换热器的设计3-电站锅炉空气预热器

第4章电站锅炉空气预热器一、空气预热器在煤粉炉中的位置作用：1.进一步降低烟气温度大容量锅炉给水温度250-280℃120℃2.为燃烧提供一次风和二次风二、空气预热器的种类1、板式空气预热器2、管式空气预热器外径为40-50mm的无缝薄壁钢管，壁厚为1.25－1.5mm，结构简单，但其体积大，金属耗量大，布置不灵活(125MW)3、热管式空气预热器4、回转式空气预热器(≥200MW)5、其他形式的空气预热器1.板式空气预热器1.5－2.0mm厚的钢板制成板片尺寸：2500mm×1250mm特点：结构简单，但金属耗量多，传热差，漏风量大，磨损严重，一般已不再采用。2.管式空气预热器3.热管式空气预热器热管式空气预热器的特点：－具有一定的抗腐蚀能力－不漏风－作为前置式空气预热器对于那些排烟温度高的电站锅炉，会起到提高效率的作用。－可作为一次风空气预热器，以解决由于一次风风压较高，引起回转式空气预热器漏风过大问题。－缺点：热管容易失效；管壁用无缝光管，制造工艺复杂，成本高；必须横向布置，降低烟速，以避免低温腐蚀。•加热一次风的热管式空气预热器•换热量为11MW•倾斜度10o角•管径为51mm•加热段的长度为3.26m•放热段长度3.35m,•两段上均有螺旋环肋，肋高19mm，肋厚1.27mm,截距为4mm5.其它形式的空气预热器1）单独燃烧的空气预热器2）二苯醚空气预热器3）粒状载热体空气预热器4）流化床空气预热器三、回转式空气预热器结构及工作原理烟气通道：165°；一次风占50°－55°；二次风占95°－100°；其余45°为三个密封仓所均摊。三分仓回转式空预器受热面转动式(更多一些)风罩转动式分类：双流道风罩转动式空预器静子(受热面)上下两端装有可转动的上、下风罩减轻了转子重量回转式空气预热器优缺点优点：1)结构紧凑：传热面密度高，管式体积的1/10；2)重量轻，节省钢材：蓄热板薄3)布置灵活4)不易低温腐蚀5)受热面腐蚀时，不增加漏风量，更换方便缺点：1)漏风大：转动与静止部件之间2)结构复杂，运行维护工作多，检修较复杂四、主要参数元宝山3号炉300MW锅炉所配的受热面旋转空气预热器转子外缘直径:10.56～11.00m48个扇形空间，每—扇形空间为7.5°五、主要部件及材料1.转子：由中心筒和向外延伸的扇型仓组成－容纳传热元件中心筒：低碳钢；2.换热元件：安置于开口的元件盒内；3.转子外壳：安装在两个端柱之间，形成八角形结构；4.过渡烟风道5.端柱：支撑和固定轴向弧形板并构成壳体；6.侧柱：支撑转子外壳；7.顶部结构：架梁，扇形板，导向轴承等；8.底部结构：底梁，扇形板，支撑轴承等；9.密封系统；10.驱动系统；11.转子轴承典型燃煤锅炉空气预热器的材料条目材料换热元件：热端和中间段冷端换热元件中碳钢低合金高强度钢（考登钢）、陶瓷传热元件外壳中碳钢转子BS4360Grade43A或等同结构件：过渡管道，上部结构、转子外壳、底部结构、端柱、隔板、轴向密封隔板、底部支撑结构、底部支撑架BS4360Grade43A或等同转子驱动轴承ForgingtoBS970Grade709M40或等同底部轴承箱BS3100GradeA1铸铁或等同上部轴承箱BS4360Grade43A或等同转子密封低合金高强度钢2.传热元件：沿高度方向：热端层、中间层和冷端层特征参数：单位面积流通截面kb=0.912,0.89,0.86单位容积受热面396～440m2/m30.5－0.8mm的薄钢板轧制成的波纹板和定位板相间布置定位板：垂直波纹0.5～1.2mm；波纹板：斜波纹豪顿公司开发了大量的波纹板片，主要有四种：1）FNC－平直槽口型；2）DU－双皱纹型3）CU－波纹板型；4）NP－槽板形（一）性能参数：六、回转式空气预热的设计1.