空预器结构原理及运行

空气预热器空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需要空气的一种热交换装置，由于它工作在烟气温度最低的区域，回收了烟气热量，降低了排烟温度，因而提高了锅炉效率。同时由于燃烧空气温度的提高，有利于燃料着火和燃烧，减少了不完全燃烧损失。空气预热器按传热方式分可以分为：传热式和蓄热式（再生式）两种。前者是将热量连续通过传热面由烟气传给空气，烟气和空气有各自的通道。后者是烟气和空气交替地通过受热面，热量由烟气传给受热面金属，被金属积蓄起来，然后空气通过受热面，将热量传给空气，依靠这样连续不断地循环加热。空气预热器在电厂中常用的传热式空预热器是管式空预热器，蓄热式空气预热器是回转式空气预热器。随着电厂锅炉蒸汽参数和机组容量的加大，管式空气预热器由于受热面的加大而使体积和高度增加，给锅炉布置带来影响。因此现在大机组都采用结构紧凑、重量轻的回转空气预热器。两者相比较有以下特点：回转式空气预热器由于其受热面密度高达500m2/m3，因而结构紧凑，占地小，体积为同容量管式预热器的1/10。重量轻，因管式预热器的管子壁厚1.5mm，而回转预热器的蓄热板厚度为0.5－1.25mm，布置相当紧凑，所以回转式预热器金属耗量约为同容量管式预热器的1/3。回转式预热器布置灵活方便，是锅炉本体更容易得到合理的布置。在相同的外界条件下，回转式空气预热器因受热面金属温度较高，低温腐蚀的危险较管式轻些。回转式空气预热器的漏风量比较大，一般管式不超过5％，而回转式在状态好时为8％－10％，密封不良时可达20％－30％。回转空气预热器的结构比较复杂，制造工艺要求高，运行维护工作多，检修也较复杂。空预器概述通常使用的受热面转动的是容克式回转空气预热器，而风罩转动的是罗特缪勒（Rothemuhle）式回转预热器。这两种均被采用，但较多的是受热面转动的回转式空气预热器。容克式空气预热器可以分为二分仓和三分仓两种。由圆筒形的转子和固定的圆筒形外壳、烟风道以及传动装置组成。受热面装在可转动的转子上，转子被分成若干扇形仓格，每个仓格装满了由波浪形金属薄板制成的蓄热板。圆筒形外壳的顶部和底部上下对应分隔成烟气流通区、空气流通区和密封区（过渡区）三部分。空预器转向：烟气侧——二次风侧——一次风侧烟气流通区与烟道相连，空气流通区与风道相连，密封区中既不流通烟气，又不流通空气，所以烟气和空气不相混合。装有受热面的转子由电机通过传动装置带动旋转。因此受热面不断地交替通过烟气和空气流通区。从而完成热交换，每转动一周就完成一次热交换过程。另外由于烟气的流通量比较大，故烟气的流通面积大约占转子总截面的50％左右，空气流通面积占30％－40％左右，其余部分为密封区。空预器总图回转式空预器的结构——外壳回转式空气预热器壳体呈圆柱形，由两块主壳体板、一块侧座架体护板、两块转子外壳组件和一块一次风座架组成。主壳体板分别与下梁及上梁连接，通过主壳体板的四个立柱，将预热器的绝大部分重量传给锅炉构架。主壳体板内侧设有弧形的轴向密封装置，外侧有调节装置对轴向密封装置进行调整。侧座架体护板与上量连接，并有两个立柱承受空预热器部分重量。空预器壳体空预器壳体回转式空预器的结构——转子转子是装载传热元件（波纹板）并可旋转的圆筒形部件。为减轻重量便于运输及有利于提高制造、安装的工艺质量，采用转子组合式结构，主要有转轴、扇形模块框架及传热元件等组成。回转式空气预热器结构空预器的密封空气预热器的漏风和密封：漏风的原因主要有：携带漏风和密封漏风。携带漏风：是由于受热面的转动将留存在受热元件流通截面的空气带入烟气中，或将留存的烟气带入空气中。密封漏风：后者是由于空预热器动静部分之间的空隙，通过空气和烟气的压差产生漏风。空预热器密封区空预器漏风的危害：漏风量的增加将使送、引风机的电耗增大，增加排烟热损失，锅炉效率降低，如果漏风过大，还会使炉膛的风量不足，影响出力，可能会引起锅炉结渣。为了减小漏风，需加装密封装置。