《电站锅炉》PPT电子教案第六章 锅炉受热面及工作特点.ppt

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1、任课教师：张 晓 梅 华中科技大学能源学院,电站锅炉,电站锅炉内容提要,第一章 绪论 第三章 煤粉制备 及其系统 第五章 煤粉炉与 燃烧设备 第七章 锅炉受热面 烟侧运行问题 第九章 汽包及蒸汽 净化,第二章 锅炉燃料及 热力辅助计算 第四章 燃烧过程的 基本理论 第六章 锅炉受热面 及其工作特点 第八章 锅炉水动力 特性与传热 第十二章 锅炉本体的 设计与布置,第六章 锅炉受热面及工作特点,锅炉蒸发受热面及系统 水冷壁结构 锅炉水循环系统 直流锅炉水冷壁 过热器与再热器 过热器与再热器的结构形式 蒸汽温度调节 热偏差 亚临界锅炉蒸汽系统典型布置 尾部受热面 省煤器及布置 空气预热器的类型,水

2、冷壁分光管壁、膜式壁两种 膜式壁炉膛气密性好,可减少漏风,降低热损失,提高锅炉效率，并可降低受热面金属耗量和炉墙重量，便于采用悬吊结构,水冷壁的结构,1/1,内螺纹管水冷壁 工质在管内流动时产生强烈的扰动。可有效防止膜态沸腾产生，避免管壁超温。用于炉内高热负荷区域的膜式水冷壁，确保水冷壁安全可靠,自然循环锅炉水循环系统,大容量锅炉沿炉膛周界热负荷分布不均，造成水冷壁吸热不均。为提高水循环可靠性将水冷壁划分为独立的循环回路,SG1025/18.1锅炉水冷壁根据炉膛水平截面热负荷分布曲线共分为32个循环回路。前、后、两侧各6个回路，四个炉角各2个回路,1/4,自然循环锅炉水循环系统,后水冷壁上部常

3、作成一个折焰角，同时拉出部分管束作为后墙悬吊管 折焰角可增加水平烟道长度，改善炉膛出口烟气的空气动力特性，增长烟气流程，强化烟气的混合,水冷壁上部通过上集箱固定在支架上，下部则悬挂着下集箱，可自由膨胀,燃烧器区域布置卫燃带，以提高炉膛温度,在四面墙的高热负荷区域采用了内螺纹管，以保证水冷壁工作的安全性,2/4,自然循环锅炉水循环系统,给水由省煤器经汽包分别进入4个大直径集中下降管，其下端分别接一个分配器，并通过96根供水管与32个下集箱相连。然后经32组648根膜式水冷壁、折焰角、后墙水冷壁悬吊管、水平烟道底部、后墙排管向上流动，水被逐渐加热形成汽水混合物，通过26个上集箱106根导汽管被引入

4、汽包，进行汽水分离,饱和蒸汽由18根连接管引入顶棚过热器进口集箱；饱和水留在汽包下部，连同不断送入汽包的给水一起进入下降管,3/4,4/4,强制循环锅炉水循环系统,4根大直径集中下降管2从汽包底部引出并与汇集联箱3连接，循环泵4通过吸入短管与汇集联箱相连，每台循环泵通过2根出水管6与环形下水包7（由前、后、左右四侧水包组成）的前下水包连接。经由890根水冷壁管、5个上集箱和48根导汽管，回到汽包。汇集联箱可均衡各循环泵的入口流量，有利于提高循环泵运行的可靠性,螺旋管圈型水冷壁,直流锅炉水冷壁形式主要有螺旋管圈型和垂直上升管屏型,螺旋管圈型水冷壁 由若干根水冷壁组成管带，沿炉膛四面倾斜上升，无水

5、平段，各管带均匀地分布在炉膛四壁，任一高度上所有管带的受热几乎完全相同,螺旋管圈型水冷壁的特点 热偏差小，炉膛四周热负荷不均不会增大工貭热偏差 可减轻传热恶化的影响，可根据需要获得足够高的工质质量流速,3/6,螺旋管圈型水冷壁,防止管壁超温，工质焓值较高的管段处在热负荷较低的炉膛上部 金属耗量小，无下降管及中间联箱 适应锅炉变压运行的要求 可在变压运行中解决汽水两相分配不均问题，同时可在低负荷下维持足够的工质质量流速，可不采用内螺纹管 缺点是大机组沿炉膛高度管带中各管之间热偏差较大，制造安装困难，工作量大，承重能力差，悬吊难,4/6,UP型垂直上升管屏水冷壁,UP型垂直上升管屏包括一次上升和上

