毕业设计电厂锅炉蒸汽系统及汽温调节优化分析.doc

分类号郑州电力高等专科学校毕 业 设 计（论 文）题目 电厂锅炉蒸汽系统及汽温调节优化分析 并列英文题目 Power plant boiler steam systems and steam temperature control optimization analysis 系部动力工程系 专业电厂热能动力装置 姓名 班级 热动0902 指导教师 职称 论文报告提交日期2012年5月30号郑州电力高等专科学校摘要：火力发电厂设备运行中，对锅炉的各大系统、设备必须有深刻的了解；进而分析研究电厂锅炉过热器再热器的结构型式、气温特性及影响汽温变化的因素和汽温调节方法，从而对锅炉蒸汽系统及汽温调节进行优化分析,并对气温调节进行改进，使机组更加经济的运行。对DG-1900/25.4-II1超临界锅炉的基本情况和蒸汽系统汽温调节方法进行研究，加深对大容量、高参数锅炉的认识，更加全面系统的融会所学知识。关键字：系统设备 汽温特性 汽温变化因素 气温调节 大容量高参数Abstract: the equipment of power plant operation, the boiler 's systems, equipment must have a profound understanding; and analysis of boiler superheater reheater structures, temperature characteristics and effect of steam temperature change factors and steam temperature regulation method, thereby the boiler steam system and steam temperature regulation optimization analysis. On the basic condition of DG-1900/25.4-II1 supercritical boiler and steam system steam temperature regulation methods to study, deepen pair of large capacity, high parameter boiler awareness, the more comprehensive system integration knowledge.Keywords: system equipment steam temperature change factors temperature regulation large capacity and high parameters 目录第一章 、引言第二章、火力发电厂锅炉的基本情况第一节、电站锅炉的设备及作用 第二节、电站锅炉的工作过程 第三节、鹤壁丰鹤600MW锅炉特点及设备概述第三章、600MW锅炉过热器、再热器及存在的问题第一节 、过热器和再热器的作用和特点 第二节 、过热器和再热器型式和结构 第三节 、过热器、再热器的气温特性 第四节 、过热器、再热器运行中存在的问题 第四章、过热蒸汽温度的调节第一节、影响气温变化的因素第二节、过热器蒸汽温度的调节 第三节、再热器蒸汽温度的调节第五章、气温调节的优化方案 第一节、气温调节优化分析 第二节、过热蒸汽温度控制优化策略 第三节、燃水比调整与减温喷水的协调优化手段第六章 、外文翻译 第一章 引言 超临界锅炉指锅炉内工质的压力在临界点以上的锅炉。锅炉内的工质都是水，水的临界压力是:22.115MPA 374.15 ；在这个压力和温度时，水和蒸汽转化汽化潜热等于零，不存在两相区，即水变成蒸汽是连续的，并以单相形式进行，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉，目前,国内将工质压力大于26MPa被称为超超临界锅炉,准确的说应该叫高效超临界锅炉。 