第八章省煤器和空气预热器

第一节概述第二节省煤器第三节空气预热器第四节低温受热面的布置第五节锅炉尾部受热面烟气侧的腐蚀第六节锅炉尾部受热面烟气侧的积灰和磨损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1．利用锅炉尾部烟气的热量加热给水，提高进入汽包的给水温度，减少蒸发受热面；2．早期是为了降低排烟温度，提高效率，蒸发受热面降低排烟温度的幅度有限；3．高参数大容量锅炉中，省煤器不可缺少；4．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；5.特点—传热温差大，强制对流，金属消耗比蒸发受热面少得多，价格低。一、省煤器的作用二、空气预热器的作用1．电站锅炉用汽轮机抽汽预热锅炉给水，省煤器入口水温很高，锅炉排烟温度降低受限制，须利用空气预热器降低排烟温度；2．磨制、烘干煤粉，改善燃料着火与燃烧，强化炉内辐射换热，要求将空气加热到较高的温度，空气预热器是必须的。三、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。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第一节概述第二节省煤器第三节空气预热器第四节低温受热面的布置第五节锅炉尾部受热面烟气侧的腐蚀第六节锅炉尾部受热面烟气侧的积灰和磨损一、分类与结构省煤器：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、膜式管等二、布置方式（尾部烟气流通截面为矩形）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：水速最低，但每根管均会受到磨损。2）蛇型管平行于前墙布置：水速最高，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。三、支吊方式1．支承—只用于小型锅炉；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。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第一节概述第二节省煤器第三节空气预热器第四节低温受热面的布置第五节锅炉尾部受热面烟气侧的腐蚀第六节锅炉尾部受热面烟气侧的积灰和磨损完成低温烟气与空气间的热交换一、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。二、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）三、管式空气预热器一）结构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，组成立方体型的管箱，数个管箱排列在尾部烟道中。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烟气管内纵向冲刷，空气管外横向冲刷，须满足烟气及空气流速的不同要求。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。四、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，制造水平要求高；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，耗电大。一）受热面回转式1．结构1）可转动的园筒型转子，内置蓄热元件；2）固定的园筒型外壳，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。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。五．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；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第一节概述第二节省煤器第三节空气预热器第四节低温受热面的布置第五节锅炉尾部受热面烟气侧的腐蚀第六节锅炉尾部受热面烟气侧的积灰和磨损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）。由于尾部采取了双级布置，则存在热量的合理分配的问题。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第一节概述第二节省煤器第三节空气预热器第四节低温受热面的布置第五节锅炉尾部受热面烟气侧的腐蚀第六节锅炉尾部受热面烟气侧的积灰和磨损一、腐蚀的原因SO3在200C以下与烟气中的水蒸汽结合形成H2SO4蒸汽，硫酸蒸汽在受热面上凝结，造成腐蚀，硫酸蒸汽凝结取决于烟气露点温度及烟气中硫酸蒸汽得以凝结的受热面温度。二、烟气露点烟气中存在两个露点温度：硫酸蒸汽对应于酸露点温度；水蒸汽对应于水露点温度。1．酸露点温度比水露点温度高得多，取决于SO3和水蒸汽的含量，一般可达120~140℃，极少量的硫酸蒸汽就会对酸露点影响很大；酸露点估计依靠经验关联式确定可以由仪器直接测定。2．水露点温度取决于水蒸汽在烟气中的分压力，烟气中水蒸汽分压力很低，水露点温度一般为45~55℃，空气中的水蒸汽分压力更低，水露点温度一般为10~20℃，一般不会出现由于水蒸汽凝结造成锅炉腐蚀三、受热面发生腐蚀的条件能否发生腐蚀决定于腐蚀介质，介质的量（浓度），得以凝结的受热面温度。四、SO3的形成可燃硫分燃烧生成SO2，进一步转化成SO3的很少，烟气中SO3含量仅为SO2的3%~5%，烟气中SO3只占到几十万分之几。五、腐蚀过程1．烟气中SO3与烟气中水蒸气结合成硫酸蒸汽，2．烟气中硫酸蒸汽在“冷”受热面上凝结发生在沿烟气流程一段范围，凝结的硫酸浓度逐渐降低3．开始烟气中硫酸浓度大，可在较高温度的壁面上凝结下来，随着浓度降低，露点下降，可以在较低温度的壁面上凝结；4．凝结的硫酸浓度对受热面腐蚀的速度影响很大，浓硫酸几乎不腐蚀，稀硫酸腐蚀（40%~50%）很强。六、防腐措施1．提高金属管壁温a、提高空气预热器入口空气温度（暖风器，热风再循环等）b、预热器水平布置，c、新型换热器等采用等；2．采用防腐材料；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第一节概述第二节省煤器第三节空气预热器第四节低温受热面的布置第五节锅炉尾部受热面烟气侧的腐蚀第六节锅炉尾部受热面烟气侧的积灰和磨损一、燃煤锅炉受热面灰垢及其影响1．积灰的几种形态：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、钾、钙、硅等氧化金属在高温环境中发生氧化物的升华，氧化金属呈分子状态冷凝在受热面上，与烟气中SO3形成硫酸盐，有黏性，大量捕捉飞灰，位置：炉膛受热面及高温对流受热面。3）低温黏结灰原因：飞灰与冷凝在受热面上的硫酸溶液形成水泥状物质，呈硬结状，堵死，并加重低温腐蚀。位置：空气预热器受热面4）松散积灰原因：飞灰中10~20微米颗粒，冲刷管束时，背风区产生旋涡，进入旋涡区的灰颗粒分子吸附力大于其质量，在静电力、表面粗糙度作用下，积灰最后达到平衡状态。易清除，与烟气流速有关。位置：省煤器受热面2．灰垢对锅炉传热设计的影响锅炉的设计中，往往出现对灰垢热阻估计不准确造成设计与运行的差距，受热面过多或不足，锅炉运行中，燃烧煤种发生较大的变化造成锅炉出力不足或超温，目前主要依靠经验积累数据。二、磨损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。