水冷壁和過熱器共66頁

1、水冷壁和過熱器1-1水循環(huán)鍋爐水冷壁管的水循環(huán)如右圖所示，由 鍋筒、下降管、聯(lián)箱和水;令壁管構成水循環(huán) 回路。布置在爐膛內(nèi)的水冷壁管受到火焰和高 溫煙氣輻射的熱量加熱后,管內(nèi)水的溫度迅 速升高，一部分水汽化,在管內(nèi)形成汽水混 合物。布置在爐墻外側(cè)下降管中的水，由于 不受熱,它的密度PS就大于汽水混合物的密 度 pqs。對于AA截面來說z下降管一側(cè)的水 壓為ps gH ,水冷壁一側(cè)汽水混合物的壓力 為pqsgH。顯然，下降管一側(cè)的壓力大于水 冷壁一側(cè)的壓力。二者之差稱為流動壓頭。Ap=gH(ps-pqs)在流動壓頭的作用下，水從下降 管向水冷壁管（上升管）不斷地 循環(huán)流動，這種現(xiàn)象稱為自然循 環(huán)

2、。蒸汽鍋爐中普遍采用自然循 環(huán)。當利用水泵的壓力來完成鍋 爐水流動時，如某些熱水鍋爐和 大型蒸汽鍋爐（直流鍋爐），稱 為強制流動。在工業(yè)鍋爐中，通常將整個 鍋爐的水循環(huán)分成幾個獨立的循 環(huán)回路。每個回路都有各自獨立 的上升管、下降管和聯(lián)箱，只有 鍋筒為各循環(huán)回路共有。右圖是SEP型鍋爐的幾個循環(huán)回路。1 -2水循環(huán)故障受熱面管束布置不合理或者運行不當,都會使水循環(huán)發(fā)生故障，影響鍋爐運行 的安全性和可靠性。常見的水循環(huán)故障有以下幾種情況:(1)汽水停滯在一排并聯(lián)的水冷壁管中；如果有幾根水冷壁管表面結(jié)渣或爐膛內(nèi)煙氣偏向流動 那么這幾根水冷壁管受熱量減小則推動水循環(huán)的壓力差也相應地減少水循環(huán)速度 緩

3、慢嚴重的會發(fā)生水循環(huán)停滯的現(xiàn)象。(2 )汽水分層八 L V sSfec在水管鍋爐中,如果受熱管水平放置或微斜放置而流速很彳氐時”那么由于此時 汽與水的密度不同，蒸汽偏于管子的上部流動,水在下部流動形成汽水分層。水冷 壁管徑越大,出現(xiàn)汽水分層的可能性越大管子上半都就可能過熱燒壞。因此爐膛 頂部的水冷壁管，具傾角應夭于15(3 )下降管帶汽在下降管中流動的應全部是水。如果水中含有蒸汽，其密度減小，水循環(huán)的壓力 差就會減小.嚴重時會發(fā)生水循環(huán)停滯;甚至倒流現(xiàn)象。下降管帶汽的原因；可能是 下降管入口與蒸發(fā)面距離太近，當水急速流入下降管時產(chǎn)生漩渦z把水面上的蒸汽卷 進下降管；也可能是水冷壁出口與下降管入

4、口的距離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水冷壁定義和作用定義敷設在鍋爐爐膛四周,由多根并聯(lián)管組成的水冷包殼。主要 吸收爐膛中高溫燃燒產(chǎn)物的輻射熱量,工質(zhì)在其中做上升運動, 受熱蒸發(fā)。作用(1) 吸收爐內(nèi)輻射熱,將水加熱成飽和蒸汽；=(2) 保護爐埴,簡化爐埴結(jié)構，減輕爐墻重量z這主要是由于 水冷壁吸收爐內(nèi)輻射熱，使爐墻溫度降低的緣故；(3) 吸收爐內(nèi)熱量,把煙氣冷卻到爐膛出口所允許的溫度,這 對減輕爐內(nèi)結(jié)渣、防止爐膛出口結(jié)渣都是有利的；(4) 水冷壁在爐內(nèi)高溫下吸收輻射熱，傳熱效果好,故能降低 鍋爐鋼材消耗量及鍋爐造價。1.3水冷壁管的分類1 光管水冷壁光管水冷壁由

5、不帶鰭片光管組成。圖21 展示了兩種結(jié)構。圖(a)采用敷管護墻,受熱時爐墻和水;令壁 管一起向下膨脹。為較新型結(jié)構,水冷壁節(jié) 距較小，s/d約為1以下。因此爐墻表面溫度 低、爐墻薄。單位面積爐墻重量僅有圖2 1 (b)輕型爐墻的一半。圖(b)為輕型爐墻的老式結(jié)構，在現(xiàn)代大 型鍋爐中已不采用，爐墻由鋼架支承。水冷壁節(jié)距大 s/d約為1.25 ,爐墻內(nèi)表面溫度高， 爐墻厚。7 +仆)圖2l光督水冷隕(“敷骨爐tth54地爐Jfl 蒸汽鍋爐水冷壁管布置的緊密程度用管子的相對節(jié)距來表示。管 子的節(jié)距s與外徑d之比（s/d）稱為相對節(jié)距。相對節(jié)距不同，說 明水冷壁的吸熱量和對爐墻的保護程度不同。若d不變

6、，相對節(jié)距 減小，說明s減小，管子排列緊密，即在同樣大小的爐膛內(nèi)布置水 冷壁管多，水冷壁的吸熱量大，爐墻的女全性增強，但火焰照射 到爐墻上的輻射熱量減少，爐墻對管子的反射熱量小，管子金屬 的利用率低；相反，相對節(jié)距增犬，水冷壁管的總的吸熱量減小, 對爐膛的保護作用差，但管子的利用率較高。在一定s/d下，蒸汽鍋爐水冷壁管屮心線至爐墻內(nèi)表面的距離與 管子外徑的比值對你水冷壁的吸熱量及爐墻的保護作用也有影響, 若e/d的數(shù)值人，則爐墻接受火焰的輻射熱多。若d不變，說明管 子與爐墻之間的距離增加，爐墻內(nèi)表示對管子的輻射作用增強， 內(nèi)而蒸汽鍋爐水冷壁管的吸熱量也較多。但這時爐墻溫度升高， 爐墻上燃用結(jié)渣

