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第五组2.4省煤器第五组；杨一凡，谢波，杨肖俊，杨海波，易涛，熊明，曾维鹏，张勤►杨一凡利用烟气的热量对给水进行加热，同时降低排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料耗量。给水先过省煤器然后过受热面，这样降低了炉膛内传热的不可逆损失，提高了经济性，同时减少了水在蒸发受热面的吸热量。省煤器作用按结构和材料省煤器的类型铸铁式钢管式铸铁式省煤器强度不高,用于压力小于2.5兆帕的锅炉。为了加强传热，管外有大量鳍片。铸铁式省煤器承受振动和冲击的能力较差，故不能用作沸腾式；但耐腐蚀性能良好，可用于给水未经除氧的工业锅炉。钢管式省煤器不受压力限制，可以用作沸腾式，一般由外径为32～51毫米的碳素钢管制成。有时在管外加鳍片和肋片，以改善传热效果。钢管式省煤器由水平布置的并联弯头管子（习称蛇形管）组成。省煤器的类型按出口工质状态分类沸腾式非沸腾式标准是否被加热到该压力下的饱和温度大容量高参数的锅炉采用（由于水的液体热和汽化潜热所占比例一定）压力高不易汽化，吸收汽化潜热减少而液体热增大。所以必须在达到饱和状态前西更多的热为了使省煤器结构紧凑通过减少管间距离即减少弯曲半径弯头外侧管壁将变薄强度降低弯曲半径1.2-2.0d即省煤器纵向节距S21.5~2.0d,d为蛇形管外径≥省煤器蛇形管的布置►错列布置►顺列布置结构紧凑，，磨损较严重，管壁不易结灰一旦结灰，吹灰困难，结构松散，磨损较轻，不易结灰，大型锅炉经常采用水平布置错列布置又下向上流动►水平布置以便在停炉时，尽可能的放尽管内的存水，减少停炉时间内的腐蚀。►1.以便排除水中气体，避免造成管内局部氧腐蚀。►2.烟气自上向下流动，既具吹灰作用又能保持与水的逆向流动，以增大传热温差。省煤器蛇形管在烟道中的布置►垂直前墙►平行前墙垂直前墙优点；管子短，但并列管数多因而水流速较小。深度小，管子的支吊比较简单，只要在弯头俩端支吊缺点；烟气从水平转90°再离心力作用下灰粒大多集中于靠后墙一侧此处飞灰浓度大磨损较严重。平行前墙优点；只有靠近后墙的管子磨损严重。提高了管子寿命，易维修缺点；支吊复杂，并列的蛇形管数相对减少，管内水速较高，须采用双面进水方式减低水速。省煤器的布置►大都采用水平布置，在蛇形管内水流方向由下而上，►优点；停炉时，能放尽管内存水，减少锅炉停炉时间内的腐蚀排除水中的气体，避免造成管内的局部氧腐蚀。与烟气的逆向流动增大传热温差。►熊明省煤器蛇形管中水速，对管子金属有的温度工况和管内腐蚀有一定的影响。当给水除氧不良时，进入省煤器的给水，在受热后就会放出氧气，这时如果流水速度很低，氧气就会附在管子内壁上，造成金属的局部腐蚀。实践证明，对于水平布置的非沸腾式省煤器当水的流速大于0.5m/s时就可以避免金属的局部氧腐蚀。而沸腾式省煤器蛇形管的进水水速不的低于1m/s为啥非沸腾式的只有0.5m/s而沸腾的要1m/s?►因为沸腾式省煤器的后段管内是汽水混合物，如果管子内的水速过低就会容易发生汽水分层，即水在下面流动，蒸汽在上面流动，同蒸汽接触的那部分受热面传热效差金属温度较高，甚至可能超温。在汽水分界面附近的金属，由于水面的上下波动温度时高时低，这容易引起金属疲劳破裂。►钢管省煤器的蛇形管可以采用光管，也可以采用纵向鳍片管、螺旋型鳍片管和整焊膜式受热面，它们的结构示意图如下：光管结构简单，加工简单，烟气流过时的阻力小。鳍片管可强化烟气侧的热交换，使省煤器结构更加紧凑，在同样的金属的消耗量和通风耗电的情况下焊接鳍片管所站空间比光管约可减少20%-25%，而轧制鳍片管可使省煤器的外形尺寸比光管减少40%-50%。膜式与光管省煤器相比，可增加受热面积，在省煤器参数不变的条件下，可减少管子排数，扩大烟气流通面积，降低烟速，从而减轻磨损。适应于灰分、灰粒较大的烟气。