超临界、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，超超临界机组与超临界机组相比，热效率要提高1.2%，一年就可节约6000吨优质煤。未来火电建设将主要是发展高效率高参数的超临界（SC）和超超临界（USC）火电机组，它们在发达国家已得到广泛的研究和应用。 我国超临界锅炉技术研发状况超超临界锅炉技术于上个世纪90年代初在欧洲问世，是国际上最为先进的燃煤发电技术，具有煤耗低、环保性能好、技术含量高的特点。超超临界机组的发电效率比我国近期主要采用的亚临界机组高出10，比超临界机组高出68。1998年，最早投入运行的超超临界机组安装在丹麦的Nordjyllands发电厂，由丹麦BWE公司设计生产，发电效率创造了新的世界记录，达到47。 我国于2002年把开发超超临界锅炉列为国家863重大项目攻关计划，2003年原国家经贸委和科技部都把超超临界锅炉列入国家重大技术装备研制计划。 我国当前在建电厂项目中主要采用亚临界机组和超临界机组，亚临界机组以国产为主，超临界机组主要依靠进口，已经投入运行的超临界机组有10余台。 与超超临界机组有关的主要运行数据：我国目前运行的发电厂，平均发电效率在35以下，单电煤耗为380克标准煤以上；我国设计生产的亚临界机组的发电效率在38左右，单电煤耗约350克标准煤；我国引进的超临界机组的发电效率在41左右，单电煤耗约310克标准煤；以三菱、日立为代表的日本超超临界机组发电效率在48左右，单电煤耗约265克标准煤。如果采用超超临界技术发电，和我国现在运行的机组效率相比，每度电至少可以节煤50克，按现在的装机容量，每年可节煤两亿吨。 2004年11月23日凌晨1时17分,由中国东方电气集团公司东方锅炉为华能沁北电厂提供的国产首台60万千瓦超临界锅炉顺利通过168小时试运行并投入商业运行。该项目成功填补60万千瓦超临界锅炉国产化空白。东方电气由此跻身为全球大容量电站锅炉品种最齐全的锅炉制造商。 为抓住国家电力快速发展的机遇,东方电气把列为国家重大技术装备国产化攻关计划的60万千瓦超临界机组锅炉作为开发重点。从2002年5月15日与沁北电厂正式签订供货合同后,东方电气仅用23个月就完成国外大公司要用27个月才能完成的研制任务,比合同期提前4个月零8天,创造出国内外研制同类产品最短周期的新纪录。 华能沁北电厂一期工程是我国首台600MW国产化超临界燃煤机组依托项目，建设规模为120万千瓦，安装2台600MW国产化超临界参数燃煤发电机组。机组主设备国产化方案按照引进技术、联合设计、合作生产的方式，锅炉采用了东方锅炉（集团）股份有限公司引进日本巴布科克日立公司技术制造的DG1900/25.41型锅炉，汽轮发电机采用哈尔滨汽轮机厂引进日本三菱公司技术制造的CLN60024.2/566/566型汽轮发电机。 国产首台60万千瓦超临界示范机组锅炉的研制成功和投入运行,用事实证明60万千瓦超临界锅炉、100万千瓦超超临界机组锅炉硬件制造100国产化完全可以实现。这一国产化重大技术装备的研制成功,将大大降低60万千瓦超临界机组锅炉的采购成本,为全国范围内普及高效率、低煤耗、低污染排放的60万千瓦超临界机组创造了条件。据测算,如果今后全国60万千瓦及以上超临界机组能占到发电设备的50以上,每年就可节省煤炭几亿吨。这将对我国电力工业的发展产生深远影响 第二章、火力发电厂锅炉的基本情况在火力发电厂中，锅炉是三大主机（锅炉、汽轮机、发电机）之一，其作用是将燃料在炉内燃烧加热炉水并生成一定数量和质量的过热蒸汽。现在火力发电厂全部采用以下生产过程：燃料在锅炉1内燃烧并放出热量，加热从汽包来的锅炉给水形成饱和蒸汽，经过热器进一步加热后成为具有一定温度和压力的过热蒸汽，过热蒸汽经蒸汽管道进入汽轮机膨胀做功，带动发电机转子旋转发电。在汽轮机中做完功的蒸汽排入凝汽器，在凝汽器中，蒸汽被冷却水冷却成凝结水，凝结水经凝结水泵升压后进入低压加热器，利用汽轮机的抽气加热后进入除氧器除氧，除氧后的凝结水连同补给水由给水泵打入高压加热器，给水在高压加热器中利用汽轮机抽气1进一步提高温度后重新回到锅炉中利用。 