第八章省煤器和空氣預熱器第一節(jié)省煤器的作用與結(jié)構(gòu)第二節(jié)省煤器的主要參數(shù)和啟動保護第三節(jié)空氣預熱器的型式第四節(jié)回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的漏風和熱變形第五節(jié)尾部受熱面的磨損、積灰和腐蝕第八章省煤器和空氣預熱器第一節(jié)省煤器的作用與結(jié)構(gòu)1第一節(jié)省煤器的作用與結(jié)構(gòu)一、省煤器的作用（1）省煤器吸收尾部煙道中低溫煙氣的熱量，對于低參數(shù)鍋爐，可降低排煙溫度，提高鍋爐熱效率，節(jié)省燃料。（2）省煤器的采用提高了進入鍋筒的水溫，減少了鍋筒壁與給水之間的溫度差，從而使鍋筒熱應力降低，可提高鍋筒的壽命。第一節(jié)省煤器的作用與結(jié)構(gòu)一、省煤器的作用（1）省煤器吸收2二、省煤器的結(jié)構(gòu)大容量、高參數(shù)鍋爐均采用鋼管式省煤器：由許多并列的蛇形無縫鋼管和進出口聯(lián)箱組成的省煤器管用外徑為28~51mm，材料一般為20G碳鋼管子水平放置，以便在停爐后能放盡存水，減少停爐期間的腐蝕省煤器中的水由下而上流動，便于排除水中的氣體，防止管內(nèi)金屬的氧腐蝕煙氣一般自上而下流動，使煙氣與水逆向流動，增加傳熱溫差，提高傳熱效果。二、省煤器的結(jié)構(gòu)大容量、高參數(shù)鍋爐均采用鋼管式省煤器：3省煤器管組采用錯列布置方式時，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，且積灰減輕采用順列布置時，便于吹灰，且管組懸吊簡單省煤器管子的橫向節(jié)距s1的大小，受煙氣流速、工質(zhì)流速、受熱面堵灰、支吊等因素制約，一般取s1=（2~3）d管子縱向節(jié)距s2受彎頭部位管子彎曲半徑、結(jié)構(gòu)緊湊性因素的制約。彎頭半徑越小，管外側(cè)管壁就越薄，強度降低，一般取s2≥(1.5~2)d省煤器管組采用錯列布置方式時，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，且積4三、省煤器的布置現(xiàn)代大型鍋爐常采用懸吊式省煤器。省煤器出口聯(lián)箱上的引出管既可懸吊省煤器，又可懸吊過熱器和再熱器。省煤器可以采用水流方向與鍋爐前墻垂直或平行兩種布置方式。布置方式的不同將影響省煤器的水流速度和外部磨損等情況。三、省煤器的布置現(xiàn)代大型鍋爐常采用懸吊式省煤5第二節(jié)省煤器的主要參數(shù)和啟動保護一、省煤器中的水速二、省煤器的啟動保護三、省煤器出口水溫的選擇四、鍋爐給水系統(tǒng)

第二節(jié)省煤器的主要參數(shù)和啟動保護一、省煤器中的水速二、省6一、省煤器中的水速省煤器蛇形管中的水流速度大小，對管子金屬的溫度工況和管內(nèi)腐蝕有一定影響。當給水除氧不完全時，進入省煤器的水吸熱后放出氧氣，如果水速較低，氧氣將附著于金屬內(nèi)壁面上，造成局部的金屬腐蝕。對于水平管子，當水的流速大于0.5m/s時，可以避免金屬局部氧腐蝕。如果省煤器管內(nèi)達到沸騰狀態(tài)，則管內(nèi)是汽水混合物，此時水速較低容易發(fā)生汽水分層，即水在管子下部，而蒸汽在管子上部，與蒸汽接觸的金屬管壁的溫度較高，有可能發(fā)生超溫現(xiàn)象。在汽水分解面附近的金屬，由于水面上下波動，溫度時高時低，在水面附近產(chǎn)生交變的熱應力，容易引起金屬的疲勞破壞，因而蛇形管中水流速度應不低于1m/s。一、省煤器中的水速省煤器蛇形管中的水流速度大7二、省煤器的啟動保護鍋筒鍋爐啟動期間，省煤器的進水是不連續(xù)的。當停止進水時，省煤器中的水不流動，此時省煤器金屬管壁由于不能得到正常的冷卻而可能發(fā)生超溫。嚴重時造成爆管。

