过热器的作用是将锅炉的饱和蒸汽进一步加热到所需过热蒸汽温度｡

对于电站锅炉,过热器是必需的受热面,它的作用除了将饱和蒸汽加热到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;对于工业锅炉,有无过热器取决于生产工艺是否需要;对于生活采暖锅炉则一般无过热器｡

我们知道,提高蒸汽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耐热性能的限制｡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汽轮机排汽湿度的限制,因此为了提高循环热效率及降低排汽湿度,可采用再热器｡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相近｡我国125MW 及以上容量机组都采用了中间再热系统｡机组采用一次再热可使循环热效率提高4%～6%,采用二次再热可使循环热效率进一步提高2%｡

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,如下表所示：

在现代高参数大容量锅炉中,过热器和再热器的吸热量可占工质总吸热量的50%以上｡因此,过热器和再热器受热面在锅炉总受热面中占很大比例,需把一部分过热器和再热器受热面布置在炉膛内,即需采用辐射式､半辐射式过热器和再热器｡

过热器和再热器内流动的是高温蒸汽,其传热性能差,而且过热器和再热器又位于高烟温区,所以管壁温度较高｡如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计和运行中的重要问题｡

为了保证过热器管子金属得到足够的冷却,管内工质必须保证一定的质量流速,流速越高,管子的冷却效果越好,但工质的压降也越大,通常过热器系统允许的压降不宜超过过热器工作压力的8%～10%｡管壁冷却还与蒸汽密度有关,密度大冷却效果好,但阻力损失大,所以不同压力等级的锅炉过热器的蒸汽流速不同｡中压锅炉对流过热器中的蒸汽流速取为15～25m/s,辐射过热器中取为20～25m/s;高压锅炉中对流过热器冷段取为9～11m/s,热段取为15～20m/s,辐射式过热器中取值比前者要高40%～50%;超高压锅炉为8～16m/s｡

过去经常采用平均蒸汽流速来作为设计或校核过热器总流通面积的依据｡我们知道,在蒸汽流量一定的条件下,蒸汽的流速与蒸汽的密度有关,而蒸汽的密度又取决于蒸汽的压力和温度｡蒸汽在过热器管内流动时,温度不断升高,而压力却逐渐降低｡要算出过热器出､入口的平均温度和平均压力,才能求出过热器管内的平均流速｡这样做不仅比较麻烦,而且由于各处的蒸汽流速是不同的,平均速度并不是各点的真正速度｡如果采用质量流速来代替蒸汽流速,则在蒸汽流量一定的情况下,质量流速与蒸汽的压力和温度无关｡无论蒸汽在过热器管内的压力和温度怎样变化,其质量流速是不变的｡显然,用质量流速来作为选定过热器的总流通截面更为非常方便和合理｡单位时间内单位面积上通过的蒸汽质量称为质量流速｡例如,对中压锅炉的过热器的质量流速建议为ρw=250~400kg/(㎡·s);对于高压锅炉,对流过热器低温级的质量流速建议采用ρw=400~700kg/(㎡·s),高温级建议采用ρw=700~1100kg/(㎡·s)｡

为了降低锅炉成本,应尽量避免采用高级别的合金钢,设计过热器和再热器时,选用的管子金属几乎都工作在接近其温度的极限值,此时10～20℃的超温也会使过热器和再热器管的许用应力下降很多｡

在过热器和再热器的设计及运行中,应注意下列问题:

① 运行中应保持汽温的稳定,汽温波动不应超过±(5～10)℃｡

② 过热器和再热器要有可靠的调温手段,保证运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温｡

③ 尽量防止或减少平行管子之间的热偏差｡

过热器及再热器所用材料取决于其工作温度｡当金属管壁温度不超过500℃时,可采用碳素钢;当金属温度更高时,必须采用合金钢或奥氏体合金钢｡