超临界锅炉的过热器及再热器

超临界锅炉的过热器及再热器第一节概述蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是把饱和蒸汽或微过热蒸汽加热具有一定过热度的合格蒸汽，并要求在锅炉变工况运行时，保证过热蒸汽温度在允许范围内变动。提高蒸初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料的耐热性的限制，我国大多数电厂的过热蒸汽温度被限制在540～550℃。为了提高循环热效率采用较好的合金钢材，过热蒸汽温度可进一步提高。蒸汽初压的提高虽可提高循环热效率，但过热蒸汽压力的进一步提高受到气轮机排汽湿度的限制，因此为了提高循环热效率及减少排汽湿度，可采用再热器。汽轮机高压缸的排汽送到锅炉的再热器中，经再一次加热升温到一定温度后，返回到汽轮机的中压缸和低压缸中继续膨胀做功。通常，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20％左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度接近。采用一次中间再热可使循环热效率提高4～6％。随着蒸汽参数的提高，过热蒸汽和再热蒸汽的吸热量份额增加，在现代高参数大容量锅炉中，过热器和再热器的吸热量占工质总吸热量的50％以上，因此，过热器和再热器受热面在锅炉总的受热面中占很大的比例，需把一部分过热器和再热器受热面布置在炉膛内，即须采用辐射式、半辐射式过热器和再热器。过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高温烟区，所以管壁温度较高，如何使过热器和再热器官能长期安全工作使过热器和再热器设计和运行中的重要问题。第二节过热器一、过热器概述过热器是把饱和蒸汽加热到额定过热温度的锅炉受热面部件。按传热方式，过热器可分为对流、半辐射和辐射三种型式。按结构，过热器可分为蛇形管式、屏式、壁式和包墙管式四种。随着蒸汽参数的提高，过热蒸汽及再热蒸汽的吸热量占工质总吸热量的比例越来越高，因此，过热器受热面在锅炉总受热面中占很大比例。为此过热器布置区域不仅从水平烟道前伸到炉膛内，并还向后延至锅炉尾部烟道。1．过热器工作特点1）由于过热器的出口处工质已达到较高温度（本锅炉605℃），所以过热器的许多部分，特别是它们的末端部分需要采用价格较高的合金钢。通常为降低锅炉造价，尽量避免采用更高级的合金钢，设计时，几乎使各级过热器金属管子的工作温度都接近极限温度。为使过热器安全运行，必须注意保持汽温稳定，波动不应超过±5℃。2）整个过热器的阻力，即工质压降不能太大。因大部分过热器都布置在较高烟温区域，为了使管子得到较好的冷却，就得使管内工质有较高的流速。工质流速越高，阻力越大，工质的压降就会越大。对于过热器，工质压降越大，要求给水压力越高，除给水泵功率消耗增大外，省煤器、水冷壁等承压部件壁厚就需要增大，它们的材料和制造成本就会提高。因此，一般要求整个过热器内工质的压降不超过其工作压力的10％。本锅炉过热器在BMCR工况下压降为1.2MPa。3）过热器出口蒸汽温度随负荷的改变而变化。这是由于过热器是组合式的，既有对流传热又有辐射传热，但总体上是以对流传热为主，当负荷变化时，受热面管外烟气流速和管内工质流速都将发生变化，管内外的对流放热系数随着改变，导致管内蒸汽吸热量改变。4）锅炉启动点火或汽轮机甩负荷时，过热器中没有或只有少量蒸汽通过，管壁会由于得不到冷却而产生爆管或烧损。为此，必须采取控制烟气温度等有效措施，用来保障在启动或汽轮机甩负荷时过热器的安全。2．过热汽温的调节直流锅炉中，过热汽温的调节主要是通过给水量与燃料量的调整来实现的。在实际运行中锅炉负荷的变化，给水温度、燃料品质、炉膛过量空气系数以及受热面结渣等因素的变化，对过热汽温变化均有影响。对燃煤锅炉而言，控制燃料量是较为粗糙的，这就迫使除了采用煤水比（B/G）作为粗调的调节手段外，还必须采用蒸汽管道上设置喷水减温器作为细调的调节手段。