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對流式過熱器

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對流過熱器是指佈置在對流煙道內主要吸收煙氣對流放熱的過熱器。對流過熱器由許多平行連接的蛇形管和進、出口集箱組成。蛇形管一般採用無縫鋼管彎制而成,管壁厚度由強度計算決定,管子材料根據其工作條件確定。蛇形管的外徑一般採用32~42mm,管子橫向節距與管子外徑之比為2~3,縱向節距與彎管半徑有關,一般此節距與管子外徑之比為1.6~2.5。過熱器管與集箱連接採用焊接。 [1] 
中文名
對流過熱器
外文名
convection over the heater
組成部分
平行連接的蛇形管和進、出口集箱
分    類
管子的佈置方式分為立式和卧式
性    質
科學
佈置位置
對流煙道

對流式過熱器對流過熱器分類

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根據管子的佈置方式,對流過熱器可分為立式和卧式兩種。蛇形管垂直放置的立式過熱器的優點是支吊結構比較簡單,可用吊鈎把蛇形管的上彎頭吊掛在鍋爐的鋼架上,並且不易積灰,立式過熱器通常佈置在爐膛出口的水平煙道中;它的缺點是停爐時管內存水不易排出。蛇形管水平放置的卧式過熱器在停爐時管內存水容易排出,但它的支吊結構比較複雜且易積灰,常以有工質冷卻的受熱面管子(如省煤器管子)作為它的懸吊管。 [1] 
根據管子的排列方式,對流過熱器可分為順列和錯列布置兩種方式。在煙氣流速和管子排列特性等相同的條件下,錯列橫向沖刷受熱面的傳熱係數比順列大,但由於錯列管束的吹灰通道小,錯列管束的外表積灰難於吹掃乾淨,或者為了增大吹灰通道,不得不把橫向節距過分地增大,從而降低了煙道的利用率;而順列管束的外表積灰很容易被吹灰器所清除。國內絕大多數鍋爐,在高温水平煙道中採用立式順列布置的受熱面(可以避免燃燒多灰分燃料時產生結渣和減輕積灰的程度)。通常,在尾部豎井煙道中採用卧式錯列布置的受熱面。近年來,為了提高鍋爐運行的可用率和可靠性,大型電站鍋爐在尾部豎井煙道中也有采用卧式順列布置的受熱面。 [1] 

對流式過熱器對流過熱器結構

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圖1:130 t/h鍋爐對流過熱器結構圖 圖1:130 t/h鍋爐對流過熱器結構圖
對流過熱器位於爐膛出口水平煙道中,它受較高温煙氣的沖刷,以吸收煙氣對流熱為主,煙氣輻射熱為輔,故稱對流過熱器。如圖1:130 t/h鍋爐對流過熱器結構圖所示(1-鍋簡;2-對流過熱器;3-高温對流過熱器;4-中間集箱;5-表面式減温器;6-過熱器出口集箱;7-交叉管)為130 t/h鍋爐的過熱系統圖。 [1] 
圖2:對流過熱器前排管束的拉稀結構圖 圖2:對流過熱器前排管束的拉稀結構圖
對流過熱器入口煙温較高,接近1000℃,為防止結渣,常把過熱器管的前幾排拉稀成錯列布置,如圖2:對流過熱器前排管束的拉稀結構圖所示。過熱器前幾排管子橫向節距拉稀後,縱向節距也相應增大,以免結渣搭橋。其橫向節距大於等於4.5,縱向節距大於等於3.5。 [1] 
圖3:蒸汽交換流動的連接系統圖 圖3:蒸汽交換流動的連接系統圖
鍋爐容量的不斷增大,煙道變寬,煙温分佈更加不均勻,造成蛇形管吸熱不均,為此把過熱器分成幾級,在中間集箱進行混合,並將蒸汽左右交叉,即原來在左邊流動的過熱蒸汽經交叉集箱後,調換到右邊,原來在右邊流動的蒸汽經交叉集箱調換到左邊,如圖3:蒸汽交換流動的連接系統圖所示(1-飽和蒸汽進口集箱;2-中間集箱;3-出口集箱;4-集汽集箱;5-交叉連接管),其中(a)利用交叉連接管進行交換;(b)利用中間集箱進行交換。蒸汽經交叉調換後,煙温偏差對兩側過熱汽温的影響顯著減小。交叉集箱還兼有混合的作用,可消除過熱器各蛇形管因煙氣側或蒸汽側的吸熱不均勻形成的汽温偏差。 [1] 
圖4:對流過熱器不同的管圈結構圖 圖4:對流過熱器不同的管圈結構圖
過熱器的蛇形管可做成單管圈、雙管圈及多管圈如圖4:對流過熱器不同的管圈結構圖所示((a)單管圈;(b)雙重管圈;(c)三重管),這與鍋爐的容量和管內必須維持的蒸汽流速有關。因為在煙氣通路截面不變並保持煙氣流速的情況下,可以通過改變管圈數目來改變蒸汽速度。例如,由單管圈變為雙管圈,蒸汽通路截面增加1倍,蒸汽速度降為原速度的1/2。因為過熱器是順列布置,所以管圈增加,煙氣通路和煙氣流速都不變。大容量鍋爐通常採用多管圈結構。 [1] 

對流式過熱器過熱器型式

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圖5:根據煙氣與蒸汽相對流動方向劃分的過熱器型式圖 圖5:根據煙氣與蒸汽相對流動方向劃分的過熱器型式圖
蒸汽的流向與煙氣的流向可呈逆流,順流或混流,如圖5:根據煙氣與蒸汽相對流動方向劃分的過熱器型式圖所示((a)順流式;(b)逆流式;(c)雙逆流式;(d)混流式)。純逆流時,温壓大,節省金屬,但管子壁温高,故高温過熱器常採用混流佈置。 [1] 
對於逆流佈置的過熱器,蒸汽温度高的那一段處於煙氣高温區,金屬壁温高,但由於平均傳熱温差大,受熱面可少些,比較經濟,該佈置方式常用於過熱器的低温級(進口級)。對於順流佈置的過熱器,蒸汽温度高的那一段處於煙氣低温區,金屬壁温較低,安全性較好。但由於平均傳熱温差最小,需要較大的受熱面,金屬耗量大,不經濟。所以,順流佈置方式多用於蒸汽温度較高的高温級(最末級)。對於混流佈置的過熱器,低温段為逆流佈置,高温段為順流佈置,低温段具有較大的平均傳熱温差,高温段管壁温度也不致過高,混流佈置方式廣泛用於中壓鍋爐。高壓和超高壓鍋爐過熱器的最後一級也常採用這種佈置方式。 [1] 
流經過熱器和再熱器受熱面的煙氣流速的選取受多種因素的相互制約。高煙氣流速可提高傳熱係數,但管子的磨損也較嚴重;相反,過低的煙氣流速不僅會降低傳熱係數,而且還導致管子的嚴重積灰。在額定負荷時,對流受熱面的煙氣流速一般不宜低於6 m/s。在爐膛出口之後的水平煙道中,煙温較高,灰粒較軟,對受熱面的磨損較小,常採用10~12 m/s以上的煙氣流速。在煙温小於600~700℃的區域中,由於灰粒變硬,磨損加劇,煙氣流速一般不宜高於9 m/s。 [1] 
參考資料
  • 1.    車得福等.鍋爐.西安:西安交通大學出版社,2008