第一节 概述 第二节 过热器和再热器的结构型式 第三节 过热器与再热器的热偏差 第四节 汽温调节

第七章 过热器和再热器

一、为何采用过热器和再热器

1 ．提高机组循环效率提高蒸汽压力、温度。提高温度很难，提高压力受到限制，否则排汽湿度过

高，因此采用再热器，同时提高循环效率。2 ．保证汽轮机的安全运行

若不过热，相当于卡诺循环，采用饱和蒸汽，湿度大，不能满足汽轮机的要求。

过热器与再热器为电站锅炉的主要受热面。

二、过热器和再热器的工作特点

1 ．工质温度高、传热性能差，处于高温烟气段，金属 壁温高，达到金属使用极限。2 ．再热器受热面工作条件更差

（ 1 ）中压蒸汽放热系数比高压蒸汽小（ 1/5 ），导致管壁金属温度高，

（ 2 ）中压蒸汽比热小，对热偏差更加敏感；（ 3 ）阻力损失要求严格；（ 4 ）起动中及汽轮机甩负荷时的保护问题；

3 ．锅炉参数提高，容量增大，锅炉各受热面数量和 位置发生变化，过热受热面向炉膛移动（辐射式过热器），工作条件更差；

4 ．设计或运行不当，很容易引起受热面金属超温，长期超温会造成爆管，工质泄露，停机，是锅炉故障最多的部件之一。

三、汽温调节

蒸汽参数要求在一定范围内，设计时要考虑有效的调节手段，运行中要不断地调节蒸汽温度；

过热器、再热器与减温器紧密相连。

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第七章 过热器和再热器

一、过热器和再热器的种类

过热器与再热器的结构形式基本相同

过热器与再热器的种类

半辐射式—对流 +辐射，稀疏管屏，布置在炉膛的上部

对流式—以对流传热方式为主，密集蛇型管束，布置在对流烟道

辐射式—以辐射传热方式为主，布置在炉膛的壁面上

二、对流式过热器和再热器结构特点

1 ．烟气与管内蒸汽的相互流向 顺流，逆流，混合流2 ．蛇型管圈的布置方式 垂直式（布置在水平烟道）优点：吊挂方便，积灰少。缺点：停炉时易发生积水 腐蚀，再起动时，会形成气塞及水击。 水平式：与上相反（布置在垂直烟道）。

3 ．管圈结构

单根管圈与多重管圈。（ 1 ）目的：在保持烟气流速（烟气流通截面积） 不变 的条件下，改变蒸汽流通截面积（ 2 ）采用几重管圈，决定于设计要求的管内蒸汽 流速 和管外烟气流速。（ 3 ）烟气流速决定了传热系数、积灰和飞灰磨损 根据煤种，经济性及安全性，在 6~14m/s 。（ 4 ）蒸汽流速决定于压力损失及管壁金属的冷却 压降一般小于（ 8~10% ）的工作压力。

推荐的管内工质流速 用质量流速 ρw （ kg/m2s ）来表示。对流受热面：

中压： 250~400高压：低温段 400~700 ；高温段： 700~1000

屏式过热器： 800~1100辐射式过热器： 1000~1500再热器： 250~400

单管圈时常不能同时满足烟气侧速度和工质侧速度，采用多重管圈；

在最佳烟气流速下改变蒸汽流速。

4 ．管子排列

错列和顺列布置错列管排的传热系数大于顺列，不易积灰，但磨

损较为严重，阻力较大。

三、辐射式过热器和再热器

布置在炉膛壁面上直接吸收炉膛的辐射热量。1 ．采用的原因：

（ 1 ）大容量高参数锅炉的过热吸热份额超过 50% ， 300MW以上机组需考虑辐射式过热器；（ 2 ）降低炉膛出口烟温；（ 3 ）布置在高温区可降低金属耗量；（ 4 ）汽温特性平稳。

2 ．工作条件：

炉膛热负荷高， 蒸汽冷却效果差， 锅炉起动和低负荷运行时会处于干烧， 须有冷却保护措施， 工作条件最差的锅炉受热面。

四、半辐射式屏式过热器

1 ．布置位置 悬吊在炉膛上部，对流烟道入口，吸收辐射热与对流

热。降低进入密集管束的烟气温度，防止结渣，传热性能较好。

2 ．结构 每个屏由并联的管子紧密排列而成，各屏之间的距离

达 0.6~1.2米。3 ．工作条件

烟温高，工质温度高，平行各管长度相差较大，蒸汽流量相差较大，各管壁温差达 80~90℃，运行安全性较差。

五、过热器的系统

1 ．将不同形式的过热器以最安全、最经济的 方式连接在一起，有各种不同的形式。2 ．考虑的因素

（ 1 ）经济性：从传热性能出发，省金属。 先对流后辐射，形成总的逆流， 温差大，传热最理想。（ 2 ）安全性：顺流最安全，使高温介质处于 低温烟区，先辐射后对流。