7、，悍在水冷壁管背面起固定作用的拉桿也容易燒 壞。膜式水冷壁由帶鰭片管焊（有兩種類型：軋制鰭片管、焊接鰭片 管）制而成,如下圖所示?，F(xiàn)代大型鍋爐都采用此種結(jié)構,鰭片 頂端焊接在一起，四壁連成一個整體。密封性好,減小爐膛漏 風，可防止爐膛結(jié)渣。敷管爐埴可不用耐火材料層。只有絕熱 層和表面密封層，爐墻很薄、重量很輕。8M 穴虜冷心膜式水冷壁的優(yōu)點爐膛氣密性好A降低金屬耗量不用耐火材料,只需輕型絕熱材料,減少爐墻重量。-便于采用懸吊結(jié)構鍋爐蓄熱能力減小,爐膛升溫湊,縮短啟動和停爐時間壬3 內(nèi)螺紋管水冷壁如下圖所示結(jié)構，工質(zhì)在管內(nèi)流動時產(chǎn)生強烈的擾動。把液體壓向壁面，強迫汽泡脫離管壁被水帶走，內(nèi)螺紋管破

8、壞了管壁內(nèi)汽膜，加強汽水混合物對管壁的放熱系數(shù)，增強了冷卻 效果，管壁溫度下降。用于爐內(nèi)高熱負荷區(qū)域的膜式水冷壁， 確保水冷壁安全可靠。111 2-4內(nèi)螺紋背4 銷釘管水冷壁銷釘管水冷壁用來敷謚衛(wèi)蠱 如圖所示。在燒難以著火的煤 時，在爐膛內(nèi)敷設部分衛(wèi)燃帶, 以減少該區(qū)域內(nèi)水冷壁吸熱， 提高爐內(nèi)溫度水平，以便煤粉 氣流噴入很快著火。因銷釘數(shù) 目多,焊接工作量大，質(zhì)量要 求高,銷釘式水冷壁一般用在 固態(tài)排渣煤粉爐的衛(wèi)燃帶，液 態(tài)排渣煤粉爐的熔渣池、旋風 爐的旋風筒等特殊區(qū)域。在燃燒器標髙附近，四周水冷壁管敷設 耐火材料，以降低被覆蓋水冷壁管的吸 這-層耐火材料就叫衛(wèi)燃帶或燃燒帶。畫2梢句答水停驗1

9、 -4水冷壁管的布置形式圖10-5自然循環(huán)鍋爐除冷壁屏布置4亠膛$、2前墻水冷墜）3側(cè)墻水冷壁，4 一后墻水冷璉；5下降管支薈$ 6大直睦下降管 川一每個水冷壁管屏并聯(lián)管根數(shù)在同個循環(huán)冋路中，所有的水冷壁管具有 降水管。如果其中某很水冷壁管吸熱量明屋 余水冷壁管，則這根水冷壁管進人汽包水竿 町能會產(chǎn)生循環(huán)倒流；水冷壁管進人汽包瀘 可能會產(chǎn)生口由水位。尤論是哪種情況，均會危及該根水冷壁管的大容量鍋爐沿爐膛周界熱負荷兩邊高,燃燒器區(qū)域附取習習/ PK冷壁吸址以、均旦曲八沁口卅“時k*年議水循環(huán)故障。將水冷壁設計成若干個獨立的循環(huán)回路。后水冷壁上部作成一個折焰角,同時拉出部分管束作為后墻 懸吊管，折

10、焰角以一定的角度向后上方延伸形成水平煙道, 然后垂直向上形成排管與上集箱連接虜可增加水平煙道長度, 改善爐膛出口煙氣的空氣動力特性，增長煙氣流程,強化煙 氣的混合水冷壁上部通過上集箱固定在支架上,下部則懸掛著下集箱, 可自由膨脹燃燒器區(qū)域布置衛(wèi)燃帶,以提高爐膛溫度在四面墻的高熱負荷區(qū)域采用了內(nèi)螺紋管,以保證水冷壁工 作的安全性位于兩側(cè)墻與前、后墻交接處，即位于四個角的水冷壁管， 通常稱為角隅管,通常將角隅管向爐內(nèi)突出。由于不但角隅 0 管距離爐膛中心最遠，而且爐膛輻射傳熱比例高達95% z輻 射傳熱是直線傳播的,部分輻射熱受到角隅管附近管子的 遮擋，使得角隅管的吸熱量明顯低于其附近的管子。1.

11、5問題探討水冷壁管在正常運行時f熱應力是怎樣產(chǎn)生的？鍋爐正常運行時水冷壁管夕憧受到高溫火焰的輻射，而內(nèi)壁則被汽水混合物 冷卻。汽水混合物的溫度就是汽包壓力下的飽和溫度。由于水冷壁管在高溫火焰的強烈輻射下,熱負荷很高,靠近火焰中心的水冷壁 管熱負荷更高,因此水冷壁管內(nèi)外溫差可達6080攝氏度。這里應該說明r 如果水冷壁管內(nèi)壁結(jié)垢，由于垢的導熱系數(shù)比鋼小得多”使得管外壁溫度明顯 升高,管壁的熱阻比垢小得多,管內(nèi)壁的溫度也隨之升高”其內(nèi)夕陸溫差非但 不增加反而因傳熱量的減少而降低、夕憧溫度高；企圖膨脹,內(nèi)壁溫度低,必然阻止夕遜脹,夕隍承受壓縮應 力,而內(nèi)壁承受拉伸應力,這樣在水冷壁管內(nèi)產(chǎn)生了熱應力水