空预热器的密封系统包括：径向密封、轴向密封和周向密封三部分。轴向密封主要由密封片和轴向密封板装置构成。径向密封主要由扇形板和径向密封片组成，周向密封主要由旁路密封片与“T”形钢构成。除上述密封外，还有转子中心筒密封、静密封和补隙片等。径向密封在各项漏风中尤以径向漏风为最，是由于转子的外缘的挠度，尤其是因在工作状态下的冷热端温差而呈蘑菇形，使转子外缘的漏风间隙增大。空气预热器的设计中采用挠性扇形板的径向密封装置。扇形挠性板的小端由转子轴筒作轴向定位，大端可以随施加的力作上下浮动，与转子的蘑菇形变形相应，使转子与挠性板间的间隙和径向漏风量大幅的下降。径向密封沿着每个转子径向隔板的热端和冷端径向边缘安装有径向密封片，（运行时尽量使径向密封片和扇形板之间的间隙最小。径向密封片上开腰形螺栓孔用螺栓固定径向隔板上，密封片可沿着轴向方向上（靠近或远离热端或冷端扇形板）调节，假如运行时这些密封片和扇形板接触，密封就开始磨损，当密封磨损到不够轴向调整时，密封片就需要更换。轴向密封轴向密封的作用是抑制已通过周向密封的空气沿着转子与壳体直筒部分间的环形间隙流向烟气侧。其是在转子的外缘相应于径向分隔的位置设置轴向的密封挠性弹簧挡板。沿着每个转子径向隔板外侧的轴向边缘安装有轴向密封片。运行时，轴向密封片和静止的轴向密封板之间的间隙最小。轴向密封片上开腰形螺栓孔用螺栓固定径向隔板上，密封片可沿着径向方向上（靠近或远离轴向密封板）调节。轴向密封假如运行时这些密封片和轴向密封板接触，密封就开始磨损，当密封磨损到不够径向调整时，密封片就需要更换。除密封装置的正确设计制造外，抑制空气预热器漏风在很大程度上，决定于密封间隙的调整，一般制造商也提供了有关间隙的推荐值，但由于转子是呈蘑菇状变形的，在不同的位置上具有不同的推荐间隙值。中心筒密封在每一个转子径向隔板的内侧的热端和冷端都装有中心筒密封片，中心筒密封环绕热端和冷端转子中心筒周围。在运行期间，中心筒密封紧贴着空气预热器连接板内围绕中心筒的导向和支承端轴的静密封卷筒，旁路密封沿着转子外壳的内侧，在空气预热器转子的出口和入口处装有旁路密封片。这些密封片在空气预热器的转子外壳的热端和冷端的空气侧和烟气侧呈圆周分布。密封磨损的原因及防止措施空气预热器的密封装置和密封表面是这样布置的，在BMCR负荷下的设计温度能提供最佳的漏风控制。当温度升高到设计温度以上时，当前的密封和密封表面之间的设计间隙不够弥补过量的热变形，从而导致密封和密封表面接触而磨损。下面的运行情况将产生严重的密封磨损。密封磨损的原因及防止措施空气预热器的密封装置和密封表面是这样布置的，在BMCR负荷下的设计温度能提供最佳的漏风控制。当温度升高到设计温度以上时，当前的密封和密封表面之间的设计间隙不够弥补过量的热变形，从而导致密封和密封表面接触而磨损。下面的运行情况将产生严重的密封磨损：密封磨损的原因及防止措施•进入空气预热器的烟气温度超过设计值。•通过预热器的空气减少。当空气量接近零时，密封磨损程度增加。•热备用状态，空气预热器有烟气存在但没有空气流通过，空气预热器或锅炉处于热态。•空气预热器转子转动速度低于设计值，随转子速度的降低而密封磨损的程度增加。•在隔离之前空气预热器正在运行。密封磨损的原因及防止措施因为密封磨损加大了密封和密封表面的间隙，在BMCR负荷下，增加了正常运行时的漏风。并且在密封磨损过程中，如果密封接触阻力变得足够大，空气预热器传动电机可能过载，为减小密封严重磨损的可能性及相关问题的出现，应采取以下步骤：密封磨损的原因及防止措施无论何时只要有烟气流通预热器时，就应有空气流通过预热器。只有在应急和维修时采用变频调速慢速挡，当采用变频调速慢速挡带动空气预热器时转子速度能降低到1/4转/分。在启动和运行过程中，当烟气入口、烟气出口、空气入口、空气出口温度保持在或低于BMCR工况下的设计温度时，预热器密封和密封表面的间隙已经调整好时，不需要采取特别的措施来阻止密封系统的磨损。空预器低温腐蚀——原因由于煤粉中含有一定的硫份，在燃烧过程中会生成一定的SO2和SO3，当烟气温度低于200℃时，SO3会与水蒸汽结合生成硫酸蒸汽。