第七章第七章 过热器与再热器过热器与再热器u 本章重点：u 一、过热器与再热器的作用和特点；一、过热器与再热器的作用和特点；u 二、过热器与再热器的型式和结构；二、过热器与再热器的型式和结构；u 三、热偏差；三、热偏差；u 四、过热器与再热器的汽温调节；四、过热器与再热器的汽温调节；u 五、过热器与再热器的烟气侧工作过五、过热器与再热器的烟气侧工作过程程。1u 过热器、再热器设计与运行的主要原过热器、再热器设计与运行的主要原则有下列三个：则有下列三个：u （1）防止受热面金属温度超过材料的许）防止受热面金属温度超过材料的许用用温度；温度；（2 2）过热器与再热器温度特性好，在较大）过热器与再热器温度特性好，在较大的负荷范围内能通过调节维持额定汽温；的负荷范围内能通过调节维持额定汽温； （3 3）防止受热面管束积灰、磨损和腐蚀。）防止受热面管束积灰、磨损和腐蚀。2第一节第一节 过热器与再热器的作用和特点过热器与再热器的作用和特点 一、过热器与再热器的作用一、过热器与再热器的作用u过热器与再热器在系统中的位置如图过热器与再热器在系统中的位置如图81所示。所示。u几个名词：几个名词： 主蒸汽（一次汽）主蒸汽（一次汽）过热器出口的过过热器出口的过热蒸汽又称为主蒸汽或一次汽；热蒸汽又称为主蒸汽或一次汽； 再热蒸汽（二次汽）再热蒸汽（二次汽）再热器出口的再热器出口的再热蒸汽又称为再热蒸汽或二次汽；再热蒸汽又称为再热蒸汽或二次汽； 蒸汽再热有一次再热和二次再热之分，蒸汽再热有一次再热和二次再热之分，后者就是蒸汽在汽轮机内作功过程中经过后者就是蒸汽在汽轮机内作功过程中经过两次蒸汽再热。两次蒸汽再热。3 过热器和再热器在热力系统过热器和再热器在热力系统 中的位置中的位置4 u 过热器、再热器的制造过热器、再热器的制造 过热器和再热器是由一定直径、管壁厚过热器和再热器是由一定直径、管壁厚度的无缝钢管弯曲成一定的形状（蛇形或度的无缝钢管弯曲成一定的形状（蛇形或屏形），以利于布置在锅炉烟道有限空间屏形），以利于布置在锅炉烟道有限空间的一种气的一种气汽式热交换器。汽式热交换器。u 过热器、再热器的工作条件过热器、再热器的工作条件 管内：饱和蒸汽进入过热器后温度逐渐管内：饱和蒸汽进入过热器后温度逐渐升高，在其出口达到额定的过热汽温（通升高，在其出口达到额定的过热汽温（通常在常在540 600）；）； 管外：高温烟气（通常在管外：高温烟气（通常在1100 600）携带飞灰以一定的速度流过，容易在管外携带飞灰以一定的速度流过，容易在管外壁产生磨损和腐蚀。壁产生磨损和腐蚀。5 二、蒸汽温度的选择二、蒸汽温度的选择 蒸汽温度的选择要考虑三个因素：循环蒸汽温度的选择要考虑三个因素：循环热效率，汽轮机末级叶片的蒸汽湿度，高温热效率，汽轮机末级叶片的蒸汽湿度，高温钢材的许用温度。钢材的许用温度。 通常蒸汽温度在通常蒸汽温度在540 620。 选用的过热器与再热器受热面钢材，其选用的过热器与再热器受热面钢材，其工作温度几乎都接近许用温度值工作温度几乎都接近许用温度值。如果钢材。如果钢材的工作温度超过了其许用温度，将引起钢材的工作温度超过了其许用温度，将引起钢材的热强度、热稳定性下降，材质恶化，导致的热强度、热稳定性下降，材质恶化，导致受热面损坏。因此，锅炉运行中必须十分注受热面损坏。