电站锅炉基础知识第一篇.doc

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1、第一篇 电站锅炉基础知识第一章 常规电站锅炉设备1 锅炉设备发展概况1900年以前世界各国制造的锅炉的容量都很小，汽压很低，一般容量小于3吨/时，压力在15大气压，温度在300以下。1900年以后电站锅炉主要是发展链条炉排的分联箱直水管锅炉，当时由于燃烧方式和设计上的原因以及冶金水平的限制，使锅炉容量受到限制。一般在30吨/时，压力在40大气压，温度在420以下。1925年以后煤粉炉得到很大的发展。锅炉参数和容量有了很大的提高，1950年容量达到400吨/时。蒸汽参数达到64125大气压。过热蒸汽温度达500525五十年代到六十年代是电站锅炉飞速发展的黄金时代。锅炉容量和蒸汽参数提高很快。前苏

2、联、前西德、美国在试验性超临界压力锅炉上选用的压力高达300330大气压。蒸汽温度达650。以后，为了减少使用昂贵的奥氏体钢及提高机组的可靠性。亚临界级的蒸汽参数在汽轮机入口处压力稳定在160170大气压。超临界级蒸汽参数在汽轮机入口处压力稳定在246大气压。汽轮机入口汽温从600降低到538566。锅炉容量由五十年代的400吨/时(125MW)发展到六十年代末普遍提高到2000吨/时(60OMW)。在此期间，直流锅炉的比重增加，并且出现了多种型式的直流炉，在本生式直流炉的基础上发展成UP型直流炉。在苏尔寿直流炉的基础上发展成复合循环直流炉。在拉姆辛直流炉的基础上发展成螺旋管圈直流炉。为了提高

3、电站的热效率。早在二十年代中曾出现过的中间再热机组，到五十年代已普遍采用一次再热机组，甚至采用二次再热机组，但因二次再热机组的管道布置和启动系统均很复杂，到六十年代后期已基本不采用。七十年代电站锅炉发展最主要是受动力燃料的改变和火电厂负荷性质的改变影响。自从1973年以来发生了两次石油危机。油价暴涨，不少国家采取了减少石油消耗和进口的措施，停建新的燃油机组，因而燃煤机组重新得到发展。由于大型燃煤锅炉可用率不高。大容量的锅炉的发展趋于停顿，蒸汽参数趋于稳定，亚临界压力汽包炉重新获得优势。由于核电站比重增加。核电站和大容量火电机组带基本负荷，一部分300400MW机组必须带中间负荷。在此期间的中间

4、负荷机组的设计运行方面得到了很大进展。主要承压部件的寿命管理的研究也得到重视和发展。由于中间负荷机组要求锅炉能承受频繁启停，快速启停，低负荷的效率降低不多等特性。现在，对负荷的适应性能如何已成为评价机组的主要因素。七十年代以来，环境保护的要求越来越高。旋风炉采用高温燃烧方式，会产生大量NOx污染大气，已基本淘汰。八十年代以来，锅炉的容量和参数及结构变化较小，燃煤炉数量已占新建火电厂的绝对优势。即使是以燃油为主的日本近年来也积极研究大型燃煤炉的设计技术，建设大型燃煤电站，将燃油炉改造为燃煤炉的工作在不少国家取得了一定经验。第二节 锅炉的主要类型2.1 参数和容量锅炉的容量或额定蒸发量是指锅炉的最

5、大连续蒸发量，常以每小时产生多少吨额定参数的蒸汽来表示；锅炉的参数主要是指锅炉过热器出口的蒸汽压力和温度。通常在设计时规定的这种蒸汽压力和温度称为额定蒸汽压力和额定蒸汽温度，对于中间再热锅炉，蒸汽参数还包括再热蒸汽压力和温度。按照容量的大小，锅炉通常有大型，中型和小型之分，但它们之间没有严格的分界，而且随着锅炉容量日益加大。原来被称为大型和中型的锅炉。现在则被称为中型和小型锅炉了。按照压力的高低。锅炉分为低压、中压、高压、超高压、亚临界和超临界等类型。2.2 电站常用燃料电站常用燃料是指用来在锅炉内燃烧以取得热量供锅炉产生蒸汽的物质。电站常用燃料分为固体燃料煤；液体燃料油和气体燃料天燃气。上述

6、燃料都是有机燃料。我国历来以燃煤为主，只是在六十年代在大庆油田产油后，加以对石油经营量和生产能力缺乏科学论断，盲目的发展了一批燃油炉，按照我国当前及今后一个长期内的基本方针，动力工业不应以油作为燃料。电站锅炉是耗用大量煤的动力设备，煤的性质对锅炉的安全经济运行关系很大，不同种类的煤要采用不同的燃烧方式和燃烧装置。2.3 燃烧和排渣方式按照燃烧和排渣的方式，锅炉可以分为不同类型，下面介绍几种常规电站常用类型。1、煤粉炉燃料全部或主要在炉膛空间内悬浮燃烧，是电站使用的主要炉型。煤粉炉又分为固态排渣炉和液态排渣炉，液态排渣炉是在炉膛下部的四周水冷壁上敷耐火材料提高了炉膛下部的温度，使落到炉底的灰渣呈