3 ．过热器系统的一般布置规律

（ 1 ）先通过辐射式过热器。蒸汽在饱和线附近具有 较大的比热容，工质吸收较多热量而温度升高 不多，且传热温压大。

（ 2 ）将过热器划分为若干段，各段之间采用集箱联 接，中间进行交叉混合，保证吸热均匀。

4 ．减温器—一般为喷水减温方式

减温器在过热器系统中的位置（ 1 ）安全：布置在可能超温的过热器管段前面， 起到保护受热面的作用；（ 2 ）灵敏：使其尽量靠近过热器出口，减少调 温的滞后性。

一般为两级喷水减温，各尽其责：一级喷水减温器在屏式过热器的入口，保护屏式过

热器。二级喷水减温器在末级过热器之前，主要作用是调

节出口汽温，也起保护作用。

再热器系统与调温

再热器与过热器布置的原则基本一致，再热器一般均为对流式，分为低温段与高温段，

原则上再热器蒸汽不能采用喷水调温方式（经济性考虑），

只设置事故喷水减温，在汽温过高时采用。

五、过热器和再热器的汽温特性

汽温特性：即汽温随锅炉负荷变化的规律，汽温调节 主要是在锅炉变化负荷时进行。 对流式过热器与辐射式过热器的汽温特性是相反的。 对流式：随锅炉负荷增加，燃煤量增加，汽温升高； 反之降低； 辐射式：随负荷增加，火焰温度变化不大，辐射热 负荷增加不多，但蒸汽流量增加，相当于 每公斤工质的吸热量减少，因此，汽温降低； 反之增加。

锅炉负荷百分比， 100%

过热蒸汽汽温

辐射过热器

锅炉负荷百分比， 100%

过热蒸汽汽温

对流过热器

希望得到平稳的汽温特性

设计时采用适当比例的辐射式过热器，则可以达到较平稳的汽温特性，

较小容量的锅炉以对流式过热器为主， 大容量锅炉辐射式过热器比例增加。

再热器的汽温变化幅度更大

（ 1 ）工质进口参数随负荷降低而下降（而过热器入口 温度不变），升温幅度大；（ 2 ）再热器多为纯对流式受热面，辐射的比例更小；（ 3 ）再热蒸汽的比热小，对吸热变化更加敏感。

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第七章 过热器和再热器

平行管中工质焓增（吸热）不均匀的现象

φ大，偏差严重， φ→1 最好。0i

ip

偏差管焓增：p

pppG

Hqi ； 管组平均焓增：

0

000G

Hqi

G

Hq

p

pp

G

GH

H

q

q

0

00

1

q—吸热不均匀系数；H—结构不均匀系数；G—流量不均匀系数。

一、热偏差的定义

二、热偏差的危害

虽然管组出口蒸汽平均温度满足设计要求，但个别受热面管子（偏差管）吸热偏多，引起该受热面管金属超温，造成高温蠕变损坏

对不同类型的过热器，管壁金属温度与管内工质温度的关系约为：

辐射式过热器： twb=tg+100℃对流式过热器： twb=tg+40℃

三、造成热偏差的原因 — 主要是设计上，也存在运行因素

1 ．管外烟气侧吸热不均匀2 ．受热面结构不均匀3 ．平行各管中的流量不均匀

G

Hq

p

pp

G

GH

H

q

q

0

00

1

即使受热面管组各管的结构完全一致，也会由于以下的原因，而造成流量不均。

（ 1 ）联箱效应平行管进出口间的压差分布由联箱内的压力分布特性（和管子本身的阻力特性）所决定。

在各平行管的管子结构基本相同的情况下，管子的阻力不均匀可以不计。不同联箱布置方式产生不同压力分布特性不合理的联箱联结方式，会导致流量不均。

（ 2 ）管外烟气的吸热不均匀在压差相等的情况下，也会导致流量不均。

0200

0

20

0 2)(

vGK

v

w

d

lP

对于偏差管：

pppp vGKP 2

由于： pPP 0

所以： ppp vGKvGK 20

200

进一步认为阻力也相同， pKK 0

得到：p

pG v

v

G

G0

0

由此关系式得出结论：

吸热多的管子→工质的比容大 v→流量小→管壁冷却差→壁温升高。

表现为强制工质流动受热面的流动特性（相对于自然循环工质流动的自补偿特性而言）。

p

pG v

v

G

G0

0

其他内容

1 、热偏差的计算2 、高温对流受热面管壁温度的计算3 、高温对流受热面的钢材，管壁，管径，弯曲半径

等

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第七章 过热器和再热器

第四节 汽温调节

一、影响锅炉出口汽温的因素1 ．锅炉的负荷—最频繁的影响因素2 ．燃料的特性3 ．燃烧组织方式5 ．给水温度等

二、调节汽温的方法

设计上： 辐射过热器与对流过热器合理配合，增加辐射过热器吸热比

重，降低对调节汽温手段的依赖。 设计和运行：（一）蒸汽侧汽温调节（二）烟气侧汽温调节

（一）蒸汽侧汽温调节方法

冷却蒸汽，使之温度降低。1 ．面式减温器方案：水质处理水平不高时采用，调节

反应缓慢，现已很少采用。2 ．喷水减温器方案：给水品质提高，采用给水直接喷入蒸汽减温。

（二）烟气侧汽温调节方法 1 ．炉膛火焰中心位置的调整

在一定范围内，改变炉膛出口烟气温度，以改变其后对流受热面吸热量，不很精细。

2 ．尾部烟道内设置烟气分流档板尾部烟道的某一段分为两个通道某级过热器与省煤器分别布置在两烟道中用档板调节通过两侧的烟气流量，改变传热。采用较多，主要用来调节再热汽温。

3 ．烟气再循环

将一部分烟气从预热器前用再循环风机抽出，从炉膛下部冷灰斗或炉膛上部送入（很少用）。

锅炉的设计和运行中，通常采用几种调节手段相结合的方式，以求调节灵活和可靠。