烟气流通方向；2.空气预热器位置（室内或室外）；3.海拔或大气压力；4.燃料属性;5.灰量;6.烟气入口流量、温度;7.一、二次风量及比例、温度；8.磨煤机对一次风的要求;9.漏风要求。（二）现场要求：电源、吹灰介质、水源等等（三）供货要求：各部件材料、驱动、防护、包装、是否需要现场测试等根据锅炉容量、参数和燃料特件，确定空气预热器的结构形式、布置方式、传热面积、吸热量、介质温度和速度等参数。七、回转式空气预热的设计步骤（一）设计要求：烟气出口部分的金属温度yyykkkjsyykkxxtxx另外，提高转速金属壁温变化减小，最低温度可略为提高，而且提高转速可在一定程度上改善传热，但转速过高漏风量将加大。2yyyA,x(m)xND－烟气流通截面积及所占总面积的份额（平均＝0.5），－空气预热器的个数和台数2/π/4yyyyywVAAxND（二）设计方法：1.确定烟速和风速－目前wy=8～12m/s,wk/wy≈0.72.根据烟气流量Vy，计算所需的空气预热器直径：hnbKDK－考虑隔板、横档板、中心管所占的截面系数，根据查取表格－考虑蓄热板所占的截面系数。220.7850.785nyhbnkhbFDxKKfDxKK3.两分仓转子回转式空气预热器的设计步骤（1）决定烟气、空气冲刷转子的份额多种方案：1）烟气180°，空气120°，封闭区2×30°2)烟气200°，空气100°，封闭区2×30°2)烟气150°，空气150°，封闭区2×30°（2）决定转速：一般1～3r/min,转子直径小取较大值，转子直径大取较小值。（3）决定转子内径Dn,然后确定烟气及空气的流通截面积（4）计算烟气、空气流速0(1)3600273(1)3600273jyyjkBVwFBVtwf如流速不符合正常范围（8－12m/s），修改转子直径。03kg/h;Nm/kg;jyBVVt计算燃料消耗量，，－烟气容积和空气容积，，－烟气和空气的平均温度（5）计算烟气与空气的放热系数α1，α20.830.40.03RePrdld＝（6）计算传热系数k12111nykkCxx＝0.80.90.20.250.15nC－利用系数，＝～，当空气预热器漏风量＝～时取小值，在＝时，用大值；－考虑转速低时不稳定导热的影响系数，是转子转数的函数（7）计算受热面面积HoQkJ/kg;tC－空气预热器吸热量，－传热温差，按逆流方式计算，。jBQHkt＝2nh=0.950.785HDKCh（8）确定转子中装蓄热板的有效高度hC-单位容积中所容纳的蓄热板受热面积，m2/m3,查表得到，0.95－考虑蓄热板的充满程度的系数注：设计中也可先决定结构，然后采用校核的计算方法。八、空气预热器的布置1.管式空气预热器的布置单级布置简单，但空气温度一般不超过300℃，双级布置可利用水的热容大的特点，减少传热面积。2.回转式空气预热器的布置－单级布置3.热管式空气预热器的布置－通常作为前置式空气预热器管式空气预热器热管式空气预热器烟气空气空气烟气热管式空气预热器空气烟气空气烟气(a)与管式空气预热器的组合(a)与回转式空气预热器的组合热管式空气预热器器的布置九、空气预热的主要故障及预防1.低温腐蚀的产生、影响及预防（1）低温腐蚀的原因及危害•原因•危害（2）影响低温腐蚀的因素1）不同炉型的露点温度不同2）含氧量越高低温积灰、腐蚀越严重燃油炉的露点温度最高，层燃炉次之，煤粉炉对含硫量的敏感性最小。