锅炉的基本部件（二）

六、热管换热器

（一）、热管概述

　　热管是一种具有高导热性能的传热组件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶瓷换热器较好地解决了耐高温、耐腐蚀的难题。

　　由热管组成的热管换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中，作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备，取得了显著的经济效益。

（二）、热管换热器的分类

　　按照热流体和冷流体的状态，热管换热器可分为：气—气式、气-汽式、气—液式、液—液式、液—气式。按照热管换热器的结构形式可分为：整体式、分离式和组合式。

（三）、热管换热器主要特点

　　1、热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。

　　2、热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于品位较低的热能回收场合非常经济。

　　3、对于含尘量较高的流体，热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。

　　4、热管换热器用于带有腐蚀性的烟气余热回收时，可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。

七、过热器（superheater，SH）

定义：将饱和温度或高于饱和温度的蒸汽加热到规定过热温度的受热面。

　　过热器(superheater)是锅炉中将一定压力下的饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气的受热面。

（一）、简介：

　　锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件，又称蒸汽过热器。大部分工业锅炉不装设过热器，因为许多工业生产流程和生活设施只需要饱和蒸汽。在电站、机车和船用锅炉中，为了提高整个蒸汽动力装置的循环热效率，一般都装有过热器。

　　采用过热蒸汽可以减少汽轮机排汽中的含水率。过热蒸汽温度的高低取决于锅炉的压力、蒸发量、钢材的耐高温性能以及燃料与钢材的比价等因素，对电站锅炉来说,4兆帕的锅炉一般为450℃左右;10兆帕以上的锅炉为540～570℃。少数电站锅炉也有采用更高过热汽温的(甚至可达650℃)。

（二）、类型和特点：

　　过热器按传热方式可分为对流式、辐射式和半辐射式; 按结构特点可分为蛇形管式、 屏式、墙式和包墙式。它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。管子的外径一般为30～60毫米。

　　对流式过热器最为常用，采用蛇形管式。它具有比较密集的管组，布置在 450～1000℃烟气温度的烟道中，受烟气的横向和纵向冲刷。烟气主要以对流的方式将热量传递给管子，也有一部分辐射吸热量。屏式过热器由多片管屏组成，布置在炉膛内上部或出口处，属于辐射或半辐射式过热器。前者吸收炉膛火焰的辐射热，后者还吸收一部分对流热量。在10兆帕以上的电站锅炉中，一般都兼用屏式和蛇形管式两种过热器，以增加吸热量。

　　敷在炉膛内壁上的墙式过热器为辐射式过热器，较少采用。包墙式过热器用在大容量的电站锅炉中构成炉顶和对流烟道的壁面，外面敷以绝热材料组成轻型炉墙。图为几种过热器的布置。装有过热器的小容量工业锅炉一般只用单级管组的对流式过热器即能满足要求。

（三）、性能：

　　锅炉运行工况的变化，例如负荷高低、燃料变化、燃烧工况变动等,都对过热器出口汽温有影响,所以在电站锅炉中都有调节锅炉出口汽温使其稳定在规定值的手段。

常用手段有：

　　①用喷水式或表面式减温器直接调节汽温;

　　②用摆动燃烧器改变炉膛出口烟气温度;

　　③用烟气再循环调节过热器吸热量(见锅炉汽温调节)。

　　锅炉负荷升高时，对流式过热器的进出口蒸汽温度升高值增大，辐射式过热器的温度升高值减小。若将对流式、辐射式和半辐射式过热器合理组合配置，则可在负荷、燃烧工况等变化时使出口汽温变化较小。过热器管组中各并联管子的吸热量和蒸汽流量在运行中都会有差别。为避免个别管子中温度过高，在大型锅炉中把过热器分成若干管组，用炉外的集箱对各管组蒸汽进行混合并用导汽管使各管组换位，以避免各管间出现过大的温度差。

（四）、材料：

　　过热器管壁金属在锅炉受压部件中承受的温度最高，因此必须采用耐高温的优质低碳钢和各种铬钼合金钢等，在最高的温度部分有时还要用奥氏体铬镍不锈钢。

　　锅炉运行中如果管子承受的温度超过材料的持久强度、疲劳强度或表面氧化所容许的温度限值，则会发生管子爆裂等事故。

八、空气交换器（air preheater）

定义：利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需空气以提高锅炉效率的热交换设备。

　　空气预热器就是锅炉尾部烟道中的烟气通过内部的散热片将进入锅炉前的空气预热到一定温度的受热面。用于提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗。