7、液态，炉底水冷壁为水平或稍倾斜布置。正常运行时炉底积有一层液态渣，液态渣通过渣孔流出。2、旋风炉旋风炉是采用旋风燃烧方式的燃煤粉的电站用蒸汽锅炉，它可分为卧式和外置立式两种，燃料和空气进入筒内产生高速旋转运动，其燃烧方式兼有悬浮式和层燃式燃烧的优点，由于在筒内壁敷有耐高温、耐冲刷的耐火涂料，筒内燃烧又十分强烈，故旋风筒内温度很高，筒的最低处设有渣孔，供流渣之用，我国的旋风炉数量很少，目前电站使用的旋风炉有一些则兼生产磷肥或水泥，称为动力工艺复合旋风炉。3、火炬层燃炉火炬层燃炉又称撒播式锅炉，这种锅炉用空气吹送或机械播撒把煤抛入炉膛空间，然后未烧完的大煤粒又落在炉蓖上燃烧，实际上，煤的燃烧方式是

8、：有些微小的煤屑完全在空间内燃烧；较大的颗粒可能在空间内着火然后落到炉蓖上；更大的煤粒则落在炉蓖上后才着火燃烧。4、沸腾燃烧锅炉沸腾炉可分为常压沸腾炉和增压沸腾炉两种，它是采用层燃炉燃烧方式，但由于空气通过炉蓖时的速度较高，煤粒和煤块在炉蓖以及以上一段距离内处于像液体沸腾般的剧烈运动，并进行燃烧，这种炉型可以燃用劣质煤和低挥发分无烟煤。2.4 工质在锅炉内流动方式通常按工质在蒸发受热面内的流动方式可将锅炉分为以下几种类型:1、自然循环锅炉蒸发受热面为自然循环的锅炉称为自然循环锅炉。位于锅炉上的汽包可通过下降管不断地向水冷壁进口联箱供水，水冷壁内水吸热后产生部分蒸汽，在管内形成汽水混合物，由于水

9、冷壁内水受热后形成汽水混合物，与下降管的水重度不同，重度差使下降管和水冷壁内工质产生循环流动的推力。汽水混合物上升进入汽包，使工质不停地形成自然循环。这种自然循环锅炉水冷壁出口汽水混合物的含汽率（按重量）大致在525%范围内（低参数、小容量的锅炉较小；高参数、大容量的锅炉大些）。由上述讨论可知，一定量的水，必须在汽包、下降管和水冷壁等所组成的回路内循环很多次才能全部蒸发，这种自然循环汽包炉是到目前为止应用最为普遍的炉型，一些国家的亚临界压力锅炉大都采用这种炉型。2、强制循环汽包锅炉在自然循环锅炉中工质的循环流动是靠下降管与上升管内工质的重度差所产生的循环推力来实现的，因此，在自然循环锅炉中必须

10、尽量减少流动阻力，在设计布置上要使水冷壁受热均匀，避免角落处水循环不良，同时水冷壁形状必须简单，尤其是水冷壁管要尽量垂直布置，这样才可以保证对水令壁管的足够冷却。从饱和水和饱和蒸汽性质表可以看出，随着锅炉压力的提高，水、汽之间的重度差愈来愈小。强制循环汽包锅炉就是在下降管与水冷壁进口联箱之间串接专用的循环泵，这样就可以人为地控制锅炉中水和汽水混合物的流动，从而能可靠地保证水循环的安全性。这种在水循环回路中装有炉水循环泵的锅炉与自然循环锅炉蒸发受热面的汽水系统相似，其差别只是多了一台循环水泵。但是它给锅炉的结构和运行带来很大变化，水冷壁管的布置方式不再局限于垂直上升的唯一方式。布置上可以比较自由

11、，在这种锅炉中，水冷壁出口工质的含汽率可达2030%，循环倍率K在3.05之间，故又称之为低循环倍率强制循环锅炉。这种锅炉在英、法等国应用很普遍，我国大港电厂引进的二台32万千瓦机组的1050吨/时锅炉和元宝山电厂苏尔寿947吨/时锅炉即属此种型式。3、直流锅炉直流锅炉与汽包锅炉相比是它不用汽包。其特点是给水进入锅炉后，在锅炉内部不进行循环，而是在顺序流过省煤器、蒸发受热面和过热器等受热的过程中，逐步完成水的加热、蒸发和蒸汽过热等阶段。由于工质的运动是依靠给出水泵的压头来推动的，所以直流锅炉一切受热面中工质都为强制流动，直流锅炉的水冷壁管可以是直立、螺旋上升，甚至是上下曲折的。无论是自然循环或

12、强制循环汽包锅炉都只能用于临界压力以下，而直流锅炉内的工质压力既可低于临界，又可超临界。直流锅炉由于不用汽包，又不采用或少用下降管，可节省钢材2030%。制造工时约可减少20%，运输安装也比较方便，但它给水品质的要求非常严格，启动系统复杂，需要配备高度自动化的控制设备，4、复合循环直流锅炉复合循环直流锅炉是美国燃烧工程公司60年代在瑞士苏尔寿直流锅炉的基础上发展起来的。这种炉型不仅主要用于超临界压力锅炉，还用于亚临界压力锅炉。复合循环直流锅炉属于直流锅炉的一种新的型式，它的特点是在直流锅炉的省煤器出口与蒸发区入口之间加装一台再循环泵，在亚临界压力下使用的复合循环直流锅炉的水冷壁出口须装汽水分离