有上可知火力发电厂生产过程中存在着三种形式的能量转换：在锅炉中燃料的化学能转变为蒸汽的热能；在汽轮机中的蒸汽热能转变为转子的机械能；在发电机中转子的机械能转变为电能。第一节、电站锅炉的设备及作用 锅炉设备系统图 锅炉本体设备是锅炉的主要组成部分，由汽水系统和燃烧系统两大部分组成。锅炉汽水系统由省煤器、汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器、再热器等个组成，其主要任务是有效吸收燃料放出的热量，使锅炉给水蒸发并形成具有一定温度和压力的过热蒸汽。 锅炉燃烧系统由炉膛、烟道、燃烧器、空气预热器等组成，其主要作用是使燃料在炉内良好燃烧，放出热量。锅炉的辅助设备主要包括通风设备、制粉设备、给水设备、除尘除灰设备等。通风设备主要包括送风机、引风机、烟道、风道烟囱等，其主要作用是提供燃料燃烧和煤粉干燥所需的空气，并将燃烧生成的烟气排出炉外。制粉系统主要包括原煤仓、给煤机、磨煤机、粗粉分离器、细粉分离器、排粉风机及其管道组成，其主要作用是将原煤干燥并磨制成合格的煤粉，并将煤粉送到炉膛进行燃烧。给水设备由给水泵和给水管路组成，其主要作用是可靠地向炉内供水。除尘、除灰设备主要任务是清除飞灰和燃料燃烧后的灰渣。 锅炉的附件主要包括安全阀、水位计、吹灰器、热工仪表和控制设备等。此外，锅炉本体还有炉墙和构架：炉墙用来构成封闭的炉膛和烟道；构架用来支撑和悬吊汽包、锅炉受热面、炉墙等。第二节、电站锅炉的工作过程电站煤粉炉的工作过程包括：1、煤粉制备过程 2、煤粉燃烧过程 3、锅炉给水的吸热过程 4、过热蒸汽的制备 5.给风排烟过程。具体工作过程为煤在原煤仓经给煤机进入磨煤机，煤在磨煤机中被由空气预热器来的热风干燥，并磨制成煤粉，有排粉风机送至燃烧器。煤粉和空气的混合物在炉内燃烧放热，燃烧成高温的火焰和烟气在炉膛和烟道中流动时，依次将热量传递给水冷壁屏式过热器高温过热器再热器低温过热器省煤器和空气预热器。然后由除尘器除掉烟气中的飞灰，最后由引风机将烟气送至烟囱排往大气。燃料燃烧需要的空气，有冷风入口经送风机升压后，送入空气预热器，被烟气加热成热空气，然后由热风出口沿热风道将其一部分连同由送风机出口来的冷风送入磨煤机，用于干燥和输送煤粉。另一部分直接送入炉膛作为二次风参与助燃。燃料燃烧生成后生成的灰，少部分较粗的炉膛由炉膛下部的排渣装置排出，大部分细的飞灰由烟道尾部的除尘器收集，连同排渣装置排出的灰渣由灰渣泵送往灰场。 给水经给水泵升压后送入锅炉省煤器，在省煤器中被烟气加热升温，送入汽包，然后沿下降管经下联箱进入水冷壁，水在水冷壁中吸收炉内高温火焰和烟气的辐射热量，部分水蒸发形成汽水混合物流入汽包。在汽包中由汽水分离装置进行汽水分离，分理出的饱和蒸汽进入过热器，在过热器中被进一步加热成过热蒸汽。第三节、鹤壁丰鹤600MW锅炉特点及设备概述1、丰鹤600WM机组直流锅炉特点直流锅炉依靠给水泵的压头将锅炉给水一次通过预热、蒸发、过热各受热面而变成过热蒸汽。其工作原理是：在直流锅炉蒸发受热面中，由于工质的流动不是依靠汽水密度差来推动的，而是通过给水泵压头来实现的，工质一次通过各受热面，蒸发量D等于给水量G，故可认为直流锅炉的循环倍率K=G/D=1。 直流锅炉没有汽包，在水的加热受热面和蒸发受热面间，及蒸发受热面和过热受热面渐无固定的分界点，在工况变化时，各受热面长度会发生变化。直流锅炉管子工质的状态和参数的变化示意图 沿直流锅炉管子工质的状态和参数的变化情况于上图，由于要克服流动阻力，工质的压力p沿受热面长度不断降低；工质的含值h沿受热面长度不断增加；工质温度t在预热段不断不上升，而在蒸发段由于压力不断下降，工质温度不断降低，在过热段工质温度不断上升；工质的比容v沿受热面不断上升。采用超临界压力的锅炉，直流锅炉是唯一能采用的锅炉型式。