锅炉原理第八章.

第八章省煤器和空气预热器第一节省煤器一、省煤器的作用（1）节省燃料：在锅炉尾部装设省煤器，可降低烟气温度，减少排烟热损失，因而节省燃料。（2）改善汽包的工作环境：由于采用了省煤器，提高了进入汽包的给水温度，减少汽包壁和给水之间的温差而引起的热应力，从而改善了工作环境。（3）降低锅炉造价：由于水的加热是在省煤器中进行的，用省煤器这样的低温材料代表价格昂贵的高温材料，从而可降低锅炉造价。二、省煤器的类型和结构特点1、按材料分类：钢管省煤器铸铁省煤器是目前锅炉广泛采用的省煤器，其优点：强度高，能承受冲击，工作可靠，传热性能好，重量轻，体积小，价格低廉。其缺点：耐腐蚀性差，目前给水处理技术可以彻底解决。3、按结构形式分类：按结构形式可分为四种：具体形式如图所示：光管式鳍片式膜式螺旋肋片式2、按出口参数分类沸腾式、非沸腾式•光管、肋片管，鳍片管和膜式省煤器鳍片管和膜式：占空间小20%～25%，磨损轻；肋片管：面积比光管大4～5倍，节省空间，效率高；•常采用悬吊式省煤器。省煤器出口联箱上的引出管既可悬吊省煤器，又可悬吊过热器和再热器。4、按管子排列方式分类：省煤器按蛇形管的排列方式分为错列和顺列两种：如上图中所示：省煤器一般采用错列布置，传热效果好，结构紧凑，并能减少积灰，但磨损比顺列严重，吹灰困难；顺列布置容易对管子进行吹灰，磨损轻，但积灰严重。三、省煤器的布置（1）省煤器在尾部烟道中多为卧式逆流布置有利于停炉排除积水，减轻停炉期间的腐蚀，也有利于改善传热，节约金属。●布置优点：●工作原理：水在蛇形管内自下而上流动，烟气在管外自上而下冲刷管壁，以实现烟气与给水之间的热量交换。这种换热方式，由于水在管内自下而上流动便于排除空气，从而避免氧腐蚀，而烟气在管外自上而下流动，有助于吹灰，还使烟气与水呈逆向流动，从而增大传热温差，提高对流传热量。（2）按蛇形管在烟道内的布置方式：纵向布置横向布置纵向布置是指蛇形管放置方向与锅炉的前后墙垂直，这种布置方式管子较短，平行工作的管子多，支吊简单，因而水的流速较低，流动阻力小，但是，所有管子都要穿过前后墙，磨损范围大。横向布置是指蛇形管放置方向与锅炉后墙平行，这种布置方式平行工作的管子少，因而水速高，流动阻力大，管子较长，为改进流动阻力大，采用双管圈或双面进水。此外，便于维修和防护。省煤器布置方式四、省煤器的支吊方式支撑结构、悬吊结构六、省煤器设计中应考虑的问题1、省煤器中的水速对水平管子，当水的流速大于0.5m/s时，可以避免金属局部氧腐蚀。如果省煤器管内达到沸腾状态，则管内是汽水混合物，此时水速较低容易发生汽水分层，有可能发生超温现象。容易引起金属的破坏，因而蛇形管中水流速度应不低于1m/s。但水速过高使压力损失增大。五、省煤器与汽包的连接加装套管七、省煤器的启动保护自然循环锅炉利用再循环管保护省煤器对自然循环锅炉，省煤器的再循环管如图所示。即在锅炉下降管和省煤器进水管之间装设一个有再循环阀的再循环管，由锅筒—下降管—再循环管—省煤器—锅筒之间形成自然循环回路。第二节空气预热器空气预热器是利用烟气余热加热燃烧所需要的空气的热交换设备。一、空气预热器的作用：1、进一步降低排烟温度，提高锅炉效率；2、改善燃料的着火与燃烧条件，降低不完全燃烧热损失；3、节省金属，降低造价；4、改善引风机工作条件，降低引风机电耗。●空气预热器按换热方式分为：导热方式蓄热方式管式回转式二、空气预热器的分类1、管式空气预热器管式空气预热器由有缝薄壁钢管与错列开孔的上、下管板焊接而成，形成立体管箱。管式空气预热器结构如图8-6所示。为使传热更接近于逆流传热，常采用如图8—7所示的多次交叉型式。2、回转式空气预热器回转式特点：1）传热面密度大，结构紧凑，占地面积小，在相同体积内，回转式可布置的受热面面积是管式预热器的6～8倍。