1、锅炉尾部受热面或低温受热面第八章第八章 省煤器和空气预热器省煤器和空气预热器一、省煤器的作用省煤器的作用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，热二律熵变；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。第一节第一节 省煤器的作用与结构省煤器的作用与结构省煤器：加热锅炉的给水，水平管圈加热锅炉的给水，水平管圈根据出口工质的状态分根据出口工质的状态分沸腾式沸腾式用于中低压锅炉
2、，沸腾度小于用于中低压锅炉，沸腾度小于20%，工质侧的阻力较大，工质侧的阻力较大非沸腾式非沸腾式高压以上的锅炉省煤器高压以上的锅炉省煤器根据管子的排列方式分根据管子的排列方式分错列错列布置紧凑，传热效果好，积灰少，但第二排磨损严重布置紧凑，传热效果好，积灰少，但第二排磨损严重顺列顺列传热效果较差，但磨损较轻传热效果较差，但磨损较轻根据管子的结构方式分根据管子的结构方式分铸铁式铸铁式仅用于压力低，给水品质要求不高，耐磨，耐腐蚀等仅用于压力低，给水品质要求不高，耐磨，耐腐蚀等光管式光管式2842（51）mm外径的蛇型钢管，普通钢材外径的蛇型钢管，普通钢材扩展受热面式扩展受热面式鳍片管、螺旋肋片管、
3、膜式管等鳍片管、螺旋肋片管、膜式管等二、省煤器的结构二、省煤器的结构 三、省煤器的布置三、省煤器的布置（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。 支吊方式支吊方式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。第二节第二节 省煤器的主要参数和启动保护省煤器的主要参数和启动保护 一、省煤器中的水速一、省煤器中的水速 不低于1.0
4、m/s，.避免局部金属腐蚀和汽水分层 二、省煤器的启动保护二、省煤器的启动保护 锅筒锅炉启动期间，省煤器进水不连续。当停止进水，省煤器中的水不流动，得不到冷却而发生超温，严重时造成爆管。 措施：加装再循环管 三、省煤器出口水温的选择三、省煤器出口水温的选择 一般有不同的欠温（未饱和状态） 控制循环锅炉，出口欠温60 直流锅炉，出口欠焓380KJ/Kg 四、锅炉给水系统四、锅炉给水系统 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
5、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。第三节第三节 空气预热器的简介空气预热器的简介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，亚临界锅炉达260，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。空气预热器的作用空气预热器的作用不同燃料和燃烧方式对预热空气温度的要求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
6、排渣煤粉炉 烟煤烟煤 无烟煤、贫煤无烟煤、贫煤 褐煤（用空气干燥煤粉） 褐煤（用烟气干燥煤粉）250300350400350400300350液态排渣煤粉炉 380420 油炉、天然气炉 250300 高炉煤气炉 250300 链条炉 烟煤 贫煤、无烟煤 2510025180 抛煤机与固定炉排 烟煤 25200 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用空气预热器的分类电站空气预热器分为电站空气预热器分为管式（基于间壁
7、式换热）管式（基于间壁式换热）回转式（基于再生式换热）回转式（基于再生式换热）一、管式空气预热器一、管式空气预热器一）结构直径为4051mm、壁厚为1.251.5mm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
8、难。二、回转式空气预热器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。l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。l缺点：存在漏风，结构复杂，制造、维护等水平要求高，耗电大。一）受热面回转式一）受热面回转式1 1结构结构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30-40
9、%、密封区：其余部分。2 2工作过程工作过程 每分钟旋转14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；N表示不可调密封）。 空预器的型式：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
10、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：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
11、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）烟气再热器三）烟气再热器 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4555（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 第四节第四节 回转式空气预热器的漏风和热变形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一、携带漏风和密封漏风1 1）漏风来源）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
12、在一定的压差，转动部分带入风量（密封漏风多密封漏风多）；本身的容积（携带漏风携带漏风）2 2）漏风危害）漏风危害：送风量增大，引风量也增加，排烟损失增加；3 3）漏风量）漏风量：先进水平58%，一般为10%左右，最高可达40%；4 4）要求有良好的密封装置，在运行中吹灰吹灰 二、空气预热器的密封装置二、空气预热器的密封装置 轴向、径向、环向 密封 径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
13、形板形成密封。 环向密封 环向密封包括外缘环向密封外缘环向密封和内缘环向密封内缘环向密封。 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 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三、回转式空气预热器的热变形 蘑菇状变形引起热端扇形板与径向密封片间隙过大造成的漏风量占30-50%。 冷端径向密封系统是漏风的另一大原因，安装前留有一定的膨胀量。600MW机组要求冷端间隙约54mm，
14、当转子热形变后，会减小。尾部省煤器与空气预热器的布置方式尾部省煤器与空气预热器的布置方式1 1、单级布置、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 2、双级布置、双级布置管式预热器管式预热器为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）。 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
15、。第五节第五节 尾部受热面的磨损、积灰和腐蚀尾部受热面的磨损、积灰和腐蚀一、省煤器的磨损一、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70%，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1.烟气流动速度和浓度2.灰粒特性和飞灰浓度3.管束排列方式与冲刷方式4.气流运动方向5.管壁材料和壁温6.烟气成分7.烟气走廊3、减轻和防止磨损的措施1.合理的烟气流速，不大于9m/s2.采用防磨装置3.扩展受热面4.其他如除尘等 二、省煤器的积灰省煤器的积灰1
16、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：空气预热器受热面空气预热器受热面4）松散积灰原因：飞灰中1020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
17、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：省煤器受热面省煤器受热面 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经验积累数据。2、防止和减轻积灰的主要措施、防止和减轻积灰的主要措施1.合理烟气流速合理烟气流速2.吹灰装置吹灰装置3.合理结构布置合理结构布置三、空气预热器的低温腐蚀及对策三、空气预热器的低温腐蚀及对策 1 1、影响低温腐蚀的主要因素、影响低温腐蚀的主要因素 SO3在200以下与烟气中的水蒸汽结合形
18、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。 烟气露点烟气露点 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。 酸露点温度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120140；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。 水露点温度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4555；空气中的水蒸汽分压力更低，水露点温度一般为1020，一般不会出现由于水蒸汽凝结造成锅炉腐蚀 受热面发生
19、腐蚀的条件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。 SO3的形成的形成 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。 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。2、减轻和防止低温腐蚀的措施、减轻和防止低温腐蚀的措施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；3采用低氧燃烧；4采用降低露点或抑制腐蚀的添加剂；5燃烧脱硫；6选用回转式空气预热器。四、空气预热器的堵灰及对策四、空气预热器的堵灰及对策 积灰堵塞通道 提高受热面温度 回转式空预器一般采用蒸汽吹灰蒸汽吹灰及水冲洗水冲洗设备
