電廠蒸汽鍋爐原理過熱器和再熱器

電廠蒸汽鍋爐原理過熱器和再熱器第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一一、為何采用過熱器和再熱器1．提高機(jī)組循環(huán)效率提高蒸汽壓力、溫度。提高溫度很難，提高壓力受到限制，否則排汽濕度過高，因此采用再熱器，同時(shí)提高循環(huán)效率。2．保證汽輪機(jī)的安全運(yùn)行若不過熱，相當(dāng)于卡諾循環(huán)，采用飽和蒸汽，濕度大，不能滿足汽輪機(jī)的要求。過熱器與再熱器為電站蒸汽鍋爐的主要受熱面。第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一二、過熱器和再熱器的工作特點(diǎn)1．工質(zhì)溫度高、傳熱性能差，處于高溫?zé)煔舛危饘俦跍馗?，達(dá)到金屬使用極限。2．再熱器受熱面工作條件更差（1）中壓蒸汽放熱系數(shù)比高壓蒸汽?。?/5），導(dǎo)致管壁金屬溫度高，（2）中壓蒸汽比熱小，對(duì)熱偏差更加敏感；（3）阻力損失要求嚴(yán)格；（4）起動(dòng)中及汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)的保護(hù)問題；第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一3．鍋爐參數(shù)提高，容量增大，鍋爐各受熱面數(shù)量和位置發(fā)生變化，過熱受熱面向爐膛移動(dòng)（輻射式過熱器），工作條件更差；4．設(shè)計(jì)或運(yùn)行不當(dāng)，很容易引起受熱面金屬超溫，長期超溫會(huì)造成爆管，工質(zhì)泄露，停機(jī)，是鍋爐故障最多的部件之一。第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一三、汽溫調(diào)節(jié)蒸汽參數(shù)要求在一定范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮有效的調(diào)節(jié)手段，運(yùn)行中要不斷地調(diào)節(jié)蒸汽溫度；過熱器、再熱器與減溫器緊密相連。第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)概述第二節(jié)過熱器和再熱器的結(jié)構(gòu)型式第三節(jié)過熱器與再熱器的熱偏差第四節(jié)汽溫調(diào)節(jié)第七章過熱器和再熱器

第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一一、過熱器和再熱器的種類過熱器與再熱器的結(jié)構(gòu)形式基本相同過熱器與再熱器的種類半輻射式—對(duì)流+輻射，稀疏管屏，布置在爐膛的上部對(duì)流式—以對(duì)流傳熱方式為主，密集蛇型管束，布置在對(duì)流煙道輻射式—以輻射傳熱方式為主，布置在爐膛的壁面上第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一二、對(duì)流式過熱器和再熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1．煙氣與管內(nèi)蒸汽的相互流向

順流，逆流，混合流2．蛇型管圈的布置方式垂直式（布置在水平煙道）優(yōu)點(diǎn)：吊掛方便，積灰少。缺點(diǎn)：停爐時(shí)易發(fā)生積水腐蝕，再起動(dòng)時(shí)，會(huì)形成氣塞及水擊。水平式：與上相反（布置在垂直煙道）。第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一3．管圈結(jié)構(gòu)單根管圈與多重管圈。（1）目的：在保持煙氣流速（煙氣流通截面積）不變的條件下，改變蒸汽流通截面積（2）采用幾重管圈，決定于設(shè)計(jì)要求的管內(nèi)蒸汽流速和管外煙氣流速。（3）煙氣流速?zèng)Q定了傳熱系數(shù)、積灰和飛灰磨損根據(jù)煤種，經(jīng)濟(jì)性及安全性，在6~14m/s。（4）蒸汽流速?zèng)Q定于壓力損失及管壁金屬的冷卻壓降一般小于（8~10%）的工作壓力。第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一推薦的管內(nèi)工質(zhì)流速用質(zhì)量流速ρw（kg/m2s）來表示。對(duì)流受熱面：中壓：250~400高壓：低溫段400~700；高溫段：700~1000屏式過熱器：800~1100輻射式過熱器：1000~1500再熱器：250~400單管圈時(shí)常不能同時(shí)滿足煙氣側(cè)速度和工質(zhì)側(cè)速度，采用多重管圈；在最佳煙氣流速下改變蒸汽流速。第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一4．管子排列錯(cuò)列和順列布置錯(cuò)列管排的傳熱系數(shù)大于順列，不易積灰，但磨損較為嚴(yán)重，阻力較大。第11頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一三、輻射式過熱器和再熱器布置在爐膛壁面上直接吸收爐膛的輻射熱量。1．采用的原因：（1）大容量高參數(shù)鍋爐的過熱吸熱份額超過50%，