3）燃料中含硫量越小，低温腐蚀越小；钙含量越高，低温腐蚀、积灰越小4）烟速增加，传热传质加强，腐蚀更严重5）锅炉负荷降低，排烟露点有所降低，腐蚀减缓6）烟气再循环使腐蚀减缓，可能使增加了惰性气体的缘故7）受热面布置方式（3）减轻和防止低温腐蚀的措施1）提高空气预热器受热面的表面温度•提高排烟温度•提高空气预热器的入口空气温度（热空气再循环、加暖风器等）2）空气预热器分段•低温段设计为一个整体，腐蚀后更换•低温段采用耐腐蚀材料•采用前置式空气预热器（耐腐蚀的玻璃管式或热管式）3）运行中防止低温腐蚀的措施•采用低氧燃烧技术•控制炉膛燃烧温度水平，减少三氧化硫生成量；（烟气再循环可降低排烟温度）•避免或减少尾部受热面漏风•加添加剂•定期冲洗2.磨损的产生、影响及预防（1）磨损机理及特性•烟气中含有大量的飞灰颗粒，在高速烟气带动下，冲涮对流受热面，产生磨损•低温受热面中，烟气温度低，飞灰颗粒硬化，且烟速高，因此更易产生磨损。•磨损分撞击磨损和摩擦磨损，实验证明，当α＝30°～50°时，磨损最严重。•锅炉中发生的飞灰磨损具有局部性质，对空预器而言，最容易发生在烟气的入口处（2）影响飞灰磨损的因素22GwTgGw研究表明式中T－受热面表面金属的磨损量，g/m2;w－飞灰速度，m/s;τ-时间，h;G-飞灰质量流速,g/(m2·s)μ-烟气中的飞灰浓度，g/m32()2wwTg3=Tcw带入上式可写成c－考虑飞灰性质的系数，与飞灰性质、管束结构特性有关η-飞灰撞击率，与灰粒受到的惯性力和气流阻力有关，即飞灰颗粒大，密度大，粘度小，则飞灰的惯性撞击力大。因此影响因素为：•灰粒特性•飞灰浓度•烟气速度•锅炉负荷（不能超负荷）•管束的排列与从刷方式•管束的排列与从刷方式：－顺列布置时，第一排管子因为正迎着气流，所以磨损最严重的地方在迎风面两侧30°～50°处，因此处受灰粒的冲击力和切向力二者之和最大。－错列布置时以第二排磨损最严重，因此处气流速度最大，管子受到更大的撞击，磨损最严重处在主气流两侧25°～35°处。第二排以后，磨损减轻：－当烟气纵向冲刷受热面时，磨损情况则较轻，一般只在进口处l50—200mm处磨损较为严重，因为此处气流不稳定，气流经过收缩和膨胀，灰粒多次撞击受热面，以后气流稳定，磨损就较轻。（3）减轻和防止磨损的措施•把空气预热器管板和管子的锐角连接改成光华渐缩型入口•加管内防磨套管•加较长的玻璃内防磨套管•加外防磨套管•加防磨环3.堵灰的产生、影响及预防（1）堵灰机理•当壁面温度低于露点时，酸液凝结，引起灰垢粘附，导致加热元件通道堵塞，这就是堵灰。•堵灰与低温腐蚀式空气预热器中两个密切相关又相互促进的问题。（2）解决堵灰的方法•蒸汽吹灰－－布置在冷端烟气侧，吹灰阶值为过热蒸汽，一般为伸缩式吹灰器，吹灰频率8h,吹灰时间30－40min.•水冲洗－－一般在锅炉停运时进行，或者锅炉降负荷时，用隔板隔绝一只预热器，进行水冲洗。4.二次燃烧的产生、影响及预防（1）产生原因大多数的二次燃烧发生在停炉后的数小时内进行（2）二次燃烧的处理（2）二次燃烧的预防5.振动的产生、影响及预防九、改造、维护与检修1.台州电厂2号炉1983年投产，2台φ6.2m回转式空气预热器，1999年10月大修改造；设计，加工：豪顿华工程有限公司；安装：浙江火电；考核试验：浙江火电。2.沙角电厂1号炉1999年2月更换为豪顿华回转再生式空气预热器性能试验：广东省电力试验研究所。3.大同二电6号炉1999年9月风罩回转式改为回转式空气预热器性能试验：华北电力设计院。3.元宝山3号炉2000年5月改造考核试验及鉴定：辽宁电科院。参考资料1.史习仁.火力发电厂设备技术手册.北京-机械工业出版社,20002.国家电力公司电力机械局，中国华电工程(集团)公司，中电联标准化中心编．电站锅炉空气预热器.北京：中国电力出版让，20023.章成骏.空气预热器原理与计算.上海：同济大学出版社，19954.中华人民共和国国家经济贸易委员会.中华人民共和国电力行业标准回转式空气预热器运行维护规程DL/T750-2001.中国电力出版社,2001