，因此过热器和再热器受热面的合理布置和设计对整台锅炉的经济性和可靠性有很大的影响。在设计时，应在保证过热器和再热器安全可靠工作的基础上力求节省金属，特别是节省合金钢材的消耗量。,2.2 过热器特点 过热器是锅炉中金属壁温最高的受热面，对材质要求高。 过热器的阻力不能太大。 高热负荷区的过热器工质流速高。 过热器出口汽温将随锅炉负荷的改变而变化。 过热器布置受锅炉参数影响。 在锅炉点火升炉或汽轮机甩负荷时，过热器需要采取保护

16、措施。,2.3 过热器的组成 过热器受热面由四部份组成，第一部份为顶棚及后竖井烟道四壁及后竖井分隔墙；第二部份是布置在尾部竖井后烟道内的低温过热器；第三部份是位于炉膛上部的屏式过热器；第四部份是位于折焰角上方的高温过热器。 过热器系统按蒸汽流程分为：顶棚过热器、包墙过热器/分隔墙过热器、低温过热器、屏式过热器及高温过热器。按烟气流程依次为：屏式过热器、高温过热器、低温过热器。,2.4 过热器分类 过热器分类： （1）根据传热方式分：对流、辐射和半辐射式。 （2）根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向分：逆流、双逆流、顺流和混合流。 （3）根据对流受热面的放置方式分：立式、卧式。 （4）根据管子排列方

17、式分：顺列、错列。 （5）根据管圈数分：单管圈、双管圈、多管圈。 （6）根据结构分：屏式过热器、壁式过热器、对流过热器。,2.4.1 对流过热器 对流过热器布置在锅炉的对流烟道中，主要依靠对流传热从烟气中吸收热量。在中小型锅炉中，一般采用纯对流式过热器；在大型锅炉中，采用复杂的过热器系统，然而对流过热器仍是其中主要的部分。 对流过热器有垂直布置和水平布置的两种型式。工业锅炉中过热器的型式如图2-15所示。垂直式过热器用于立式水管锅炉，水平式过热器用于卧式水管锅炉。,在电站锅炉中，垂直式过热器（多用于型）通常布置在炉膛出口的水平烟道中，图2-16所示为一中压130t/h锅炉的过热器简图。其优点是

18、结构简单，吊挂方便，结灰渣较少，得到了广泛的应用。其主要缺点是停炉后管内积水难以排除，长期停炉将引起管子腐蚀。在升炉时，由于管内积存部分水，在工质流量不大时，可能形成气塞而将管子烧坏，因此在升炉时应控制过热器的热负荷，在空气没有完全排除以前，热负荷不应过大。,布置在尾部竖井中的对流过热器以及塔式和箱式锅炉的过热器采用水平布置方式。水平式过热器的优点是易于疏水排气，但支吊比较困难，在高温烟区通常采用管子吊挂的方式，以节省高合金钢的耗量。 对流式过热器管的组成 对流过热器由大量平行并列的蛇形管所组成,其进出口与集箱相连,蛇形管外径通常采用32, 38, 42mm的无缝钢管，壁厚37mm，由强度计算

19、确定。过热器所用的材料取决于工作温度。过热蒸汽温度低于425的小容量锅炉，过热器管可全部采用碳素钢管；对于450的中压锅炉，通常低温段采用碳素钢管，高温段采用低合金钢管；对于高压锅炉的过热器通常采用优质合金钢管。但是对于奥氏体高合金钢，则由于其冶炼复杂，价格昂贵，应尽可能不用或少用。,对流式过热器的布置形式 过热器的布置按蒸汽与烟气的流动方向可分为顺流、逆流、双逆流或混流布置，如图2-17所示。 逆流布置有最大的传热温压，金属耗量最少，但蒸汽出口温度最高处也是烟温最高处，管子工作条件差。一般在烟温较低区域的低温过热器和低温再热器采用逆流布置方式 顺流方式则相反，传热温压小，耗用金属多，但蒸汽出