因此，锅炉运行中必须十分注意防止过热器、再热器等受热面的超温现象。意防止过热器、再热器等受热面的超温现象。67 三、过热器受热面布置的发展三、过热器受热面布置的发展 水加热成过热蒸汽需经过预热、蒸发水加热成过热蒸汽需经过预热、蒸发和过热三个阶段。不同压力的锅炉，过热和过热三个阶段。不同压力的锅炉，过热器吸热量占工质总吸热量的比例是不同的。器吸热量占工质总吸热量的比例是不同的。 中压煤粉炉，过热器布置在炉膛出口少量中压煤粉炉，过热器布置在炉膛出口少量凝渣管束之后的烟道内，其吸收的热量能凝渣管束之后的烟道内，其吸收的热量能适应蒸汽过热热的需要。适应蒸汽过热热的需要。 对于高压煤粉炉，就必须把部分过热对于高压煤粉炉，就必须把部分过热器布置在炉膛内。超高压、亚临界压力和器布置在炉膛内。超高压、亚临界压力和超临界压力的锅炉，上述布置特征就更明超临界压力的锅炉，上述布置特征就更明显了。并且还把部分再热器布置在炉膛内。显了。并且还把部分再热器布置在炉膛内。8 第二节第二节 过热器与再热器的型式结构过热器与再热器的型式结构 按传热方式分类，过热器可分为对流型、按传热方式分类，过热器可分为对流型、辐射型及半辐射型三种型式。辐射型及半辐射型三种型式。 高压以上的大型锅炉大多采用辐射、半高压以上的大型锅炉大多采用辐射、半辐射与对流型多级布置的辐射与对流型多级布置的联合型过热器联合型过热器。过。过热器的蒸汽高温段采用对流型、低温段采用热器的蒸汽高温段采用对流型、低温段采用辐射或半辐射型，以降低受热面管壁钢材温辐射或半辐射型，以降低受热面管壁钢材温度。度。 屏式半辐射型过热器通常布置在锅炉炉屏式半辐射型过热器通常布置在锅炉炉膛的上部空间；辐射型过热器通常布置在炉膛的上部空间；辐射型过热器通常布置在炉顶、炉膛的上部和转向室等贴墙处；对流型顶、炉膛的上部和转向室等贴墙处；对流型过热器布置在水平和垂直烟道中。过热器布置在水平和垂直烟道中。9 再热器实际上相当于中压蒸汽的过热再热器实际上相当于中压蒸汽的过热器，但再热蒸汽温度比中压蒸汽温度高很器，但再热蒸汽温度比中压蒸汽温度高很多。多。 再热器以对流型为主，并位于高温对再热器以对流型为主，并位于高温对流型过热器之后烟气温度较低处，因为再流型过热器之后烟气温度较低处，因为再热蒸汽压力较低、蒸汽密度较小、热蒸汽压力较低、蒸汽密度较小、放热系放热系数较低蒸汽比热也较小，其受热面管壁金数较低蒸汽比热也较小，其受热面管壁金属温度比过热器更高属温度比过热器更高。 但是有些锅炉的部分低温蒸汽段再热但是有些锅炉的部分低温蒸汽段再热器采用辐射型，布置在炉膛上部吸收炉膛器采用辐射型，布置在炉膛上部吸收炉膛的辐射传热。的辐射传热。1011 一、对流型过热器一、对流型过热器 布置在锅炉烟道内，烟气与蒸汽布置在锅炉烟道内，烟气与蒸汽间主要进行对流换热的过热器称为对间主要进行对流换热的过热器称为对流型过热器。流型过热器。 它主要由蛇形管并联组成，其进它主要由蛇形管并联组成，其进出口分别由联箱连接。出口分别由联箱连接。 根据烟气与管内蒸汽的相对流动根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向，可分为逆流、顺流和混合流三方向，可分为逆流、顺流和混合流三种种流动方式流动方式。根据对流受热面的。根据对流受热面的放置放置方式方式又可分为立式和卧式两种。