2、丰鹤600WM机组直流锅炉设备概述2.1.1本公司采用东方锅炉厂有限责任公司引进技术制造的超临界参数变压本生型锅炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构型锅炉。锅炉型号为：DG-1900/25.4-1。2.1.2锅炉燃用的设计和煤种均为鹤壁贫煤（燃煤成份见燃煤特性表），点火用油为0轻柴油。2.1.3燃烧器：2.1.3.1本锅炉采用按BHK技术设计的性能优异的低NOx轴向旋流煤粉燃烧器(HT-NR3)技术。燃烧方式采用前后墙对冲燃烧，前后墙各布置3层，每层各有8只HT-NR3燃烧器（前后墙各4只），总共24只。在最上层煤粉燃烧器上方，前后墙各布置1层燃尽风喷口，每层布置6只，共12只燃尽风口。2.1.3.2燃烧器布置时充分考虑了燃烧器之间的相互影响，靠近侧墙的燃烧器与侧墙有足够的距离，避免发生水冷壁结焦和高温腐蚀，旋流煤粉燃烧器所有调节机构都在试运行燃烧调整时设定，运行中不需要再做2.1.3.3燃油装置主要由油枪及其气动推进器组成。其中点火油枪共24 套，启动油枪共8套。 2.1.4锅炉启动系统为内置式启动系统，包括二个启动分离器，一个贮水箱。在正常运行中分离器不与系统隔离，作为系统流程的一个部件。2.1.5锅炉炉膛断面尺寸为（宽×深×高）：19419.2×15456.8×67000mm，水冷壁采用全焊接膜式水冷壁，下部水冷壁及冷灰斗布置为螺旋管圈，其出口经水冷壁中间联箱混合后进入垂直水冷壁管屏。2.1.6省煤器位于后竖井后烟道内低温过热器的下方,沿烟道宽度方向顺列布置.给水从炉右侧直接进入省煤器进口集箱,经省煤器蛇形管,进入省煤器出口集箱,从炉右侧通过一根下降管分成32根下水连接管引入螺旋水冷壁。2.1.7过热器由顶棚过热器、包墙过热器、低温过热器、屏式过热器及高温过热器组成，顶棚过热器布置在炉膛及水平烟道顶部。包墙过热器布置在尾部烟道顶部、前后墙、侧墙及中间隔墙。低温过热器布置在尾部双烟道的后部烟道中。屏式过热器布置在炉膛上部。高温过热器布置在折焰角上部的水平烟道中。过热器减温水分为两级，每级两只，一级布置在屏式过热器入口集箱处，二级布置在屏式过热器出口集箱与高温过热器入口集箱的连接管道上。2.1.8再热器分为低温再热器和高温再热器，低温再热器布置在尾部双烟道的前部烟道中，高温再热器布置在水平烟道中。2.1.9过热汽温采用喷水减温，布置有两级，两侧可以分别调节。再热汽温以烟气挡板调节为主，同时在低温再热器出口管道上布置再热器事故喷水减温器作为辅助调节手段，非正常情况下可采用事故喷水调节再热汽温。2.1.10制粉系统采用正压直吹式系统，由两台一次风机（动叶可调轴流式）提供介质流动动力，磨煤机采用北京电力设备总厂的ZGM113G型中速辊式磨煤机，采用东方锅炉厂引进技术生产的旋流喷燃器前、后墙对冲燃烧，燃烧系统设计采用分级燃烧和浓淡燃烧等技术，可有效降低NOX排放量和降低锅炉最低稳燃负荷，设计最低不投油最低稳燃负荷不大于45%B-MCR(855t/h)。另配有两台密封风机为系统提供密封风。2.1.11风烟系统配有两台动叶调节轴流式送风机、两台静叶调节轴流式引风机。空气预热器为三分仓回转式空气预热器。2.1.12锅炉炉膛共布置有34只短吹灰器，炉膛上部及烟道布置了30只长伸缩式吹灰器，布置在再热器省煤器的4只半伸缩式吹灰器,空气预热器也布置有两只伸缩式吹灰器。炉膛出口两侧各装设一只烟气温度探针，并设置炉膛监视闭路电视系统。2.1.13锅炉配置了除尘效率达99.6%以上的静电除尘器以及烟气脱硫装置，排渣系统采用刮板式捞渣机。2.1.14锅炉规范：2.1.14.1锅炉设备参数2.1.14.2设计煤种及校核煤种：本工程煤质为贫煤，属中低灰、低硫、中高发热量的优质动力煤。其燃煤及灰渣主要成分特性。 第三章、600MW锅炉过热器、再热器调节锅炉的蒸汽温度主要是控制过热器出口与再热器出口的温度，所以在此论文中对过热器和再热器做以下了解是必要的。