省煤器和空气预热器

第八章省煤器和空气预热器第一节省煤器的作用与结构第二节省煤器的主要参数和启动保护第三节空气预热器的型式第四节回转式空气预热器的漏风和热变形第五节尾部受热面的磨损、积灰和腐蚀第一节省煤器的作用与结构一、省煤器的作用（1）省煤器吸收尾部烟道中低温烟气的热量，对于低参数锅炉，可降低排烟温度，提高锅炉热效率，节省燃料。（2）省煤器的采用提高了进入锅筒的水温，减少了锅筒壁与给水之间的温度差，从而使锅筒热应力降低，可提高锅筒的寿命。二、省煤器的结构大容量、高参数锅炉均采用钢管式省煤器：•由许多并列的蛇形无缝钢管和进出口联箱组成的•省煤器管用外径为28~51mm，材料一般为20G碳钢•管子水平放置，以便在停炉后能放尽存水，减少停炉期间的腐蚀•省煤器中的水由下而上流动，便于排除水中的气体，防止管内金属的氧腐蚀•烟气一般自上而下流动，使烟气与水逆向流动，增加传热温差，提高传热效果。•省煤器管组采用错列布置方式时，结构紧凑，传热效果好，且积灰减轻•采用顺列布置时，便于吹灰，且管组悬吊简单•省煤器管子的横向节距s1的大小，受烟气流速、工质流速、受热面堵灰、支吊等因素制约，一般取s1=（2~3）d•管子纵向节距s2受弯头部位管子弯曲半径、结构紧凑性因素的制约。弯头半径越小，管外侧管壁就越薄，强度降低，一般取s2≥(1.5~2)d三、省煤器的布置现代大型锅炉常采用悬吊式省煤器。省煤器出口联箱上的引出管既可悬吊省煤器，又可悬吊过热器和再热器。省煤器可以采用水流方向与锅炉前墙垂直或平行两种布置方式。布置方式的不同将影响省煤器的水流速度和外部磨损等情况。第二节省煤器的主要参数和启动保护一、省煤器中的水速二、省煤器的启动保护三、省煤器出口水温的选择四、锅炉给水系统一、省煤器中的水速省煤器蛇形管中的水流速度大小，对管子金属的温度工况和管内腐蚀有一定影响。•当给水除氧不完全时，进入省煤器的水吸热后放出氧气，如果水速较低，氧气将附着于金属内壁面上，造成局部的金属腐蚀。对于水平管子，当水的流速大于0.5m/s时，可以避免金属局部氧腐蚀。•如果省煤器管内达到沸腾状态，则管内是汽水混合物，此时水速较低容易发生汽水分层，即水在管子下部，而蒸汽在管子上部，与蒸汽接触的金属管壁的温度较高，有可能发生超温现象。在汽水分解面附近的金属，由于水面上下波动，温度时高时低，在水面附近产生交变的热应力，容易引起金属的疲劳破坏，因而蛇形管中水流速度应不低于1m/s。二、省煤器的启动保护锅筒锅炉启动期间，省煤器的进水是不连续的。当停止进水时，省煤器中的水不流动，此时省煤器金属管壁由于不能得到正常的冷却而可能发生超温。严重时造成爆管。因此，在锅炉启动过程中，需要采取必要的措施，保证省煤器中的水产生流动。采用的方法是在省煤器进口管与锅筒下降管之间装设再循环管。1、自然循环锅炉的省煤器再循环管•锅炉需要上水时，应先关闭再循环阀门，再打开进水阀门向锅炉进水。否则，给水将由再循环管路进入下降管或锅筒，破坏正常的水循环，造成水冷壁事故。同时，省煤器也可能由于失水得不到正常冷却。•上水完毕，应先关闭进水阀后才能打开再循环阀门。•当锅炉进入连续进水后，再循环阀门关闭，再循环管工作结束。2、控制循环锅炉的省煤器再循环管•当锅炉停止进水，进水阀关闭后，打开再循环阀门。这种再循环系统中，由于受到再循环泵压力和汽水密度差产生的循环推动力两种力的作用，省煤器管中水流速比较高。•当停止向锅炉进水时，先关闭进水阀门，再打开再循环阀。否则，给水将进入下降管系统，破坏水冷壁正常的水循环。若给水进入再循环泵，将对水泵造成损坏，而且省煤器也可能失水而烧坏。三、省煤器出口水温的选择•对高压以上的锅炉，省煤器均采用非沸腾式，即省煤器出口水温有一定的欠焓值，避免省煤器中发生汽化。以保证省煤器管中的水流量分配均匀，且使水在进入水冷壁管时不发生汽化，保证水冷壁入口的水流量分配均匀，提高水循环的安全性。•对于控制循环锅炉，省煤器出口水温必须保持较大的欠焓，并将省煤器出口的水直接引入锅筒的下降管入口处，以保证水进入再循环水泵时不发生汽化，防止汽蚀。