又可分为立式和卧式两种。1213 （一）流动方式（一）流动方式 逆流布置逆流布置具有最大的传热温差，可以具有最大的传热温差，可以节省金属消耗。但蒸汽的高温段和烟气的节省金属消耗。但蒸汽的高温段和烟气的高温段区域重叠在一起，金属壁温很高，高温段区域重叠在一起，金属壁温很高，工作条件最差。工作条件最差。顺流布置顺流布置则相反，蒸汽出则相反，蒸汽出口处烟温最低，因而壁温较低，工作安全。口处烟温最低，因而壁温较低，工作安全。但其传热温差最小，耗用的金属最多，但其传热温差最小，耗用的金属最多，混混合流布置合流布置则综合了逆流和顺流的优点，蒸则综合了逆流和顺流的优点，蒸汽的低温段采用逆流布置，蒸汽的高温段汽的低温段采用逆流布置，蒸汽的高温段采用顺流布置。既保证了管壁的安全，又采用顺流布置。既保证了管壁的安全，又可获得较大的传热温差，所以得到广泛的可获得较大的传热温差，所以得到广泛的应用。应用。14 （二）放置方式（二）放置方式 蛇形管垂直放置时称为蛇形管垂直放置时称为立式放置立式放置。立。立式放置对流过热器都布置在水平烟道内。式放置对流过热器都布置在水平烟道内。蛇形管水平放置时称为蛇形管水平放置时称为卧式放置卧式放置方式，卧方式，卧式对流过热器都布置在垂直烟道内。式对流过热器都布置在垂直烟道内。 立式过热器的优点是支吊比较方便立式过热器的优点是支吊比较方便（见图（见图8-7 ），它的缺点是停炉时管内积水），它的缺点是停炉时管内积水不易排出，锅炉点火时由于通汽不畅易使不易排出，锅炉点火时由于通汽不畅易使管子过热。管子过热。 卧式过热器虽然疏水、排汽比较方便，卧式过热器虽然疏水、排汽比较方便，但支吊结构比较复杂（见图但支吊结构比较复杂（见图8-8 ），）， 常以常以有工质冷却的受热面管子作为悬吊管。有工质冷却的受热面管子作为悬吊管。151617 （三）蛇形管束结构（三）蛇形管束结构 对流过热器与再热器受热面由很多并对流过热器与再热器受热面由很多并联蛇形管组成，蛇形管由无缝钢管制成，联蛇形管组成，蛇形管由无缝钢管制成，其外径一般为其外径一般为3242mm,壁厚为壁厚为37mm。 蛇形管的管径与并联管数应适合蒸汽蛇形管的管径与并联管数应适合蒸汽质量流速的要求质量流速的要求。由于锅炉宽度的增加滞。由于锅炉宽度的增加滞后于锅炉容量的增加，大容量锅炉为了使后于锅炉容量的增加，大容量锅炉为了使对流过热器与再热器有合适的蒸汽流速，对流过热器与再热器有合适的蒸汽流速，常做成双管圈、三管圈或更多的管圈，以常做成双管圈、三管圈或更多的管圈，以增加并联管数，见图增加并联管数，见图8-9。1819 选取过热器的蒸汽质量流速要考虑蒸汽选取过热器的蒸汽质量流速要考虑蒸汽对管壁的冷却能力和蒸汽在管内流动引起的对管壁的冷却能力和蒸汽在管内流动引起的压力降损失两个因素。压力降损失两个因素。 为了保证过热器管子金属的可靠冷却，为了保证过热器管子金属的可靠冷却，蒸汽应有一定的质量流速，它与受热面的热蒸汽应有一定的质量流速，它与受热面的热负荷有关。处于高温烟气区的受热面的热负负荷有关。处于高温烟气区的受热面的热负荷大，蒸汽质量流速应该较高。荷大，蒸汽质量流速应该较高。 而蒸汽质量流速越高，流动压力降也越而蒸汽质量流速越高，流动压力降也越大。为了保证机组的热效率，整个过热器系大。