12、冷壁管內(nèi)夕憧溫差與壁厚成正比,壁越厚.熱應力越大,所以,水冷壁管壁 厚不宜超過6mm ,當壓力更高時，則不采用增加壁厚的方法而采用強度更高 的材料制造水冷壁管例如,鍋爐工作壓力IO MPa以下時”水冷壁管通常采用 20鋼；當鍋爐工作壓力超過15MPa時r水冷壁管可以采用15MnV或15CrMo 等低合金鋼。水冷壁管鼓包是怎樣產(chǎn)生的?當水冷壁管內(nèi)結(jié)垢比較均勻時,管壁溫度均勻升高,水冷 壁管的蠕變也比較均勻,其宏觀表現(xiàn)為水冷壁管徑脹粗,這 種情況比較常見。 魚當水冷壁管內(nèi)出現(xiàn)局部腐蝕，管內(nèi)壁局部變得粗糙時,水 * M .垢容易在比較粗糙的地方首先形成,然后逐漸增厚。局部結(jié) 垢處的金屬由于得不到汽水

13、混合物的良好冷卻,溫度升高, 蠕變速度加快,而管內(nèi)未結(jié)垢的部分因得到了良好冷卻,壁 溫較低,不會出現(xiàn)蠕變，其宏觀表現(xiàn)為水冷壁管局部鼓包， 如果割管檢查，發(fā)現(xiàn)凡是鼓包處,其內(nèi)壁均有垢。水冷壁管脹粗是怎樣造成的？在水;令壁管內(nèi)壁不結(jié)垢的情況下即使是超高壓爐，管外壁溫度也小 于422C低于20鋼允許的使用溫度。碳鋼在350 C以上即產(chǎn)生蠕變，但 速度很慢,當溫度在400450 C范圍內(nèi),溫度每增加1215 C ,蠕變 速度i曾加一倍。般鍋爐的水冷壁和過熱器的設計壽命為10萬心制造水;令壁管的20 鋼所取的許用應力低于丄作溫度下的蠕變極限,即在設汁壽命內(nèi),水;令 壁的脹粗不會超過直徑的1 %,I殳肉眼

14、是看不出來的，只有用量具才能 測出來。只要在鍋爐設計壽命內(nèi),水冷壁管直徑脹粗不超過1 %,可以認為 是正常的。但如果脹粗超過1 %,則是不正常的。如果脹粗值超過5%就 應該更換管子。產(chǎn)生這種情況的主要原囚是水冷壁管內(nèi)結(jié)垢，熱阻增大, 管內(nèi)汽水混合物對管壁的冷卻效果降低,管壁溫度升厲，使蠕變速度加 快。由于水冷壁管向火側(cè)的熱負荷比背火狽吠，向火側(cè)管內(nèi)結(jié)的垢比背火 側(cè)多，導致水;令壁管向火側(cè)的壁溫比背火側(cè)壁溫高,蠕脹速度比背火側(cè) 快。所以,水;令壁管的脹粗是不均勻的,用砂輪鋸割開脹粗的管子，可 以明顯地看到水盜壁管向火狽啲壁厚小于背火側(cè)壁厚。2.1概述過熱器的作用是將蒸汽從飽和溫度加熱到額定的過熱

15、溫度。在鍋爐負荷 或其它工況變動時，應保證過熱溫度的波動處在允許的范圍之內(nèi)。在現(xiàn)代電 站鍋爐中，蒸汽過熱器是鍋爐的一個必備的重要部件，在很大程度上影響著 鍋爐的經(jīng)濟性和運行安全性。在工業(yè)鍋爐中,般采用飽和蒸汽，常把過熱器看作為輔助受熱面，過 熱汽溫不超過400C ,通常布置在對流管束中間的煙溫小于700 800C的區(qū) 域中，工作是可靠的。 丄參鄉(xiāng)廠 二過熱器受熱面在鍋爐總受熱面中占了很大的比例，必須布置在更高的煙 溫區(qū)域，其工作條件是鍋爐受熱面中最為惡劣的，受熱面管壁溫度接近于鋼 材的極限允許溫度，因此過熱器和再熱器受熱面的合理布置和設計對整臺鍋 爐的經(jīng)濟性和可靠性有很大的影響。在設計時,應在

16、保證過熱器和再熱器安 全可靠工作的基5岀上力求節(jié)省金屬,特別是節(jié)省合金鋼材的消耗量。2.2過熱器特點A過熱器是鍋爐中金屬壁溫最高的受熱面，對材質(zhì)要求高。A過熱器的阻力不能太大。A高熱負荷區(qū)的過熱器工質(zhì)流速高。 A過熱器出口汽溫將隨鍋爐負荷的改變而變化。二.過熱器布置受鍋爐參數(shù)影響。 為小A在鍋爐點火升爐或汽輪機甩負荷時過熱器需要采取保護措施。2.3過熱器的組成U!過熱器受熱面由四部份組成,第一部份為頂棚及后豎井煙 道四壁及后豎井分隔埴；第二部份是布置在尾部豎井后煙道內(nèi) 粵使湮3密聲厶簣三聲勾曇曾壬聲上部的屏式過熱器；第四部份是位于折焰角上方的高溫過熱器。士過熱器系統(tǒng)按蒸汽流程分為：頂棚過熱二隔

17、埴過熱器、低溫過熱器、屏式過熱器E流程依次為：屏式過熱器、高溫過熱器？低溫過熱器。、包墻過熱器/分 溫過熱器。按煙氣2.4過熱器分類過熱器分類：(1 )根據(jù)傳熱方式分：對流、輻射和半輻射式。(2 )根據(jù)煙氣與管內(nèi)蒸汽的相對流動方向分逆流、雙逆流、 順流和混合流。甘(3 )根據(jù)對流受熱面的放置方式分：立式、臥式。(4)根據(jù)管子排列方式分：順霧錯列?(5 )根據(jù)管屬數(shù)分:單管圈、雙管圈、多管圈。(6 )根據(jù)結(jié)構分：屏式過熱器、壁式過熱器、對流過熱器。2.4J對流過熱器對流過熱器布置在鍋爐 的對流煙道中,主要依靠對 流傳熱從煙氣中吸收熱量。 在中小型鍋爐中，一般采用 純對流式過熱器；在大型鍋 爐中,