6、升-上升,一次上升型（a）给水一次流经全部四面墙水冷壁管屏，没有下降管，管屏沿高度分为上、中和下部三个辐射区，各区段之间设有混合器，用以消除平行管子间的热偏差 系统简单，流动阻力小；相邻管屏外侧管间壁温差较小；可采用全悬吊结构；水力特性较为稳定,上升-上升型（b）炉膛下部高热负荷区域布置两个串联回路，用于提高管内工质质量流速以避免流动异常和传热恶化,3/4,（a）（b）,FW型垂直上升管屏水冷壁,多次垂直上升管屏 炉膛下部高热负荷区域减小管屏的宽度，炉外加设下降管，形成多次垂直上升；在上部较低热负荷区，仍采用一次垂直上升管屏,4/4,FW型垂直上升管屏为多次垂直上升管屏,多次垂直上升管屏的特点

7、 既可保证高热负荷区有较高的质量流速，达到充分冷却的目的；又可减少水冷壁的流动阻力；同时可避免采用刚度差的小直径管 有不受热的下降管，工质流程长，系统阻力较大；相邻两屏内工质的含汽率不同，管间壁温差大，使各屏热膨胀不同。应尽量减少管屏串联的次数,对流式过热器和再热器,由蛇形管及进出口联箱组成,可分为立式、卧式布置；顺流、逆流和混合流连接；顺列、错列排列,1/3,大容量锅炉对流受热面的主要特点 连接管和蛇形管采用60,63等较大的管径，以增强管子刚性，降低受热面阻力 蛇形管均采用不同管径、不同壁厚的异种钢焊接管，以适应不同热负荷区域的需要 蛇形管多采用顺列排列，管束的外表积灰很容易被吹灰器清除，

8、可有效防止受热面污染 管内工质应保持一定的质量流速，以保证金属管壁得到充分的冷却,半辐射、辐射式过热器与再热器,半辐射式受热面布置在炉膛出口烟窗处，既吸收炉内辐射热，又吸收烟气的对流热,2/3,做成挂屏形式，由U型管及进出口联箱构成,辐射式受热面布置在炉膛上部的前墙和两侧墙的前半部或布置在炉膛顶部或悬挂在炉膛上部靠近前墙处，分别称为墙式、顶棚式和前屏（分隔屏）。直接吸收炉膛辐射热,半辐射、辐射式过、再热器,作用 改善工质汽温特性 降低锅炉金属耗量 降低炉膛出口烟温，防止排列密集的对流受热面结渣 消除气流的残余扭转，减少沿烟道宽度的热偏差 前屏可对炉膛出口烟气起阻尼和分割导流作用,改善受热面工作

9、条件的措施 布置在远离火焰中心的炉膛上部；作为低温级受热面；采用较高的质量流速,3/3,锅炉负荷 蒸汽温度与锅炉负荷之间的关系称之为汽温特性，采用不同传热方式的过热器与再热器，汽温变化特性不同,运行中影响汽温的因素,1/8,对流受热面 锅炉负荷D增加，流经对流受热面烟速和烟温提高，工质焓增升高，出口蒸汽温度上升，图中曲线2,辐射受热面 锅炉负荷D增加，煤耗量B相应增加，炉内辐射热 Qf 并不按比例增多，Qf/D 减少，辐射受热面中蒸汽的焓增相对减少，出口蒸汽的温度下降，图中曲线1，炉膛出口烟温因此上升,采用辐射一对流式受热面，可获得较为平坦的汽温变化特性，减小汽温调节幅度，提高机组对负荷变化的

10、适应性,运行中影响汽温的因素,过量空气系数 增加，炉膛温度水平降低，导致辐射受热面出口汽温降低；对流受热面出口过热汽温升高,2/8,给水温度tgs tgs降低，煤耗量B增加，炉内烟气量增加，出口烟温增加，对流受热面出口蒸汽温度因此升高。辐射式受热面的出口汽温影响不大,燃料性质 燃煤中的M和A增加，煤耗量B增加，对流受热面出口汽温升高。煤粉变粗时，煤粉在炉内燃烬时间增长，火焰中心上移，导致汽温升高,受热面污染情况 过热器之前的受热面发生积灰或结渣时，进入过热器区域的烟温增高，过热汽温上升；过热器本身严重积灰、结渣或管内结垢时，导致汽温下降,运行中影响汽温的因素,3/8,燃烧器的运行方式 摆动燃烧