即SO2（气）+H2O（气）=H2SO3(气)弱酸；H2SO3(液)2H++SO32-SO3（气）+H2O（气）=H2SO4（气）强酸。H2SO4(液)2H++SO42-由于硫酸蒸汽的凝结温度比水蒸汽高得多（可能达到140℃－160℃，甚至更高），因此烟气中只要含有很少量得硫酸蒸汽，烟气露点温度就会明显的升高。当烟气进入低温受热面时，由于烟温降低或在接触到低温受热面时，只要在温度低于露点温度，水蒸汽和硫酸蒸汽将会凝结。水蒸汽在受热面上的凝结，将会造成金属的氧腐蚀；而硫酸蒸汽在受热面上的凝结，将会时金属产生严重的酸腐蚀。其主要反应如下：Fe2O3+6H++3SO42-——2H2O+2Fe2++3SO42-Fe+2H++SO42-——H2+＋Fe2++SO42-4Fe+8H++4SO42-——4H2O+FeS+3Fe2++3SO42-Fe2O3+5Fe+4H2SO4——H2+3H2O+FeS+4FeSO4+Fe2(SO4)3同时，上述腐蚀产物和凝结产物与飞灰反应，生成酸性结灰：xCaO·yAl2O3·(x+3y)H2SO4——xCaSO4+yAl2O3+SiO2+(x+3y)H2OFe3O4+4H2SO4——FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O3Fe+4H2SO4+2O2——FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O酸性粘结灰能使烟气中的飞灰大量粘结沉积，形成不易被吹灰清除的低温粘结结灰。由于结灰，传热能力降低，受热面壁温降低，引起更严重的低温腐蚀和粘结结灰，最终有可能堵塞烟气通道。空预器低温腐蚀——危害强烈的低温腐蚀通常发生在空气预热器的冷端，因为在此处空气及烟气的温度最低。低温腐蚀造成管式空气预热器热面金属的破裂，使大量空气漏进烟气中，使得送风燃烧恶化，锅炉效率降低。对回转式空气预热器也会影响传热效率。同时腐蚀也会加重积灰，使烟风道阻力加大，影响锅炉安全、经济运行。硫酸蒸汽的凝结量：1）凝结量越大，腐蚀越严重。2）凝结液中硫酸的浓度：烟气中的水蒸汽与硫酸蒸汽遇到低温受热面开始凝结时，硫酸的浓度很大。随烟气的流动，硫酸蒸汽会继续凝结，但这时凝结液中硫酸的浓度却逐渐降低。开始凝结时产生的硫酸对受热面的腐蚀作用很小，而当浓度为56％时，腐蚀速度最大。随着浓度继续增大，腐蚀速度也逐渐降低。影响低温腐蚀的因素影响低温腐蚀的因素3）受热面的壁温：受热面的低温腐蚀速度与金属壁温有一定的关系，实践表明：腐蚀最严重的区域有两个：一个发生在壁温在水露点附近；另一个发生在烟气露点以下20－45℃区。在两个严重腐蚀区之间有一个腐蚀较轻的区域。空气预热器低温段较少低于水露点，为防止产生严重的低温腐蚀，必须避开烟气露点以下的第二个严重区域。低温腐蚀的减轻和防止燃料脱硫燃料中得黄铁硫可以在燃料进入制粉系统前利用其重力与煤粉不同而分离出来，但不能完全分离出，而且有机硫很难出去。低氧燃烧即在燃烧过程中用降低过量空气系数来减少烟气中的剩余氧气，以使SO2转化为SO3的量减小，但是低氧燃烧，必须保证燃烧的安全，否则降低燃烧效率，影响经济性。另外，减少锅炉漏风也是减少烟气中剩余氧气的措施采用降低酸露点和抑制腐蚀的添加剂。将添加剂――粉末状的白云石混入燃料中，或直接吹入炉膛，或吹入过热器后的烟道中，它会与烟气中的SO2和H2SO4发生作用而生成CaSO4或MgSO4，从而能降低烟气中的或H2SO4的分压力，降低酸露点，减轻腐蚀。低温腐蚀的减轻和防止提高空气预热器受热面的壁温，是防止低温腐蚀的最有效的措施，通常可以采用热风再循环或暖风器两种方法。回转式空气预热器的传热元件沿高度方向都分为三段，即热段、中间段、冷段，冷段最易受低温腐蚀。从结构上将冷端和不易受腐蚀的热段和中间段分开的目的在于简化传热元件的检修工作，降低维修费用，当冷端的波形板被腐蚀后，只需更换冷