18、采用復雜的過熱器系 統(tǒng),然而對流過熱器仍是其 ?中主要的部分。對流過熱器有垂直布置和水 平布置的兩種型式。工業(yè)鍋 爐中過熱器的型式如圖2-15 所示。垂直式過熱器用于立 式水管鍋爐水平式過熱器 用于臥式水管鍋爐。圖2-15工業(yè)鍋爐過熱器型式可垂直式巧水平式在電站鍋爐中，垂直式過熱器 （多用于口型）通常布置在爐 膛出口的水平煙道中,圖Z16 所示為一中壓130t/h鍋爐的過 熱器簡圖。其優(yōu)點是結(jié)構簡單, 吊掛方便，結(jié)灰渣較少,得到 了廣泛的應用。其主要缺點是 停爐后管內(nèi)積水難以排除，長 期停爐將引起管子腐蝕。在升 爐時，由于管內(nèi)積存部分水, 在工質(zhì)流量不大時,可能形成 氣塞而將管子燒壞,因此在升

19、 爐時應控制過熱器的熱負荷z 在全3箱完全排嗓以前,熱 負荷不應過大。 2-16中壓130t/h爐垂直式對流過熱器簡圖1 鍋筒N二對流過熱器4中間隼箱布置在尾部豎井中的對流過熱器以及塔式和箱式鍋爐的過熱 器采用水平布置方式。水平式過熱器的優(yōu)點是易于疏水排氣， 但支吊比較困難,在高溫煙區(qū)通常采用管子吊掛的方式,以 節(jié)省咼合金鋼的耗量。，;對流式過熱器管的組成y敘=iIII對流過熱器由大量平行并列的蛇形管所組成，其進出口與集箱相連,蛇形管 夕卜徑通常采用(p32,(p38,(p42mm的無縫鋼管壁厚37mm z由強度計算 確電 過熱器所用的材料取決于工作溫度。過熱蒸汽溫度低于425的小 容量鍋爐，

20、過熱器管可全部采用碳素鋼管；對于45CTC的中壓鍋爐通常 低溫段采用碳素鋼管,高溫段采用低合金鋼管；對于高壓鍋爐的過熱器通 常采用優(yōu)質(zhì)合金鋼管。但是對于奧氏體高合金鋼,則由于其冶煉復雜,價 格昂貴，應盡可能不用或少用。對流式過熱器的布置形式過熱器的布置按蒸汽與煙氣的流動 方向可分為順流、逆流、雙逆 流或）昆流布置,如圖2-17戶斤不逆流布置有最大的傳熱溫壓” 金屬耗量最少，但蒸汽出口溫 度最高處也是煙溫最高處,管 子工作條件差。_般在煙溫較 低區(qū)域的低溫過熱器和彳氐溫再 熱器采用逆流布置方式順流方式則相反，傳熱溫壓小, 耗用金屬多，但蒸汽出口處的 煙氣溫度最低，管壁工作條件 好。在低煙溫區(qū)采用

21、逆流，在咼煙溫區(qū)米用混流布置。7inmnnnn77J9圖2-17過熱器中蒸汽與煙氣流動方向布置圖順流巧逆流Q収逆流混流為保證過熱器中工質(zhì)流速，過熱器蛇形管可以布置成單管圈或多 管圈，如圖Z18所示。這樣就可以在煙道截面不變的條件下，使 蒸汽通道截面增加一倍或幾倍，亦即在煙氣流速不變的條件下，可使蒸汽流速降低一半或更多。在現(xiàn)代大型鍋爐中，常采用多管圖2-18過熱器管圈型式 專螢管隆b）雙管圏c；三管圏相反，在小型鍋爐中,由于煙道寬度相對過大,為提高蒸汽流 速,可在集箱內(nèi)裝置隔板，將過熱器受熱面沿煙道寬度方向分 成幾組,串連成二段或三段,如圖Z19所示。氣沆方IM(b)(a)s1/d=2.0 3.

22、5s1/d=3.0 3.5管子的順列和錯列布置方式(a)順列 (b)錯列煙氣橫向沖刷順列布置受熱面 管子時的傳熱系數(shù)比沖刷錯列 布置時小，但順列管束管外積 灰易于被吹灰器清除。布置在高煙溫區(qū)的過熱器或再 熱器一般易產(chǎn)生粘結(jié)性積灰， 為便于蒸汽吹灰器清轆型 支吊方便，都以順列方式布置。尾部煙井中低溫過熱器和低溫 再熱器一般采用錯列布置,以 增強傳熱，但有的大型電站鍋 爐將它們以順列方式布置，以 便于吹灰和支吊。過熱器受熱面一般總是布置在煙氣溫度較高的區(qū)域。為減輕灰渣的粘接,為 吹灰的方便以及支吊的簡便，多采用順列布置，其橫向節(jié)距s1/d二2.03.5 , 縱向節(jié)距取決于管子的彎曲半徑及管圈的結(jié)構