为了保证机组的热效率，整个过热器系统的压力降应不超过其工作压力的统的压力降应不超过其工作压力的10。一。一般对流过热器低温般对流过热器低温w=400w=400 800kg/(m800kg/(m2 2 s)s)，高温段：高温段：w=800w=800 1100kg/(m1100kg/(m2 2 s)s)。20 蛇形管的排列方式有蛇形管的排列方式有顺列和错列顺列和错列两种，两种，（见图（见图8-108-10）。管束的排列特性用）。管束的排列特性用横向相横向相对节距对节距s s1 1/d/d与与纵向相对节距纵向相对节距s s2 2/d/d表示。垂直表示。垂直于烟气流动的方向称于烟气流动的方向称横向横向，平行于烟气流，平行于烟气流动的方向称动的方向称纵向纵向。 在管束排列特性、烟气流速和烟气冲在管束排列特性、烟气流速和烟气冲刷受热面等条件相同时，错列管束的吹灰刷受热面等条件相同时，错列管束的吹灰通道较小，吹灰器不易把管束表面积灰吹通道较小，吹灰器不易把管束表面积灰吹扫清除；或者增大横向节距以增大吹灰扫清除；或者增大横向节距以增大吹灰通通道，可是烟道空间的种用率降低了。顺列道，可是烟道空间的种用率降低了。顺列管束的积灰很容易被吹清。管束的积灰很容易被吹清。21 22 我国大多数锅炉的过热器在高温水平我国大多数锅炉的过热器在高温水平烟道中采用立式顺列布置，烟道中采用立式顺列布置，s2/d=2 3.5，s2/d=2.5 4，后者取决于管子的弯曲半径。后者取决于管子的弯曲半径。 23 在结构上还应使蛇形管束纵向、横向在结构上还应使蛇形管束纵向、横向节距固定，每片蛇形管平整。现代大型锅节距固定，每片蛇形管平整。现代大型锅炉常采用管夹、梳型板及汽冷定位管等蛇炉常采用管夹、梳型板及汽冷定位管等蛇形管结构固定装置。形管结构固定装置。24 对流过热器的烟气流速由防止受热面的对流过热器的烟气流速由防止受热面的积灰和磨损、传热效果和烟气流动压力降积灰和磨损、传热效果和烟气流动压力降等诸因素决定。等诸因素决定。 为防止管束积灰，额定负荷时对流受热为防止管束积灰，额定负荷时对流受热面的烟气流速不宜低于面的烟气流速不宜低于6m/s。在靠近炉膛在靠近炉膛出口烟道中，烟气温度较高，灰粒较软，出口烟道中，烟气温度较高，灰粒较软，受热面的磨损不明显，可采用受热面的磨损不明显，可采用1012m/s以以上的流速；上的流速；当烟气温度降到当烟气温度降到600700以下以下时，灰粒变硬，磨损加剧，烟气流速不宜时，灰粒变硬，磨损加剧，烟气流速不宜高于高于9m/s。 选取合理的烟速，既有较好的传热效果，选取合理的烟速，既有较好的传热效果，又能防止受热面的磨损和积灰。又能防止受热面的磨损和积灰。25 二、屏式过热器二、屏式过热器 （一）种类（一）种类 屏式过热器有大屏、前屏及后屏三种，屏式过热器有大屏、前屏及后屏三种，大屏或前屏过热器布置在炉膛上前部，屏大屏或前屏过热器布置在炉膛上前部，屏间距离较大，屏数较少，吸收炉膛内高温间距离较大，屏数较少，吸收炉膛内高温烟气的辐射传热烟气的辐射传热 。后屏过热器布置在炉膛。后屏过热器布置在炉膛出口处，屏数相对较多，屏间距相对较小，出口处，屏数相对较多，屏间距相对较小，它既吸收炉膛内的辐射热，又吸收烟气冲它既吸收炉膛内的辐射热，又吸收烟气冲刷受热面时的对流传热，故又称为半刷受热面时的对流传热，故又称为半辐射辐射式过热器。