11、器喷嘴向下倾斜或多排燃烧器从上排喷嘴切换至下排，由于火焰中心下移，会使汽温下降。反之，汽温则会升高,汽温调节,运行中规定汽温偏离额定值的波动不能超过一10十5 汽温过高，金属的许用应力下降，危及机组的安全运行；汽温下降，循环热效率降低；再热汽温变化过于剧烈，还会引起汽机中压缸的转子与汽缸之间的相对胀差变化，汽机振动增大,蒸汽侧调节 通过改变蒸汽热焓调节汽温，主要有喷水减温器,4/8,烟气侧调节 通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量分配比例的方法（如烟气再循环、摆动燃烧器）或改变流经过热器、再热器烟气量的方法（如分隔烟气挡板）调节汽温,蒸汽调温的主要方式,喷水减温器是将清洁度很高的水直接

12、喷入过热蒸汽中以降低汽温 喷水减温装置通常安装在过热器连接管道或联箱中，一般为23级 主要有旋涡式、多孔喷管式两种 喷水量约为锅炉容量的3%5%，可使汽温下降5060 结构简单、调节灵敏。可靠性高,喷水减温方法,5/8,分隔道挡板,用挡板将尾部烟道分隔成两个并列烟道，其一布置再热器，另一侧布置过热器,6/8,调节布置在受热面后的烟气挡板开度，可改变流经两烟道的烟气量达到调节再热汽温的目的,结构简单，操作方便但延迟较大，挡板宜布置在烟温低于 400 OC 的区域，以免烧坏,烟气再循环,采用再循环风机从锅炉尾部低温烟道中(一般为省煤器后)抽出一部分温度为250350O C的烟气，从炉膛底部(如冷灰

13、斗下部)送回到炉膛，用以改变锅炉内辐射和对流受热面吸热量的比例，从而达到调节汽温的目的,7/8,耗电量增大，风机磨损大。国内多用于燃油锅炉,改变火焰中心位置,摆动式燃烧器 燃烧器上下摆动土20300，炉膛出口烟温变化约110140，调温幅度可达4060 燃烧器上倾角过大会增加燃料的未完全燃烧损失；下倾角过大又会造成冷灰斗的结渣,停用各层燃烧器 调温幅度较小，一般应与其它调温方式配合使用,8/8,热偏差的概念,1/6,令 q=；F=；G=则有 式中：q、F 和G 分别为吸热、结构和流量不均匀系数,显然，越大，偏差管与管组工质平均温度偏差越大，偏差管易超温,沿烟道宽度方向烟气速度场和温度场不均匀

14、炉膛四壁水冷壁的吸热与粗糙表面使炉壁附近烟气温度及流速远比火焰中心低，并延伸到对流烟道,烟气侧热力不均（吸热不均）,2/6,烟气走廊 并列过热器管中管排间较大的节距形成,受热面不同程度的污染,燃烧器负荷不一致，火焰中心偏斜；炉膛上部或过热器局部地区发生煤粉再燃烧,炉膛出口烟气流的残余扭转,各并列管圈进、出口压降p 取决于沿进、出口联箱长度方向压力的变化，而后者又取决于受热面的连接方式，Z形连接方式各并列管圈的p 偏差最大，多管连接方式最小 p大的管圈，蒸汽流量大，p 的偏差造成各管流量的不均,3/6,工质侧水力不均（流量不均）,=,工质比容 并列管受热不均时，受热强的管吸热量多、比容增大，蒸汽

15、流量减小,管圈的阻力特性 K 与管子的结构尺寸、粗糙度等有关，管圈的K值越大，即阻力越大，流量越小,工质侧水力不均（流量不均）,发生热偏差时，平列管子中吸热量大的管子，热负荷较高（q1），工质流量又较小（G 1），故工质焓增大，管子出口工质温度和管壁温度相应升高,4/6,即使各并列管圈p、K相同，因受热不均，工质比容不同也将导致流量不均，使热偏差增大,=,减少热偏差的措施,5/6,运行中确保燃烧稳定；烟气均匀充满炉膛；适时投入吹灰器减少积灰和结渣，沿炉膛宽度方向速度场和温度场尽量均匀,受热面分级（段）-（-1）在 一定的情况下，-与 成正比，将受热面分成多级，每一级工质的平均焓增 减小，偏差管

