省煤器和空气预热器

省煤器和空气预热器在锅炉尾部烟道的最后，烟气温度仍有400℃左右，为了最大限度地利用烟气热量，大型锅炉在尾部烟道都布置一些低温受热面，通常包括省煤器和空气预热器。问题：低温腐蚀、飞灰磨损、积灰一、省煤器省煤器（英文名称Economizer）就是锅炉尾部烟道中将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面，由于它吸收的是比较低温的烟气，降低了烟气的排烟温度，节省了能源，提高了效率，所以称之为省煤器省煤器的作用给水在进入锅炉前，利用烟气的热量对之进行加热，同时降低排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料耗量；给水流入蒸发受热面前，先被省煤器加热，降低了炉膛内传热的不可逆热损失，提高了经济性；降低锅炉造价：采用省煤器取代部分蒸发受热面，减少水在蒸发受热面的吸热量，也就是以管径较小、管壁较薄、传热温差较大、价格较低的省煤器代替部分造价较高的蒸发受热面。改善汽包工作条件：进汽包水温升高，减少汽包壁温与给水温差，减小热应力。因此，省煤器的作用不仅是省煤，实际上已成为现代锅炉中不可缺少的一个组成部件。省煤器的型式和布置：分类：沸腾式、非沸腾式材料：铸铁、钢管（氧腐蚀－除氧）形式：立式、卧式结构：φ28～51蛇形管排列：错列、顺列流程：水平布置、逆流布置：垂直前墙、平行前墙（双面进水、单面进水）水速：金属温度、氧腐蚀（非沸腾式0.3m/s，沸腾式1m/s)烟速：积灰（6m/s)、磨损（10m/s）蛇形管：光管、扩展表面管（鳍片管、肋片管和膜式受热面：强化换热、减轻磨损）按出口参数分类①沸腾式省煤器：省煤器出口水温达到汽包压力下的饱和温度，用于中压锅炉，工质侧的阻力较大。沸腾式省煤器一般都产生一部分蒸汽，只是沸腾度不同而已，一般沸腾度在10%~20%范围内，不宜超过20%。②非沸腾式省煤器：省煤器与锅炉之间有阀门控制，省煤器出口给水温度要比锅筒内的炉水饱和温度低40—50℃，因此给水不会沸腾产生蒸汽，用于高压以上的锅炉，有些低参数小容量工业锅炉为安全性考虑，也多采用非沸腾式。省煤器产生的蒸汽量与锅炉给水量之比称为省煤器的沸腾度，沸腾度不宜过大，不超过20%。由于蒸汽的比容比水大得多，中压炉省煤器出口蒸汽比容是水的38倍，高压炉蒸汽比容是给水的11倍。当省煤器的沸腾度超过20%时，由于省煤器后半段的流速急剧增加，压降与流速的平方成正比，省煤器的压降明显上升。为了克服省煤器的流动阻力向汽包供水，给水泵出口的压头要增加，给水泵的耗电量将上升。省煤器压降通常为锅炉工作压力的5%，因此，为了不使省煤器的流动阻力太大，以降低给水泵的耗电量，一般沸腾式省煤器的沸腾度不宜超过20%按材料分类①钢管省煤器：耐磨损及腐蚀性较差，寿命较短，传热性能好，重量轻，价格低廉，且能承受高压，沸腾式与非沸腾式均可，广泛应用与现代锅炉中；②铸铁省煤器：耐磨损耐腐蚀寿命长，对水质要求不高，只适用于工作压力低于2.5MPa的锅炉，不能用作沸腾式省煤器；体积、重量大，价格贵，容易漏水，较易堵灰。钢管式省煤器——支吊方式支承结构适用于中小型锅炉悬吊结构集箱在烟道中，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(管束垂直于前墙布置）。钢管式省煤器——管束布置方式a）蛇型管垂直于前墙布置：支吊简单；水速最低（尾部烟道宽度大于深度），但每根管均会受到局部磨损。b）蛇型管平行于前墙，双侧进水布置，水速适中，支吊方便c）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烟气从锅炉的水平烟道转90度角后进人垂直烟道。省煤器一般都布置在垂直烟道中。烟气中的灰分或其他颗粒在离心力作用下，被甩至垂直烟道的后部。