23、。如過熱器入口煙溫較高,為 防止過熱器結(jié)渣,常把過熱器前幾排拉稀，亦即把管束中的一排拉成二排而 成為錯列布置，如圖220所示,這樣可使管束型塑橫向節(jié)距增加一倍。 為了防止在管子間形成渣橋而堵塞煙道z拉稀管束的節(jié)距與管徑之比應為： 橫向節(jié)距與管徑之比s1/d4.5 ,縱向節(jié)距與管束之比s2/d3.5o圖2-20只寸流過拠焉前押E管束陌拉詆結(jié)構2.4.2半輻射屏式過熱器在現(xiàn)代高參數(shù)大容量鍋爐中,蒸汽過熱所需的吸熱量增大,必然地把過 熱器布置在更高的煙溫區(qū)域，以減少過熱器的金屬消耗量，但對于燃燒固體 燃料的鍋爐,對流過熱器前的煙氣溫度受到結(jié)渣條件的限制,不能過于提高, 因此，在爐膛出口處進入對流煙道

24、之前布置幾排稀疏的管屏，既吸收煙氣流 過時的對流熱,又吸收爐膛中的輻射熱及屏間煙氣的氣空輻射熱，稱為半輻 射屏式過熱器,應用得非常普遍。吸收的對流熱和輻射熱的比例依布置位置 二而7屏與屏之間的節(jié)距一般為500-1000mm F屏中管數(shù)一般為1530根z根據(jù) 所需蒸汽流速確定#每根管子之間的節(jié)距和管徑為1.1.25.屏的結(jié)構型式有U形、W形、雙1形(串聯(lián)、并聯(lián))等幾種。屏的并聯(lián)管數(shù)是由工質(zhì)的質(zhì)量流速確定的。屏位于爐膛內(nèi)，其熱負荷是很 高的。為了屏受熱面的安全工作，必須采用較高的質(zhì)量流速，一般推薦700 1200kg/(nfs)。優(yōu)點利用屏式受熱面吸收一部分爐膛和高溫煙氣的熱量,能有效地降彳氐進

25、入對流受熱面的煙氣溫度，防止密集對流受熱面的結(jié)渣，并且減輕了 大型鍋爐爐膛壁面積相對較小，不能布置輻射登熱面的困難，因而擴 大了煤種的適用范圍。裝置屏式過熱器后，使過熱器受熱畫布置在更高的煙溫區(qū)域，因而減 少了過熱器芟熱面的金屬消耗量。/由于屏式過熱器吸收爐膛輻射熱,以及由于它布置在更高的煙溫區(qū)域, 并且有較大的氣體輻射層厚度,氣室輻射熱量增加，使過熱器輻射吸 熱的比例增夫改善了過熱汽溫的調(diào)節(jié)特性。實踐證明，屏式過熱器能在1000-1300C煙溫區(qū)域可靠地工作,并具有穩(wěn)定的汽溫特性。結(jié)構屏式過熱器的結(jié)構見圖2-21 o其管 屏由外徑為32 42mm的無縫鋼 管組成，屏與屏間的節(jié)距s1二 500

26、 900mm ,屏中管數(shù)由蒸汽 流速確走一般為15-30根,各根 管子之間的相對節(jié)距s2/d = 1.1- 1.25O屏懸掛在爐頂?shù)臉嫾芰荷希?受熱后能自由地向下膨脹。為了 增加屏的剛性祚保持各屏之間的 節(jié)距，可將相鄰兩屏中的任一管 子互相夾持在一起，而各屏本身 的管子也用管子夾緊,使其中的 各根管子不能從屏的平面中凸出圖121屏式過翅器結(jié)構簡圖1-相鄰管屏間的定位扎緊管 b屏本身的扎緊管布置形式屏式過熱器的各種布置見圖222。 其中前屏主要吸收爐膛輻射熱, 煙氣沖刷不好，對流傳熱所占 份額較小，其它各屏則同時吸 收輻射熱與對流熱，為半輻射 式。垂直布置與水平布置的優(yōu) 缺點與對流過熱器相同，即

27、垂 直布置時的結(jié)構比較簡單，支 承方便；而水平布置的優(yōu)點是 在停爐時容易疏水。對于露天 或半露天布置的鍋爐，也有采 用可以疏水的垂直布置的屏。brrr圖2-22屛式過熱器的布宣且）后屏b）：A：屏c）半犬屏前屏e）能疏水的屏水平布直的屏H-X：1 1 xl:1改進屏式過熱器受爐膛火焰直接輻射，熱負荷比較高/而屏中各管圈的結(jié)構和受熱條件的差別又駕：大/因而屏式過熱器的熱偏去較大z特別是外圍管子,直萇受到爐膛的高溫輻射，工質(zhì)右程又最長因而流阻大,流量小，其工質(zhì)焙增常比平均焙覽大40 60% ,谷易超溫燒壞。為了平衡各管圈的吸熱偏差陂止外圈管子超溫,有許多改逆的結(jié)構/見圖2-23。如將每片 圖2-2

28、3屏式過熱器防止今層管子超潟的改進措施 屏的卜圈管子采用*交短的長蘆令外圈兩圈管子謝E b）外圈一圈管子短路金用姣大的管徑Z或無外圈管C）內(nèi)外圈管子交叉夕雇管子短路，內(nèi)外管屏交叉 子交換到內(nèi)圈里纟等,也可將夕卜圈管子采用更好的材料以提壬. 4 丨1 1 / I111_2.4.3輻射過熱器（墻式過熱器）布置在爐膛壁面上的過熱器直接吸收爐膛輻射熱,稱為輻 射過熱器，或稱埴式過熱器。/在高參數(shù)大容量鍋爐中,尤其是在有再熱器的鍋爐中，蒸 汽過熱及再熱的吸熱量占的比例很大，而蒸發(fā)吸熱所占的比例減 .少，因此，為了在爐膛中布置足夠的受熱面，就需要布置輻射過 :熱器。在大型鍋爐中,布置輻射過熱器對孜善汽溫調(diào)