；2）总重量轻；3）布置灵活方便；4）受热面金属温度高，低温腐蚀轻；5）漏风量较大，对密封结构要求较高，8%～10%；6）结构复杂，制造工艺高，运行维护检修复杂，工作量大；蓄热板要求板上斜波纹与气流方向成30°夹角，以使增强气流扰动而改善传热效果。回转式空气预热器中烟气通道一般占总受热面积的45%，空气通道占总面积的45%，其余部分为密封区，用以防止漏风。回转式空气预热器根据转动部件不同分为：受热面旋转风罩旋转国内电站锅炉多数采用受热面旋转式的空气预热器，正常运行时其转速一般为1.17r/min，转速变化范围为0.25-1.23r/min。受热面回转式空气预热器由转子和静子两部分组成，转子由中心轴，上、下部轴承，径向和横向隔板，及内部装置的蓄热板组成。由密封区将烟气和空气隔开，转子转动时烟气区蓄热板被加热，转至空气区蓄热板放热并加热空气。三、回转式空气预热器的漏风和热变形1、携带漏风和密封漏风回转式空气预热器的漏风主要包括携带漏风和密封漏风两种，在受热面转动过程中会将部分空气带入烟气，这部分漏风称为携带漏风，携带漏风量一般不会超过1%。由于空气侧为正压，烟气侧为负压，在压差作用下空气会通过密封装置的间隙漏入烟气中，这部分漏风称为密封漏风。密封漏风量一般为8%～10%。2、空气预热器的密封装置本章将以三分仓式受热面转动式空气预热器(图8—12)为例介绍空气预热器的密封装置。三分仓圆周角分配如图8—13所示。空气预热器原理三分仓式受热面转动空气预热器结构与二分仓式基本相同，只不过由三对扇形板形成的密封区将受热面分为一次风通道，二次风通道，烟气通道。每个密封区所占角度为15°，一次风通道所占角度35°，二次风通道为115°，烟气通道为165°。三分仓受热面转动的回转式空气预热器的密封系统由轴向密封、径向密封、环向密封三部分组成。•径向密封用于阻止热冷端面与扇形板之间因压差而存在的漏风。•轴向密封用于防止空气从密封区转子外侧漏入烟气区。•环向密封用于防止气流不经过受热面直接从转子一端跑到另一端。3、回转式空气预热器的热变形回转式空气预热器在热态运行时，烟气自上而下流动，烟气温度逐渐降低。空气自下而上流动，空气温度逐渐升高。由于转子热端温度较高而冷端温度较低，使热端膨胀量大于冷端膨胀量，再加上转子本身的重量，转子就会发生蘑菇状变形。回转式空气预热器均装设有密封自动控制系统，能在不同运行工况时，将密封间隙控制在最小值，使漏风量达到最小。密封自动控制系统由可弯曲扇形板、传感器机械传动和电气控制等部分组成。可弯曲扇形板右侧在外力作用下可产生的变形曲线与转子受热时蘑菇变形曲线非常接近，如图8—18所示。可弯曲扇形板的外力由传动连接装置中的千斤顶施加，如图8—19所示，当千斤顶向下施加外力时，通过传动连接装置密封面就可弯曲，形成近似于转子下垂时的形状相一致的曲面。第四节尾部受热面的磨损、积灰和腐蚀一、省煤器的积灰1、积灰形成的原因在锅炉的运行中，当含灰烟气在流经受热面时部分灰粒沉积在受热面上的现象称为积灰。烟气流速不同时，受热面上积灰的情况如图8—29所示。管子背风面最容易积灰，而正面很少积灰。这是因为迎风面受大灰粒的冲刷的缘故。管子两侧受飞灰的冲刷磨损，一般不会发生积灰。一、积灰形态1、干松灰；小于30μm2、低温黏结灰；(1)积灰与冷凝硫酸形成硫酸钙；(2)吹灰蒸汽凝结水或省煤器漏水与积灰混和。二、积灰对锅炉的影响1、传热恶化，排烟温度升高，排烟损失增大；2、堵塞烟道，增加流动阻力，增加电耗；3、加剧受热面低温腐蚀；积灰机理：1、管背面产生漩涡，10μm小颗粒沉积；2、微小颗粒具有很大附着力；3、静电感应，小于20～30μm的附着管子；4、表面粗糙，3～5μm机械作用停留；灰粒在管壁上的沉积在最初阶段是很快的，但达到动平衡状态后基本不再变化。这时，一方面细灰在沉积，另一方面烟气中大直径灰粒又将其剥离管壁，达到灰粒的沉积和被剥离处于动平衡状态。四、影响积灰的主要因素：•飞灰浓度：不影响灰层的形状和大小，只影响平衡时间。•粒径：粒径小易积灰，粒径大不易积灰。•管径：管径大易积灰。