一般要求省煤器出口水温欠温60℃。•对直流锅炉，省煤器出口水约需要380kJ/kg的欠焓，才能保证给水进入水冷壁管子时流量分配较为均匀。四、锅炉给水系统现代大容量火力发电厂中，锅炉机组基本为单元制机组，给水管道系统一般也采用单元给水管道系统。单元制系统中，给水从除氧器水箱中被前置泵抽吸并升压后，送入主给水泵。一般在单元机组系统中，配置一台或两台供主机满负荷流量的汽动泵，再配一台电动水泵作为备用。电动给水泵容量为主机出力的30%~50%，采用液力耦合器调整水泵转速，可实现无节流损失的变速调节。一般在机组启动初期采用电动给水泵，待机组升压至一定参数后，汽源有保证时投入汽动给水泵，汽动给水泵的汽源可来自主汽轮机抽汽或其他汽源。给水经过给水泵中升压后进入高压加热器，然后经过给水管道上的主闸阀，沿两条通道进入锅炉省煤器。一般在给水泵后应装设止回阀和减负荷阀。在给水泵启动或低负荷运行时，减负荷阀开启，使部分给水又可回到除氧器储水箱中形成再循环。这样，在启动初期锅炉进水量较少时避免了给水泵因输水量较少而汽化，防止水泵发生汽蚀。在给水泵系统高压加热器处有旁路装置，在高压加热器发生故障时，入口保护动作将水流切换到旁路管中，此时最后一级加热器出口阀门将自动关闭，给水从旁路继续向锅炉供水。当高压加热器和旁路管道均不能投入运行时，则可通过图中管道6向锅炉供水，管道6称为冷水供水管道。在锅炉启动进水时或者锅炉清洗时，可利用切换大旁路管道10向锅炉进水。给水进入省煤器后的流程如图所示.。第三节空气预热器的型式空气预热器利用了烟气余热，使排烟温度降低，提高了锅炉的热效率。同时，强化了着火和燃烧过程。一、管式空气预热器二、回转式空气预热器一、管式空气预热器管式空气预热器常用于中、小型锅炉，它是由直径40~51mm，壁厚1.25~1.5mm的有缝薄钢直管与错列开孔的上下管板焊接而成，形成立体管箱。对燃煤锅炉，为了减轻积灰，采用立式布置，烟气在管内纵向流动，空气在管外横向流动。对于燃油锅炉，为了提高管壁温度，减轻腐蚀，采用卧式布置，空气在管内纵向流动，烟气在管外横向流动。两种布置都是交叉换热方式。为使传热更接近于逆流传热，常采用如图（a）所示的多次交叉型式，即在管箱中加中间管板形成多次交叉通道，管式空气预热器管箱高度与空气（或烟气）流速与管箱抗振动能力有关。采用多通道双面或多面进风可使进风面积增加，空气阻力减小。适当提高烟气流速，不仅可提高空气预热器烟气侧的放热系数，而且有较强的自吹灰能力。一般空气预热器中烟气流速取10~14m/s为宜。当流速相同时，横向冲刷管子的空气比纵向冲刷管子的烟气的放热系数大，因而空气流速应比烟气流速低一些，以使管子内外侧的放热系数接近，提高传热效果。根据经验，空气流速应该是烟气流速的0.4~0.55倍为宜。管式空气预热器管子一般为错列布置，管子对角方向的最小间隙Δ应不小于10mm。Δ过大，会使管箱体积增大，Δ过小，会增加流动阻力。管式空气预热器管箱上管板与锅炉钢架之间用膨胀补偿器联结，用以补偿部件间受热膨胀时的相对位移，防止空气预热器的漏风。管式空气预热器进口烟温应低于上管板钢材的允许温度，避免管板超温变形而造成大量漏风。二、回转式空气预热器其主要缺点是漏风量较大，对密封结构要求较高。与管式空气预热器相比，回转式空气预热器具有结构紧凑、节省钢材、耐腐蚀性好和受热面受到磨损和腐蚀时不增加空气预热器的漏风量等优点，在相同体积内，回转式空气预热器可布置的受热面积是管式空气预热器的6~8倍。在相同烟温条件下，回转式空气预热器波形受热元件的厚度大，壁温较高，并可采用耐腐蚀材料，因此腐蚀相对较轻。回转式空气预热器是大型电站锅炉常采用的设备，其受热面为蓄热式。受热面波形板装于圆形筒体内，圆形筒体被钢板分隔成若干个扇形仓格，每个扇形仓格内装满由金属薄板制成的波形板组件，波形板组件称为预热器蓄热板，蓄热板一般由厚度0.5~1.25mm的薄钢板轧制成波形板和定位板，并要求板上斜波纹与气流方向成30°夹角，以增强气流扰动而改善传热效果。