13、器，使分离出来的水进行再循环；在超临界压力下使用肘，不需要装汽水分离器就能实现部分工质的再循环。有的复合循环直流锅炉在全负荷范围内部以再循环方式运行。超临界压力复合循环直流锅炉在美、日等国得到广泛的应用。这是因为它与其他类型锅炉相比有着许多优点: （1）由于水冷壁系统流动阻力比一般直流炉小约0.981.96MPa，水冷壁流速可选用较低的数值； （2）水冷壁工作条件可得到显著的改善，再循环使水冷壁进口工质焓值升高从而导致在整个水冷壁范围内，工质的温升及水冷壁管子温度的变化降低，这样，水冷壁管的温度应力就能维持在一个最低值上，相应地提高了安全性，在恶劣的工况下，例如启动、低负荷等，损坏的可能性就会

14、降低； （3）启动流量低，启动系统的容量可按再循环泵的工作起始点考虑，相应地可减少投资和启动热损失； （4）锅炉的低负荷极限可降至10%左右； （5）由于重量流速可由在循环泵来保证。可避免采用过小直径的水冷壁； （6）可在锅炉出力很低时启动汽机，可以不需要保护再热器的旁路系统； （7）由于锅炉启动时用炉水再循环来保证水冷壁内足够的重量流速，锅炉给水量只有最大蒸发量的510%，因而启动热损失很小，仅为一般直流锅炉的1525%。3 锅炉汽包和水冷壁3.1 概述由汽包、下降营、水冷壁、联箱及其连接管路组成蒸发系统，此系统的作用是吸收炉膛内的热量使水变成有一定压力的饱和蒸汽。（图3-1）蒸发设备的组成

15、图。此图系HG-220/100-1型锅炉蒸发系统。1.汽包 2.下降管 3.下联箱 4.水冷壁 5.含汽水混合物的水冷壁 6.上联箱 7.引出管从图中可以看出：给水先进入汽包1，经下降管2下联箱3进入水冷壁4。水在水冷壁内吸收炉内高温辐射热，部分汽化成饱和蒸汽。由于水冷壁中汽水混合物上升。经上联箱6和引出管7进入汽包；与此同时，汽包中的水则不断经下降管流入水冷壁。这个系统称为自然循环的汽水回路。3.2 汽包汽包是由圆柱筒和两端封头焊接而成的。是给水、蒸发系统和整齐系统的枢纽。自然循环和多次强制循环锅炉都要求装置汽包。汽包的尺寸及材料随锅炉容量、参数及内部装置型式和数量的不同而异。（表3-1）举

16、出几种锅炉的汽包尺寸和材料。一般来说，容量较小、压力较低、内部装置型式简单时，可采用较小的内径和壁厚。来自省煤器出口的给水进入汽包。并通过下降管将水送入水冷壁下联箱。水冷壁受热后产生的汽水混合物也回到汽包；汽包还装有各种型式的汽水分离装置；回到汽包内的汽水混合物经过汽水分离装置把蒸汽分离出来，经过清洗净化，将饱和蒸汽送入过热器（如图3-2)目前国产和引进的各种参数的汽包锅炉，大都采用将省煤器来的给水引入汽包后，分成各为50%水量的两路。一路作为清洗用水，一路直接引入汽包水空间。高压以上参数的锅炉省煤器出口水温一般都设计成低于饱和温度，也就是说有欠热。例如HG670/140型锅炉，其省煤器出口水

17、温设计为266，而汽包工作压力下的饱和温度为350，欠热达84；前苏联制造的E670/140型锅炉，省煤器出口水温欠热为54；日立85Ot/h亚临界自然循环锅炉，省煤器出口水温欠热72。有一定的欠热是允许的，但欠热太大也不好。在一般采用的汽包内给水分配方式下，会引起过大的蒸汽凝结量和旋风分离器过负荷。在通常省煤器出口水进入汽包后的给水分配方式下。汽包内汽空间的汽包壁温与汽包工作压力下的饱和温度相适应，水空间汽包壁温则并不是所有壁面都与汽包工作压力下的饱和温度相适应。这种给水方式使得水空间的汽包壁温与饱和温度存在不同差值。离给水部位越远的汽包壁部位，其温度越接近饱和温度。反之，偏离饱和温度值越大

18、，由于这种不均匀的汽包壁温度场，产生热应力。特别是高压超高压以下的厚壁汽包如果存在着汽包沿周向和轴向的壁面温差，则将增大汽包的寿命消耗，特别是厚壁汽包，又是承担中间负荷的调峰锅炉。因为频繁启停和变动负荷，汽包壁大的温差值将大大增加汽包的热疲劳，加剧汽包的寿命消耗，这是因为在启停和变动负荷过程中要产生大的综合交变应力。这种应力越大，变化幅度越大，变化频率越快，则汽包寿命消耗越多。表3-1 部分锅炉汽包尺寸和材料锅炉型式汽包内径（mm）壁厚（mm）长度（mm）材料HG-75/39HG-220/100HG-410/100SG-400/140DG-570/140日立850吨/时苏EH670/140意大

