省煤器工作原理及事故资料

主讲人韦义省煤器第一节、省煤器原理一、作用和分类1、作用1）吸收尾部烟道中烟气量→↓θ排烟→↑η锅炉→省燃料2）以较高的温差和传热系数来↓蒸发受热面→用廉价的小管径、管壁较薄的省煤器受热面来代替较昂贵的部分水冷壁蒸发受热面→节省初投资3)提高了进汽包的水温→汽包壁与给水间温差↓→汽包热应力↓→机组安全性↑2、分类•1)按工质出口状态分：•→非沸腾式，t出口水＜ts－30℃,大机组用•→沸腾式，t出口水=ts为汽水混合物→但汽化水•量≯20%给水量，用于中压以下炉•2）按材料分：•→铸铁式：耐磨损、耐腐蚀、但强度↓→只用于低压的•非沸腾省煤器•→钢管式：可用于任何P和容量的锅炉，置于不同形状•的烟道中•缺点：易受氧腐蚀，给水必须除氧•优点：体积↓，重量↓，布置自由，价格低廉二、结构及布置•1、结构：钢管省煤器由一系列平行的蛇形管组•成，d外=25-51mm，常用42-51mm管子→•以↑运行安全性•2、布置：•Ⅰ、常为错列→结构紧凑•横向节距s1取决于烟速和管子支撑结构，一般s1/d=2-3•纵向节距s2受管子弯曲半径限制，一般s2/d=1.5-2•Ⅱ、为便于检修，省煤器管组有一定限制•a)管子排列紧密时（s2/d＜1.5）→管组高≯1.0m•b)管子排列稀疏时→管组高≯1.5m•c)省煤器分组时→管组间留出高度≮600-800mm的空间•d)省煤器与空预器间的高度＞800mm→便于检修•Ⅲ、烟道中布置方向——图8-1•纵向布置—蛇形管垂直于前墙：•1）因尾部烟道宽＞深→并联管子数↑→w水↓→大型机•组采用→易满足水速要求•2）尾部烟道深度↓→支吊困难•→每排蛇形管均受飞灰磨损•横向布置—蛇形管平行于前墙•1）因尾部烟道宽＞深•→单面进水时→管排少→宜在中小容量采用•→大机组采用双面进水使水速达要求值•2）仅靠烟道后墙几根蛇形管磨损剧烈→损坏后只要换几•根蛇形管即可•3、流向：•Ⅰ、工质在管内自下而上流动→利于排出空气→避免造成•局部氧腐蚀•Ⅱ、烟气从上向下流→利于吹灰•→利于与水形成逆向流→↑传热温差•4、水速：•w水↓→不易排走气体→沸腾式会造成汽水分层•w水↑→流动阻力↑•省煤器进口水的质量流速为600-800kg/m2s•非沸腾式及沸腾式的非沸腾部分w水≮0.3m/s•沸腾式的沸腾部分应w水≮1m/s•省煤器中水阻力→高压和超高压炉≯5%P汽包•→中压≯8%P汽包•5、支吊方式;•支承结构：省煤器蛇形管通过固定支架→支承在支持梁上•→支持梁再支承在锅炉钢架上→支持梁布置在•烟道内→为防其变形和烧坏→支持梁内部是空•心→中间通冷空气冷却→外部包绝热保温材料••悬吊结构：省煤器联箱放置于烟道中，一般省煤器出口联•箱引出管就是悬吊管→同时也是再、过热器悬•吊管，使锅炉悬吊结构简化→大大↓因蛇形管•穿墙造成的漏风→检修方便•四、省煤器的启动保护•图8-3—在省煤器与除氧器间装一根带阀门的再循环管来保•护省煤器•图8-4—在省煤器与汽包间装再循环管→再循环管在炉外，•不受热→锅炉启动时→省煤器受热→在汽包，再循•环管，省煤器，汽包间形成自然循环→冷却管子•五、省煤器设计中应考虑的问题•1、水速：如果给水除氧不完善→进省煤器加热后放出•O2→如果w水↓→O2附着在金属壁上→造成局•部氧腐蚀•对沸腾式省煤器→蛇形管后段是汽水混合物→易出现汽水•分层→t上壁↑→可能超温•→汽水分界面附近的金属t壁时↑时↓→引起金属疲•劳破裂→故对沸腾式省煤器→蛇形管进口•w水≮1m/s•2、烟速——综合考虑传