肋片式省煤器的主要特点是热交换面积明显增大，比光管约大4-5倍，这对缩小省煤器的体积，减小材料的消耗有很大的意义。为了方便检修，省煤器管组的高度是有限制的。当管子的紧密布置（S2/d=1.5）时，管子的高度不的高于1米，布置效稀时，则不得大于1.5米。如果省煤器的受热面较多，沿烟气行程的高度较大时，就应把它分成几个管组，管组之间留有高度不小于600-800mm的空间，以便进行检修和清除受热面上的积灰。►易涛Ⅲ、尾部受热面的积灰⒈尾部受热面积灰的形态在锅炉尾部低温受热面中，烟气已没有熔化的飞灰，碱金属﹙钠、钾﹚氧化物蒸汽的凝结也已结束，所以不会出现高温黏结灰，积灰的形态有干松灰和低温粘结灰两种。⑴干松灰。干松灰是粒度小于30Um的灰的物理沉积，呈干松状，易清除。在燃用固体燃料时，在对流受热面、省煤器和空气预热器上都会由干松灰的沉积。实际上，干松灰也不是绝对的干松，只不过其黏结性较小而已。⑵低温黏结灰。这种形态的灰常会在空气预热器冷端形成。►低温黏结灰形成的原因：►①积灰与冷凝在管壁上的硫酸形成以硫酸钙为主的水泥状物质。②吹灰用的蒸汽冷凝成的水或省煤器的漏水，渗到积灰层也会产生水泥状物质。这两种原因引起积灰的‘水泥化’，便是低温黏结灰。低温黏结灰呈硬结状，会把管子或管间堵死清除低温黏结性也很困难。它对锅炉工作的影响很大，在燃用多硫、多会、多水的燃料时，要特别注意防止低温黏结灰的形成。这种会的形成与so3的生成和结露有关。►干松灰的沉积过程，开始时迅速增加的，但很快便达到动平衡，积灰不再增加。这是，一方面仍有细灰沉积，另一方面烟气中的大灰粒又把沉积的细灰粒冲刷带走。如果灰粒遇水或冷凝的硫酸，形成低温黏结灰，则灰粒不易被冲刷带走，积灰将逐渐加剧。⒉积灰对锅炉工作的影响►⑴受热面积灰后，使传热恶化，排烟温度升高，使排烟热损失增大，降低锅炉热效率。►⑵积灰堵塞烟道的流动阻力，增加电耗，降低出力；严重时会堵塞烟道流通截面，阻碍烟气的正常流动，不但会降低锅炉出力，甚至可能被迫停炉来清灰。►⑶积灰后会促使受热面金属产生低温腐蚀。►张勤3.受热面积灰（干松灰）的机理烟气中携带的飞灰由各种大小不同的颗粒组成，但大都小于200μM，而以1-~20μM的居多。当含灰的气流冲刷蛇形管时，在管子的背风面型成涡流区，较大颗粒飞灰由于惯性大不易被卷进去，而小于30μM的小颗粒跟随气流卷入涡流区，在管壁上沉积下来，形成楔形积灰。灰分沉积是由微小灰粒的物体化学特性所引起的。►（1）当含灰气流冲刷受热面管束时，管子的背风面产生旋窝，大颗粒由于惯性大，不易被卷进去，而小颗粒颗粒，特别是小于10μM的微小灰粒，很易被卷进去，碰上管壁便沉积下来。►（2）微小灰粒，其单位质量具有较大的表面积，亦即具有较大的表面能。►（3）烟气流动时，烟气中的灰粒会发生静电感应，灰粒带电荷。灰粒的静电引力足以克服它本身的重力而吸附在金属壁面上，形成积灰。►（4）金属壁面具有粗糙度，3~5μM的灰粒可靠机械作用停留在粗糙的金属壁面上，形成积灰。►曾维鹏4.影响积灰的因素（1）飞灰颗粒组成成分的影响。烟气中的微小颗粒容易沉积，但大颗粒不仅不易沉积，而且有冲刷受热面金属壁面的作用。因此，沿管壁两侧面及迎风面不易积灰，背风面积灰层达到一定厚度后也不再增加，达到动平衡。若飞灰中大颗粒少而细灰多，则因冲刷作用减弱而使积灰较多。►（2)烟气流动工况的影响。烟气流动工况是受对流受热面的布置方式及结构特性决定的，对积灰也有较大的影响。►对于错列布置的管束，如果管子排列很稀，冲刷工况与单管相似，当管子排列很密时，由于邻近管子的影响，烟气曲折运动，气流扰动大，气流对管子的冲刷作用增加，既可以吹掉松散的干灰，又可以使冲刷区域增大，减少背风面的漩涡区，因而可以减少积灰。在管束顺列布置时，除第一排管子烟气可冲刷到正面及迎风面90度范围外，从第二排开始，烟气冲刷不到管子的正面及背风面，只冲刷到侧面，因此，管子迎风面（正面）及背风面都处于漩涡区，会严重积灰。（3）烟速的影响。由静电引力沉积的细灰量与烟速的一次方成正比，其沉积量较小。