19、利1050吨/时1508160018001600180016761800152446909775901511159682001270016000118862000019200225301653022g22g22g15MnMoVNi18MnMoNb相当于SB-56M16MnNiMoAM601.给水分配箱带孔板 2.小百叶窗 3.旋风子 4.防旋风小托盘 5.给水管 6.给水巢管 7.大百叶窗 8.防止蒸汽高速抽水装置 9.顶部抽孔板 10.清洗孔板 11.排污管 12.加管 13.事故放水 14.栅格3.3 降水管自然循环和多次强制循环锅炉都在汽包上装有降水管，降水管的作用是把汽包内的水连续不断

20、地送往下联箱。然后再分送入各水冷壁管，以维持蒸发系统的正常水循环，降水管的结构、截面大小和降水情况，都直接影响到锅炉正常水循环的可靠性。降水管分为分散降水管和集中降水管两种，过去中小容量锅炉都采用小直径分散降水管。其直径一般为108159毫米，阻力较大，对水循环不利。现代大型锅炉，为了减少阻力，简化布置，大都采用大直径降水管，称为集中降水管，其直径一般为325426毫米；也有的锅炉集中降水管的直径很大，如日立850吨/时亚临界自然循环汽包炉，降水管只有4根，2根从汽包底部引出，2根从汽包两端封头引出，其外径为635mm。3.4 水冷壁悬浮燃烧的锅炉，在燃烧室内都布满水冷壁。过去中小型自然循环锅

21、炉的水冷壁都是单根垂直向上布置的，并用上下联箱分成若干独立的循环回路。这些管子除去吸收燃烧室内的辐射热，完成工质的加热蒸发过程，组成蒸发系统的一个主要部件外，还起到保护炉墙的作用，现代大型锅炉则采用膜式水冷壁，此外根据燃烧方式和燃烧煤种的要求，采用带有销钉的水冷壁。因此，水冷壁就其型式可分为光管式、销钉式和鳍片式水冷壁三种。1、光管式水冷壁光管式水冷壁由单根无缝钢管制成，布于燃烧室四周。2、销钉式水冷壁在光管水冷壁的向火侧管壁上焊上用短园钢棍作成的销钉，这种水冷壁称为销钉式水冷壁。其结构如图3-4所示。采用销钉式水冷壁的目的是用于液态排渣炉和旋风炉的熔渣室，以及当常规煤粉炉燃用难于点火或稳燃的

22、煤种时，在燃烧器区域加装卫燃带之用。在销钉上敷设耐火涂料，以提高熔渣室或燃烧器区域的温度。以保证流渣顺利或煤粉着火和稳定燃烧，销钉还起到冷却耐火塑料，保持耐火塑料的热稳定性，延长耐火塑料使用寿命的作用。当采用液态排渣炉或旋风炉时，还起到保护水冷壁免受高温腐蚀的作用。3、鳍片管式水冷壁现代大型锅炉已广泛采用带鳍片的水冷壁管，组成膜式水冷壁。鳍片水冷壁曾分为两种，一种为轧制鳍片管，一种为扁钢焊接的鳍片管如图3-5所示膜式水冷壁有下述一些优点:（1）水冷壁能保持良好的气密性漏风量少，安装方便。（2）膜式水冷壁可以采用敷管式炉墙，炉墙的重量可以就轻一半以上，从而可大大减少钢架的金属耗量及制造工时，锅炉

23、基础的材料消耗及用工也随之降低。（3）由于采用敷管式炉墙，炉墙蓄热量小，可缩短停炉冷却和启动时间（4）水冷壁呈刚性连接能防止管子从管屏中凸出。（5）当炉膛爆炸时，膜式水冷壁可以承受冲击压力所引起的弯曲。（6）便于冲洗炉膛内的结渣和积灰。（7）膜式水冷壁具有不易结渣的优点。其缺点是:（1）采用轧制的鳍片营的缺点是制造工艺复杂，精度要求高，因而成本高。（2）采用扁钢焊接的鳍片管焊缝数量增多。4、凝渣管凝渣管又称防渣管或费斯登管，是布置在燃烧室出口烟窗处的对流管簇，这个管簇的横向和纵向管子节距都很大，其横向节距S1/d约为3.5。纵向节距S2/d3.5，因此管簇本身不容易结渣，即使由于燃烧不正常，在

24、凝渣管簇上结一些渣，也不会影响烟气的流通，烟气流过凝渣管簇时，温度一般要降低3050，烟气中携带的飞灰会凝固，不会使其后的对流受热面结渣。（图3-6）为国产120t/h中压煤粉炉凝渣管簇结构示意图。（a）为中参数锅炉，（b）为高参数锅炉。在高参数全悬吊的现代大型锅炉中，一般不再采用凝渣管簇，而用装在炉膛出口的屏式过热器代替，后水冷壁先接到一个中间联箱，再由中间联箱用数量很少大管径吊挂管把汽水混合物引出进入汽包，这些大管径吊挂管还起到承受全水冷壁和炉墙的作用。此外，后水冷壁上部常做成一个折焰角，然后与后水冷壁中间联箱相连。(图3-7)为全悬吊结构锅炉的凝渣管结构4 过热器、再热器和减温器4.1