式过热器。2627 大型锅炉采用屏式过热器的主要原因是：大型锅炉采用屏式过热器的主要原因是： （1 1）屏式热器吸收炉膛内相当数量的）屏式热器吸收炉膛内相当数量的辐射热量，适应大容量高参数锅炉过热器吸辐射热量，适应大容量高参数锅炉过热器吸热量增加，水冷壁吸热量相对减少的需要，热量增加，水冷壁吸热量相对减少的需要，并使炉膛出口烟气温度限制在合理的范围内。并使炉膛出口烟气温度限制在合理的范围内。 （2 2）对于燃烧器四角布置切圆燃烧方）对于燃烧器四角布置切圆燃烧方式式炉膛，屏式过热器对烟气流的偏转能起到炉膛，屏式过热器对烟气流的偏转能起到阻尼和导流的作用。阻尼和导流的作用。 （3）后屏过热器的横向距比对流管束）后屏过热器的横向距比对流管束大很多，接近灰熔点的烟气通过它时减少了大很多，接近灰熔点的烟气通过它时减少了灰粘结在管子上的机会，有利于防止结渣。灰粘结在管子上的机会，有利于防止结渣。烟气通过后屏烟温下降，也防止了其后的对烟气通过后屏烟温下降，也防止了其后的对流管束结渣。流管束结渣。28 （二）屏式过热器的结构（二）屏式过热器的结构 1、基本结构、基本结构 屏是由许多管子紧密排列成管片屏是由许多管子紧密排列成管片组成，屏间距离组成，屏间距离 s1600600 2800mm,2800mm,大屏大屏和前屏的和前屏的s s2 2可能更大；纵向管中心相可能更大；纵向管中心相对节距对节距s s2 2/d=1.1/d=1.1 1.21.2。29 屏的结构型式有屏的结构型式有U U形、形、W W形、双形、双U U形等数形等数种，见图种，见图8 81414。30 2、固定结构、固定结构 屏的固定结构的基本任务是固定屏的屏的固定结构的基本任务是固定屏的横向节距、纵向节距，保持屏片的平整。屏横向节距、纵向节距，保持屏片的平整。屏的固定结构有汽冷管夹型、滑动块等。图的固定结构有汽冷管夹型、滑动块等。图815为汽冷管夹的几种类型。图（为汽冷管夹的几种类型。图（a)是相邻是相邻两屏间各抽出一根管子高至中间夹在一起以两屏间各抽出一根管子高至中间夹在一起以保持屏间距离。图保持屏间距离。图(b)是用汽冷夹管横向穿是用汽冷夹管横向穿过大屏和后屏，汽冷管还用拉件与水冷壁拉过大屏和后屏，汽冷管还用拉件与水冷壁拉牢。牢。 图（图（c)是屏底部的汽冷夹管。图（是屏底部的汽冷夹管。图（d）是水平布置的汽冷管夹和支承管子的结构。是水平布置的汽冷管夹和支承管子的结构。313233 3、屏的并联管数、屏的并联管数 屏的并联管数是由工质的质量流屏的并联管数是由工质的质量流速确定的。屏位于炉膛上部，所受热速确定的。屏位于炉膛上部，所受热负荷很高。为了屏受热面的安全工作，负荷很高。为了屏受热面的安全工作，必须采用较高的质量流速必须采用较高的质量流速 w，一般推一般推荐荐 w =700 1200kg/(m2 s)。34 三、壁式过热器三、壁式过热器 壁式过热器有炉膛壁管式、顶棚管式壁式过热器有炉膛壁管式、顶棚管式及烟道包覆管式几种。及烟道包覆管式几种。 炉膛壁管式炉膛壁管式过热器布置在炉膛垂直壁过热器布置在炉膛垂直壁面，有的按一定的宽度布置在全炉膛高度面，有的按一定的宽度布置在全炉膛高度上，有的只布置在炉膛上部的部分高度上。上，有的只布置在炉膛上部的部分高度上。炉膛壁管式过热器吸收炉膛辐射传热量。