•烟速：烟速小易积灰(3m/s)，烟速大不易积灰(大于8m/s)•粗糙度：粗糙面易积灰，光滑面不易积灰。•烟温：烟温高易积灰，烟温低不易积灰。•管排列方式：顺列易积灰，错列不易积灰。（2）采用吹灰装置。由于省煤器上的积灰多为松散积灰，使用吹灰器可以清除积灰。（3）采用合理的结构和布置方式。省煤器采用错列布置，并适当减小纵向节距，增强气流扰动，减少积灰。（4）防止省煤器泄漏2、防止和减轻积灰的主要措施（1）在设计时选择合理的烟气流动速度，使积灰减轻。烟气流动速度应不低于5～6m/s，在低负荷时烟气流速不低于3m/s。当烟气流纵向冲刷管束时，应使烟气流速不低于8m/s。二、低温受热面的飞灰磨损及其防治措施1、飞灰磨损的机理携带有灰粒和未完全燃烧燃料颗粒的高速烟气通过受热面时，固体粒子对受热面的每次撞击都会剥离掉极微小的金属屑，这就是飞灰对受热面的磨损。颗粒对受热面的撞击可分为垂直方向（法线方向）分力和切向方向（切线方向）分力，对金属壁面产生冲击和切削作用。磨损量常用管壁最大磨损厚度δmax来表示，可由下列经验公式估算：33maxwmwmCwfhfwfhfjs2、飞灰磨损的最大磨损量jsC其中：2、影响磨损的主要因素：（1）烟气的流动速度管壁的磨损量与飞灰颗粒冲击速度成三次方关系烟气的流动速度越快，磨损越重。（2）灰粒的特性和飞灰浓度灰粒的形状尖锐、直径大，磨损加重；当灰粒中SiO2含量增加时，磨损加重；飞灰的浓度增加，单位时间内灰粒撞击管壁的频率增加，磨损加重。（3）管束排列方式与冲刷方式位于第一排管子冲击角度在300～400范围内的金属管壁磨损最为严重。错列管束，第一排以后各排管子的磨损集中于冲击角度在250～300的对称点上，最大磨损发生在第二排管子上。顺列管束，第一排以后集中于冲击角度在600的对称点上，最大磨损发生在第五排及以后的管子上。纵向冲刷时，磨损较轻。只有在距进口150～200mm的一段管道内发生严重的磨损。（4）气流运动方向当烟气流自上而下流动时，加重冲击磨损的程度。而当烟气自下而上流动时，对管壁的磨损将会减轻。（5）烟气成分在烟气温度低于250℃时，烟气中的腐蚀性气体SO2、O2、H2O、H2S等将对管壁产生腐蚀作用。形成腐蚀与磨损交替循环，使总磨损速度加快几倍。（6）运行中因素：1、锅炉超负荷运行2、锅炉漏风4、减轻和防止磨损的措施（1）选择合理的烟气流速烟速的选择应综合考虑磨损、积灰和传热三个方面的因素。由于磨损量与烟气流速的3次方成正比，烟速增加1倍，磨损量将增加约10倍。因此，在锅炉设计时应选择合理的烟气流速，以减轻磨损，并防止积灰。一般应控制尾部受热面中烟气流速不大于9m/s。（2）防止烟道内出现局部烟速过高和飞灰浓度过大a、消除烟气走廊在布置对流受热面时，考虑到管束受热膨胀等问题，省煤器蛇形管弯头与炉墙之间留有几十毫米的间隙，形成烟气走廊，使磨损加剧如图所示。因此要尽量减小通流面积的差别。b、防止局部飞灰浓度过大Π型布置锅炉有转向室，大部分灰粒向后墙聚集，使靠近后墙一侧的受热面磨损严重。解决办法：在转向室加装均流挡板；或在尾部烟道前，加装除尘器，在烟气进入尾部烟道前除去部分飞灰或大颗粒飞灰，也可以减轻受热面磨损。（3）改善省煤器结构a、选用大直径管子管子直径大，撞击概率低，磨损减轻。b、增大横向节距c、顺列管束比错列磨损轻d、采用膜式省煤器、鳍片式省煤器和螺旋肋片式省煤器可以减轻磨损。采用膜式、鳍片式和螺纹肋片式扩展表面省煤器可强化烟气侧传热，使省煤器结构更加紧凑。在金属消耗量和通风电耗相同条件下，可使省煤器占有空间大大下降。（4）采用防磨装置a、省煤器的防磨在尾部烟道中受热面磨损较严重部位加装防磨装置是重要的防磨措施之一。如在第一排和第二排管的通风面装设防磨护瓦，如图8—24所示。在烟气走廊处受热面加装防磨护帘，如图8—25所示。b、空气预热器的防磨入口加防磨套管（5）运行控制：1、控制燃煤2、锅炉出力3、煤粉细度4、燃烧调整5、减少