25、过热器和再热器的作用及工作特点过热器的作用是将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽，再送往汽轮机作功，随着机组容量增大，蒸汽压力提高，相应地提高过热蒸汽温度，不但对提高电厂的热效率是十分必要的，对减少汽轮机最后几级的蒸汽湿度，保证汽轮机安全运行也十分重要，由于过热器内流动的蒸汽温度很高，其传热性能较差，过热器外是高温烟气，过热器的管壁温度高于过热蒸汽温度。计算和测试表明，各段过热器由于过热蒸汽温度不同，烟气温度不同及受热条件不同，过热器管壁温度与过热蒸汽温度之差值不同，一般过热器管壁温度较过热蒸汽温度高2090。因此，在过热器设计和选择材料时，不仅要看各段过热器的过热蒸汽温度，还要看这段过热器

26、管壁温度与过热蒸汽温度的差值。过热器的布置在烟温较低的区域，可以降低管壁温度。对过热器安全运行有利，但因传热温压减小，所需受热面积相应增大。过热器布置在烟温较高的区域，因传热温压增大，所需受热面积减小。但过热器管壁温度增高，对过热器安全运行不利。过热器设计的原则是使各段过热器的管壁温度接近。但不超过其选用管材的最高温度极限，从而既可以保证过热器安全运行又尽量节约价格昂贵的高温金属材料。此外，由于各段过热器管子金属在接近最高温度极限下工作，1020的超温就会使金属的许用应力降低很多。因此，过热器设计的又一个原则是使过热器管之间的热偏差控制在一个很小的范围内。表4-1列出了常用钢材的最高工作温度极

27、限，可作为过热器材料选用的参考。表4-1 常用钢材的最高工作温度极限钢材种类受热面允许壁温联箱导管允2015CrMo12CrMoV12CrMoV12MoVWBSiRe(无铬8号)12Cr3MoVSiTiB(11)X20CrMoWV121（F11）X20CrMoV121（F12）480550560580-580-600620-650-650480510540540-600620-600-600过热器应能维持稳定的过热蒸汽温度，汽温超过额定值会影响过热器安全运行汽温降低又将影响热效率。故一般规定过热蒸汽温度的波动不超过+5或-10。过热器对蒸汽流动的阻力应尽可能地小，大型锅炉蒸汽在过热器中的压降应

28、不超过工作压力的10%。再热器的作用是将汽轮机高压缸排出的蒸汽再加热成具有一定温度的再热蒸汽，再送往汽轮机中、低压缸继续做功，这是由于超高压机组过热蒸汽温度的提高受到过热器钢材高温强度性能的限制。采用再热器可以使蒸汽膨胀终了的温度控制在允许范围内，并提高机组的热效率，我国生产的超高压125MW、20OMW和亚临界压力300MW机组均采用了一次中间再热器。流经再热器的额定蒸汽量很大，约为高压蒸汽量的80%左右。但再热蒸汽压力较低，大致为过热蒸汽压力的2035%，再热后的再热蒸汽温度等于或接近于过热蒸汽温度。此外，蒸汽在再热器的压降将减少蒸汽在汽轮机中，低压缸内做功的能力，降低热效率。因而要求由汽

29、轮机高压缸排汽口到进入中压缸的降压一般应不超过再热蒸汽压力的10%，这样就限制了蒸汽在再热器中的流速。由于再热器的上述特点，再热器的工作条件远较过热器差，为了保证再热器的安全，除根据各段再热器管壁温按表4-1选用合理的材料外，再热器一般布置在烟温较低的区域并严格控制限制再热器的热负荷。4.2 过热器的结构及布置根据传热方式可将过热器分为对流过热器、半辐射过热器、辐射过热器，一台大型锅炉的过热器可以由以上三种传热方式不同的过热器组成，也可以由其中12种过热器组成。1、对流过热器布置在对流烟道内主要吸收对流放热的过热器，称为对流过热器，它是大型锅炉过热器的基本组成之一，对流过热器多由进口、出口联箱

30、和许多并列的蛇形管组成，按烟气与蒸汽的相对流向可将对流过热器分为顺流、逆流，双逆流及混流四种如图4-1所示。目前锅炉的对流过热器均采用混流布置，只是在大型钢炉上将对流过热器进行了分段和交叉，对流过热器的蛇形管可以水平放置或垂直放置，垂直放量的优点是不易积灰、支吊方便，可以把蛇形管吊在炉顶墙外的钢架上。因而吊架比较可靠不易损坏，其缺点是当停炉时若管内有凝结水，增加了停炉时间的腐蚀。此外检修水压试验后，排除积水困难一些。水平放置的优点是蛇形管疏水方便，但管支吊困难。当蛇形管不太长时，可采用图4-2的支吊方式。当蛇形管太长时，中间要用吊管图4-3。一般以省煤器的出口管作悬吊管，而支架要用耐热的合金钢