29、節(jié)特性和節(jié)省 金屬消耗是有利的在國外已有一走的發(fā)展/特別是美國福斯特 惠勒公司應用甚廣。但是由于爐膛熱負荷很高,輻射過熱器管子 的工作條件較差，因此對其安全性應特別注意，尤其在啟動和低 負荷運行時，問題更為突出。布置方式輻射過熱器的布置方式很多,在自然循環(huán)鍋爐中,通常是垂直地布置在爐膛 壁面上,這樣與水冷壁的配合比較方便。輻射過熱器的管子可以布置在爐 膛四壁的任一面墻上；它可以僅布置在爐膛上部,也可以沿爐膛全高度布 置；它可以集中布置在某一區(qū)域，也可以與水冷壁管子間隔排列。把輻射 過熱器管子僅布置于爐膛上部的優(yōu)點是可以使管子避開熱負荷最大的火焰 中心，但是這種布置使水冷壁的高度降低,對水循環(huán)的

30、安全性不利。如沿 爐膛全高布置，則處于火焰中心區(qū)的過熱器管子的工作條件很差，在設計 時應加以特別注意。根據(jù)已有的運行經(jīng)驗,在正常工作條件下,輻射過熱 器中最大的菅壁溫度可能比官內(nèi)工質(zhì)溫度咼出約100 120 C ,因此輻射 過熱器常作為過熱器的低溫段,在采用15CrMo鋼作為管子材料時,其出 口工質(zhì)溫度不宜超11400C ,在用12Cr1MoV鋼時,不宜超過450”C z并應 采用較高的質(zhì)量流速為了提高輻射過熱器管內(nèi)的工質(zhì)流速,必須減少并聯(lián) 管子的數(shù)目，因此常把過熱器管分組，增加過熱蒸汽的流動次數(shù)，如圖2- 24所示。這樣還可使同一管組的寬度較窄,減輕爐膛熱負荷分布不均勻的 影響圖2-24輻射

31、過熱器連接系統(tǒng)簡圖單流系統(tǒng)：b）政流系統(tǒng) 巧對稱布負的収流系統(tǒng)1 進集箱2中間集箱3出口集箱4過熱器管冷卻方式已有的運行經(jīng)驗表明,在正常工作條件下，輻射過熱器的工 作是安全可靠的,重要的問題是如何保證啟動時管子的冷卻。 因為在此期間，爐膛熱負荷已很高,而管內(nèi)工質(zhì)流量很小， 因此容易將管子燒壞。卑孔在啟動時，輻射過熱器的冷卻方式有以下三種：(1) 用水冷卻。由于此種冷卻方式的系統(tǒng)和操作均較復雜，也不能保證工作 的可靠性，因此已不大采用。 匕(2) 用外來蒸汽冷卻。采用這種;令卻方式雖然比較簡單，但必須有其它鍋爐 供汽。對于大容量鍋爐，消耗的蒸汽量相當可觀,般需額定蒸發(fā)量的10 %左右。(3 )自

32、生蒸汽;令卻。這種方法比較簡單,僅需加裝兩個啟動用的重油噴嘴, 其位置應使火焰中心遠離輻射過熱器，而靠近蒸發(fā)受熱面管子,這樣既可 避免燒壞過熱器管子,又可加快蒸汽的產(chǎn)生。2.4.4包墻管過熱器在現(xiàn)代大型鍋爐中,為了采用懸吊結(jié)構和敷管式爐墻，在水平煙道和后部吊鍋爐構架。包墻管的管徑與過熱器相同。管間節(jié)距,由光管組成時，s/d二1.1 1.2 ；豎井的內(nèi)壁，象水冷壁那樣布置過熱器管,稱為包墻管過熱器。這樣可將水 平煙道和后部豎井的爐墻直接敷設在包墻管上,形成敷管爐墻,從而可以減 輕爐墻的重量,簡化爐墻的結(jié)構。包墻管懸吊于爐頂，采用比較簡單的全懸單面沖刷，而且煙速較低，因此傳熱效果較差。采用膜式結(jié)構

33、時，s/d二2 3。膜式包墻管在管與管間焊上扁鋼,可以保證 鍋爐的嚴密性，減少漏風，并可節(jié)省鋼管耗量纟包墻管緊靠爐墻，僅受煙氣包覆壁過熱器內(nèi)蒸汽來自恰增很小的爐頂過熱器或直接來自汽包,蒸汽溫 度較低。因此，包覆壁過熱器具有較低的管壁溫度,這有利于減少鍋爐的散 熱損失。包覆壁過熱器也具有將蒸汽輸送到布置在尾部煙道的低溫過熱器進口的作 用。2.5過熱器的系統(tǒng)布置對于低壓小容量鍋爐，過熱汽溫不高，比較簡單,般采用純對流過熱器, 布置在對流管束之間煙氣溫度不超過700 800 C的煙道內(nèi),采用逆流布置。A對于中壓鍋爐,也采用純對流過熱器，布置在爐膛出口的水平煙道中。過 熱器分成兩級，蒸汽的低溫級布置在

34、煙氣的低溫部分，采用碳鋼作為材料， 常用逆流布置；蒸汽的高溫級布置在煙氣的高溫部分部分或全部應用低合 金鋼作為材料,常用混流布置，使蒸汽的最高溫度處布置在煙溫比較適中的地方。/哇A在高壓和超高壓以上鍋爐中，廣泛采用屏式過熱器，也有用輻射式過熱器, 組成輻射-對流式過熱器系統(tǒng)，如圖2-28所示。/屏式過熱器的布置原則與輻射過熱器相同，其與對流過熱器的連接系統(tǒng)如 圖所示。圖2-28輻射過熱器與對流過熱器連接系統(tǒng) 漪射一對流連接 耶寸流嗝射對流連接天然氣凈化廠圖2-29屏式過熱器與對器過熱器連接系統(tǒng):日）屏一對流連搖對流一屏一對流連接1-屏式過熱器、高溟對流過熱器鼻低溫只寸流過熱器4 頂棚過熱器2.