炉膛壁管式过热器吸收炉膛辐射传热量。 顶棚管式顶棚管式过热器布置在全炉顶上，吸过热器布置在全炉顶上，吸收炉膛及烟道内的辐射传热量。水平烟道、收炉膛及烟道内的辐射传热量。水平烟道、转向室及垂直烟道的周壁也都布置壁式过转向室及垂直烟道的周壁也都布置壁式过热器，称为热器，称为包覆管包覆管。35 炉膛、炉顶管及包覆管等壁式过热器炉膛、炉顶管及包覆管等壁式过热器一般都采用膜式受热面结构。它的作用是：一般都采用膜式受热面结构。它的作用是：简化了炉墙结构和炉墙重量，并减少了炉简化了炉墙结构和炉墙重量，并减少了炉膛烟道的漏风量。膛烟道的漏风量。 布置在炉膛内高热负荷区内的壁式过布置在炉膛内高热负荷区内的壁式过热器，必须采用较高的质量流速热器，必须采用较高的质量流速 w，一般一般推荐推荐 w =1000 1500kg/(m2 s)。为了降低其为了降低其管壁金属温度，常将其作为低温过热器段管壁金属温度，常将其作为低温过热器段受热面。受热面。 壁式过热器一般选用内径壁式过热器一般选用内径40mm左右的左右的管子作受热面。管子作受热面。36 四、再热器四、再热器 （一）再热器的工作特点（一）再热器的工作特点 再热蒸汽压力较低，比容较大，蒸汽再热蒸汽压力较低，比容较大，蒸汽的流动阻力也较大。它直接影响再热机组的流动阻力也较大。它直接影响再热机组的热效率。若系统阻力增大，蒸汽压降增的热效率。若系统阻力增大，蒸汽压降增加，势必降低汽轮机中、低压缸的进汽压加，势必降低汽轮机中、低压缸的进汽压力，使汽轮机热耗增加。因此，再热系统力，使汽轮机热耗增加。因此，再热系统的压降限制在的压降限制在0.2MPa以内。以内。 蒸汽压力愈低，密度愈小，传热性能蒸汽压力愈低，密度愈小，传热性能愈差。再热蒸汽的放热系数比过热蒸汽的愈差。再热蒸汽的放热系数比过热蒸汽的小的多小的多,约为其约为其20%。37 （二）再热器的结构特点（二）再热器的结构特点 国产再热机组大多布置在烟温不超过国产再热机组大多布置在烟温不超过850的对流烟道中。的对流烟道中。 为限制再热器的压力降，一般采取以下措为限制再热器的压力降，一般采取以下措施：施： （1）适当降低再热器中蒸汽的质量流速。）适当降低再热器中蒸汽的质量流速。推荐对流再热器的质量流速推荐对流再热器的质量流速 w= 250 400 kg /(m2 s)，辐射再热器辐射再热器 w =1000 1200 kg /(m2 s) 。 （2）再热器受热面管子直径与联箱直径较）再热器受热面管子直径与联箱直径较大；管圈数增多，管间节距增大。大；管圈数增多，管间节距增大。 （3）简化再热器系统。）简化再热器系统。38 为了维持再热器的管壁金属温度低于为了维持再热器的管壁金属温度低于其金属材料的许用温度，可采取以下措施：其金属材料的许用温度，可采取以下措施： （1）再热器大都为对流型受热面，并）再热器大都为对流型受热面，并布置在高温对流过热器后的烟道内；布置在高温对流过热器后的烟道内； （2）有的锅炉把部分再热器做成壁式）有的锅炉把部分再热器做成壁式受热面布置在炉膛上部吸收炉膛辐射传热受热面布置在炉膛上部吸收炉膛辐射传热量或做成后屏再热器布置在后屏过热器之量或做成后屏再热器布置在后屏过热器之后作为第二后屏。后作为第二后屏。 （3）选取许用温度较高的钢材。）选取许用温度较高的钢材。39