　　一般简称为空预器。多用于燃煤锅炉。在锅炉中的应用一般为三分仓式。

　　使用时空预器缓慢旋转，烟气入口和空气入口不变。烟气进入空预器的烟气侧后排出，吸收了烟气热量的散热片在空预器的旋转下来到空气侧，将热量传递给空气。

（一）、附带系统：主要有火灾报警（热点探测）、间隙调整、变频控制。

影响空气预热器性能的关键问题是：振动噪声漏风、腐蚀和堵灰。在设计管式空气预热器时，应合理地选用空气流速和管箱尺寸，或者沿气流方向加装防振隔板，以防止引起空腔共振。

　　防振隔板还有消除噪声的作用。回转式空气预热器的漏风是一个重要问题，应从设计、制造、安装和运行等方面采取措施，使其在热状态下动静组件之间保持合理的密封间隙。燃用高硫燃料时，管式和回转式预热器均易产生腐蚀和堵灰。

防止的措施有：在空气进口处加装暖风器或采用热风再循环;采用低氧燃烧或掺烧添加剂,以减少烟气中SO2 气体的生成量;定期吹灰，以保持受热面清洁;受热面采用耐腐蚀的材料等。

（二）、空气预热器的分类

　　按空气预热器的传热方式可将空气预热器分为导热式和再生式两大类。在导热式空气预器中最常用的是管式空气预热器。随着锅炉参数的提高和容量的增加，管式空气预热器的受热面也增大，这给尾部受热面的布置带来了困难。因此，在大容量机组中多数采用结构紧凑、质量较轻的回转式空气预热器。

九、水冷壁（water cooled wall）

定义：敷设在锅炉炉膛四周，由多根并联管组成的水冷包壳。主要吸收炉膛中高温燃烧产物的辐射热量，工质在其中做上升运动，受热蒸发。

（一）、简介：

　　水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部 为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。

　　水冷壁最初设计时，目的并不是受热，而是为了冷却炉膛使之不受高温破坏。後来，由于其良好的热交换功能，逐渐取代汽包成为锅炉主要受热部分。

　　敷设在锅炉炉膛内壁、由许多并联管子组成的蒸发受热面。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量,在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度,保护炉墙。在大容量锅炉中，炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大。锅炉中有40～50%甚至更多的热量由水冷壁所吸收。除少数小容量锅炉外，现代的水管锅炉均以水冷壁作为锅炉中最主要的蒸发受热面。

（二）、分类：

光管式水冷壁：由一般的锅炉钢管组成。管子排列越密对炉墙保护效果越好。炉墙广泛采用轻质耐火材料和保温材料。这些材料可以砌成炉墙，也可敷设在水冷壁上成为敷管式炉墙以便于安装。

膜式水冷壁：将鳍片管(或扁钢与光管)相互焊接在一起组成的整块管屏。它的优点是气密性好;管屏外侧仅需敷以较薄的保温材料，炉膛高温烟气与炉墙不直接接触，有利于防止结渣;管屏可在制造厂成片预制，便于工地安装。

（三）、材质：

　　水冷壁材料一般用碳素钢。锅炉压力在14兆帕以上时也有部分用合金钢的。管子外径：自然循环锅炉一般用51～83毫米;多次强制循环锅炉和直流锅炉一般用22～60毫米。直流锅炉的水冷壁不像自然循环锅炉那样一定是直立式的，也可以是水平围绕或其他形式的。

　　参数高时，尤其在直流锅炉中，为了在炉膛高热负荷区防止传热恶化,常采用内螺纹管或在管内装设扰流子

十、热交换器（heat exchanger）

定义1：能在一定结构和一定工况下进行热量交换的设备。

所属学科：船舶工程(一级学科);船舶机械(二级学科)

定义2：能使具有温差的两种流体交换热量的装置。

所属学科：电力(一级学科);通论(二级学科)

　　又称换热器和换热设备。使两种流体间进行热量交换而实现加热或冷却等目的的设备。

　　一般是用固体间壁(传热面)将不同温度的流体隔开。也有的使两种流体在器内直接接触而进行热量交换。

　　根据作用原理可分为间壁式换热器、蓄热式换热器和混合式换热器。

　　根据使用目的可分为冷却器、加热器、冷凝器和汽化器。

　　根据结构材料可分为金属材料换热器和非金属材料换热器。

　　根据传热面的形状和结构可分为管式换热器和板式换热器。

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