300MW以上機(jī)組需考慮輻射式過熱器；（2）降低爐膛出口煙溫；（3）布置在高溫區(qū)可降低金屬耗量；（4）汽溫特性平穩(wěn)。第12頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一2．工作條件：爐膛熱負(fù)荷高，蒸汽冷卻效果差，鍋爐起動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)會(huì)處于干燒，須有冷卻保護(hù)措施，工作條件最差的鍋爐受熱面。第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一四、半輻射式屏式過熱器1．布置位置懸吊在爐膛上部，對(duì)流煙道入口，吸收輻射熱與對(duì)流熱。降低進(jìn)入密集管束的煙氣溫度，防止結(jié)渣，傳熱性能較好。2．結(jié)構(gòu)每個(gè)屏由并聯(lián)的管子緊密排列而成，各屏之間的距離達(dá)0.6~1.2米。3．工作條件煙溫高，工質(zhì)溫度高，平行各管長度相差較大，蒸汽流量相差較大，各管壁溫差達(dá)80~90℃，運(yùn)行安全性較差。第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一五、過熱器的系統(tǒng)1．將不同形式的過熱器以最安全、最經(jīng)濟(jì)的方式連接在一起，有各種不同的形式。2．考慮的因素（1）經(jīng)濟(jì)性：從傳熱性能出發(fā)，省金屬。先對(duì)流后輻射，形成總的逆流，溫差大，傳熱最理想。（2）安全性：順流最安全，使高溫介質(zhì)處于低溫?zé)焻^(qū)，先輻射后對(duì)流。第15頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一3．過熱器系統(tǒng)的一般布置規(guī)律（1）先通過輻射式過熱器。蒸汽在飽和線附近具有較大的比熱容，工質(zhì)吸收較多熱量而溫度升高不多，且傳熱溫壓大。（2）將過熱器劃分為若干段，各段之間采用集箱聯(lián)接，中間進(jìn)行交叉混合，保證吸熱均勻。第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一

4．減溫器—一般為噴水減溫方式減溫器在過熱器系統(tǒng)中的位置（1）安全：布置在可能超溫的過熱器管段前面，起到保護(hù)受熱面的作用；（2）靈敏：使其盡量靠近過熱器出口，減少調(diào)溫的滯后性。一般為兩級(jí)噴水減溫，各盡其責(zé)：一級(jí)噴水減溫器在屏式過熱器的入口，保護(hù)屏式過熱器。二級(jí)噴水減溫器在末級(jí)過熱器之前，主要作用是調(diào)節(jié)出口汽溫，也起保護(hù)作用。第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一再熱器系統(tǒng)與調(diào)溫再熱器與過熱器布置的原則基本一致，再熱器一般均為對(duì)流式，分為低溫段與高溫段，原則上再熱器蒸汽不能采用噴水調(diào)溫方式（經(jīng)濟(jì)性考慮），只設(shè)置事故噴水減溫，在汽溫過高時(shí)采用。第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一五、過熱器和再熱器的汽溫特性汽溫特性：即汽溫隨鍋爐負(fù)荷變化的規(guī)律，汽溫調(diào)節(jié)主要是在鍋爐變化負(fù)荷時(shí)進(jìn)行。對(duì)流式過熱器與輻射式過熱器的汽溫特性是相反的。對(duì)流式：隨鍋爐負(fù)荷增加，燃煤量增加，汽溫升高；反之降低；輻射式：隨負(fù)荷增加，火焰溫度變化不大，輻射熱負(fù)荷增加不多，但蒸汽流量增加，相當(dāng)于每公斤工質(zhì)的吸熱量減少，因此，汽溫降低；反之增加。第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一鍋爐負(fù)荷百分比，100%過熱蒸汽汽溫輻射過熱器鍋爐負(fù)荷百分比，100%過熱蒸汽汽溫對(duì)流過熱器第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一希望得到平穩(wěn)的汽溫特性設(shè)計(jì)時(shí)采用適當(dāng)比例的輻射式過熱器，則可以達(dá)到較平穩(wěn)的汽溫特性，較小容量的鍋爐以對(duì)流式過熱器為主，大容量鍋爐輻射式過熱器比例增加。第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一再熱器的汽溫變化幅度更大（1）工質(zhì)進(jìn)口參數(shù)隨負(fù)荷降低而下降（而過熱器入口溫度不變），升溫幅度大；（2）再熱器多為純對(duì)流式受熱面，輻射的比例更??；（3）再熱蒸汽的比熱小，對(duì)吸熱變化更加敏感。第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)概述第二節(jié)過熱器和再熱器的結(jié)構(gòu)型式第三節(jié)過熱器與再熱器的熱偏差第四節(jié)汽溫調(diào)節(jié)第七章過熱器和再熱器