如果省煤器蛇形管采用垂直于前墙的布置方式，见图a)，则全部蛇形管的端部都要受到烟气中灰分和颗粒的磨损。如果省煤器管采用平行于前墙的布置方式，见图b)、c),则只有靠近垂直烟道后墙的几排蛇形管磨损较严重，检修时只需更换磨损严重的这几排蛇形管即可，这样可大大节约材料并减少检修工作量。随着锅炉容量的增大，尾部烟道的深度并非成比例地增加，而是小于容量的增加，因此，平行于前墙布置的方式会出现大容量锅炉省煤器中水速过高的问题。省煤器中水的流速过大，造成给水在省煤器中压力降太大，给水泵耗电量增加。压降与水速的平方成正比。省煤器采用双面进水可使水速降低一半，而且给水的流程也缩短，见图(b),这样可显著地降低省煤器的压降和给水泵的电耗。因此，省煤器双面进水在大型锅炉中被广泛采用。为减小热偏差，可在各组省煤器间用连接管交叉；应采取措施减轻磨损，消除烟气走廊。钢管式省煤器——按结构形式分类按结构形式可分为鳍片式、膜片管式、肋片管式；这些结构形式主要是为了强化烟气侧的换热措施应综合考虑其传热和阻力特性，以及燃料的结灰特性螺旋型鳍片管省煤器按布置方式可分为错列布置和顺列布置。省煤器管错列布置：由于管子的背面也容易受到灰粒的冲刷，积灰较轻。管子错列布置时，烟气对管子的扰动和冲刷比顺列强烈，因此，错列布置时，烟气侧的放热系数较高。因为省煤器的传热热阻主要在烟气侧，所以，省煤器管错列布置可以提高传热系数，节省传热面积。顺列布置：由于管子的背面不易受到灰粒冲刷，从第二排管子以后，即使管子的正面也不易受到灰粒的冲刷，因此顺列布置的管子积灰比较严重。大型锅炉一般采用纵向鳍片管、螺旋型鳍片管和整焊膜式受热面制造省煤器，以增大烟气侧的换热面积，节约金属耗量，降低管组高度和减小烟气侧阻力，并可减轻省煤器磨损。省煤器的启动保护锅炉点火前虽然巳上水到水位计最低可见水位处，但是点火后，由于炉水温度升高，体积膨胀使水位上升。随着炉水温度的进一步提高，水冷壁内逐渐产生蒸汽，锅炉水位进一步上升。也就是说，锅炉从点火开始有相当长的一段时间内不需要补水，省煤器内如没有水流过，可能因过热而损坏。如图2-78所示，在汽包下部与省煤器入口装一根再循环管省煤器设计管径的选择纵向节距和横向节距（烟气流速）的选择管组高度的限制，检修用空间高度的预留省煤器中的水速某厂省煤器布置王曲电厂（上锅600MW）省煤器管束采用光管，顺列布置。省煤器为连续管圈可疏水型，无向下流的水回路。省煤器设计中考虑灰粒磨损保护措施，省煤器管束与四周墙壁间装设防止烟气偏流的阻流板；管束上还设有可靠的防磨装置。在吹灰器有效范围内，省煤器设有防磨护板，以防止吹坏管子。省煤器能自疏水，进口联箱上装有疏水、锅炉充水和酸洗的管座，并带有相应的阀门。在BMCR时，通过省煤器的烟气平均流速不超过9m/s。省煤器布置在双烟道的下部，省煤器以顺列布置，以逆流方式与烟气进行换热。给水经省煤器的入口汇集联箱分别供至前后的省煤器入口联箱。省煤器向上形成共4排吊挂管，用于吊挂尾部烟道中的水平过热器和水平再热器。二、空气预热器空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交换装置。由于它工作在烟气温度最低的区域，回收了烟气热量，降低了排烟温度，因而提高了锅炉效率。同时由于燃烧空气温度的提高，有利于燃料的着火和燃烧，减少燃料不完全燃烧热损失。空气预热器作用：1降低排烟温度，提高锅炉效率2改善着火条件，强化燃烧过程，减少不完全燃烧热损失3提高炉膛温度，强化炉膛辐射换热、减少水冷壁受热面4给制粉系统提供干燥剂空气预热器型式一、低温烟气与空气间间的换热方式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。二、空气预热器分类管式空气预热器一.结构直径为40〜51mm、壁厚为1.25〜1.5mm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，锅炉尾部布置困难。