第一节 过热器和再热器的作用和特点 1、过热器和再热器的作用 过热器将饱和蒸汽加热成具有一定温度和压力的过热蒸汽，并且在锅炉变工况运行时，保证过热蒸汽参数在允许范围内变动；再热器是将汽轮机高压缸排汽送回到锅炉加热到与过热蒸汽温度相等（相近）的再热温度，然后再送到中压缸及低压缸中膨胀做功，以提高汽轮机尾部叶片蒸汽的干度，且保证再热蒸汽参数在允许范围内变动，以提高电厂循环热效率的热交换设备。一般再热蒸汽压力为过热压力的20%左右。过热器和再热器式电站锅炉受热面的重要组成部分，而且是工作温度最高、工作条件较差的受热面。 提高蒸汽初压是提高电厂循环效率的另一途径，但过热器压力的进一步提高受到汽轮机排汽湿度的限制，因此为了提高循环效率且减少排汽湿度，采用再热器成为必然。过热器出口的过热蒸汽又称为主蒸汽或一次气，有主蒸汽管送至汽轮机高压缸。高压缸的排汽由低温蒸汽管道送至再热器，经再一次加热升温到一定的温度后，返回汽轮机中压缸和低压缸继续膨胀做功。2、过热器和再热器的布置 过热器设计和布置时，必须保证其受热面管子外壁温度低于钢材的抗腐蚀和氧化温度，并保证其高温持久强度。 蒸汽参数提高，使锅炉受热面的布置也相应发生变化。低压锅炉的蒸汽温度约为350-370，这时加热过热蒸汽所需的热量不多，但由于压力低，水的气化潜热大，水的蒸发热量却较多，炉膛辐射热量不能满足水蒸发所需要的热量，因此，在对流过热器前一般还要布置大量对流蒸发管束。中压锅炉，其炉膛辐射热和所需蒸发热大致相当，过热器一般就直接布置在炉膛出口的少量凝渣管束之后。对于高压锅炉，由于气化潜热减少，炉内的辐射热已超过所需的蒸发热，而且过热蒸汽和加热水的热量较多，这时必须把一部分过热器受热面布置在炉内，即采用所谓辐射式和半辐射式过热器。同样，也可以把一部分炉内水冷壁作为辐射式省煤器。随着锅炉容量的增大和蒸汽压力的提高，水蒸汽所需热量继续减少，而蒸汽过热热进一步增加，必然要把过热器和再热器布置在更高烟温区，以增加过热热占炉内吸热量的比例。因此，超高压力、亚临界压力和超临界压力的锅炉，必须采取更多的辐射式和半辐射式过热器和再热器。3、过热器和再热器的工作特点 1）过热器和再热器是锅炉内工质温度最高的部件； 2）蒸汽（特别是再热蒸汽）冷却管子的能力较差。 3）管子金属安全是过、再热器设计和锅炉安全运行中的重要问题。（材料是先进超临界、超超临界机组的关键技术之一。） 因此，为了保证长期金属安全，在过、再热器的设计和运行中，应注意如下问题： 1) 运行中应保持汽温稳定：汽温的波动不应超过±（510）。2) 过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温。 3) 尽量防止或减少平行管子之间的热偏差。 通过过热器和再热器的比较来分析下再热器特点：1） 再热蒸汽压力低，蒸汽与管壁之间的对流放热系数小，对于超高压机组，再热蒸汽的对流放热系数只有过热气的25%。再热蒸汽对管壁的冷却效果较差，而再热蒸汽出口温度与过热蒸汽相同，为了使再热器管壁不超温，在出口段采用高级合金钢，并且让再热器尽量布置在烟气温度较低区域。2） 虽然再热蒸汽的质量流量约为主蒸汽流量的80%左右，但由于再热蒸汽压力低、温度高、比容大，再热蒸汽的容积流量比主蒸汽大的多，因此再热蒸汽连接管道直径比主蒸汽管道大，再热器本身采用大管径多管圈受热面，管子的直径为42-60mm，管圈数为5-8。3） 再热蒸汽侧阻力的大小直接影响机组热效率，阻力每增加0.98MPa，汽轮机的汽耗增加0.28%，因此再热蒸汽管道和再热器本身的阻力越小越好。再热器本身的阻力一般限制在0.2MPa左右，再热器内工质等得到流速一般在250-400kg/（m·s）之间。4） 再热器对气温偏差较敏感。在相同温度下，蒸汽的比热随着压力的降低而减小，因此再热蒸汽的比热比过热蒸汽的比热低。5） 再热器出口气温受进口汽温的影响。单元机组在定压下运行时，汽轮机高压缸排汽温度随着负荷的降低而降低，再热进口温度也降低，从而使再热器出口汽温降低。对于对流式再热器，其对流气温特性更加显著，气温调节调节幅度比过热器大。