08第八章省煤器和空气预热器

第八章省煤器和空气预热器锅炉尾部受热面或低温受热面一、省煤器的作用1、吸收低温烟气的热量，降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。2、提高进入汽包的给水温度，减少给水与汽包壁之间的温差，使汽包热应力降低。3、减少蒸发受热面吸热量，用管径较小、管壁较薄、传热温差较大、价格较低的省煤器代替部分造价较高的蒸发受热面。早期是为了降低排烟温度，提高效率，高压以上锅炉均有回热循环，给水温度升高，并有空气预热器，主要目的不仅是为了降低排烟温度；第一节省煤器的作用与结构二、省煤器的结构省煤器：加热锅炉的给水，水平管圈根据出口工质的状态分沸腾式—用于中低压锅炉，沸腾度小于20%，工质侧的阻力较大非沸腾式—高压以上的锅炉省煤器根据管子的排列方式分类：错列—布置紧凑，传热效果好，积灰少，但第二排磨损严重顺列—传热效果较差，但磨损较轻根据管子的结构方式分类：铸铁式—仅用于压力低，给水品质要求不高，耐磨，耐腐蚀等光管式—28~42（51）mm外径的蛇型钢管，普通钢材扩展受热面式—鳍片管、螺旋肋片管、膜式管等三、省煤器的布置（尾部烟气流通截面为矩形）水平布置：水自下而上（有利于排除水中气体），烟气自上而下（逆流）。综合考虑蛇型管圈中的水速及管外侧的磨损程度分为：1）蛇型管垂直于前墙布置：管数多，水速小；烟道深度小，支吊简单；全部管子都要穿过尾部烟道的后墙，每根管都会受到磨损。2）蛇型管平行于前墙布置：管数少，水速高（流阻大），仅磨损几根管子，支吊不方便3）蛇型管平行于前墙，双侧进水布置，水速适中，支吊方便。只有靠近后墙的几根管子磨损比较严重。1．支承—只用于小型锅炉；支撑式(D≤670t/h)：管子固定在支架上，支架支承在横梁上，横梁与锅炉钢架相连。横梁在烟道内，为避免过热，需冷却。2．悬吊—集箱在烟道中，减少穿墙管的数目，以出水引出管为悬吊管，有利于热膨胀，大型电站锅炉普遍采用。既可悬吊省煤器，又可悬吊过热器和再热器。支吊方式第二节省煤器的主要参数和启动保护一、省煤器中的水速不低于1.0m/s二、省煤器的启动保护再循环管三、省煤器出口水温的选择一般有不同的欠温四、锅炉给水系统一、水流速度水流速度大小影响：管子温度工况和管内腐蚀。过低，管子吸热会产生气泡（含有空气），气泡会和管子内壁发生反应。≥0.5m/s。过高，会消耗动能，耗电能。若为沸腾式：过低容易发生汽水分层，在汽水分界面附近的金属，由于水面上下波动，容易引起疲劳破坏。≥1m/s。二、启动保护1、启动时，锅炉上水为间断上水（是不连续的），当停止上水时，省煤器中的水不流动，省煤器金属可能发生超温爆管。需采取措施，保证省煤器中的水流动。2、自然循环锅炉：在锅炉下降管和省煤器进水管之间装设一个再循环管。由：锅筒－下降管－再循环管－省煤器受热－锅筒之间（利用密度差）形成自然循环回路。3、控制循环锅炉：由：锅筒－下降管－再循环泵－水冷壁下联箱－省煤器－锅筒之间形成再循环回路。三、出口水温高压以上锅炉，省煤器均采用非沸腾式，出口有一定欠焓。目的：保证流量分配均匀，提高水循环的安全性。控制循环锅炉：要求出口水温欠温60℃。保证循环泵不发生汽蚀。直流锅炉：要求约380kJ/kg的欠焓。但欠焓大会引起水动力的不稳定性。四、锅炉给水系统现代大容量火电厂，均采用单元制给水系统。除氧器－前置泵－给水泵（1-2台汽泵，1台电泵备用）－止回阀－减负荷阀－高压加热器－主闸阀－沿两路进入省煤器－汽包。随着锅炉参数的提高，进入省煤器的给水温度也越高。如亚临界机组，入口温度达280℃左右。因此，单纯应用省煤器已无法将烟气冷却到合乎经济要求的温度。这样，引入空气预热器(简称空预器)。第三节空气预热器的型式空气预热器：一般是利用烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。由于它工作于烟气温度最低的区域，回收了烟气的热量，降低了排烟温度，因而提高了锅炉效率。