20、口处的烟气温度最低，管壁工作条件好。 般在低烟温区采用逆流，在高烟温区采用混流布置。,为保证过热器中工质流速，过热器蛇形管可以布置成单管圈或多管圈，如图2-18所示。这样就可以在烟道截面不变的条件下，使蒸汽通道截面增加一倍或几倍，亦即在烟气流速不变的条件下，可使蒸汽流速降低一半或更多。在现代大型锅炉中，常采用多管圈的型式。,相反，在小型锅炉中，由于烟道宽度相对过大，为提高蒸汽流速，可在集箱内装置隔板，将过热器受热面沿烟道宽度方向分成几组，串连成二段或三段，如图2-19所示。,烟气横向冲刷顺列布置受热面管子时的传热系数比冲刷错列布置时小，但顺列管束管外积灰易于被吹灰器清除。 布置在高烟温区的过热

21、器或再热器一般易产生粘结性积灰，为便于蒸汽吹灰器清除积灰及支吊方便，都以顺列方式布置。 尾部烟井中低温过热器和低温再热器一般采用错列布置，以增强传热，但有的大型电站锅炉将它们以顺列方式布置，以便于吹灰和支吊。,管子的顺列和错列布置方式 （a）顺列 （b）错列,s1/d2.03.5,s1/d3.03.5,过热器受热面一般总是布置在烟气温度较高的区域。为减轻灰渣的粘接，为吹灰的方便以及支吊的简便，多采用顺列布置，其横向节距s1/d2.03.5，纵向节距取决于管子的弯曲半径及管圈的结构。如过热器入口烟温较高，为防止过热器结渣，常把过热器前几排拉稀，亦即把管束中的一排拉成二排而成为错列布置，如图2-2

22、0所示，这样可使管束前几排的横向节距增加一倍。为了防止在管子间形成渣桥而堵塞烟道，拉稀管束的节距与管径之比应为：横向节距与管径之比s1/d4.5，纵向节距与管束之比s2/d3.5。,2.4.2 半辐射屏式过热器 在现代高参数大容量锅炉中，蒸汽过热所需的吸热量增大，必然地把过热器布置在更高的烟温区域，以减少过热器的金属消耗量，但对于燃烧固体燃料的锅炉，对流过热器前的烟气温度受到结渣条件的限制，不能过于提高，因此，在炉膛出口处进入对流烟道之前布置几排稀疏的管屏，既吸收烟气流过时的对流热，又吸收炉膛中的辐射热及屏间烟气的气空辐射热，称为半辐射屏式过热器，应用得非常普遍。吸收的对流热和辐射热的比例依布

23、置位置而定。 屏与屏之间的节距一般为5001000mm，屏中管数一般为1530根，根据所需蒸汽流速确定，每根管子之间的节距和管径为1.11.25. 屏的结构型式有U形、W形、双U形（串联、并联）等几种。 屏的并联管数是由工质的质量流速确定的。屏位于炉膛内，其热负荷是很高的。为了屏受热面的安全工作，必须采用较高的质量流速,一般推荐7001200kg/(s)。,优点 利用屏式受热面吸收一部分炉膛和高温烟气的热量，能有效地降低进入对流受热面的烟气温度，防止密集对流受热面的结渣，并且减轻了大型锅炉炉膛壁面积相对较小，不能布置辐射受热面的困难，因而扩大了煤种的适用范围。 装置屏式过热器后，使过热器受热画

24、布置在更高的烟温区域，因而减少了过热器受热面的金属消耗量。 由于屏式过热器吸收炉膛辐射热，以及由于它布置在更高的烟温区域，并且有较大的气体辐射层厚度，气室辐射热量增加，使过热器辐射吸热的比例增大，改善了过热汽温的调节特性。 实践证明，屏式过热器能在10001300烟温区域可靠地工作，并具有稳定的汽温特性。,结构 屏式过热器的结构见图2-21。其管屏由外径为3242mm的无缝钢管组成，屏与屏间的节距s1500900mm，屏中管数由蒸汽流速确定一般为1530根，各根管子之间的相对节距s2/d1.11.25。屏悬挂在炉顶的构架梁上，受热后能自由地向下膨胀。为了增加屏的刚性，保持各屏之间的节距，可将相