第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一平行管中工質(zhì)焓增（吸熱）不均勻的現(xiàn)象φ大，偏差嚴(yán)重，φ→1最好。一、熱偏差的定義第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一二、熱偏差的危害雖然管組出口蒸汽平均溫度滿足設(shè)計(jì)要求，但個(gè)別受熱面管子（偏差管）吸熱偏多，引起該受熱面管金屬超溫，造成高溫蠕變損壞對(duì)不同類型的過熱器，管壁金屬溫度與管內(nèi)工質(zhì)溫度的關(guān)系約為：輻射式過熱器：twb=tg+100℃對(duì)流式過熱器：twb=tg+40℃第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一三、造成熱偏差的原因

—主要是設(shè)計(jì)上，也存在運(yùn)行因素1．管外煙氣側(cè)吸熱不均勻2．受熱面結(jié)構(gòu)不均勻3．平行各管中的流量不均勻第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一即使受熱面管組各管的結(jié)構(gòu)完全一致，也會(huì)由于以下的原因，而造成流量不均。（1）聯(lián)箱效應(yīng)平行管進(jìn)出口間的壓差分布由聯(lián)箱內(nèi)的壓力分布特性（和管子本身的阻力特性）所決定。在各平行管的管子結(jié)構(gòu)基本相同的情況下，管子的阻力不均勻可以不計(jì)。不同聯(lián)箱布置方式產(chǎn)生不同壓力分布特性不合理的聯(lián)箱聯(lián)結(jié)方式，會(huì)導(dǎo)致流量不均。第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一（2）管外煙氣的吸熱不均勻在壓差相等的情況下，也會(huì)導(dǎo)致流量不均。第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一由此關(guān)系式得出結(jié)論：吸熱多的管子→工質(zhì)的比容大v→流量小→管壁冷卻差→壁溫升高。表現(xiàn)為強(qiáng)制工質(zhì)流動(dòng)受熱面的流動(dòng)特性（相對(duì)于自然循環(huán)工質(zhì)流動(dòng)的自補(bǔ)償特性而言）。第29頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一其他內(nèi)容1、熱偏差的計(jì)算2、高溫對(duì)流受熱面管壁溫度的計(jì)算3、高溫對(duì)流受熱面的鋼材，管壁，管徑，彎曲半徑等第30頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)概述第二節(jié)過熱器和再熱器的結(jié)構(gòu)型式第三節(jié)過熱器與再熱器的熱偏差第四節(jié)汽溫調(diào)節(jié)第七章過熱器和再熱器

第31頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)汽溫調(diào)節(jié)一、影響鍋爐出口汽溫的因素1．鍋爐的負(fù)荷—最頻繁的影響因素2．燃料的特性3．燃燒組織方式5．給水溫度等第32頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一二、調(diào)節(jié)汽溫的方法設(shè)計(jì)上：輻射過熱器與對(duì)流過熱器合理配合，增加輻射過熱器吸熱比重，降低對(duì)調(diào)節(jié)汽溫手段的依賴。設(shè)計(jì)和運(yùn)行：（一）蒸汽側(cè)汽溫調(diào)節(jié)（二）煙氣側(cè)汽溫調(diào)節(jié)第33頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一（一）蒸汽側(cè)汽溫調(diào)節(jié)方法冷卻蒸汽，使之溫度降低。1．面式減溫器方案：水質(zhì)處理水平不高時(shí)采用，調(diào)節(jié)反應(yīng)緩慢，現(xiàn)已很少采用。2．噴水減溫器方案：給水品質(zhì)提高，采用給水直接噴入蒸汽減溫。第34頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一（二）煙氣側(cè)汽溫調(diào)節(jié)方法1．爐膛火焰中心位置的調(diào)整在一定范圍內(nèi)，改變爐膛出口煙氣溫度，以改變其后對(duì)流受熱面吸熱量，不很精細(xì)。2．尾部煙道內(nèi)設(shè)置煙氣