因此，在鍋爐啟動過程中，需要采取必要的措施，保證省煤器中的水產(chǎn)生流動。采用的方法是在省煤器進口管與鍋筒下降管之間裝設再循環(huán)管。二、省煤器的啟動保護鍋筒鍋爐啟動期間，省煤器81、自然循環(huán)鍋爐的省煤器再循環(huán)管鍋爐需要上水時，應先關閉再循環(huán)閥門，再打開進水閥門向鍋爐進水。否則，給水將由再循環(huán)管路進入下降管或鍋筒，破壞正常的水循環(huán)，造成水冷壁事故。同時，省煤器也可能由于失水得不到正常冷卻。上水完畢，應先關閉進水閥后才能打開再循環(huán)閥門。當鍋爐進入連續(xù)進水后，再循環(huán)閥門關閉，再循環(huán)管工作結(jié)束。1、自然循環(huán)鍋爐的省煤器再循環(huán)管鍋爐需要上水時，應先關閉92、控制循環(huán)鍋爐的省煤器再循環(huán)管當鍋爐停止進水，進水閥關閉后，打開再循環(huán)閥門。這種再循環(huán)系統(tǒng)中，由于受到再循環(huán)泵壓力和汽水密度差產(chǎn)生的循環(huán)推動力兩種力的作用，省煤器管中水流速比較高。當停止向鍋爐進水時，先關閉進水閥門，再打開再循環(huán)閥。否則，給水將進入下降管系統(tǒng)，破壞水冷壁正常的水循環(huán)。若給水進入再循環(huán)泵，將對水泵造成損壞，而且省煤器也可能失水而燒壞。2、控制循環(huán)鍋爐的省煤器再循環(huán)管當鍋爐停止進水，進水閥10三、省煤器出口水溫的選擇對高壓以上的鍋爐，省煤器均采用非沸騰式，即省煤器出口水溫有一定的欠焓值，避免省煤器中發(fā)生汽化。以保證省煤器管中的水流量分配均勻，且使水在進入水冷壁管時不發(fā)生汽化，保證水冷壁入口的水流量分配均勻，提高水循環(huán)的安全性。對于控制循環(huán)鍋爐，省煤器出口水溫必須保持較大的欠焓，并將省煤器出口的水直接引入鍋筒的下降管入口處，以保證水進入再循環(huán)水泵時不發(fā)生汽化，防止汽蝕。一般要求省煤器出口水溫欠溫60℃。對直流鍋爐，省煤器出口水約需要380kJ/kg的欠焓，才能保證給水進入水冷壁管子時流量分配較為均勻。三、省煤器出口水溫的選擇對高壓以上的鍋爐，省煤器均采用11四、鍋爐給水系統(tǒng)現(xiàn)代大容量火力發(fā)電廠中，鍋爐機組基本為單元制機組，給水管道系統(tǒng)一般也采用單元給水管道系統(tǒng)。單元制系統(tǒng)中，給水從除氧器水箱中被前置泵抽吸并升壓后，送入主給水泵。一般在單元機組系統(tǒng)中，配置一臺或兩臺供主機滿負荷流量的汽動泵，再配一臺電動水泵作為備用。電動給水泵容量為主機出力的30%~50%，采用液力耦合器調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，可實現(xiàn)無節(jié)流損失的變速調(diào)節(jié)。一般在機組啟動初期采用電動給水泵，待機組升壓至一定參數(shù)后，汽源有保證時投入汽動給水泵，汽動給水泵的汽源可來自主汽輪機抽汽或其他汽源。四、鍋爐給水系統(tǒng)現(xiàn)代大容量火力發(fā)電廠中，鍋爐12給水經(jīng)過給水泵中升壓后進入高壓加熱器，然后經(jīng)過給水管道上的主閘閥，沿兩條通道進入鍋爐省煤器。