锅炉受热面简介.doc

发电部学习专题（锅炉受热面简介）锅炉受热面介绍1.1 概述1） 锅炉是为整个发电厂提供热能量的热力设备，它的作用是将燃料中的化学能通过燃烧转变为热能，将水加热成高温高压的过热蒸汽并送入汽轮机膨胀做功。我公司锅炉采用哈尔滨锅炉厂生产的HG-1955/25.4-YM燃煤锅炉，采用煤粉悬浮燃烧方式。2） 锅炉大体可以分为锅和炉。所谓的锅是指锅炉的汽水系统，由省煤器、水冷壁，顶棚过热器、包墙过热器（前、后、左、右包墙、中间隔墙）、低温过热器、屏式过热器、高温过热器、以及低温、高温再热器组成。它的任务是使水吸热蒸发，最后变成具有一定过热度的过热蒸汽，锅炉受热面的换热形式主要是辐射及对流两种换热形式。锅炉的受热面按传热方式又分为对流受热面和幅射受热面及半幅射受热面（指以何种传热方式为主）。对流受热面包括省煤器、包墙过热器、低温过热器、高温过热器、低温再热器、高温再热器；幅射受热面为水冷壁；半幅射受热面为屏式过热器。炉则是指锅炉的燃烧系统，由炉膛、燃烧器、烟道及空气预热器组成。1.2 汽水流程1） 给水及过热蒸汽流程：高加出口省煤器水冷壁折焰角及水平烟道侧墙启动分离器顶棚过热器竖井烟道前、竖井烟道顶棚及后包墙过热器竖井烟道左、右包墙过热器中间隔墙过热器低温过热器一级减温器交叉、混合屏式过热器交叉混合、二级减温器高温过热器汽轮机高压缸2） 再热蒸汽流程：汽轮机高压缸排汽事故减温器低温再热器高温再热器汽轮机低压缸1.3 各受热面介绍1.3.1 水冷壁1） 水冷壁是辐射蒸发受热面，水冷壁形成一个燃烧室吸收炉膛火焰的辐射热量，这样可以简化炉墙结构，并将省煤器来的给水加热成蒸汽（或汽水混合物）。2） 炉膛水冷壁分为上下两部分，下部布置着螺旋管水冷壁（螺旋管圈为436根），由于其热负荷较高，采用螺旋管结构后可减少相邻管子间的温度差。炉膛上部布置着垂直管水冷壁（垂直管壁为1312根管子），这样布置可以增加水冷壁的刚性。3） 在螺旋管圈和垂直水冷壁之间设有转换集箱。转换集箱共分为四个，每个集箱之间通过三根直径较小的管道相连，这样可以充分减少热偏差。4） 水冷壁后墙出口联箱，通过该集箱拉稀成管径较粗的凝渣管，以在水平烟道入口形成烟气通道，并进一步冷却烟气，防止高温再热器结渣。5） 螺旋和垂直水冷壁材质均采用SA-213 T12，共同组成4050m2的受热面。水冷壁出口共四个集箱（前后墙和左右侧墙各一个），然后通过管道连接至下降管，达到折焰角入口汇集集箱。蒸汽在折焰角汇集集箱分成两部分，一部分进入折焰角，一部分进入水平烟道侧包墙，最后共同汇入启动分离器。6） 我公司的水冷壁采用膜式水冷壁，各管子之间采用刚性连接，不允许有相对位移。采用膜式水冷壁的优缺点：能用全部面积来吸收炉膛辐射热；简化炉墙结构及减轻炉墙重量；减少炉膛漏风；提高炉墙的刚性；当管子与鳍片的温度之差可能造成管子的损坏。7） 折焰角属于水冷壁的一部分，由管道在炉膛后墙弯曲形成一个楔形伸入炉膛。其有以下几个重要作用：a. 在烟气进入水平烟道前形成一定的扰动，提高烟气对炉膛上前角的充满度，减小该处的涡流区，防止死角的形成，使前墙和侧墙的受热面吸热加强。b. 改善了烟气对屏式过热器的冲刷特性，增加了烟气流程，加强了烟气的混合。使烟气流延烟道高度均匀分布。c. 增加烟气流程，使水平烟道有足够的长度，利于受热面的布置。d. 由于折焰角使水平烟道形成一个喷嘴状，可增加烟气流速，加强对流受热面的传热效果。1.3.2 过热器1） 过热器包括顶棚过热器；前、后包墙过热器；左、右包墙过热器；中间隔墙过热器；低温过热器；屏式过热器；高温过热器。2） 过热器的作用是将水冷壁来的饱和的蒸汽加热至过热蒸汽，并在允许的范围内尽量提高其做功能力和保证一定的过热度。3） 以下分别介绍各受热面：a. 顶棚过热器蒸汽自启动分离器出来后就进入顶棚过热器，顶棚过热器布满炉膛和烟道的顶部，形成锅炉顶部的炉墙。在进入竖井烟道处设有一个中间集箱，将顶棚过热器分为两部分，一部分作为竖井烟道的顶棚，一部分形成竖井的前包墙。顶棚过热器也是在管子中间焊有钢片，如水冷壁形成膜式壁。