35、6影響汽溫變化的因素影響汽溫變化的因素有以下六方面鍋爐負荷過量空氣系數(shù)給水溫度受熱面污染情況燃燒器的運行方式41、鍋爐負荷汽溫特性：右圖為汽溫與鍋爐負荷（或工質(zhì)流量）的關系輻射式過熱器只吸收爐內(nèi)的直接輻射 熱。隨著鍋爐負荷的增加，輻射式過熱 器中工質(zhì)的流量和鍋爐的燃料耗量按比 例增大，但爐內(nèi)輻射熱并不按比例增加 因為爐內(nèi)火焰溫度的升高不太多。隨鍋 爐負荷的增加，爐內(nèi)輻射熱的份額相對 下降,輻射式過熱器出口蒸汽溫度下降。 當鍋爐負荷增大時，將有較多的熱量 隨煙氣離開爐膛，對流過熱器中的煙速 和煙溫提高，過熱器中工質(zhì)的恰增隨之 增大。對流式過熱器的出口汽溫隨鍋爐 負荷的提高而增加p1fef射式過怡

36、器I2、3 -對汎式過熱器0譏）屏式過熱器的汽溫特性將稍微平穩(wěn)一些,因它以爐內(nèi)輻射和 煙氣對流兩種方式吸收熱量。不過它的汽溫特性有可能是在 高負荷時對流傳熱占優(yōu)勢而低負荷時則輻射傳熱占優(yōu)勢。大型電站鍋爐的過熱器，輻射吸熱的份額不大，整個過熱器 的氣溫特性是對流式的,即負荷增加時,出口汽溫增加,或 者說負荷降低時,出口汽溫下降:.-二、過量空氣系數(shù)爐膛內(nèi)過量空氣系數(shù)增大時，將使得爐內(nèi)火焰溫度降低，爐 膛水冷壁吸熱量減少，使爐膛出口煙溫增加。輻射式過熱器和 再熱器的吸熱量減少,汽溫隨過量空氣系數(shù)的增大而下降。過量空氣系數(shù)增大使燃燒生成的煙氣量增多，流過煙道的煙 氣流速增大。對于對流式過熱器,由于對

37、流傳熱系數(shù)和溫壓的-增加其出口汽溫也隨著升高。“在鍋爐運行過程中，有時用增加爐內(nèi)過量空氣系數(shù)的方法來 提高汽溫，但這將以降鍋爐效率作為代衿。因過量空氣系數(shù)太 大,鍋爐排煙熱損失將增加 夕三、給水溫度鍋爐運行過程中常常會因高壓加熱器停運等原因而使給水溫 度降低。為保持鍋爐負荷不變,必須增加投入爐膛的燃料,這將使得 爐內(nèi)煙氣量增加，爐膛出口煙溫增加。對流式過熱器的吸熱量 增加,而此時流經(jīng)過熱器的蒸汽量未變,因此出口蒸汽溫度將 隨給水溫度的下降而升高。必給水溫度的變化對輻射式過熱器的出口汽溫影響很/,基本 保持不變。7一般鍋爐過熱器總體呈對流汽溫特性，若給水溫度降低過多， 有可能引起過熱蒸汽超溫。運

38、行經(jīng)驗標明,給水溫度降低, 過熱蒸汽溫度增加45C ,燃煤耗量增加0.65%。通常采用降低 負荷運行方法保證過熱器的安全四、受熱面污染情況過熱器之前的受熱面（水冷壁）積灰或結(jié)渣：爐膛出口煙氣 溫度提高,會使得蒸汽溫度升高。過熱器本身積灰、結(jié)渣或者管內(nèi)結(jié)垢，吸熱量減少而導致蒸 汽溫度降低。，補五. 燃燒器的運行方式2高壓及以上鍋爐機組的燃燒器都有多排,而且有些燃燒器的 噴口可以向上或者向下傾斜。燃燒器配風工況改變（總風量不 變）、燃燒器噴口向上或者向下傾斜或者運行中投入不同標高 的燃燒器都會影響到燃燒室火焰中心的位置。當火焰中心上移時，爐膛輻射吸熱份額下降，布置在爐膛上 部和水平煙道內(nèi)的過熱器的

39、傳熱溫差增大，吸收熱量增多,而 蒸汽量沒有變化，因此會導致過熱器出口汽溫升高。2.7過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)對汽溫調(diào)節(jié)方法的基本要求： 鍋爐工況發(fā)生變化時，應自動迅速的調(diào)節(jié)過熱汽溫z熱惰 性和延遲性要??； 對過熱器要有保護作用，同時調(diào)節(jié)范圍要廣； 本身結(jié)構簡單.運行可靠（體積小 不影響蒸汽品質(zhì)z對循環(huán)效率影響?。?不過分的降低鍋爐的經(jīng)濟性.附加的金屬和設備的肖耗要 小，為調(diào)節(jié)汽溫不要過分的加大過熱器的受熱面積 蒸汽溫度調(diào)節(jié)方式煙氣側(cè)和蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)兩大類。煙氣側(cè)調(diào)節(jié)：改變煙氣對蒸汽的傳熱量，使蒸汽的溫度發(fā)生 變化。蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)：利用其它介質(zhì)直接改變蒸汽的溫度。2.7.1蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)常采用的設備是表面式減溫器

40、和噴水 減溫設備表面式減溫器A它是一種管式汽水換熱器,利用鍋爐的給 水或爐水來冷卻蒸汽溫度,達到調(diào)節(jié)過熱汽 溫的目的，如圖237所示。這種減溫器主要 優(yōu)點是水與蒸汽不直接接觸，因此對水質(zhì)沒 有特殊的要求，在中小鍋爐中應用較多。圖2-37磁勰髓圖鑑器集箱2U羽管於卻水進口隸4冷卻朮出務箱圖237表示用給水冷卻的面式減溫器簡圖. 冷卻水在U形管管內(nèi)流動,蒸汽在管間通過， 改變冷卻水量即可調(diào)節(jié)過熱汽溫z減溫器筒 體可同時作為過熱器集箱。U形管進口與由 口在筒體外分別用小集箱連接,在管子穿出 筒體的地方用套管保護，以使筒體不受溫度 應力。缺點由于蒸汽引入管與引出管離減溫器端部有一段距離，使得靠端部的蒸