一般在給水泵后應裝設止回閥和減負荷閥。在給水泵啟動或低負荷運行時，減負荷閥開啟，使部分給水又可回到除氧器儲水箱中形成再循環(huán)。這樣，在啟動初期鍋爐進水量較少時避免了給水泵因輸水量較少而汽化，防止水泵發(fā)生汽蝕。給水經(jīng)過給水泵中升壓后進入高壓加熱器，然后經(jīng)13在給水泵系統(tǒng)高壓加熱器處有旁路裝置，在高壓加熱器發(fā)生故障時，入口保護動作將水流切換到旁路管中，此時最后一級加熱器出口閥門將自動關閉，給水從旁路繼續(xù)向鍋爐供水。當高壓加熱器和旁路管道均不能投入運行時，則可通過圖中管道6向鍋爐供水，管道6稱為冷水供水管道。在鍋爐啟動進水時或者鍋爐清洗時，可利用切換大旁路管道10向鍋爐進水。在給水泵系統(tǒng)高壓加熱器處有旁路裝置，在高壓加熱14給水進入省煤器后的流程如圖所示.。給水進入省煤器后的流程如圖所示.。15第三節(jié)空氣預熱器的型式空氣預熱器利用了煙氣余熱，使排煙溫度降低，提高了鍋爐的熱效率。同時，強化了著火和燃燒過程。一、管式空氣預熱器二、回轉(zhuǎn)式空氣預熱器第三節(jié)空氣預熱器的型式空氣預熱器利用了煙氣余16一、管式空氣預熱器管式空氣預熱器常用于中、小型鍋爐，它是由直徑40~51mm，壁厚1.25~1.5mm的有縫薄鋼直管與錯列開孔的上下管板焊接而成，形成立體管箱。對燃煤鍋爐，為了減輕積灰，采用立式布置，煙氣在管內(nèi)縱向流動，空氣在管外橫向流動。對于燃油鍋爐，為了提高管壁溫度，減輕腐蝕，采用臥式布置，空氣在管內(nèi)縱向流動，煙氣在管外橫向流動。兩種布置都是交叉換熱方式。一、管式空氣預熱器管式空氣預熱器常用于中、小17為使傳熱更接近于逆流傳熱，常采用如圖（a）所示的多次交叉型式，即在管箱中加中間管板形成多次交叉通道，管式空氣預熱器管箱高度與空氣（或煙氣）流速與管箱抗振動能力有關。采用多通道雙面或多面進風可使進風面積增加，空氣阻力減小。為使傳熱更接近于逆流傳熱，常采用如圖（a）所示18適當提高煙氣流速，不僅可提高空氣預熱器煙氣側(cè)的放熱系數(shù)，而且有較強的自吹灰能力。一般空氣預熱器中煙氣流速取10~14m/s為宜。當流速相同時，橫向沖刷管子的空氣比縱向沖刷管子的煙氣的放熱系數(shù)大，因而空氣流速應比煙氣流速低一些，以使管子內(nèi)外側(cè)的放熱系數(shù)接近，提高傳熱效果。根據(jù)經(jīng)驗，空氣流速應該是煙氣流速的0.4~0.55倍為宜。管式空氣預熱器管子一般為錯列布置，管子對角方向的最小間隙Δ應不小于10mm。Δ過大，會使管箱體積增大，Δ過小，會增加流動阻力。適當提高煙氣流速，不僅可提高空氣預熱器煙氣側(cè)的19管式空氣預熱器管箱上管板與鍋爐鋼架之間用膨脹補償器聯(lián)結(jié)，用以補償部件間受熱膨脹時的相對位移，防止空氣預熱器的漏風。管式空氣預熱器進口煙溫應低于上管板鋼材的允許溫度，避免管板超溫變形而造成大量漏風。管式空氣預熱器管箱上管板與鍋爐鋼架之間用膨脹補20二、回轉(zhuǎn)式空氣預熱器其主要缺點是漏風量較大，對密封結(jié)構(gòu)要求較高。與管式空氣預熱器相比，回轉(zhuǎn)式空氣預熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省鋼材、耐腐蝕性好和受熱面受到磨損和腐蝕時不增加空氣預熱器的漏風量等優(yōu)點，在相同體積內(nèi)，回轉(zhuǎn)式空氣預熱器可布置的受熱面積是管式空氣預熱器的6~8倍。