空气预热器的优化设计

空气预热器的优化设计陈昌斌，祝亚玲，刘光辉摘要：以广州李坑垃圾发电厂二级空预器的结构改进为例，详细介绍了空预器在较高压力和温度下的结构改进，具有较强的实践意义。关键词：空预器；结构形式；优化设计中图分类号：TK223.3+4文献标识码：B文章编号：1004—7948（2005）11—0042—021引言空气预热器是利用蒸汽或烟气余热来提高空气温度，以利于燃料的着火和燃烧的设备。它主要起以下几个方面的作用：(1)提高燃料的理论燃烧温度；(2)保证必需的炉温；(3)节约燃料；(4)提高燃烧效率并降低钢材烧损；(5)减少烟气排放量，有利环境保护；(6)可用于空气温度的调节和烘干作用。空气预热器被广泛用于电力、石化、化工、冶金、食品等行业。2空预器系统的组成及工作原理广州李坑垃圾发电厂的空预器管内为蒸汽，管外为空气，利用蒸汽的热量加热风道内的空气。其中，二级空预器蒸汽压力为6.5MPa，温度为450℃，试验压力9.5MPa。系统示意图如图1所示。3空预器的优化设计二级空预器的优化设计是基于其具有较高的压力、温度；热膨胀性；结构的稳定性和可靠性来考虑的。我们主要对二级空预器的结构做了以下几个方面的优化设计：(1)管箱。一般管箱的典型结构型式有如下几种（如图2所示）：我们采用的是集合管式管箱。由强度计算可知，在相同金属用量的情况下，圆管箱的承压能力强。同时，因为承受较高压力管箱的用材较厚，根据GB150的规定，一般应进行热处理，而只有集合管式管箱可以进行整体热处理。可卸盖板管箱在高压下易泄漏，其金加工量也较大。(2)整体结构设计。经过热力计算，我们在二级空预器的一条风道中共需分配21根排管。按照传统的空预器设计，每台空预器内要安置一个管箱，装配一套风道框架，下面介绍两种方案：第一种，每个圆管箱上7排管，一条风道中共3台空预器。这种方案结构简单，节约材料，且风道连接面少，不易泄漏。但是，其可行性不高，这是由于管箱在整体热处理之后，管头位置都有些偏移，致使管箱与换热管对接时无法装配，同时，管箱与换热管对接时各排管间间距较小，不方便焊接。第二种方案，每个圆管箱上3排管，一条风道呼共7台空预器。这种方案解决了空预器装配和焊招中的困难，易于操作，但在整个风道中有8个连招面，不易密封。考虑到传统空预器设计中的种种缺陷，我们4定打破传统设计，采用每3排管一个圆管箱，再将二或3个圆管箱装配于一个风道框架内的形式，一个风道中共三台空预器。这样，既保证了制作的可布性，又确保了风道方向的密封性（如图3所示）。(3)接管与风道框架的密封。有很多集合管式管箱空预器的管箱置于风道框架外侧，让换热管穿过风道框架，再在两者之间涂以密封胶。但在使用设备时，由于管排与风道框架受热后膨胀量不一致，导致密封胶很快开裂或脱落，无法很好地密封，增加了漏风量。为了解决这一问题，我们将管箱置于风道框架内侧，只让进汽管或疏水管穿过风道框架，再采取一定的密封措施，就没有漏风现象了。管箱采用内置式后，如仍有接管穿过风道框架，则漏风现象还会产生。如果设备简单采用接管与风道框架焊接的方式，那么，由于两者的热膨胀量不一致，极容易导致换热管与管箱的对接处开裂，造成管内介质泄漏。因此，我们采用了一种新的方法，即把进汽接管端作为管排固定端，将进汽接管与风道框架直接焊接（如图3所示），同时将疏水端作为浮动端，疏水接管与风道框架间采用密封座压套密封材料的型式（如图4所示）。这种结构既解决了风道空气的泄漏问题，又考虑了热膨胀的问题，同时实现了管排整体的可拆卸，便于清洗，检修。(4)换热管的选型。常用的换热管有绕簧管、矩形翅片椭圆管、双金属管、轧制翅片管、套片管等。绕簧管的基管与绕簧间的接触热阻非常大。矩形翅片椭圆管的换热性能和阻力性能较优，但椭圆管的制造工艺复杂且其承压能力较圆管差，不适应此处压力较高的情况。整体轧制翅片管无接触热阻，但此类翅片管制造成本高，轧制过程中易产生漏点，翅化比较小。双金属管和套片管的基管与翅片属于机械接触，难免会产生接触热阻，长期使用易产生塑性变形及氧化，其接触热阻还会增大，不耐热震和机械振动，不适于压力和温度较高的场合。综合上述分析，我们采用高频焊翅片管。该翅片管的基管为圆管，翅片为绕片。它是利用高频发生器产生的高频电感应，使管子表面与翅片接触处产生高温，在10PLm左右深度范围内使两者熔化，再加压使管子与翅片连为一体。无焊剂也无焊料，制造简单，生产率高，传热及机械性能优良，耐热疲劳，适于在较高的压力和温度状况下长期使用。(5)立柱的热位移。各片空预器下面都有立柱支撑。由于空气被加热升温，沿空气流动方向也有热膨胀。我们采取在立柱底板上开长圆孔的办法来解决此问题。4结束语(1)由于在结构上采取了多种措施，在保证装配方便、使用可靠和热膨胀自由的情况下，空预器的漏风量大幅减少，实践证明取得了预期的效果。(2)该结构的空预器管箱可以整体热处理，金加工量较少，所用材料也少，焊接方便，便于制造。(3)空预器的管排易于抽拆，便于检修。参考文献[1]葛永乐．实用节能技术[M]．上海：上海科学技术出版社[2]钱颂文换热器设计手册[M]．北京：化学工业出版社．