4过热器与再热器；4.1概述；在电站锅炉中，提高过热蒸汽的参数是提高火力发电站；随着蒸汽压力的提高，为了减少汽轮机尾部的蒸汽湿度；在现代锅炉中，过热器和再热器的吸热量将占工质总吸；在大型电站锅炉中，过热器与再热器是必备的部件，在；调节，保持其出口蒸汽温度在额定温度的-10℃～+；大型电站锅炉过热器与再热器在锅炉总受热面中占了很；4.2电站锅炉对过热器和再热器
4 过热器与再热器
在电站锅炉中，提高过热蒸汽的参数是提高火力发电站热经济性的重要途径。过热蒸汽参数的提高受到金属材料的限制。过热器的设计必须确保受热面管子的外壁温度低于钢材的抗氧化允许温度并保证其机械强度。随着锅炉用金属材料的发展，我国电站锅炉已普遍采用了高压高温（9.8MPa，540℃）和超高压参数（13.7MPa，540和555℃），并已发展亚临界压力参数（16.7MPa，540和555℃），现在已有不少锅炉采用超临界压力（24.5MPa，540～570℃）参数，也有个别机组采用更高的压力和温度参数。
随着蒸汽压力的提高，为了减少汽轮机尾部的蒸汽湿度以及进一步提高电站的热经济性，在高参数电站中普通采用中间再热系统，即将汽轮机高压缸的排汽再回到锅炉中加热到高温，然后再送到汽轮机的中压缸及低压缸中膨胀作功。这个再加热的部件称为再热器。 通常把高压过热器中加热的蒸汽称为（一次）过热蒸汽，再热器中加热的蒸汽称为再热蒸汽（二次过热蒸汽）。再热蒸汽的参数与热力循环的经济性有关。一般，再热蒸汽的压力大致为过热蒸汽压力的五分之一左右，温度与一次过热汽温相近。例如我国125MW，400t/h锅炉中，过热蒸汽的参数为13.7MPa，555℃；再热蒸汽的进出口压力为2.5／2.35MPa，温度也为555℃。200MW，670t/h锅炉中，过热蒸汽的参数为13.7MPa，540℃；再热蒸汽进出口压力为2.7／2.5MPa，温度也为540℃。300MW，600MW亚临界压力控制循环锅炉，过热蒸汽参数为18.27MPa，540℃；再热蒸汽进出口压力为3.83/3.63MPa，温度也为540℃。应用蒸汽再热系统可使电站的热经济性提高约（4～5）％，我国125MW以上机组都采用一次中间再热系统，国外有些更高参数的机组有的采用二次中间再热系统。
在现代锅炉中，过热器和再热器的吸热量将占工质总吸热量的50％以上，因此，过热器和再热器受热面在锅炉总受热面中占了很大的比例，必须布置在更高的烟温区域，其工作条件是锅炉受热面中最为恶劣的，受热面管壁温度接近于钢材的极限允许温度，因此过热器和再热器受热面的合理布置和设计对整台锅炉的经济性和可靠性有很大的影响。在设计时，应在保证过热器和再热器安全可靠工作的基础上力求节省金属，特别是节省合金钢材的消耗量。
在大型电站锅炉中，过热器与再热器是必备的部件，在很大程度上影响着锅炉的安全性与经济性。过热器是将主蒸汽从饱和温度加热到额定过热温度的受热面，再热器是将汽轮机高压缸排汽在锅炉中加热到一定温度的受热面。当锅炉负荷、煤种等运行条件变化时，进行
调节，保持其出口蒸汽温度在额定温度的-10℃～+5℃范围内。
大型电站锅炉过热器与再热器在锅炉总受热面中占了很大的比例，必须布置在更高烟温区域。为了提高电厂热循环的效率，蒸汽的初参数需要不断提高，蒸汽压力的提高要求相应提高过热蒸汽的温度，否则，汽机末级乏汽的湿度就会过高，影响汽机的安全。因此，过热器与再热器内流过的是高温蒸汽，其传热性能较差，这就决定了过热器与再热器的壁温比较高。
4.2 电站锅炉对过热器和再热器的要求
（1） 汽温稳定、调节灵敏。