在相同煙溫條件下，回轉(zhuǎn)式空氣預熱器波形受熱元件的厚度大，壁溫較高，并可采用耐腐蝕材料，因此腐蝕相對較輕?；剞D(zhuǎn)式空氣預熱器是大型電站鍋爐常采用的設備，其受熱面為蓄熱式。二、回轉(zhuǎn)式空氣預熱器其主要缺點是漏風量較大，21受熱面波形板裝于圓形筒體內(nèi)，圓形筒體被鋼板分隔成若干個扇形倉格，每個扇形倉格內(nèi)裝滿由金屬薄板制成的波形板組件，波形板組件稱為預熱器蓄熱板，蓄熱板一般由厚度0.5~1.25mm的薄鋼板軋制成波形板和定位板，并要求板上斜波紋與氣流方向成30°夾角，以增強氣流擾動而改善傳熱效果。定位板不僅可以蓄熱，而且可固定波形板之間的距離，使氣流有一定的通流截面。一般蓄熱板分三層安裝，最上部一層稱為熱端、中間一般稱為中間熱端，最下部一層稱為冷端。冷端部件煙氣溫度較低，容易發(fā)生低溫腐蝕和粘聚性積灰。上、中兩部分采用厚度0.6mm普通鋼板制造的波形板，而下部則采用厚度為1.2mm的耐腐蝕鋼板或其他耐腐材料制造的蓄熱板。受熱面波形板裝于圓形筒體內(nèi)，圓形筒體被鋼板分隔成22回轉(zhuǎn)式空氣預熱器根據(jù)轉(zhuǎn)動部件不同分為受熱面旋轉(zhuǎn)和風罩旋轉(zhuǎn)兩種。國內(nèi)電站鍋爐多數(shù)采用受熱面旋轉(zhuǎn)式的空氣預熱器。正常運行時，其轉(zhuǎn)速為1.17r/m，轉(zhuǎn)速變化范圍為0.25~1.23r/m。受熱面回轉(zhuǎn)式空氣預熱器由轉(zhuǎn)子和靜子兩部分組成，轉(zhuǎn)子由中心軸、上下部軸承、徑向和橫向隔板及內(nèi)部裝置的蓄熱板組成。由密封區(qū)將煙氣和空氣隔開，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時煙氣區(qū)蓄熱板被加熱，轉(zhuǎn)至空氣區(qū)蓄熱板放熱并加熱空氣?；剞D(zhuǎn)式空氣預熱器根據(jù)轉(zhuǎn)動部件不同分為受熱面旋轉(zhuǎn)23回轉(zhuǎn)式空氣預熱器中煙氣通道一般占總受熱面積的50%，空氣通道占總面積的30%~40%，其余部分為密封區(qū)，用以防止漏風。徑向隔板將轉(zhuǎn)子劃分為若干個扇形空間，橫向隔板將扇形空間劃分為若干個扇形倉格，蓄熱板組裝成扇形組件，安裝在扇形倉格內(nèi)，由轉(zhuǎn)子下端的支承桿支承。此種結(jié)構(gòu)在更換受熱面時十分方便。為減少漏風量，受熱面旋轉(zhuǎn)的空氣預熱器的密封系統(tǒng)由徑向密封、軸向密封、旁路密封和轉(zhuǎn)子中心筒密封等系統(tǒng)。另外還設置了熱態(tài)扇形板徑向密封間隙控制系統(tǒng)，可自動跟蹤并調(diào)節(jié)熱端上部徑向密封間隙，有效地減少了由于熱態(tài)蘑菇變形引起的漏風量的增加，每臺空氣預熱器在煙氣側(cè)裝有伸縮式吹灰器和固定清洗裝置?；剞D(zhuǎn)式空氣預熱器中煙氣通道一般占總受熱面積的524三分倉式受熱面轉(zhuǎn)動空氣預熱器由三對扇形板形成的密封區(qū)將受熱面分為一次通道、二次通道、煙氣通道。每個密封區(qū)所占角度為15°，一次風通道所占角度35°，二次風通道為115°，煙氣通道為165°。其密封系統(tǒng)由軸向密封、徑向密封、環(huán)向密封三部分組成。三分倉式受熱面轉(zhuǎn)動空氣預熱器由三對扇形板形成的25*第四節(jié)回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的漏風和熱變形一、攜帶漏風和密封漏風二、空氣預熱器的密封裝置（以三分倉為例）三、回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的熱變形*第四節(jié)回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的漏風和熱變形一、攜帶漏風和密26一、攜帶漏風和密封漏風