同时也由于空气被预热，提高了燃料与空气的初始温度，强化了燃料的着火和燃烧过程，减少了燃料不完全燃烧损失，进一步提高了锅炉效率。此外，空气预热还能提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热。因此，空气预热器已成为现代锅炉的一个重要组成部分。空气预热器的作用空气预热器的作用1、利用尾部烟气余热加热空气↓↑ηgl；2、热空气使着火热Qzh↓对燃烧有利，强化了着火与燃烧，减少了不完全燃烧热损失；3、提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热。py不同燃料和燃烧方式对预热空气温度的要求燃料及燃烧方式预热空气温度（℃）固态排渣煤粉炉烟煤无烟煤、贫煤褐煤（用空气干燥煤粉）褐煤（用烟气干燥煤粉）250~300350~400350~400300~350液态排渣煤粉炉380~420油炉、天然气炉250~300高炉煤气炉250~300链条炉烟煤贫煤、无烟煤25~10025~180抛煤机与固定炉排烟煤25~200完成低温烟气与空气间的热交换气体间的换热方式1）间壁式换热—通过壁面的导热，冷热流体不接触2）再生式换热—冷热流体轮流接触受热面的蓄热元件，也称为蓄热式3）直接混合式—冷热流体直接混合交换热量。电站用空气预热器的分类电站空气预热器分为管式（基于间壁式换热）回转式（基于再生式换热）一、管式空气预热器一）结构1、直径为40~51mm、壁厚为1.25~1.5mm的普通薄壁钢管；密集排列、错列布置，组成立体型的管箱；数个管箱排列在尾部烟道中。2、下管板通过支架支撑在钢架上。3、立式（燃煤）：为减轻积灰，烟气在管内，空气在管外。卧式（燃油）：为提高壁面温度，减轻腐蚀，烟气在管外，空气在管内。一）结构4、交叉传热（图8-7）：在管箱中加管板，采用多次交叉，交叉大于5次为佳，接近逆流，若小于5次应修正。5、采用多通道双面或多面进风（图8-7）：进风面积增大，阻力减少。6、烟速：适当提高↑wy→hc↑→有较强的自吹灰，一般取10～14m/s7、最小间隙：过大：管箱体积增大过小：流阻增大，不小于10mm。8、膨胀补偿：管子温度外壳温度钢架温度，三者膨胀量不同。在上管板与钢架间用膨胀补偿器联结，补偿两者相对位移，防止空预器漏风。二）主要特点体积大，数倍于回转式空气预热器，金属耗量大，易受腐蚀，损坏，不易更换，清灰困难，管板易发生变形，漏风较小，运行方便，应用较少。三）布置方式1．垂直布置烟气在管内纵向流动，空气从管间横向流过管子。由于烟气是在管内纵向流动，所以飞灰对管子的磨损较小，一般可采用10－14m/s的流速。为提高空气温度，利用加装中间管板，使空气作多次交叉流动。空预器的传热系数，既取决于烟气侧的放热系数，又取决于空气侧的吸热系数。从经济性考虑，两个系数应该相等。中小型锅炉普遍采用管式空预器。对大型电站锅炉，如为双级布置，一般应用在第一级。2．水平布置烟气在管外，空气在管内，可以提高壁温、减轻金属腐蚀；采用较少。锅炉容量增大，管式空气预热器体积增加，锅炉尾部布置困难。二、回转式空气预热器大型电站锅炉均采用回转式空气预热器工作原理：再生式，烟气和空气交替地流过受热面（蓄热元件）放热和吸热。两种结构：受热面旋转式（用的较多），风罩旋转式。优点：尺寸小，重量轻，便于布置；烟气侧腐蚀小，受热面温度高，允许有较大磨损量和腐蚀量，检修方便。缺点：存在漏风，结构复杂，制造、维护等水平要求高，耗电大。一）受热面回转式1．结构1）可转动的圆筒型转子，内置蓄热元件；2）固定的圆筒型外壳，扇形顶板和底板将转子流通截面分为两部分，分别与固定的烟气及空气通道相连接；3）转子截面分三个区：烟气流通部分约50%、空气流通部分：约为30%、密封区：其余部分。2．工作过程每分钟旋转1~4周。转子受热面顺序通过烟气侧，吸热升温，通过空气侧放热降温，旋转一周完成一个热交换过程。