（2） 热偏差小。将过热器分成几级，并设置中间联箱进行充分混合，可减小热偏差的 绝对值。各级之间进行左右交叉，以消除两侧烟温不均匀的影响。
（3） 蒸汽流速和烟气流速合理。蒸汽流速高，传热效果好，但流动阻力大。通常过(再) 热器系统的流动阻力不应超过其工作压力的10%。对于再热器，由于其进口蒸汽压力仅为主蒸汽压力的1/5左右，所以允许压降很小。烟气速度不宜过高，过高会使管壁磨损加剧；也不宜过低，过低会造成管壁积灰。煤粉炉的过热器烟速一般为10～14m/s，燃油炉和燃气炉可提高到20m/s以下。
（4） 合理利用金属材料。既要尽量少用高等级的钢材，节约投资，又要使受热面管壁 温度接近钢材允许使用的极限温度。例如低温过热器采用逆流布置，以提高传热温压，节省钢材，高温段过热器采用混流布置。
（5） 制造、安装、检修方便。
4.3 过热器与再热器的作用与特点
4.3.1 过热器和再热器的作用
过热器和再热器是锅炉受热面的重要组成部分，用于提高蒸汽温度的部件，其目的是提高蒸汽的焓值，以提高电厂热力循环效率。
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。在锅炉负荷或其他工况变动时应保证过热蒸汽温度正常，并处在允许的波动范围之内。
从电厂热力循环看，蒸汽的初参数压力和温度越高，则循环热效率越高。随着锅炉容量的增大及蒸汽初参数的提高，过热器的作用更显得重要，并在很大程度上影响着锅炉的运行经济性和安全性。
随着蒸汽压力的提高，要求相应提高蒸汽温度，否则在汽轮机尾部的蒸汽湿度会过高，影响汽轮机的安全。但过热汽温又受金属材料的限制，目前，受金属材料的限制，绝大部分
电厂锅炉的过热汽温仍保持在540～555℃的范围内，为避免汽轮机尾部叶片蒸汽湿度太大，因而采用中间再热系统。
再热器的作用是将汽轮机高压缸的排汽加热到与过热蒸汽温度相等(或相近)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。一般再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右。采用再热系统可使电站热经济性提高约4%～5%。
我国125MW以上的机组都采用一次中间再热系统。二次再热可使循环热效率再提高约2% ,但系统复杂，目前国产机组尚未采用，但国外大容量机组已经采用。
4.3.2 过热器和再热器的工作特点
为了提高循环热效率，过热蒸汽的压力已经由超高压提高到亚临界和超临界压力。但受 到金属材料性能的限制，过热器和再热器蒸汽温度限制在540～555℃的范围内。
由于过热器和再热器的管内流过的是高温蒸汽，管壁对蒸汽的对流放热系数较小，传热 性能较差，蒸汽对管壁的冷却能力较低。同时，为保证合理的传热温差，过热器和再热器一 般布置于烟温较高的区域，其管壁工作温度很高，因而过热器和再热器的工作环境是相当恶 劣的。特别是再热器，因再热蒸汽压力低，其冷却管子的能力更差，所以如何使管子金属能 长期安全工作就成为过热器和再热器设计和运行中的重要间题。表4－1列出了锅炉常用金 属的容许温度的上限。为了尽量避免采用更高级别的合金钢，设计过热器和再热器时，选用 的管子金属几乎都工作于接近其温度的极限值。这时蒸汽若发生10～20℃的超温也会使其许用应力下降很多。因此，在过热器和再热器的设计及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+5～－10℃；
（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） 尽量减少并联管间的热偏差。