它吸收炉膛火焰的辐射热及烟气流中的一小部分的辐射热，也吸收烟气中的部分对流热。b. 包墙过热器包墙过热器包括前、后、左、右包墙，它们共同形成锅炉的竖井烟道。前包墙自顶棚中间集箱引入，后包墙由顶棚过热器从竖井烟道后部向下弯曲形成。蒸汽在前后包墙中向下至省煤器上部进入竖井烟道环形集箱，再进入左右包墙上行至竖井烟道顶部。包墙过热器均为膜式壁。前包墙在与水平烟道相交处拉稀成管排，即每两列并为一列，以形成烟气通道。采用膜式包墙过的优点减轻炉墙的重量，简化炉墙的结构。但是它存在传热效果差的缺点。c. 中间隔墙过热器蒸汽自左右包墙过热器出来后进入中间隔墙过热器入口集箱，中间隔墙自集箱出口处先将管子前后排列，以形成烟气通道，然后在经过一定的高度后改为膜式壁布置。中间隔墙将竖井烟道分为前后两部分，前半部分布置有低温再热器，后半部分布置有低温过热器。这样布置的目的是使低温再热器和低温过热器有独立的烟气通道，在烟道出口布置烟气挡板，利于再热汽温度的调节（前半部分是指靠近炉膛的部分，后半部分是指远离炉膛的部分）。d. 低温过热器低温过热器由190片管屏组成，采用SA-213 T12钢材。低温过热器下部为三层由蛇形管组成的管屏，全部管屏挂在省煤器悬吊管上。低温过热器上部汇集成少数管子垂直引出至出口集箱。它是逆流布置对流传热。见图1低温过热器布置在竖井烟道的后半部分。蒸汽自中间隔墙出口直接进入低温过热器，其连接见图2。图1低温过热器布置图（红色为悬吊固定装置）图2中间隔墙与低温过热器的连接e. 屏式过热器（见图3）屏式过热器的作用是：a. 对炉膛出口烟气起阻尼和分割导流的作用。b. 降低炉膛出口烟气温度，减少尾部受热面的结渣。c. 可以有效吸收炉膛辐射热，改善高过管屏的温度工况。 屏式过热器布置在炉膛顶部，由于其处于炉膛出口处的高温烟气中，所以其兼具幅射和对流的换热方式，汽温特性比较平缓。屏式过热器由30片管屏组成，采用奥氏体钢和马氏体钢两种钢材。由于管屏中外侧管子的吸热量较内侧管子的吸热量多，且越外侧管蒸汽流量越小，所以靠近外侧的管子采用较好的钢材。（所谓较好的钢材是指工作温度高的钢材）为了调节过热器的出口汽温，屏式过热器的入口和出口分别布置了一级减温器，称为一级和二级减温器。利用这两级减温器实现过热汽温的控制，两级减温器都分为左、右两侧，可以分别控制，以减小汽温的偏差。为减小热偏差，低温过热器至屏式过热器入口进行了一次左右交叉混合，使蒸汽的热偏差减至最小。为了防止管屏中的单个管晃动或偏离管屏，每片管屏均有几根管子伸出弯曲做为夹持管，以使管屏在运行中保持平整。（如图3）f. 高温过热器高温过热器紧接着屏式过热器布置，位于折焰角上方，水平烟道入口处。因高温过热器处于烟温及工质温度较高，高温过热器采用顺流布置，高温过热器为过热器受热面的最后一级，出口至汽轮机高压缸。高温过热器和屏式过热器一样，也是由30片管屏组成，采用奥氏体钢和马氏体钢两种钢材。但是其处于屏式过热器的烟气出口处，其烟气温度较低，而烟气流速较高，所以其幅射换热所占比例较小，对流换热所占比例较大，可以称其为对流过热器。图3屏式过热器与高过管屏由于高温过热器内的蒸汽温度较高（出口达543左右），而外部的烟气温度也非常高（入口1118左右），所以其工作环境非常恶劣，管壁温度很高，容易出现管壁金属的蠕变、疲劳现象。为减少热偏差，屏式过热器出口至高温过热器的入口之间也进行了一次蒸汽交叉。所有管屏也采用了夹持管结构。（如图3）为了防止过热器超压，在高温过热器出口布置有弹簧式安全阀和PCV阀（可操作式安全阀）。弹簧安全阀共布置有六台（每侧三台），PCV阀共两台（每侧一台）。根据安全阀总排汽量必须大于锅炉最大蒸发量的设计原则，我公司过热器弹簧安全阀和PCV阀总排汽量为2020.196T/h，大于锅炉的最大蒸发量（锅炉最大连续蒸汽量1955T/h）。1.3.3 再热器再热器的作用是将在高压缸做过功的蒸汽再次加热以提高其温度，提高蒸汽做功能力、降低低压缸排汽湿度、提高机组效率。由于再热蒸汽压力低，体积大，密度小。因而再热蒸汽对管壁冷却效果差。在处于相同烟气热偏差时，较过热器而言热偏差会更大些。