31、，对流过热器蒸汽流速的选取要考虑两个方面的因素：一是要使管壁温度不超过管材金属的允许温度；二是要使蒸汽流动的压力损失不能太大。影响传热和压力损失的不只是蒸汽流速，蒸汽的密度也有关系。因此，常用密度与流速的乘积一质量流速作为一种设计指标。对流过热器额定负荷下的质量流速一般在50010Okg/(m2s)之间，对于热负荷很高的管段或蒸汽温度很高的管段可以选用较大值。通常对流过热器烟气流速在614m/s内。对于飞灰磨削性强的煤种，烟气温度低的对流过热器。烟气流速应选择低一些，对于飞灰粘结性强。烟气温度高的对流过热器，烟气流速宜选择高一些。2、半辐射过热器半辐射过热器都设计成挂屏式悬吊在燃烧室上部，所以

32、通常称为屏式过热器。位于燃烧室出口部分的屏式过热器，既吸收烟气流过时的对流热，又吸收燃烧室中的辐射及管间烟气的辐射热。屏式过热器的结构如图4-4所示，它是由联箱和屏管组成。联箱布置在顶墙外，屏管吊在联箱上。屏管间的节距S2/d=1.11.25；为了防止结渣，相邻两屏之间有较大的距离，一般在5001500毫米的范围内。为了固定屏间的距离，可以在相邻两屏中各抽一根管子弯至中间夹在一起。为了防止屏的扭曲变形或个别管子从屏中突出来：一种是用耐热钢卡将屏管固定，另一种在屏管间加装定位板与屏管焊接。由于屏式过热器处烟温很高，耐热钢卡损坏比较严重。定位板与屏管焊接则往往由于屏管受热不同将焊接处拉裂。严重的还

33、造成屏管损坏，采用自身管子将屏夹住的结构经实践证明效果比较好。大型锅炉的屏式过热器有的分为两组，通常把靠近燃烧室中心的一组称为前屏过热器，把靠近燃烧室出口的一组称为后屏过热器，前屏过热器与后屏过热器传热情况不同。前屏过热据主要吸收燃烧室的辐射热，烟气冲刷不充分，对流传热较少。后屏过热器烟气冲刷不好，同时由于有折焰角的遮蔽，只有一部分管子吸收燃烧室的辐射热，因而属于半辐射式过热器。屛式过热器处的温度很高，热负荷大。因此，屏式过热器的管壁温度比蒸汽温度高很多。计算和测试表明，屏式过热器管壁温比蒸汽温度高6090，且各屏间的屏管温度相差很大。故屏式过热较对流过热器管子的工作条件要差得多(对流过热器管

34、壁温度比蒸汽温度高2040，各蛇形管壁温度相差也小一些)。因此，在设计屏式过热器时，通常是将屏式过热器作为过热器的低温段。并降低屏式过热器的进口和出口蒸汽温度，并选取较大的蒸汽质量流速700120Okg/(m2s)，同时从结构设计上采取措施，使热负荷不均和蒸汽流量不均相互补偿来减小各屏管壁温度的偏差。3、辐射过热器布置在烧燃窒区域，吸收燃烧室高温烟气辐射传热的过热器称为辐射过热锦，辐射过热器除布置在燃烧中心的屏式过热器外，主要是布置在燃烧室四周的壁式过热器和布置在燃烧室顶部的顶棚管过热器及布置在烟道墙上的墙式辐射过热器。顶棚管过热器的吸热量很小其主要作用是用来构成轻型平顶炉墙，它是由单排管组成

35、，其管排之间的节距S/d1.25。在顶棚管上敷设有耐火材料和保温材料，顶棚管过热器的结构及布置如图4-6所示，顶棚过热器与燃烧室顶部炉墙是一个整体并吊挂在燃烧室顶部的钢架上，顶棚过热器由于进口和出口温度低，工作条件较其它过热器好得多，但是，由于燃烧室温度场不均匀，各顶棚管之间存在一定的温差，各管子的膨胀量不同，加之顶棚管比较长，分段吊挂在钢架上，因此，保证顶棚管能自由膨胀和补偿因膨胀不同而产生的相对位移对顶棚过热器的安全性是十分重要的，当顶棚管不能自由膨胀或不能补偿顶棚管之间的相对位移时，某些顶棚管会出现变形下塌，变形下塌的顶棚管也会因过热而爆破。高参数的锅炉，减少一部分水冷壁布置壁式辐射过热

36、器对锅炉整体布置是有利的。但是，对自然循环锅炉，一般不采用壁式辐射过热器，这是因为燃烧室内受热面的热负荷很高，蒸汽对管壁的冷却比汽水混合物对管壁的冷却效果差得多。如果将壁式辐射过热器布置在燃烧室上部炉墙，壁式辐射过热器不受火焰中心的强烈辐射，对其安全有利。但是，因布置在部分整个高度的炉墙上，可以不影响水循环的安全，但靠近火焰中心的管子壁温太高。此外，在锅炉启动过程中，没有蒸汽来冷却管子。为了保证安全，必须采取从外界引来蒸汽等特殊措施，使系统和启动过程复杂化。对于直流锅炉来说，由于水冷壁出口的蒸汽均有一定的过热度。在水冷壁上部布置壁式过热器，既无影响水循环安全问题，又由于水冷壁上部热负荷较低，可