再热器的进汽是汽轮机高压缸的排汽，其压力约为主蒸汽压力的20%，温度稍高于相应的饱和温度，流量为主蒸汽流量的80%，离开再热器后的蒸汽温度约等于主蒸汽温度。因此，再热器与过热器相比具有以下几个特点：
（1） 由于再热器串接在汽轮机高、中压缸之间，故再热器系统阻力会使蒸汽在汽轮机 内作功的有效压降减小，从而使汽耗和热耗都增加。例如再热系统的阻力增加1kg/cm2，汽轮机的汽耗将增加0.3％左右。为了减少再热器中蒸汽的流动阻力，提高热力系统效率，再热器常采用较小的质量流速，但同时却使再热器管壁的冷却条件变差。 因此，再热器系统设计应力求简单，以减少流动阻力。
（2） 再热蒸汽压力低、温度高、比容大。其质量流速虽较过热蒸汽小，然而它的容积 流量却远比过热蒸汽大（约4～5倍）。因此，为了不使蒸汽流速过高，流量阻力过大，需相应增加蒸汽的通流截面积。所以，在中间再热锅炉中，再热器的通流面积总是大于过热器的。对于对流式再热器，在结构上通常采用管径较大，并列管数较多的蛇行管束。
（3） 再热蒸汽压力低、比热小，故对热偏差比较敏感。也就是说，在同样的热偏差条 件下，其出口气温偏差比过热蒸汽大。
（4） 再热器出口汽温受到进口汽温变化的影响。对于单元机组，在定压运行情况下， 汽轮机高压缸排汽温度是随着负荷降低而降低的。此时由于再热器进口汽温降低，从而使出口汽温也相应降低。对于对流式再热器，其对流汽温特性也就更显著，汽温调节特性因而比过热器大。
（5） 在锅炉启动、停炉或安全门开启时，再热器中无蒸汽流量或流量很小，很可能会 烧坏再热器。为此，过热器和再热器之间装设高低压旁路系统，在锅炉启、停或汽轮机甩负荷时，通过旁路装置向再热器提供足够的冷却蒸汽。
（6） 再热汽温调节不宜用喷水减温的方法，否则机组的运行经济性将下降。再热器置 于汽轮机的高压缸和中压缸之间，因此，在再热器喷水减温，使喷入的水蒸发加热成中压蒸汽，会使汽轮机的中、低压缸的蒸汽流量增加，即增加了中、低压缸的输出功率。如果机组总功率不变，则势必要减小高压缸的功率。由于中压蒸汽做功的效率低，使整个机组的循环热效率降低，因此，再热汽温调节采用烟气侧调节，及摆动燃烧器或分隔烟道等方法。为确保再热器进口汽温采用烟气侧调节无法使汽温降低时，可用事故喷水来保护再热器管壁不超温，以保证再热器的安全。
（7） 采用再热器的目的是降低汽轮机末几级叶片的湿度和提高机组的热经济性。在亚 临界压力机组中，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度采用相同的温度。而在超超临界压力机组中，如果再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相同，则汽轮机末几级叶片的湿度仍比较大，仍需采用较高的再热蒸汽温度，以减小其末几级叶片的湿度。
（8） 再热蒸汽压力低，其放热系数低于过热蒸汽。在相同的蒸汽流量和吸热条件下， 再热器壁温高于过热器壁温。
锅炉常用钢材的允许温度
4.4 过热器与再热器的布置及结构型式
4.4.1 过热器与再热器的布置
过热器设计和布置时，必须确保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。
按照所处的位置及结构，过热器又分为布置在炉膛水冷壁上的墙式过热器、布置在炉膛上部的分隔屏和后屏过热器、布置在对流烟道中的垂直式过热器、水平式过热器、炉膛顶棚及水平烟道与尾部烟井的包覆过热器。现代大型锅炉采用了多种形式的过热器，如图4-1所示。
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