设计时选取合理的烟气与空气流速比值（0.5)温压按交叉流计算，传热面积按换热管平均直径计算。单面进风与双面进风单级布置与双级布置一次风与二次风分别加热回转式空气预热器大型锅炉通常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。回转式特点：结构紧凑节省钢材布置灵活方便耐腐蚀性好漏风量大：一般8～10,密封不好时20~30%结构复杂、制造工艺高、运行维护、检修布置型式：垂直轴和水平轴布置；结构：受热面旋转式：二分仓和三分仓二种，应用较多；风罩旋转式：单流道和双流道（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）。通常受热面转动的是容克式回转空气预热器，而风罩转动的则是罗特缪勒式回转式空气预热器。1.结构可转动的扁圆柱形转子，内置蓄热元件；扁圆柱形转子从上到下被径向隔板分成12个大扇形格（30°)，每个大扇形格又被许多块横向和径向短隔板规则地分为许多小格仓，小格仓中放满预先叠扎好的蓄热板；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%、密封区：其余部分。固定的圆筒型外壳（烟、风罩），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；受热面转动的回转式空气预热器2、工作过程装有受热面的转子由电机通过传动装置带动，以2～4r/min的转速转动。因此受热面不断地交替通过烟气流通区和空气流通区，当受热面转到烟气流通区时，烟气自上而下流过受热面，从而将热量传给受热面（蓄热板），当它转到空气流通区时，受热面又把积蓄的热量传给自下而上流过的空气，这样循环下去，转子每转动一周，就完成一个热交换过程。二分仓回转式空气预热器由圆筒形的转子和固定的圆简形外壳、烟风道以及传动装置所组成。圆筒形外壳和烟风道均不转动，而内部的圆筒形转子是转动的，受热面装于可转动的圆筒形转子之中转子被分成若干个扇形仓格，每个仓格内装满了由波浪形金属薄板制成的作为受热面的传热元件（蓄热板）二分仓式回转空气预热器中烟气从上方通过烟道和转子截面的50%从下方流出，空气从另一侧下方进入，经风道和转子截面的30〜40%从上方流出，其余部分为两者之间的过渡区（密封区），转子以每分钟1〜4转的转速缓慢旋转，每转一圈，蓄热板圾、放热各一次，使烟气和冷空气之间实现热交换。二分仓式回转空气预热器，空气只有一个通道，出口热空气（一、二次风）具有相同的温度和压力二分仓回转式空气预热器三分仓回转式空气预热器在二分仓预热器的基础上，将空气通道一分为二，用密封件将它们隔开，成为各自独立的一次风通道和二次风通道，烟气通道则与二分仓的相同但现代电站锅炉根据燃烧的需要，对一、二次风要求的风量、风温及压力是不同的，因此出现了三分仓的受热面转动回转式空气预热器，它有两股空气进入预热器，分别流过被烟气加热的波形板受热面，以得到不同的风温、压力。三分仓回转式空气预热器适用于燃煤锅炉常采用的冷一次风机系统上。三分仓回转式空气预热器三分仓回转式空气预热器主要由转子、蓄热元件、壳体、梁扇形板、烟风道、密封系统、控制系统、驱动装置、轴承、润滑系统、吹灰、清洗装置和保温材料等组成。1．转子转子由装在中心轮毂上的碳钢板构成的。转子中心部分，即支架，是轮毂不可分割的组成部分。径向板从轮毂伸至转子圆周，将转子分成若干个扇形区。这些扇形区又由辅助径向隔板和分仓隔板进一步分隔。如此形成的扇形区通过额外的不同径的分仓隔板（需要处还用隔板）加固，形成楔形室。加热表面元件箱就装在这样形成的各个室中，每7.5º扇形区有5个加热元件箱。转子是一个有48个扇形结构、24个仓板的板结构，正常速度为0.75rpm（公称速度），低速时为0.37rpm。转子顶部和底部是带箍外部分仓板，箍