25、邻两屏中的任一管子互相夹持在一起，而各屏本身的管子也用管子夹紧，使其中的各根管子不能从屏的平面中凸出,布置形式 屏式过热器的各种布置见图2-22。其中前屏主要吸收炉膛辐射热，烟气冲刷不好，对流传热所占份额较小，其它各屏则同时吸收辐射热与对流热，为半辐射式。垂直布置与水平布置的优缺点与对流过热器相同，即垂直布置时的结构比较简单，支承方便；而水平布置的优点是在停炉时容易疏水。对于露天或半露天布置的锅炉，也有采用可以疏水的垂直布置的屏。,改进 屏式过热器受炉膛火焰直接辐射，热负荷比较高，而屏中各管圈的结构和受热条件的差别又较大，因而屏式过热器的热偏差较大，特别是外围管子，直接受到炉膛的高温辐射，工质

26、行程又最长，因而流阻大，流量小，其工质焓增常比平均焓增大4060，容易超温烧坏。为了平衡各管圈的吸热偏差防止外圈管子超温，有许多改进的结构，见图2-23。如将每片屏的外圈管子采用较短的长度或用较大的管径，或将外圈管子交换到内圈里去等，也可将外圈管子采用更好的材料以提高其工作可靠性,2.4.3 辐射过热器（墙式过热器） 布置在炉膛壁面上的过热器直接吸收炉膛辐射热，称为辐射过热器，或称墙式过热器。 在高参数大容量锅炉中，尤其是在有再热器的锅炉中，蒸汽过热及再热的吸热量占的比例很大，而蒸发吸热所占的比例减少，因此，为了在炉膛中布置足够的受热面，就需要布置辐射过热器。 在大型锅炉中，布置辐射过热器对改

27、善汽温调节特性和节省金属消耗是有利的，在国外已有一定的发展，特别是美国福斯特惠勒公司应用甚广。但是由于炉膛热负荷很高，辐射过热器管子的工作条件较差，因此对其安全性应特别注意，尤其在启动和低负荷运行时，问题更为突出。,布置方式 辐射过热器的布置方式很多，在自然循环锅炉中，通常是垂直地布置在炉膛壁面上，这样与水冷壁的配合比较方便。辐射过热器的管子可以布置在炉膛四壁的任一面墙上；它可以仅布置在炉膛上部，也可以沿炉膛全高度布置；它可以集中布置在某一区域，也可以与水冷壁管子间隔排列。把辐射过热器管子仅布置于炉膛上部的优点是可以使管子避开热负荷最大的火焰中心，但是这种布置使水冷壁的高度降低，对水循环的安全

28、性不利。如沿炉膛全高布置，则处于火焰中心区的过热器管子的工作条件很差，在设计时应加以特别注意。根据已有的运行经验，在正常工作条件下，辐射过热器中最大的管壁温度可能比管内工质温度高出约100120，因此辐射过热器常作为过热器的低温段，在采用15CrMo钢作为管子材料时，其出口工质温度不宜超过400，在用12Cr1MoV钢时，不宜超过450，并应采用较高的质量流速为了提高辐射过热器管内的工质流速，必须减少并联管子的数目，因此常把过热器管分组，增加过热蒸汽的流动次数，如图2-24所示。这样还可使同一管组的宽度较窄，减轻炉膛热负荷分布不均匀的影响,冷却方式 已有的运行经验表明，在正常工作条件下，辐射过

29、热器的工作是安全可靠的，重要的问题是如何保证启动时管子的冷却。因为在此期间，炉膛热负荷已很高，而管内工质流量很小，因此容易将管子烧坏。 在启动时，辐射过热器的冷却方式有以下三种： （1）用水冷却。由于此种冷却方式的系统和操作均较复杂，也不能保证工作的可靠性，因此已不大采用。 （2）用外来蒸汽冷却。采用这种冷却方式虽然比较简单，但必须有其它锅炉供汽。对于大容量锅炉，消耗的蒸汽量相当可观，一般需额定蒸发量的10左右。 （3）自生蒸汽冷却。这种方法比较简单，仅需加装两个启动用的重油喷嘴，其位置应使火焰中心远离辐射过热器，而靠近蒸发受热面管子，这样既可避免烧坏过热器管子，又可加快蒸汽的产生。,2.4.