6） 当汽轮机甩负荷或机组启停时，再热器无蒸汽冷却，可能烧坏，因此在过热器和再热器之间装有高压旁路，将过热蒸汽通过高压旁路上的快速减温减压装置引入再热器，从而起到保护再热器的作用。第二节 、 过热器和再热器型式和结构再热器有多种结构形式，现在一般按照受热面的传热方式分类，分为对流式、辐射式及半辐射式三种形式。高压以上的大型锅炉锅炉大多采用辐射、半辐射与对流型多级布置的联合型过热器，过热器的高温段采用对流型，低温段采用辐射或半辐射型，以降低受热面管壁钢材温度。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多。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，因为再热蒸汽压力较低、蒸气密度较小，放热系数较低，蒸汽比热容也较小，其受热面管壁温度比过热器更高。但有时候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的辐射热。 1）、对流过、再热器布置在锅炉对流烟道中，主要以对流传热方式吸收烟气热量的过、再热器，称为对流过、再热器。其一般采用蛇形管式结构，即有进出口联箱连接许多并列蛇形管构成。对流过热器根据烟气与管内蒸汽的相对流动方向，可以分为逆流、顺流和混合流三种方式。所谓逆流方式（a），烟气的流向与烟气的总体的流向相反。逆流布置时蒸汽温度高的一段管子处于烟气高温区，金属壁温高，必须考虑其安全性。逆流方式由于烟气和蒸汽的平均温差较大，所需受热面较少，可节约钢材，但蒸汽高温段即最高温度处恰恰是烟气最高温度处，使该处受热面的金属管壁温度较高，工作条件最差。因此这种布置方式常用于过热器的低温区。顺流布置方式（b）其蒸汽温度高的，一段位于烟气低温区，金属壁温较低，安全性好，但由于传热温差小，所需受热面较多，金属耗量最多，经济性差。因此顺流布置方式多用于蒸汽温度较高的最末级。混合流布置方式(c），综合了逆流和顺流的优点，蒸汽低温段采用逆流方式，蒸汽的高温段采用顺流布置方式。这样既获得较大的平均传热温差，又能相对降低管壁金属最高温度，因此在高压锅炉中得到了广泛应用。根据受热面的放置方式可分为立式和卧式两种垂直式过热器用于立式水管锅炉，水平式过热器用于卧式水管锅炉。在电站锅炉中，垂直式过热器（多用于型）通常布置在炉膛出口的水平烟道中，其优点是结构简单，吊挂方便，结灰渣较少，得到了广泛的应用。其主要缺点是停炉后管内积水难以排除，长期停炉将引起管子腐蚀。在升炉时，由于管内积存部分水，在工质流量不大时，可能形成气塞而将管子烧坏，因此在升炉时应控制过热器的热负荷，在空气没有完全排除以前，热负荷不应过大。布置在尾部竖井中的对流过热器以及塔式和箱式锅炉的过热器采用水平布置方式。水平式过热器的优点是易于疏水排气，但支吊比较困难，在高温烟区通常采用管子吊挂的方式，以节省高合金钢的耗量。对流过热器由大量平行并列的蛇形管所组成,其进出口与集箱相连,蛇形管外径通常采用51, 54, 57mm的无缝钢管，壁厚39mm，由强度计算确定。过热器所用的材料取决于工作温度。过热蒸汽温度低于425的小容量锅炉，过热器管可全部采用碳素钢管；对于450的中压锅炉，通常低温段采用碳素钢管，高温段采用低合金钢管；对于高压锅炉的过热器通常采用优质合金钢管。为保证过热器中工质流速，过热器蛇形管可以布置成单管圈或多管圈，这样就可以在烟道截面不变的条件下，使蒸汽通道截面增加一倍或几倍，亦即在烟气流速不变的条件下，可使蒸汽流速降低一半或更多。在现代大型锅炉中，常采用多管圈的型式。相反，在小型锅炉中，由于烟道宽度相对过大，为提高蒸汽流速，可在集箱内装置隔板，将过热器受热面沿烟道宽度方向分成几组，串连成二段或三段。根据管子的排列方式，对流过热器可分为顺列（a）和错列（b）布置两种方式如下图。在烟气流速和管子排列特性等相同条件下，错列横向冲刷受热面的传热系数比顺列的大，但由于错列管束的吹灰通道小，错列管束的外表积灰难于吹扫干净，或者为了增大吹灰通道，不得不把横向节距过分地增大，从而降低了烟道的利用率；而顺列管束的外表积灰很容易被吹灰器所清除。