41、汽具有較多 的冷卻面積,其冷卻程度較大,引起過熱器各蛇形管中的工質(zhì)溫度分布不均勻, 即靠端部的蛇形管中的蒸汽溫度低,單這個原因,可使過熱蒸汽的溫度偏差達 io2(rc ,通常稱減溫器的這種現(xiàn)象為端部效應。減溫器布置位置：布置在出口端時，因?qū)^熱器失去保護作用，因此在電站鍋爐中是不 采用的祿入布置在進口端時，其優(yōu)點是減溫水不會發(fā)生汽化/減溫器的工作比較 可靠，但是這種布置的調(diào)節(jié)慣性大,而且在減溫器中蒸汽冷凝,形成 大量;令凝水,分配不易均勻,造成很大的熱偏差，有時在個別蛇形管 中形成水塞而將管子燒壞，因而在目前已用得很少。布置在兩級過熱器之間，既能保護高溫段過熱器,而調(diào)節(jié)慣性又較小, 而且由于進

42、入減溫器的蒸汽溫度較高，傳熱溫差較大,因而可以減少 傳熱面積，縮小減溫器尺寸。其缺點是由于蒸汽溫度較高,在降低負 荷時通過的減溫水量減少，可能引起減溫水蒸發(fā)而造成水擊或部分蛇 形管冷卻不夠而過熱損壞的現(xiàn)象。為了避免這些問題，通過的減溫水 量不能太少,因而限制了減溫器的調(diào)節(jié)幅度。表面式減溫帖省瞬的連接方式在給水系統(tǒng)中,面式減溫器與省煤器的連接可以并聯(lián),也可以 串聯(lián)(1) 并聯(lián)系統(tǒng)：一部分給水通過減溫器,部分給水通過省 煤器，然后在省煤器后匯合進入鍋筒。這種方式有較大的缺 點1因為通過減溫器的水量較大，常占總給水量的30%40 % ,有時甚至達50%60% ,這就使通過省煤器的水量較少,| 而且經(jīng)

43、常變化”造成省煤器的工作不可靠。(2) 串聯(lián)系統(tǒng)：具系統(tǒng)見圖Z3&減溫水由給水管路中抽出 經(jīng)減溫器后仍回到給水管路進入省煤器。采用串聯(lián)布置的缺 點是由于提高了省煤器的進口水溫,要提高排煙溫度或者增 加省煤器的受熱面。圖2-38面式減溫器與省煤器串聯(lián)連接系統(tǒng)1 過熱器I減溫器勺4袴卻水進口廈出口 5省煤器減溫水來源除了用給水作為減溫水外，有些鍋爐還采用鍋筒中的爐水作 為減溫水。其主要優(yōu)點是由于爐水溫度為飽和溫度，蒸汽不 會冷凝”因而不會引起凝結(jié)水分配不均勻的問題。其主要缺點是爐水含鹽量大，如滲漏到過熱蒸汽中將影響蒸汽品質(zhì)， 以及由于傳熱溫差小，減溫器的尺寸很大，因而在目前已很 少采用。 塊2噴水

44、減溫器噴水減溫：將水直接將水噴入蒸汽中,噴入的水在加熱、蒸 發(fā)和過熱的過程中消耗蒸汽的熱量，使汽溫降低。噴水減溫調(diào)節(jié)法、調(diào)節(jié)靈敏、慣性小，易于實現(xiàn)自動化，加 上調(diào)溫范圍大、設備結(jié)構簡單，所以在電站鍋爐上獲得了普 遍應用。減溫水：給水（3 5%鍋爐容量）位置:過熱器連接管道或者聯(lián)箱兩級噴水減溫，保證高溫過熱器安全、減小遲滯、提高靈敏度 第一級：屏式過熱器前，保護屏式過熱器，粗調(diào)，仃2 第二級：末級高溫過熱器前，微調(diào),1/2噴水減溫只能使蒸汽溫度降低不能使蒸汽溫度升高,過熱器設計時需 多布置一些受熱面，使鍋爐在低負荷時能達到額走汽溫，而在高負荷時 投入減溫器噴水減溫。噴水形式：文丘里減溫器漩渦式噴

45、嘴減溫器多孔噴管式減溫器（笛形管式減溫器）55文丘里管式噴水減溫器1減溫器聯(lián)箱；2文丘里管；3噴水孔；4環(huán)形水室；5減溫水室；6混合室在文丘里管的喉部，布置有多扌hp3rnrn的小孔，減溫水經(jīng)水室從小孔 噴入蒸汽流中?？字兴偌s12m/s,喉部蒸汽流速達70100m/s, 使水和蒸汽激烈混合而霧化，該種減溫器蒸汽流動阻力小，水的霧 化效果較好。漩渦式噴嘴噴水減溫器1 漩渦式噴嘴；2減溫水管；3支撐鋼碗;4減溫器険箱；5文丘里管；6混合管減溫水經(jīng)漩渦式噴嘴噴出霧化，在文丘里管喉部與咼速C70-120m/s) 蒸汽混合，很快汽化與過熱，使汽溫降低?；旌瞎荛L約45m,混介管 與蒸汽管道的間隙為610mm。這種減溫器霧化質(zhì)量很好，能適應減 溫水量頻繁變化的場合，而目.減溫幅度較大。I噴水溫器聯(lián)箱多扎噴管上開有若I二噴水孔，噴孔般在背向汽流方向的側(cè)，以 使噴水方向和汽流方向一致。噴孑L直徑通常為57mm,噴水速應 為 3 5m/So2.7.2煙氣側(cè)調(diào)節(jié)汽溫煙氣側(cè)調(diào)節(jié)汽溫是從煙氣側(cè)改變過熱器