回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的漏風主要包括攜帶漏風和密封漏風兩種。由于轉(zhuǎn)子蓄熱體內(nèi)有空間，在轉(zhuǎn)動過程中不可避免的會將部分空氣帶人煙氣，這部分漏風稱為攜帶漏風，攜帶漏風量一般不會超過１％。由于空氣側(cè)為正壓，煙氣側(cè)為負壓，在壓差作用下空氣會通過密封裝置的間隙漏入煙氣中，這部分漏風稱為密封漏風。密封漏風主要取決于密封裝置的嚴密程度以及煙氣側(cè)和空氣側(cè)的壓差，設計和安裝良好的回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的密封漏風量一般為8%~10%。漏風嚴重時可達20%~30%。漏風不僅會使排煙熱損失增大，通風電耗增加，嚴重時會造成爐膛內(nèi)助燃空氣量不足，從而影響鍋爐的出力。一、攜帶漏風和密封漏風回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的漏風主要包括攜27二、空氣預熱器的密封裝置（以三分倉為例）三分倉式受熱面轉(zhuǎn)動空氣預熱器由三對扇形板形成的密封區(qū)將受熱面分為一次通道、二次通道、煙氣通道。每個密封區(qū)所占角度為15°，一次風通道所占角度35°，二次風通道為115°，煙氣通道為165°。其密封系統(tǒng)由軸向密封、徑向密封、環(huán)向密封三部分組成。二、空氣預熱器的密封裝置（以三分倉為例）三分28徑向密封系統(tǒng)是由熱端扇形板、熱端徑向密封片和冷端扇形板及徑向密封片組成，用于阻止熱冷端面與扇形板之間因壓差而存在漏風。徑向密封片由螺栓固定在受熱面徑向隔板的冷熱端部，它與扇形板共同組成徑向密封系統(tǒng)。安裝時應通過調(diào)整徑向密封片的高度，使之與扇形板保持合理的間隙即可。徑向密封系統(tǒng)是由熱端扇形板、熱端徑向密封片和冷29軸向密封裝置由軸向密封片、軸向密封板組成。軸向密封片沿轉(zhuǎn)子的軸向高度布置并由螺栓固定于扇形倉格徑向隔板的軸向外緣，與轉(zhuǎn)子一同轉(zhuǎn)動。軸向密封板由三塊弧形板和調(diào)整裝置組成，弧形板裝置在主殼體與扇形密封板對應的軸向方向上，通過外部的螺栓來調(diào)整軸向密封板與軸向密封片的間隙，可防止空氣從密封區(qū)轉(zhuǎn)子外側(cè)漏入煙氣中軸向密封裝置由軸向密封片、軸向密封板組成。軸向30環(huán)向密封裝置也稱旁路密封。環(huán)向密封在轉(zhuǎn)子冷熱端面的整個外側(cè)圓周上，由旁路密封片與“T”型鋼組成?！癟”字鋼連接在轉(zhuǎn)子外圓周的角鋼上，旁路密封片由螺栓固定在轉(zhuǎn)子外圍的靜止部位。運行時“T”字鋼與轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動，而旁路密封片為靜止不動的。環(huán)向密封是為阻止空氣沿轉(zhuǎn)子外表面和主殼內(nèi)表面之間的動靜部件間隙通過的密封裝置。環(huán)向密封裝置也稱旁路密封。環(huán)向密封在轉(zhuǎn)子冷熱31三、回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的熱變形