受热面回转式空气预热器主要组成部件包括：外壳、转子(内装传热元件的圆筒体)、外壳动静部件间的密封装置、主轴、上下部风烟管口、上下横梁、上下端板、传动机构、吹灰及冲洗装置等。VN型空气预热器是一种比较典型的旋转再生式空气预热器（V表示竖直布置，vertical；N表示不可调密封）。空预器的型式：二分仓空预器：空气和烟气分别通过二个不同的流通区域。三分仓空预器：每个空预器分为三个分仓，烟气、一次风和二次风。四分仓空预器：每个空预器分为四个分仓，分别为烟气、一次风和二个二次风。同心式空预器（也称为中心环套空预器）：内环为一次风/烟气的二分仓空预器，外环为二次风/烟气的环装二分仓空预器。空气预热器选型的考虑：每种空预器的设计形式均有其特点，对空预器形式的选择一般在锅炉设计的初级阶段进行。根据对设备整体的性能，结构及其经济性能的对比作出一个完善的选择。选型主要考虑的因素有漏风率性能、空预器尺寸和布置的空间等等。对空预器选型的考虑还应至少考虑下列主要因素：投资额，风机功率，漏风率，一次风出口温度和整体布置。从初期投资额来看，二分仓空预器是造价最低的。对三分仓空气预热器，由于需要额外的转子面积来弥补所增加的扇形板面积，其成本有所增加。由于复杂的转子结构，使同心式空预器的造价最高。二）风罩回转式传热元件不旋转，上下风罩旋转，转一周换热两次，转速稍慢一些，已经用的较少。三）烟气再热器(GGH)湿法烟气脱硫技术的系统采用。烟气被冷却到水蒸气的饱和温度，约为45~55℃（视烟气入口温度和湿度而定）。一般大型燃烧设备烟囱的出口最低温度大约在72℃左右，以保证烟气能充分扩散，并防止烟雾下沉。回转式烟气再热器第四节回转式空气预热器的漏风和热变形一、携带漏风和密封漏风1）漏风来源转动和固定部分间存在一定的间隙，空气与烟气间存在一定的压差，转动部分带入风量；本身的容积。2）漏风危害：送风量增大，引风也增加，排烟损失增加；3）漏风量：先进水平5~8%，一般为10%左右，最高可达40%；4）要求有良好的密封装置，在运行中吹灰二、空气预热器的密封装置轴向、径向、环向密封径向密封是防止空气从空气通道穿过转子与扇形板之间的密封区而漏入烟道。径向密封的方法，一般是在每块转子径向隔板的上端和下端沿隔板长度方向装设密封片，密封片与扇形板间在热态时保持尽可能小的间隙，任一径向隔板在转动过程中经过扇形板时，密封片即与扇形板形成密封。环向密封包括外缘环向密封和内缘环向密封。外缘环向密封是阻止空气穿过转子外围通过转子与外壳间的空隙经轴向密封板而漏入烟气侧；内缘环向密封是阻止空气通过转子中心筒上下空隙漏入烟气侧。轴向密封条沿整个转子高度装设在转子每一径向隔板的最外侧，其作用是阻止空气通过转子上下外缘角钢与环向密封条的间隙漏入烟气侧。三、回转式空气预热器的热变形蘑菇状变形冷、热端低温受热面的布置尾部省煤器与空气预热器的布置方式分为单级和双级布置1、单级布置管式预热器的热空气温度低于280℃时采用，大型锅炉采用单级回转式空气预热器的布置2、双级布置管式预热器为了获得较高的热空气温度，（采用双级的原因：烟气热容量大于空气热容量，空气温度上升速度比烟气温度下降得快）为保证上级空气预热器上管板的安全，必须在空气预热器之间夹一级省煤器，省煤器也为双级布置（省煤器结构复杂）。第五节尾部受热面的磨损、积灰和腐蚀尾部受热面设计与运行中的主要问题1.省煤器受热面金属的磨损和积灰，尾部烟道中烟气的灰颗粒变硬。2.空气预热器的腐蚀、积灰和堵灰，回转空气预热器的漏风等。一、省煤器的磨损1、飞灰磨损的机理飞灰对金属的磨损量与烟气流速成三次方的关系。200MW的燃煤锅炉，灰分30%，飞灰80%，每年流经对流受热面管束的飞灰量为16.5万吨，设计寿命为10年，流过165万吨；省煤器的磨损最严重。2、影响磨损的主要因素速度浓度排列方式流动方向材料烟气成分烟气走廊3、减轻和防止磨损的措施合理的烟气流速采用防磨装置扩展受热面其他如除尘等二、省煤器的积灰1．积灰形成的原因：1）熔渣—结渣原因：飞灰呈熔融状的黏性颗粒黏附在管壁上；位置：炉膛受热面及高温对流受热面的入口处，2）高温黏结灰原因：钠