我公司的再热器布置在烟气温度相对较低的烟道中。 我公司再热蒸汽温度的烟气侧调节采用烟气挡板，这样可以在机组启动及停止当中有效的保护再热器，蒸汽侧调节我公司使用的是在低再入口的事故减温水。1） 低温再热器（见图4）低温再热器布置在竖井烟道前半部分（即靠近炉膛侧），汽轮机高压缸排汽通过其入口集箱进入再热器再次加热。低温再热器和低温过热器一样有三组水平受热面，一组垂直受热面。共18783m2受热面积。在省煤器后的水平烟道中布置有烟气挡板，通过调节烟气挡板的开度可以方便的调节低温再热器部分的烟气流量，以调节再热蒸汽汽温度。图4低温再热器布置图2） 高温再热器高温再热器布置在水平烟道中（即水冷壁后墙和竖井烟道前墙之间的烟道部分，其底部为折焰角的延伸部分），高温再热器的入口不布置集箱，由低温再热器直接通过管子引入。高温再热器属于对流受热面，即对流换热占大多数。由于内部是再热蒸汽，压力低，换热系数低，但是温度较高（出口569），所以为了达到最佳换热效果同时保护受热面，高温再热器采用了顺逆流的布置方式。所谓顺流布置是指受热面中的工质的大流向和烟气的流向是相同的（即工质的进口在烟气温度高的部位，出口在烟气温度低的部位），这样布置的优点是受热面比较安全，因为烟气温度最高的部位工质温度最低，缺点是因平均温差较小故换热效果较差。逆流是指受热面中的工质的大流向和烟气的流向是相反的（即工质的进口在烟气温度低的部位，出口在烟气温度高的部位），这样布置的优缺点与顺流布置的优缺点刚好相反，即换热效果好，但是受热面由于烟气和工质的最高温均在同一部位，故受热面容易损坏。顺逆流的布置方式兼顾了两者的优点，先采用逆流，再采用顺流安全性和换热效果同时得到提高。高温再热器出口采用小集箱，每两片管屏共用一个小集箱，最后汇入再热器至汽轮机中压缸连接管（见图5）。高再由于管数较少，故未采用夹持管，设有专门的夹持装置（见图6）。高温再热器出口也布置有8台弹簧式安全阀（每侧4台），总排汽量1627.512T/h，大于锅炉再热蒸汽流量（最大再热蒸汽流量1590T/h）。其主要作用是防止高压缸排汽超压。图5高再出口小集箱图6高再底部管屏图7高温再热器管屏图（先逆流后顺流）1.3.4 省煤器省煤器是布置在竖井烟道底部的受热面，它的作用为以下几点：a. 降低排烟温度，提高锅炉效率，减少燃料的消耗。b. 可以减少部分蒸发受热面。我公司锅炉布置有一级省煤器，分前后两部分，布置在低温过热器和低温再热器出口处。省煤器出口汇入悬吊管入口集箱如图8。悬吊管是省煤器的一部分，主要作用是悬吊固定低温过热器和低温再热器的作用。为了加强省煤器的吸热能力，省煤器采用鳍片管，即在钢管上每隔一段距离焊一钢片。同时由于在尾部烟道灰粒的硬度较大，省煤器的磨损较强烈，故在省煤器管屏面向烟气的第一根管加装了防磨装置。如图9。图8悬吊管入口集箱图9省煤器鳍片管及防磨装置图10省煤器布置图1.3.5 空气预热器空气预热器的作用是利用烟气的余热加热锅炉燃烧及制粉系统所用的空气，另一方面减少排烟热损失。空气预热器布置在烟道的尾部，分为管式和回转式。我公司锅炉采用的是回转式空气预热器，其原理是将蓄热元件安装在一个可以旋转的容器内，由一个电机带动旋转。当烟气流过蓄热元件，蓄热元件吸收热量，当蓄热元件旋转至空气侧，则蓄热元件放出热量，空气温度得到提高。随着锅炉容量的增大，现代锅炉纷纷采用回转式空气预热器，那是因为大容量锅炉所要求的风量较大，所以要求空气预热器的容量也就增大，管式预热器由于金属耗量大，占地面积大，已不能满足要求，而回转式空气预热器在相同的金属耗量和占地面积下能获取更大的换热面积，采用回转式空气预热器具有更大的经济性和布置灵活性。但是回转式空气预热器有如下缺点：a. 漏风量大，由于受热面相对于烟道和风道旋转，所以会产生较大的漏风。b. 运行维护量增加。c. 可靠性较低，因为采用电机带动旋转，万一电机跳闸，预热器将停止转动，且容易变形损坏。空气预热器配有主电机和辅助电机。图11空气预热器换热元件图12空气预热器减速机图13空气预热器推力轴承 2005年10月11日