而冲刷掉的烟灰量与烟速的三次方成正比，烟速大，冲刷作用大。因此烟速越大，积灰越少。（4）受热面金属温度的影响。若比温度太低，则会使烟气中的水蒸气或硫酸蒸汽在受热面上凝结，将使飞灰凝结在受热面上，或者形成低温黏结灰。因此，该处温度不能低于酸露点。5.减轻和防止积灰的措施（1）设计时采用足够高的烟速，在额定负荷时烟速不低于6m/s,但不能过高，否则会使磨损加剧。（2）正确设计和布置吹灰装置，并制定合理的吹灰间隔时间和持续时间。（3）防止省煤器泄漏►杨海波四.飞灰磨损锅炉在燃用固体燃料时，烟气中含有大量的飞灰颗粒，这些颗粒在高速烟气带动下，冲刷对流面时，使管壁表面受到磨损，管子变薄，强度下降，造成管子的损坏，特别是低温受热面中，烟气温度低，飞灰颗粒硬化，且此处烟速也较高，因此更易磨损。所以，在锅炉设计及运行中，必须了解飞灰磨损的规律，采取有效措施，防止或减轻飞灰的磨损。（1）飞灰磨损的过程►高速烟气携带固体颗粒时，颗粒对受热面的每次撞击都会从受热面表面削去极微小的金属屑。（2）飞灰磨损机理►烟气携带的飞灰对受热面的撞击有两种情况，一是垂直撞击，引起撞击磨损，另种是斜向撞击，其撞击力可分解成垂直力和切向力。垂直撞击力引起撞击磨损，切向力引起摩擦磨损。两者的大小决定于冲击角@。实验证明：当@=30度——50度时，磨损最严重。►试验研究表明，锅炉中发生的飞灰磨损都带有局部性，特别容易发生在烟速较大和飞灰浓度较大的地方。容易发生在省煤器蛇形管的弯头及穿墙部位，空气预热器的烟气入口段，且各处磨损程度不同，一般省煤器的磨损较为严重。对发生磨损的管子来说，且磨损也不均匀的。►谢波影响飞灰磨损的因素省煤器受热面表面金属的磨损的原理就和水滴石穿的原理差不多。都是一个量变引起质变的结果。（一）灰粒特性►灰粒形状►灰粒大小►灰粒密度（二）飞灰浓度►烟气中的飞灰浓度越大，磨损就越严重。►因此，在烧煤质差的煤时，灰分增加，且燃煤量也会增加，造成烟气中飞灰浓度剧增，就会增加省煤器的磨损。►烟气走廊等局部地区由于流速大所以流过的灰也多，磨损也更严重。据有关资料显示在“烟气走廊”，磨损量是正常磨损量的几十倍。（三）管束的排列与冲刷方式►当烟气横向冲刷管束时，有局部区域磨损最为严重，该区域的位置与管道的排列有关。►①错列和顺列布置时，第一排管子正迎着气流，磨损最重的地方在迎风面两侧30°~50°处，因为此处受灰粒的冲击力和切向力两者之和最大。►②错列布置时以第二排磨损最严重，因为此处气流速度增大管子受更大的撞击。磨损最严重处在主气流两侧25°~35°处第二排以后，磨损减轻。►③顺列布置时，磨损最严重处在主气流方向两侧60°处以第五排最为严重。►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150~200mm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，以后气流稳定了磨损就较轻了。（四）烟气流速►烟气流速是影响受热面磨损的最主要因素。管子的磨损与烟速的三次方成正比。烟气流速越高，则省煤器的磨损越严重。为减轻磨损，降低烟速是有利的，但烟速降低会引起积灰，而且烟速降低会使对流传热效果变差，会多消耗钢材。因此，烟速的确定，要综合考虑磨损积灰和传热三方面的因素。（五）运行中的因素►①超负荷运行。因为超负荷运行时，燃料消耗量和供应的空气量都增大，烟气速度增大，烟气中的飞灰浓度也会增大，因而会加剧飞灰磨损。►②烟道漏风。漏风增加必然会增大烟速，增加磨损。例如在高温省煤器处漏风系数增加0.1，会使金属的磨损增大25%。►杨肖俊减轻和防止磨损的措施(1)降低烟气的速度和飞灰浓度(2)防止受热面烟道内产生局部烟速过大和飞灰浓度过大。(3)在省煤器弯头易磨损的部位加装防磨保护装置。(4)省煤器采用螺旋鳍片管或肋片管(5)回旋式空气预热器是上层蓄热板用耐热，耐磨的钢材制造，厚度1mm，总高度200~300mm