定位板不仅可以蓄热，而且可固定波形板之间的距离，使气流有一定的通流截面。一般蓄热板分三层安装，最上部一层称为热端、中间一般称为中间热端，最下部一层称为冷端。冷端部件烟气温度较低，容易发生低温腐蚀和粘聚性积灰。上、中两部分采用厚度0.6mm普通钢板制造的波形板，而下部则采用厚度为1.2mm的耐腐蚀钢板或其他耐腐材料制造的蓄热板。回转式空气预热器根据转动部件不同分为受热面旋转和风罩旋转两种。国内电站锅炉多数采用受热面旋转式的空气预热器。正常运行时，其转速为1.17r/m，转速变化范围为0.25~1.23r/m。受热面回转式空气预热器由转子和静子两部分组成，转子由中心轴、上下部轴承、径向和横向隔板及内部装置的蓄热板组成。由密封区将烟气和空气隔开，转子转动时烟气区蓄热板被加热，转至空气区蓄热板放热并加热空气。回转式空气预热器中烟气通道一般占总受热面积的50%，空气通道占总面积的30%~40%，其余部分为密封区，用以防止漏风。径向隔板将转子划分为若干个扇形空间，横向隔板将扇形空间划分为若干个扇形仓格，蓄热板组装成扇形组件，安装在扇形仓格内，由转子下端的支承杆支承。此种结构在更换受热面时十分方便。为减少漏风量，受热面旋转的空气预热器的密封系统由径向密封、轴向密封、旁路密封和转子中心筒密封等系统。另外还设置了热态扇形板径向密封间隙控制系统，可自动跟踪并调节热端上部径向密封间隙，有效地减少了由于热态蘑菇变形引起的漏风量的增加，每台空气预热器在烟气侧装有伸缩式吹灰器和固定清洗装置。三分仓式受热面转动空气预热器由三对扇形板形成的密封区将受热面分为一次通道、二次通道、烟气通道。每个密封区所占角度为15°，一次风通道所占角度35°，二次风通道为115°，烟气通道为165°。其密封系统由轴向密封、径向密封、环向密封三部分组成。*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二、空气预热器的密封装置（以三分仓为例）三、回转式空气预热器的热变形一、携带漏风和密封漏风•回转式空气预热器的漏风主要包括携带漏风和密封漏风两种。•由于转子蓄热体内有空间，在转动过程中不可避免的会将部分空气带人烟气，这部分漏风称为携带漏风，携带漏风量一般不会超过１％。•由于空气侧为正压，烟气侧为负压，在压差作用下空气会通过密封装置的间隙漏入烟气中，这部分漏风称为密封漏风。密封漏风主要取决于密封装置的严密程度以及烟气侧和空气侧的压差，设计和安装良好的回转式空气预热器的密封漏风量一般为8%~10%。漏风严重时可达20%~30%。•漏风不仅会使排烟热损失增大，通风电耗增加，严重时会造成炉膛内助燃空气量不足，从而影响锅炉的出力。二、空气预热器的密封装置（以三分仓为例）三分仓式受热面转动空气预热器由三对扇形板形成的密封区将受热面分为一次通道、二次通道、烟气通道。每个密封区所占角度为15°，一次风通道所占角度35°，二次风通道为115°，烟气通道为165°。其密封系统由轴向密封、径向密封、环向密封三部分组成。径向密封系统是由热端扇形板、热端径向密封片和冷端扇形板及径向密封片组成，用于阻止热冷端面与扇形板之间因压差而存在漏风。径向密封片由螺栓固定在受热面径向隔板的冷热端部，它与扇形板共同组成径向密封系统。安装时应通过调整径向密封片的高度，使之与扇形板保持合理的间隙即可。轴向密封装置由轴向密封片、轴向密封板组成。轴向密封片沿转子的轴向高度布置并由螺栓固定于扇形仓格径向隔板的轴向外缘，与转子一同转动。轴向密封板由三块弧形板和调整装置组成，弧形板装置在主壳体与扇形密封板对应的轴向方向上，通过外部的螺栓来调整轴向密封板与轴向密封片的间隙，可防止空气从密封区转子外侧漏入烟气中环向密封装置也称旁路密封。环向密封在转子冷热端面的整个外侧圆周上，由旁路密封片与“T”型钢组成。“T”字钢连接在转子外圆周的角钢上，旁路密封片由螺栓固定在转子外围的静止部位。运行