国内绝大数锅炉，在高温水平烟道中采用立式的顺列布置的受热面（可以避免燃烧多灰分燃料时产生结渣和减轻积灰的程度）。通常，在尾部竖井烟道中采用卧式错列布置的受热面。为提高锅炉运行的可用率和可靠性，大型锅炉在尾部竖井烟道中也有采用卧式顺列布置的受热面。为了保证对流过热器管子金属得到足够的冷却，管内工质必须保证一定的质量流速，流速越高管子的冷却效果越好，但工质的压降也越大，通常过热器系统允许的压降不宜超过过热器压力的8%-10%。对流过热器低温级的质量流速建议采用400-700，高温级建议700-1100.。流经过热器和再热器受热面的烟气流速的选取受多种因素的影响。高温烟气流速可提高传热系数，但管子的磨损也比较严重；相反，过低的烟气流速不仅降低传热系数，而且还导致管子的严重积灰。在额定负荷时，对流受热面的烟气流速一般不宜低于6m/s。在炉膛出口之后的水平烟道中，烟温较高，灰粒较软，对受热面的磨损较小，常采用10-12m/s以上的烟速。在烟温小于600-700摄氏度的区域中，由于灰粒变硬，磨损加剧，烟气流速一般不宜高于9m/s。 2）辐射式过、再热器 辐射式过热器是指布置在炉膛中直接吸收炉膛辐射热的过热器。辐射式过热器有多种布置方式，若布置在炉膛内壁上称为墙式过热器；若布置在炉顶称为顶棚过热器；若辐射式过热器悬挂在炉膛上部称为前屏过热器。在高参数大容量再热锅炉中，蒸汽过热及再热的吸热量占的比例，蒸发吸热的比例减小，因此，为了在炉膛中布置足够的受热面以降低炉膛出口烟温，就需要布置辐射式过热器。在大型锅炉中布置辐射式过热器对改善气温调节特性和节省金属消耗是有力的。3）半辐射式过、再热器半辐射式过热器是指布置在炉膛上部或炉膛出口烟窗处,既吸收炉内的直接辐射热又吸收烟气的对流放热的过热器，通常又称为屏式过热器。屏式过热器有前屏、大屏、和后屏三种，而前屏和大屏的过热器布置在炉膛前部，屏间距离较大，屏数较少，吸收炉膛内高温烟气的辐射传热量。而后屏过热器则相反，其既吸收炉内的直接辐射热又吸收烟气的对流放热的过热器，通常又称为半辐射式过热器。半辐射过热器由进出口联箱及焊在联箱上的许多U形管紧密排列成管屏组成，它像屏风一样把炉膛上部分割成若干个空间，管屏通常悬挂在炉顶构架上，可以自由向下膨胀，为了增强屏的刚性，相邻两屏用他们本身的管子相互连接，有时在屏的下部用中间的管子把其余的管子包扎起来。半辐射式过热器热负荷较高，为了降低管壁温度以提高受热面工作的安全性，屏式受热面管内的蒸汽的流速应比同样压力下的对流过热器高。第三节、过热器、再热器的气温特性过热器、再热器出口气温随锅炉负荷变化的关系特性称为气温特性。对流过热器，随着锅炉负荷增加，烟气流速增大，对流换热量增加，蒸汽的含增大，对流过热器的出口气温将增加，如下图曲线2所示；在辐射过热器中与此相反，随着锅炉负荷的增加，由于炉膛火焰的平均温度增加有限，辐射传热量增加不多，跟不上蒸汽流量的增加，使工质的含增减小，因此随着锅炉负荷的增加辐射过热器出口气温下降，如下图曲线1,；半辐射式过热器的气温特性介于对流和辐射式过热器的气温特性之间如下图曲线3。曲线1辐射式过热器 曲线2对流式过热器曲线3半辐射式过热器 气温特性示意图 再热器的气温特性原则上与过热器的气温特性相似，但又有不同的特点，在再热器中，其工质进口参数决定于汽轮机高压缸的排气参数，在负荷降低时，汽轮机的高压缸的排气温度降低，再热器进口气温也随之降低，所以再热器的出口气温一般也是随负荷降低而下降的。为了保持再热器出口气温不变必须吸收更多的热量。当锅炉负荷从额定负荷降到70%负荷时，再热器进口气温约下降30-50摄氏度，再加上再热蒸汽的压力较低，蒸汽比热容较小，因此，再热气温的变化幅度较大。若再热器采用较多的辐射和半辐射式受热面，其气温特性将得到改善。采用变压运行方式，再热器的气温特性也可以得到改善。第四节、过热器、再热器运行中存在的问题 1、过热器和再热器的积灰烟气中的飞灰沉积在管束外表面的现象称为积灰。