37、以保证其安全运行。因此，直流锅炉采用壁式辐射过热器是合理和可行的。现代大型锅炉上在烟道的墙上布置有墙式辐射过热器。布置墙式辐射过热器的主要作用在于简化或保护烟道部分的炉墙，所以又称为包覆过热器。由于烟道靠墙处的烟气流速很低，它主要受烟气的辐射传热，但吸收的热量很小。包覆管过热器悬吊在炉顶的钢架上，在包覆管上敷设炉墙，既简化了炉墙结构，又减轻了炉墙重量，对大型锅炉好处极大，因此，我国设计的大型锅炉，愈来愈多地布置了包覆管过热器。4.3 再热器再热器的结构和对流过热器的结构相似，也是由蛇形管组成，只是为了减小再热器的阻力损失，再热器采用较大的管径、较多的管圈和较小的蒸汽质量流速，同时还尽量少用或不

38、用中间联箱，再热器的蒸汽质量流速一般为15040O kg/(m2s)管子外径为4251，管圈为每排5-7圈，图4-7所示为再热器管的结构图。再热器中，由于蒸汽质量流速较小。蒸汽对管子的冷却较差，因而多数将再热棉布置在中等姻温区域。当然，烟温低会增多再热锦受热面金属用量，但对金属高温性能的要求可以相应降低。布置在水平烟道内的再热器，都是垂直式的，管子悬吊在联箱上，比较简单，布置在垂直烟道的再热器，都是水平式的，一般都采用吊管来吊挂管子。为了保证滑参数起动和汽轮机甩负荷时再热器安全工作，再热器应有旁路。图4-8所示为一级大旁路系统。根据国内实践，再热器进口烟温为860，采用这种系统可以保证再热器的

39、安全。图4-9为在再热器前面和后面各加装一个快速减压装置的二级旁路系统，它不仅可以保证滑参数启动和汽机甩负荷时再热器的安全工作，在汽轮机用汽量很少时，锅炉可在较高负荷下运待以维持燃烧并使一次过热蒸汽温度和再热蒸汽温度尽量接近额定值。这时多余的蒸汽可经过旁路进入凝汽器。1-锅炉 2-高压缸 3-再热器 4-中压缸 5-低压缸 6-凝汽器 7-减温减压装置1-锅炉 2-高压缸 3-再热器 4-中压缸 5-低压缸 6-凝汽器 7-级减压减温旁路 8-级就温就压旁路4.4 减温器与汽温调节在运行中，过热汽温和再热汽温经常会发生变化，为了保持额定汽温，电站锅炉都装有不同型式的减温器。汽温可以从蒸汽侧调节

40、，也可以从烟气侧调节，过热汽温从蒸汽侧调节时可用表面式减温器或喷水减温器，从烟气侧调节时可用烟气挡板或摆动式喷燃器等，再热汽温从蒸汽侧调节时可用汽-汽热交换器，从烟气侧调节时可用烟气挡板或烟气再循环；也可用微量喷水减温器作再热汽温的细调。(一)表面式减温器图4-10示出了表面式减温器的结构。冷却水在U形管内渡过，蒸汽在管外通过，改变冷却水量就可以调节过热汽温，当汽温偏离时，加大冷却水量；汽温偏低时，减小冷却水量，直到汽温正常。冷却水常用给水。在给水系统中，表面式减温与省煤器的连接可以并联也可以串联，这种方式有较大的缺点:因为减温用的水量较大，常占总给水量的3040%，有时甚至达5060%，这就

41、使通过省煤器的水量较少而且经常变化，造成省煤器的工作不稳定、不可靠，因而目前多采用串联的方式。1-进水联箱；2-蛇形冷却管；3-减温器本体；4-出口联箱；5-保护套:6-端盖；7-蒸汽进口；9-空气门；10-锅炉中心线b高参数锅炉表面式减温器与省煤器串联的系统见图4-11。由图可知，调整减温水调节阀或节流阀的开度就可以改变通过减温器的给水量而不影响省煤器前的给水压力，表面式减温器的优点是冷却水与蒸汽不接触，水中杂质不会混入蒸汽，但是这种减温器结构复杂，笨重，易损坏和渗漏，调节不灵敏，又容易造成蒸汽的热偏差，所以目前只有老式锅炉还用，近代锅炉都采用喷水减温器。(二)喷水减温器喷水减温是大容量锅炉

42、中调节过热汽温的主要方法，我国在5万kw以上的锅炉中普遍采用，在喷水减温器中，喷入的水与蒸汽直接混合，因而对水质的要求很高，应使喷水后过热蒸汽中的含盐量及含硅量符合规定的品质。在大型凝汽式电厂中，锅炉给水品质好，可以直接用来作为喷射水，只要在给水管路上接一分路到减温器的喷水点处，利用给水和减温器之间的压差即可达到有效喷射的目的，因而结构简单方便。喷水减温器的结构形式很多，按喷水方式有下列四种：1、单喷头式减温器，如图4-13。2、水室式减温器，如图4-14。3、涡式喷嘴减温器，如图4-15。4、多孔喷管式减温器，如图4-16。(三)汽-汽热交换器汽-汽热交换器是用过热蒸汽加热再热蒸汽的调温设备