在直流锅炉运行中，为了维持锅炉过热蒸汽温度的稳定，通常在过热区段中取一温度测点，将它固定在相应的数值上，这就是通常所谓的中间点温度。实际上把中间点至过热器出口之间的过热区段固定，相当于汽包炉固定过热器区段情况相似。在过热汽温调节中，中间点温度实际是与锅炉负荷有关，中间点温度与锅炉负荷存在一定的函数关系，那么锅炉的燃水比（B/G）按中间点温度来调整，中间点至过热器出口区段的过热汽温变化主要靠喷水来调节。二、过热器系统过热器受热面由四部份组成，第一部份为顶棚及后竖井烟道四壁及后竖井分隔墙；第二部份是布置在尾部竖井后烟道内的水平对流过热器；第三部份是位于炉膛上部的屏式过热器；第四部份是位于折烟角上方的的末级过热器。过热器系统按蒸汽流程分为：顶棚过热器、包墙过热器/分隔墙过热器、低温过热器、屏式过热器及末级过热器。按烟气流程依次为：屏式过热器、高温过热器、低温过热器。整个过热器系统布置了一次左右交叉，即屏过出口至末级过热器进口进行一次左右交叉，有效的减少了烟气侧流过锅炉宽度上的不均匀的影响。锅炉设有两级四点喷水减温，每级喷水分两侧喷入，每侧喷水均可单独地控制，通过喷水减温可有效减小左右两侧蒸汽温度偏差。1．顶棚过热器及后竖井区域来自启动分离器的蒸汽由连接管进入顶棚过热器入口集箱（Φ381×84，SA-335P12）。顶棚过热器上设有专供检修炉膛内部的绳孔。在炉膛上部屏式过热器的区域，顶棚管规格Φ76.2×16,数量为170根，材质15CrMoG，节距114.3，扁钢厚度9mm，材质15CrMo；在炉膛上部高温过热器的区域，管径变为Φ63.5×11，数量为170根，材质15CrMoG，节距114.3，扁钢厚度9mm，材质15CrMo；在水平烟道高温再热器的区域，管径变为Φ57×9.5，数量为170根，材质15CrMoG，节距114.3，扁钢厚度9mm，材质15CrMo；后竖井区域材质管径为Φ57×9.5，数量为170根，材质15CrMoG，节距114.3，扁钢厚度9mm，材质15CrMo。蒸汽从顶棚出口集箱（Φ298.5×68，SA-335P12）通过48根（Φ101.6×18，SA-335P12）/14根（Φ88.9×17，SA-335P12）/2根（Φ127×22，SA-335P12）连接管分别引入水平烟道两侧包墙及后竖井两侧包墙、中隔墙、前、后包墙入口集箱（Φ190.7×40，SA-335P12），通过包墙管加热后汇入包墙出口集箱。所有包墙过热器均为全焊接膜式壁结构，包墙系统管子材质均为15CrMoG，扁钢材质均为15CrMo、12Cr1MoV。水平烟道侧包墙由43根规格Φ31.8×9管子组成，节距63.5；后竖井前包墙、中隔墙下部由169根Φ38.1×9管子组成管屏，节距114.3，上部烟气进口段均拉稀成前后两排，光管布置，前排管子承载，规格为Φ45×12.5，后排管子为Φ38.1×9，节距228.6；后竖井侧包墙由169根Φ34×8管子组成管屏，节距101.6；后竖井后包墙由169根Φ38.1×9管子组成管屏，节距114.3。后竖井下部环形集箱引出汽吊管，前烟道吊挂管支吊低再蛇形管，后烟道吊挂管支吊低过、省煤器蛇形管，重量由汽吊管吊杆传递到炉顶大板梁上。汽吊管共336根，节距228.6，管子规格随低再、低过、省煤器管外径的不同而变径，蒸汽经汽吊管后进入前后烟道吊挂管出口集箱（Φ339.7×58，SA-335P12）。2．低温过热器低温过热器蛇形管布置在后竖井后烟道内，分为水平段和垂直出口段。蒸汽从汽吊管前后烟道出口集箱两侧端部由连接管（Φ339.7×58，SA-335P12）引出后分别合并成单侧单根连接管（Φ457.2×72，SA-335P12），再从两端送入低温过热器进口集箱（Φ482.6×85，SA-335P12），整个低温过热器为顺列布置，蒸汽与烟气逆流换热。低温过热器水平段共1段，由4根管子绕成，共168排，管排横向节距114.3，管段下部分管子规格为Φ45X7.1，管段上部分管子规格为Φ45X7.9，材质SA-213T12；低过垂直段管子与水平段出口管相连，由水平段的两排管合成垂直段的一排管，起降低烟速、减小磨损作用，管子规格为Φ45×7.9，材质SA-213T12，横向节距228.6mm，共84排。