30、4 包墙管过热器 在现代大型锅炉中，为了采用悬吊结构和敷管式炉墙，在水平烟道和后部竖井的内壁，象水冷壁那样布置过热器管，称为包墙管过热器。这样可将水平烟道和后部竖井的炉墙直接敷设在包墙管上，形成敷管炉墙，从而可以减轻炉墙的重量，简化炉墙的结构。包墙管悬吊于炉顶，采用比较简单的全悬吊锅炉构架。 包墙管的管径与过热器相同。管间节距，由光管组成时，s/d1.11.2；采用膜式结构时，s/d23。膜式包墙管在管与管间焊上扁钢，可以保证锅炉的严密性，减少漏风，并可节省钢管耗量。包墙管紧靠炉墙，仅受烟气单面冲刷，而且烟速较低，因此传热效果较差。 包覆壁过热器内蒸汽来自焓增很小的炉顶过热器或直接来自汽包，蒸

31、汽温度较低。因此，包覆壁过热器具有较低的管壁温度，这有利于减少锅炉的散热损失。 包覆壁过热器也具有将蒸汽输送到布置在尾部烟道的低温过热器进口的作用。,2.5 过热器的系统布置 对于低压小容量锅炉，过热汽温不高，比较简单，一般采用纯对流过热器，布置在对流管束之间烟气温度不超过700800的烟道内，采用逆流布置。 对于中压锅炉，也采用纯对流过热器，布置在炉膛出口的水平烟道中。过热器分成两级，蒸汽的低温级布置在烟气的低温部分，采用碳钢作为材料，常用逆流布置；蒸汽的高温级布置在烟气的高温部分，部分或全部应用低合金钢作为材料，常用混流布置，使蒸汽的最高温度处布置在烟温比较适中的地方。 在高压和超高压以上

32、锅炉中，广泛采用屏式过热器，也有用辐射式过热器，组成辐射对流式过热器系统，如图2-28所示。 屏式过热器的布置原则与辐射过热器相同，其与对流过热器的连接系统如图2-29所示。,2.6 影响汽温变化的因素 影响汽温变化的因素有以下六方面： 锅炉负荷 过量空气系数 给水温度 受热面污染情况 燃烧器的运行方式,41,一、锅炉负荷 汽温特性：右图为汽温与锅炉负荷（或工质流量）的关系 辐射式过热器只吸收炉内的直接辐射热。随着锅炉负荷的增加，辐射式过热器中工质的流量和锅炉的燃料耗量按比例增大，但炉内辐射热并不按比例增加，因为炉内火焰温度的升高不太多。随锅炉负荷的增加，炉内辐射热的份额相对下降，辐射式过热器

33、出口蒸汽温度下降。 当锅炉负荷增大时，将有较多的热量随烟气离开炉膛，对流过热器中的烟速和烟温提高，过热器中工质的焓增随之增大。对流式过热器的出口汽温随锅炉负荷的提高而增加,屏式过热器的汽温特性将稍微平稳一些，因它以炉内辐射和烟气对流两种方式吸收热量。不过它的汽温特性有可能是在高负荷时对流传热占优势而低负荷时则辐射传热占优势。 大型电站锅炉的过热器，辐射吸热的份额不大，整个过热器的气温特性是对流式的，即负荷增加时，出口汽温增加，或者说负荷降低时，出口汽温下降。,二、过量空气系数 炉膛内过量空气系数增大时，将使得炉内火焰温度降低，炉膛水冷壁吸热量减少，使炉膛出口烟温增加。辐射式过热器和再热器的吸热