积灰使传热量减少，烟气流动阻力增大，严重锅炉出力被迫降低；积灰还会引起受热面金属腐蚀。因此，将管束积灰减少到最低量，经常保持受热面清洁，是锅炉设计、运行的重要任务。燃烧后产生的灰分，其中一部分在炉膛高温区熔化，聚结成大块渣落入炉底称为炉渣，其他随烟气离开炉膛的细灰称为飞灰。1)、高温过热器和高温再热器的积灰高温过热器和高温再热器布置在烟温高于700800的烟道内。管子外表面的灰层由两部分组成。内层灰紧密，与管子粘结紧密；外层灰松散，容易清除。低熔灰在炉膛内高温烟气区成为气态，随烟气流向烟道。由于高温过热器、高温再热器区的烟温高，低熔灰还未凝固哦，但当它接触温度较低的受热面时就凝固在受热面上，形成粘性灰层。同时，一些中熔、高熔灰粒被粘附在粘性灰层中。烟气中的氧化硫气体在对灰层的长期作用下，形成白色硫酸盐的紧密结实灰层，这个过程称为烧结。内灰层的坚实程度称为烧结程度。烧结程度越大的灰层越难以清除。烧结强度和温度、灰中Na2O、K2O的含量及烧结时间等因素有关。炉内过量空气系数、燃烧方式和炉膛结渣等都会影响进入对流烟道的烟气温度，从而影响烧结程度。烧结强度随着时间而增大，时间越长越结实，故积灰必须及时清除。对灰中含钙较多的燃料，设计过热器与再热器应重点考虑防止烧结成坚实灰层或减轻其危害性的措施，如加大管子横向中心节距，减小管束深度，采用立式管束，以及装置有效的吹灰器，保证每根管子都能被吹灰和易于将积灰清除。2）、低温过热器和低温再热器的积灰烟气温度低于600700的烟道内的低温过热器与低温再热器的管子表面上易形成松散的积灰层。因为该处烟温较低，低熔灰已凝固成固体颗粒，CaO等灰也无烧结现象。松散灰层的形成原因：细径灰群随着烟气的流线运动，再管表面积灰是极少的；中径灰群在烟气绕流管子流动时，由于灰粒运动的惯性，直接接触管子，沉积在管子外表面，是形成松散灰层的主要灰群。粗径灰具有较大的动能，在撞击管子表面的灰层时起着破坏灰层的作用。因此，中径灰和粗径灰对积灰的作用是相反的，灰层的最终厚度决定于中径灰在管子表面的连续沉积和粗径灰对灰层的连续破坏的动态平衡。一般水平管与倾斜管的积灰比垂直管严重。不同烟气流速下管表面松散灰程度也不同。管背面的积灰比正面严重，因为管正面受到烟气流的直接冲刷，管背面存在涡流区，只有在烟气流速小于5m/s时才有管正面明显积灰。2、过热器和再热器的高温腐蚀对于高参数的高温过热器与再热器的管束，以及管束的固定件、支吊件，他们的工作温度很高，烟气和飞灰中的有害成分与金属发生化学反应，使管壁变薄、强度下降，这称为高温腐蚀。1）、燃煤炉:高温过热器与高温再热器管表面的内灰层含有较多的钙金属，它与飞灰中的铁、铝等成分，以及通过松散的外灰层扩散进来的氧化硫烟气，经过较长时间的化学作用，生成碱金属的复合硫酸盐。硫酸盐(Na3Fe(SO4)3、KAl(SO4)2等)复合物，对高温过热器与高温再热器金属发生强烈的腐蚀。煤粉锅炉温度高于510以上时才发生此问题。 2）、燃油炉:在炉膛高温区会发生V2O5气体，同时燃油中含有氧化钠时，产生熔点很低 (600)的5V2O5·Na2O·V2O4复合物。当过热器、再热器以及固定件、支吊件的温度达到610或以上时，就会在它的表面形成液态灰层，它对碳钢、低合金钢及奥氏体钢等都会发生腐蚀作用。当烟气中存在氧化硫时，产生Na2S2O7与V2O5,合在一起具有更严重的腐蚀作用。内灰层温度接近600时就发生腐蚀，700950 时腐蚀最严重。燃油锅炉的这种高温腐蚀又称为钒腐蚀。3、减少或防止高温积灰与腐蚀的措施1）、主蒸汽温度不宜过高 2）、控制炉膛出口烟温 3）、管子采用顺流布置，加大管间节距 高温对流受热面，尤其是处于高温烟区的末级过热器和再热器，采用顺流布置并加大横向节距，能有效地防止积灰搭桥，减轻积灰和腐蚀。 4）、选用抗腐蚀材料 （1）、高铬钢管 （2）、双金属挤压管 （3）、防护涂层 （4）、管子表面渗铬或渗铝 5）、采用添加剂 用石灰石和白云石作添加剂，可除去炉内的部分SO2、SO3气体减轻硫酸型高温腐蚀而且生成的CaO、