43、。国产670吨/时锅炉装有48只汽一汽热交换器。图4-17表示一只热交换器的结构，它有一根194311毫米的外套管，管内又装有七根425毫米的U形管，过热器是从屏式过热器出口引来，再回入对流过热器，所以蒸汽温度比较高。再热蒸汽自低温段再热器，回入高温段再热器，温度比较低，过热蒸汽以对流传热的方式加热再热蒸汽。可以用改变再热蒸汽流量的办法来调节再热汽温，再热蒸汽在进入汽-汽热交换器之前，先经过一个旁路三通阀，一部分再热蒸汽走旁路管，一部分进入汽-汽热交换器，然后在进入高温再热器前则混合后的再热汽温提高。当再热汽温偏离时，可反向调节，使再热汽温降低。汽-汽热交换器由于传热条件好，可以用较少的受热面

44、得到较大的调节幅度，同时热交换器本身就是再热受热面，所以可以减少再热器的金属耗量。汽-汽热交换器应用在以辐射过热器为主的大型锅炉中比较合适，因为在这种情况下，随着负荷的变化，过热器表现出辐射特性，而再热器总是对流特性，这就有利于调节汽温。譬如负荷较低，过热汽温升高而热汽温降低，在汽-汽热交换器中两侧的温差加大，传热量增加，此时过热蒸汽多的热量正好用来加热再热蒸汽，其结果是使过热汽温降低而再热汽温升高，两侧都达到了调节汽温目的。但是，从目前现场实际使用的效果来看，汽-汽热交换器及其旁路三通阀调节不够灵敏，调节度也不大，同时采用汽一汽热交换器后，使系统复杂化，并增加了过热器系统的阻力，运行中噪音大

45、，并且发生泄漏时不易发现。(四)改变炉膛火焰中心的高度改变炉膛火焰中心高度可以改变炉膛出口的烟气温度，因而可以调节过热汽温或再热汽温，这是一种烟气侧的调温方式。当用这种调温方式时，距炉膛出口越近的受热面，吸热量的变动越大。改变炉膛火焰中心高度的方法有的是改变燃烧器的倾角，也有的是投入不同的燃烧器。火焰中心升高时，炉膛辐射传热减少，因而使过热汽温升高。相反，当火焰中心降低时，将使过热汽温降低，当向上的倾角过大时，将增大机械不完全燃烧损失，而且还可能使炉膛出口结渣；当向下倾角过大时又可造成冷灰斗结渣，对于具有再热器的锅炉用这种方法调节再热汽温，可能与过热汽温的调温发生矛盾，对于SG-400型锅炉（

46、如图4-18所示)，再热器远离炉膛，受火焰中心位置的影响很小，为调节再热汽温必然要使过热汽温发生很大变动。当过热器和再热器均分作两级并作交叉布置时，用改变炉膛出口烟温来调节再热汽温则矛盾较小。(五)分隔烟道挡板调温图4-18示出分隔烟道挡板调温的局部布置。再热器为对流式，并与过热器的对流部分平行布置在互相隔开的后烟道中，在该段烟道的出口有可调的烟气挡扳，利用这些挡板来改变流经两烟道的烟量，以调节再热汽温。图4-19示出流经平行烟道的烟量变化情况，在额定负荷时烟道挡板全开，流经每一烟道的烟量约占总烟量的50%(图中水平虚线所示)。负荷降低时，关小过热器烟道的挡板，使较多的烟气流经再热器，以维持额

47、定的再热汽温。这种方式的调温作用可用图4一20来说明，图中曲线A表示两组烟道挡板全开时的汽温特性。可以看出，在低负荷时，再热汽温偏低，而过热汽温偏高很多，只有在满负荷时两者才均能维持额定汽温(555)，图中曲线B表示操作烟气挡扳维持所要求的过热汽温仍稍偏离，因此还要用喷水来维持额定过热汽温（图中画斜线部分）。(六)烟气再循环调节汽温用再循环风机由锅炉低温烟道中（一般为省煤器后)抽出一部分烟气再由冷灰斗附近送入炉膛，可以改变锅炉各受热面的吸热分配，从而达到调节汽温的目的，一般说来，在高负荷时再循环烟气将使炉膛出口烟温略有降低，低负荷时使炉膛出口烟温略有升高。对流受热面的传热量主要决定于烟温和烟气流量，采用烟气再循环后流经对流受热面的烟量增多，传热也将增多，离炉膛越远的受热面传热增加得越多，这是由于炉膛出口附近烟温变化不大，而低温处烟温的相对增量较大，也就是说采用再循环烟气后，省煤器吸热增加最多，再热器次之，对流过热器最少，因此把再热器安置在过热器以后时，采用再循环烟气调节再热汽温是合宜的，不大的再循环烟