热、磨损、流动阻力和积灰•W烟↑→传热↑→省金属•→磨损↑•→风机耗电↑第二节、尾部受热面的积灰、磨损和低温腐蚀•一、积灰•（一）积灰及危害•积灰：当携带飞灰的烟气经各受热面时→部分飞灰会沉积到受热面上形成积灰•危害：1）λ灰↓→积灰热阻↑→传热↓•→θ排烟↑→q2↑•→η锅↓•2）如果通道截面↓→积灰会堵塞烟气通道→甚至停炉检修•3）积灰→θ烟↑→影响后面受热面运行安全•分类：→松散积灰—是烟气携带灰粒沉积在受热面上形成的•→低温粘结积灰—成硬块状，难清除，且与低温腐蚀•相互促进•→因堵灰使传热↓→t壁↓→•→积灰能吸附SO3→→→→→腐蚀↑→腐蚀使堵灰•↑→尤其是空预器腐蚀泄漏后更严重•讨论：•1）图8-13为含灰烟气流由正面绕过管子流向后面时→管子•背面积灰↑→迎风面积灰↓•2）飞灰沉积于烟速有关—图8-14表烟气自上而下冲刷省•煤器管子时→三种w烟的积灰情况••（二）影响松散积灰的因素—与烟速、飞灰颗粒度、管束结•构有关•1、烟速：图8-14→w烟↑→灰粒冲击作用↑→积灰↓•2、飞灰颗粒度→粗灰↑→冲刷作用↑→积灰↓•→液态排渣炉因烟气中细灰↑→故积灰比固态炉严重•3、管束结构特性：•a)错列积灰↓→因管束背风面都受冲刷•顺列管束背风面受冲刷↓→从第二排起→迎风面不受冲•刷→故积灰↑•b)管纵向节距S2↓→错列管束背风面冲刷更强烈→积灰↓•→顺列却因相邻管子积灰易搭积在一起→•积灰↑•c)d↓→飞灰冲击机会↑→积灰↓•（三）减轻积灰方法•（1）控制烟速→对燃固体燃料的锅炉，在额定负荷时，为•↓积灰，wy≮6m/s，一般保持在8-10m/s，过大使磨•损↑•（2）采用小管径、错列布置→对省煤器采用φ25-φ42的•管子，管束相对节距为S1/d=2.25•S2/d=1-1.5→积灰可↓•（3）定期吹灰—尾部受热面装吹灰装置→定期吹灰→积灰↓•（4）防省煤器泄漏•二、尾部受热面磨损•（一）磨损及危害•磨损：当携带大量固态飞灰的烟气以一定速度流过受热面•时→灰粒撞击受热面→在冲击力的作用下会削去管•壁微小金属屑而造成磨损•危害：磨损使管壁变薄→导致泄漏和爆破事故→威胁安全•→停炉更换耗工和钢材→造成经济损失•（二）磨损机理—灰粒在700℃以下→有足够的硬度和动能•→当长时期冲击受热面→会不断地从上削•去一些小的金属屑→使其变薄→造成损失•冲击分→垂直冲击→冲击角为900时称垂直冲击→此时引起•的磨损叫冲击磨损—图8-15•→斜向冲击→冲击角＜900时称斜向冲击→可分解为•→法向方向（垂直方向）•→切向方向•→法向方向引起冲击磨损→→切向方向引起摩擦磨损→当灰粒斜向冲击受热面时→管子表面即受冲击磨损又受摩擦磨损，且以摩擦磨损为主•磨损部位：试验表明：•1）当烟气横向冲刷错列布置的受热面管时磨损情况•见图8-16（a）→磨损↑磨损发生在管子迎风面两侧•300-500范围内•2）烟气在管内纵向流动时→磨损↓只在距管口约（1-3）d•的一段管子内磨损较严重•见图8-16（b）→因烟气进管口后先收缩再扩张→在气流•扩散时灰粒由于离心力作用从气流中分离出来并撞击管壁•的缘故•（三）影响磨损的因素•1、飞灰速度•磨损∝→灰粒动能→动能∝wy2→•→冲击次数→次数∝wy→故管子金属磨损∝wy3•2、飞灰浓度•浓度↑→冲击次数↑→磨损↑•3、飞灰撞击率•飞灰粒径↑、硬度↑、wy↑、烟气粘度↓→飞灰撞击率↑•4、灰粒特性•灰越粗、越硬→磨损越↑•5、管束的结构特性•烟气纵向冲刷管束的磨损＜横向冲刷→因灰粒运动与管壁•平行→只有靠