在吹灰器附近低温过热器蛇形管管排上均设置有防蚀盖板。低温过热器水平段管组通过包墙过热器汽吊管悬吊在大板梁上，垂直出口段通过与低温过热器出口集箱（Φ546.1×107,SA-335P12）相连而由集箱悬吊在大板梁上。图4-1低温过热器结构图3．屏式过热器经过低温过热器加热后，蒸汽经低过出口连接管（Φ508×88,SA-335P12）、一级减温器（Φ508×88,SA-335P12）及屏过进口连接管（Φ495.3×81,SA-335P12）后引入屏式过热器分配集箱（Φ558.8×103,SA-335P12），分配集箱与每片屏式过热器进口集箱（Φ298.5×58,SA-335P12）相连。屏式过热器布置在炉膛上部区域，为全辐射受热面，在炉深方向布置了2排，两排屏之间紧挨着布置，每一排管屏沿炉宽方向布置13片屏，共26片。屏式过热器管屏的横向节距S1=1371.6，纵向节距S2=57，炉内受热面管子均采用SA-213TP347H材料。每片屏由24根管组成，管屏入口段与出口段采用不同的管子壁厚，内外圈管采用不同的管子规格。管屏入口段管子规格为：最外圈管Φ50.8×8.4/其余管Φ45×7.4；管屏出口段管子规格为：最外圈管Φ50.8×12.3/其余管Φ45×10.8。屏式过热器蛇形管均由集箱承重并由集箱吊杆传至大板梁上。为保证管屏的平整，防止管子的出列和错位及焦渣的生成，屏式过热器布置有定位滑动块等结构，定位滑动块采用ZG1Cr20Ni14Si2材料，可靠性高。示意图见图9。每片屏式过热器出口集箱（Φ298.5×58,SA-335P91）与汇集集箱（Φ558.8×103,SA-335P91）相连，蒸汽在汇集集箱中混合，并经屏过出口连接管（Φ508×78,SA-335P91）、二级减温器（Φ508×78,SA-335P91）及高过进口连接管（Φ596.9×122,SA-335P22）后引入高温过热器。为防止吹灰蒸汽对受热面的冲蚀，在吹灰器附近蛇形管排上均设置有防磨盖板。为减小流量偏差使同屏各管的壁温比较接近，在管排的入口处、屏过进口集箱上设置了不同尺寸的节流圈，有φ12.5mm、φ13mm、φ14mm、φ15mm、φ16.5mm、φ20.5mm和φ23.5mm七种规格。图4-2屏式过热器结构图4．高温过热器高过蛇形管由位于折焰角上部的一组悬吊受热管组成，沿炉宽方向布置有31片，管排横向节距S1=609.6，管子纵向节距S2=57，每片管屏由20根管子并联绕制而成，炉内受热面管子的材质均为SA-213TP347H。管屏内外圈管采用不同的管子规格，管屏最外圈管Φ50.8×8.9/其余管Φ45×7.8。高过蛇形管屏入口段重量由中间两排管承重并传递到入口集箱（集箱底部两排管接头设计为平行的斜向开孔）上，其余管子重量均通过BHK公司U型承重块逐根传递到中间两管。管屏出口段重量由一过渡梁支撑，由吊杆传递到高过出口集箱上。U型承重块示意图见图8。蒸汽从高过入口集箱（Φ609.6×128,SA-335P22）经蛇形管加热后进入高过出口集箱（Φ609.6×108,SA-335P91），品质合格蒸汽由连接管（Φ540×80,SA-335P91）从出口集箱两端引出，上行后合并成单根蒸汽导管（Φ575.1×84,SA-335P91）送入汽轮机高压缸。为保证管屏的平整，防止管子的出列和错位及焦渣的生成，高过蛇形管间布置有定位滑动块，定位滑动块采用ZG1Cr20Ni14Si2，可靠性高，示意图见图9。为防止吹灰蒸汽对受热面的冲蚀，在吹灰器附近蛇形管排上均设置有防磨盖板。为减小流量偏差使同屏各管的壁温比较接近，在管排的入口处、高过进口集箱上设置了不同尺寸的节流圈，有φ13mm、φ12.5mm、φ12mm、φ11.5mm、φ11mm五种规格。图4-3承重块示意图图4-4定位滑动块示意图图4-5高温段过热器结构图5．减温器一级喷水减温器装在一级过热器和屏式过热器之间的管道上，外径为φ508mm，壁厚为8