34、量减少，汽温随过量空气系数的增大而下降。 过量空气系数增大使燃烧生成的烟气量增多，流过烟道的烟气流速增大。对于对流式过热器，由于对流传热系数和温压的增加，其出口汽温也随着升高。 在锅炉运行过程中，有时用增加炉内过量空气系数的方法来提高汽温，但这将以降锅炉效率作为代价。因过量空气系数太大，锅炉排烟热损失将增加 。,三、给水温度 锅炉运行过程中常常会因高压加热器停运等原因而使给水温度降低。 为保持锅炉负荷不变，必须增加投入炉膛的燃料，这将使得炉内烟气量增加，炉膛出口烟温增加。对流式过热器的吸热量增加，而此时流经过热器的蒸汽量未变，因此出口蒸汽温度将随给水温度的下降而升高。 给水温度的变化对辐射式过

35、热器的出口汽温影响很小，基本保持不变。 一般锅炉过热器总体呈对流汽温特性，若给水温度降低过多，有可能引起过热蒸汽超温。运行经验标明，给水温度降低10，过热蒸汽温度增加45，燃煤耗量增加0.65%。通常采用降低负荷运行方法保证过热器的安全,四、受热面污染情况 过热器之前的受热面（水冷壁）积灰或结渣：炉膛出口烟气温度提高，会使得蒸汽温度升高。 过热器本身积灰、结渣或者管内结垢，吸热量减少而导致蒸汽温度降低。 五、燃烧器的运行方式 高压及以上锅炉机组的燃烧器都有多排，而且有些燃烧器的喷口可以向上或者向下倾斜。燃烧器配风工况改变（总风量不变）、燃烧器喷口向上或者向下倾斜或者运行中投入不同标高的燃烧器都

36、会影响到燃烧室火焰中心的位置。 当火焰中心上移时，炉膛辐射吸热份额下降，布置在炉膛上部和水平烟道内的过热器的传热温差增大，吸收热量增多，而蒸汽量没有变化，因此会导致过热器出口汽温升高。,2.7 过热蒸汽温度的调节 对汽温调节方法的基本要求： 锅炉工况发生变化时，应自动迅速的调节过热汽温，热惰性和延迟性要小； 对过热器要有保护作用，同时调节范围要广； 本身结构简单，运行可靠，体积小； 不影响蒸汽品质，对循环效率影响小； 不过分的降低锅炉的经济性，附加的金属和设备的消耗要小，为调节汽温不要过分的加大过热器的受热面积 蒸汽温度调节方式烟气侧和蒸汽侧调节两大类。 烟气侧调节：改变烟气对蒸汽的传热量，使

37、蒸汽的温度发生变化。 蒸汽侧调节：利用其它介质直接改变蒸汽的温度。,47,2.7.1 蒸汽侧调节 常采用的设备是表面式减温器和喷水减温设备 表面式减温器 它是一种管式汽水换热器，利用锅炉的给水或炉水来冷却蒸汽温度，达到调节过热汽温的目的，如图2-37所示。这种减温器主要优点是水与蒸汽不直接接触，因此对水质没有特殊的要求，在中小锅炉中应用较多。 图2-37表示用给水冷却的面式减温器简图，冷却水在U形管管内流动，蒸汽在管间通过，改变冷却水量即可调节过热汽温，减温器筒体可同时作为过热器集箱。U形管进口与出口在筒体外分别用小集箱连接，在管子穿出筒体的地方用套管保护，以使筒体不受温度应力。,缺点 由于蒸

38、汽引入管与引出管离减温器端部有一段距离，使得靠端部的蒸汽具有较多的冷却面积，其冷却程度较大，引起过热器各蛇形管中的工质温度分布不均匀，即靠端部的蛇形管中的蒸汽温度低，单这个原因，可使过热蒸汽的温度偏差达1020，通常称减温器的这种现象为“端部效应”。 减温器布置位置 布置在出口端时，因对过热器失去保护作用，因此在电站锅炉中是不采用的 布置在进口端时，其优点是减温水不会发生汽化，减温器的工作比较可靠，但是这种布置的调节惯性大，而且在减温器中蒸汽冷凝，形成大量冷凝水，分配不易均匀，造成很大的热偏差，有时在个别蛇形管中形成水塞而将管子烧坏，因而在目前已用得很少。 布置在两级过热器之间，既能保护高温段