近管壁少量灰粒形成摩擦磨损•烟气横向冲刷管束时→错列管束的磨损＞顺列•错列管束第二、三排磨损最严重→因烟气进入管束后→流•速↑→动能↑•经二、三排管子后→动能被消耗→因而磨损又↓•顺列管束第五排后磨损↑→因灰粒有加速过程→到第五排•达到全速••（四）↓磨损的措施•1、控制烟速→wy↑→磨损↑•→wy↓→传热↓•→积灰、堵灰↑•故省煤器中wyman≯9m/s→否则引起较大的磨损•2、加防磨装置→因烟气速度场和飞灰浓度场不可能做到的•均匀→因而局部烟速过↑或局部飞灰浓度•过↑难以避免→应在管子易磨损的部位加•装防磨装置•图8-17省煤器的防磨装置•（a）弯头处加护瓦和护帘•（b）穿过烟气走廊的护瓦→加大烟气走廊的阻力•（c）弯头处的护瓦••（d）管子磨损最严重处焊钢条→此法用料少，对传热影响•↓→受磨损部件不是受热面→检修时只需更换•管式空预器防磨装置是在管子入口处加装段管子→该•保护短管磨损后，检修后更换•三、尾部受热面的低温腐蚀•（一）低温腐蚀及危害•低温腐蚀：指硫酸蒸汽凝结在受热面上发生的腐蚀→也称•硫酸腐蚀→一般出现在空预器冷端•危害：1）导致受热面破坏泄漏→使大量空气漏入烟气中•→影响锅炉燃烧→引风机负荷↑→电耗↑•2）腐蚀同时→出现低温粘结积灰→使θ排烟↑→引风•阻力↑→锅炉出力↓→甚至强迫停炉清灰•3）腐蚀严重→导致受热面更换→造成经济损失•（二）低温腐蚀机理•燃料中S燃烧→SO2→氧化成SO3→与烟气中水蒸汽结•合形成硫酸蒸汽→当t壁＜硫酸蒸汽露点时→硫酸蒸汽凝结•成酸液而腐蚀受热面•注：烟气中含有较少SO3会使酸露点↑→烟气中硫酸蒸汽•含量为0.005%时→露点可达130-150℃•（三）烟气露点的确定•S↑→SO2↑→SO3↑→烟露点↑•灰↑→其含有钙、镁和其他碱金属氧化物及磁性氧化铁可•部分吸收硫酸蒸汽→使硫酸蒸汽分压力↓→烟气露点↓•tld=tsld+β（Sd.zs）1/3/1.05αfhAd.zs℃(8-1)•tsld按烟气中分压力计算的水蒸汽露点℃一般＜60℃•β—系数，炉出口α=1.2-1.25时，β=121•（四）腐蚀速度）—f（凝结硫酸浓度、酸量及t壁）•凝结硫酸量↑→腐蚀速度↑→当酸量↑到一定程度，酸量•再↑→不会影响腐蚀速度•t壁↑→化学反应速度↑→腐蚀速度↑•图8-18为酸浓度与腐蚀速度关系•试验表明：酸浓度↑→腐蚀速度先↑→当浓度达56%左右时•→腐蚀速度达最大→超过这一浓度后→腐蚀速度•急剧↓→到浓度约为60-80%以上→腐蚀速度基•本保持不变并保持在一相对较低的数值•在尾部受热面沿烟气流向→腐蚀速度的变化是t壁、酸量•与硫酸浓度三者的综合→见图8-19•（五）影响酸腐蚀因素——主要是SO3•SO3↑→烟露点↑→受热面结露引起腐蚀•→硫酸含量↑•1）燃料S↑→SO3↑•2）火焰T↑→火焰中的原子O2↑→SO3↑•α↑→原子氧↑→SO3↑•3）氧化铁或氧化钒等催化剂含量↑→SO3↑•故燃油炉低温腐蚀↑→因有钒、θ火↑、飞灰↓•（六）↓措施→↓SO3的生成•→↑t壁•→用抗腐蚀材料•1、燃料脱硫——利用重力分离黄铁矿•2、低O2燃烧→燃高硫燃料→αl〞在1.01-1.02→使烟露•点↓•低O2燃烧同时控制漏风•3、加添加剂——用白云粉作添加剂在燃油上取得一定效•果→它与烟气中SO3发生作用生成•CaSO3→↓低温腐蚀•但烟气中粉尘↑→积灰↑→需加强吹灰和•清扫•4、热风再循环——将空预器出口热空气部分送回送风机入•口称热风再循环•→可↑t壁•→θ排烟↑→η锅↓•→送风机电耗↑