16、出口汽温及管组平均汽温的偏差相应减小,减少热偏差的措施,受热面各级之间通过中间联箱进行混合；联箱连接管左右交叉，避免前一级的热偏差延续到下一级而造成各级受热面热偏差的迭加,采用流量分配均匀的U形或多管连接方式,采用各种定距装置，保证受热面节距，防止在运行中的摆动，有效地消除管、屏间的“烟气走廊”,根据管圈所处的热负荷采用不同的管径和不同壁厚的蛇形管管圈，均匀各管流量,6/6,再热器向炉膛内移动或靠近,采用摆动燃烧器的蒸汽系统,1/2,提高再热汽温的调节能力，再热汽温的调节响应特性比较灵敏,再热器高温布置，与采用烟气挡板调节方式相比，再热器的受热面积约减少 65；再热蒸汽流阻控制在0.2MPa以

17、下,再热器受热面较多且处于低温烟道，再热汽温调节反应灵敏性较差，汽温达到稳定的时间比摆动燃烧器调温时间略长,大部分过热器向炉膛内移动或靠近，再热器受热面布置在对流传热较强的水平烟道后部及尾部烟道中,采用烟气挡板的蒸汽系统,2/2,过热器高温布置，与摆动燃烧器调温方式相比，过热器受热面约减少25,省煤器及布置,省煤器有铸铁式和钢管式两种,1/1,钢管省煤器由蛇形管及进出口联箱组成 蛇形管在烟道中垂直于前墙布置（a）管子支吊简单，水速较小；但对于倒U 型锅炉，所有蛇形管靠近后墙部分磨损严重 蛇形管在烟道中平行于前墙布置（b）只有后墙附近几根蛇形管磨损较大。但水速较高,阻力较大,（a）（b）,管式空

18、气预热器,管式空气预热器由多根平行错列钢管焊在上、下管板上构成立方形箱体,空气预热器有管式与回转式两种,1/4,管式空气预热器中烟气在管内由上而下纵向流动，空气从管外横向流过，两者成交叉流动。热量连续地由烟气通过管壁传给空气,为强化传热，在箱体水平方向装有若干中间管板，以提高空气流速,2/4,回转式空气预热器,受热面转动回转式预热器（容克式）主要由扁圆柱形蓄热体及烟、风罩组成 扁圆柱形转子从上到下被径向隔板分成12个大扇形格（300），每个大扇形格又被许多块横向和径向短隔板规则地分为许多小格仓，小格仓中放满预先叠扎好的蓄热板,回转式空气预热器分受热面转动和风罩转动；前者有二分仓和三分仓二种，后

19、者有单流道和双流道二种,3/4,二分仓回转式空气预热器,二分仓式回转空气预热器中烟气从上方通过烟道和转子截面的50%从下方流出，空气从另一 侧下方进入，经风道和转子截面的3040%从上方流出，其余部分为两者之间的过渡区（密封区），转子以每分钟14转的转速缓慢旋转，每转一圈，蓄热板吸、放热各一次，使烟气和冷空气之间实现热交换,回转式空气预热器重量轻，结构紧凑，金属耗量小，便于布置；蓄热板温度相对较高可减轻低温腐蚀；空预器转子高度小，便于清扫。但结构较复杂，漏风量大,二分仓式回转空气预热器，空气只有一个通道，出口热空气（一、二次风）具有相同的温度和压力,4/4,三分仓回转式空气预热器,三分仓回转式空气预热器在二分仓预热器的基础上，将空气通道一分为二，用密封件将它们隔开，成为各自独立的一次风通道和二次风通道，烟气通道则与二分仓的相同 三分仓回转式空气预热器中不同的风机将两股空气送入预热器，分别流过被烟气加热的波形板受热面，得到不同温度、压力的热风，以满足燃料燃烧的需要 三分仓回转式空气预热器用于燃煤锅炉常采用的冷一次风机系统,