39、过热器，而调节惯性又较小，而且由于进入减温器的蒸汽温度较高，传热温差较大，因而可以减少传热面积，缩小减温器尺寸。其缺点是由于蒸汽温度较高，在降低负荷时通过的减温水量减少，可能引起减温水蒸发而造成水击或部分蛇形管冷却不够而过热损坏的现象。为了避免这些问题，通过的减温水量不能太少，因而限制了减温器的调节幅度。,表面式减温器与省煤器的连接方式 在给水系统中，面式减温器与省煤器的连接可以并联，也可以串联 （1）并联系统：一部分给水通过减温器，一部分给水通过省煤器，然后在省煤器后汇合进入锅筒。这种方式有较大的缺点，因为通过减温器的水量较大，常占总给水量的3040，有时甚至达5060，这就使通过省煤器的水

40、量较少，而且经常变化，造成省煤器的工作不可靠。 （2）串联系统：其系统见图2-38。减温水由给水管路中抽出经减温器后仍回到给水管路进入省煤器。采用串联布置的缺点是由于提高了省煤器的进口水温，要提高排烟温度或者增加省煤器的受热面。,减温水来源 除了用给水作为减温水外，有些锅炉还采用锅筒中的炉水作为减温水。其主要优点是由于炉水温度为饱和温度，蒸汽不会冷凝，因而不会引起凝结水分配不均匀的问题。其主要缺点是炉水含盐量大，如渗漏到过热蒸汽中将影响蒸汽品质，以及由于传热温差小，减温器的尺寸很大，因而在目前已很少采用。,喷水减温器 喷水减温：将水直接将水喷入蒸汽中，喷入的水在加热、蒸发和过热的过程中消耗蒸汽

41、的热量，使汽温降低。 喷水减温调节法、调节灵敏、惯性小，易于实现自动化，加上调温范围大、设备结构简单，所以在电站锅炉上获得了普遍应用。 减温水：给水（35锅炉容量） 位置：过热器连接管道或者联箱 两级喷水减温，保证高温过热器安全、减小迟滞、提高灵敏度 第一级：屏式过热器前，保护屏式过热器，粗调，1/2 第二级：末级高温过热器前，微调,1/2 喷水减温只能使蒸汽温度降低，不能使蒸汽温度升高，过热器设计时需多布置一些受热面，使锅炉在低负荷时能达到额定汽温，而在高负荷时投入减温器喷水减温。,喷水形式： 文丘里减温器 漩涡式喷嘴减温器 多孔喷管式减温器（笛形管式减温器）,文丘里管式喷水减温器 1减温器

42、联箱；2文丘里管；3喷水孔；4环形水室；5减温水室；6混合室,在文丘里管的喉部，布置有多排3mm的小孔，减温水经水室从小孔喷入蒸汽流中。孔中水速约12m/s，喉部蒸汽流速达70100m/s，使水和蒸汽激烈混合而雾化，该种减温器蒸汽流动阻力小，水的雾化效果较好。,漩涡式喷嘴喷水减温器 1-漩涡式喷嘴；2-减温水管；3-支撑钢碗； 4-减温器联箱；5-文丘里管；6-混合管,减温水经漩涡式喷嘴喷出雾化，在文丘里管喉部与高速（70120m/s）蒸汽混合，很快汽化与过热，使汽温降低。混合管长约45m，混合管与蒸汽管道的间隙为610mm。这种减温器雾化质量很好，能适应减温水量频繁变化的场合，而且减温幅度较大。,多管式喷水减温器 1多孔管；2混合管；3减温器联箱,多孔喷管上开有若干喷水孔，喷孔一般在