回轉(zhuǎn)式空氣預熱器在熱態(tài)運行時，煙氣自上而下流動，煙氣溫度逐漸降低。空氣自下而上流動，空氣溫度逐漸升高。由于轉(zhuǎn)子熱端溫度較高而冷端溫度較低，使熱端膨脹量大于冷端膨脹量，再加上轉(zhuǎn)子本身重量，轉(zhuǎn)子就會發(fā)生蘑菇狀變形。冷熱端的溫差越大，蘑菇狀變形越嚴重，轉(zhuǎn)子與扇形密封板之間的間隙增大，漏風量將增加。三、回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的熱變形回轉(zhuǎn)式空氣預熱器32回轉(zhuǎn)式空氣預熱器均裝設有密封自動控制系統(tǒng)，能在不同運行工況時，將密封間隙控制在最小值，使漏風量達到最小。密封自動控制系統(tǒng)由可彎曲扇形板、傳感器機械傳動和電器控制等部分組成。可彎曲扇形板右側(cè)在外力作用下可產(chǎn)生的變形曲線與轉(zhuǎn)子受熱時蘑菇變形曲線非常接近，使徑向密封間隙控制在1mm之內(nèi)，最大間隙不超過3.5mm。回轉(zhuǎn)式空氣預熱器均裝設有密封自動控制系統(tǒng)，能在33可彎曲扇形板的外力由傳動連接裝置中的千斤頂施加。當千斤頂向下施加外力時，通過傳動連接裝置密封面就可彎曲，形成近似于轉(zhuǎn)子下垂時的形狀相一致的曲面。可彎曲扇形板彎曲量的大小由機械傳感器控制：可彎曲扇形板的外力由傳動連接裝置中的千斤頂施加34運行實踐表明，造成回轉(zhuǎn)式空氣預熱器漏風的最主要因素是由于受熱面蘑菇狀變形引起熱端扇形板與徑向密封片間隙過大，由此原因造成的漏風量占空氣預熱器漏風量的30%-50%，因此必須嚴格控制扇形板與徑向密封片之間的間隙。間隙過大，漏風量增加，間隙過小，摩擦阻力增加，嚴重時可能發(fā)生卡澀現(xiàn)象，或使驅(qū)動電動機電流增大。運行中主要采取控制可彎曲扇形板向下或向上的移動量，使間隙在3.2mm之內(nèi)為宜。造成回轉(zhuǎn)式空氣預熱器漏風的另一個重要原因時冷端徑向密封系統(tǒng)。由于冷端扇形板為不可彎曲、不可調(diào)的，發(fā)生蘑菇狀變形時會引起扇形板和密封片之間間隙改變，從而使漏風量改變。因此，在安裝和檢修時應嚴格控制冷端扇形板與密封片的間隙，并留有移動的膨脹量。如某臺600MW機組要求冷端間隙約54mm，當空氣預熱器轉(zhuǎn)子在熱態(tài)發(fā)生蘑菇狀變形時，這個間隙變小，漏風量也就減少了。近年來，國外一些公司將空氣預熱器原來的24個隔倉結(jié)構(gòu)改為48個隔倉結(jié)構(gòu)，因為冷熱端的徑向、軸向密封片為24片時，運行中某一時刻起密封作用的基本上只是一片，而改為48片后，可保證每一時刻都有2片密封片起密封作用，漏風阻力增加，密封效果明顯改善。運行實踐表明，造成回轉(zhuǎn)式空氣預熱器漏風的最主要35第五節(jié)尾部受熱面的磨損、積灰和腐蝕一、省煤器的磨損二、省煤器的積灰

三、空氣預熱器的低溫腐蝕及對策四．空氣預熱器的堵灰及對策

第五節(jié)尾部受熱面的磨損、積灰和腐蝕一、省煤器的磨損36一、省煤器的磨損1、飛灰磨損的機理2、影響磨損的主要因素3、減輕和防止磨損的措施一、省煤器的磨損1、飛灰磨損的機理371、飛灰磨損的機理攜帶有灰粒和未完全燃燒燃料顆粒的高速煙氣通過受熱面時，固體粒子對受熱面的每次撞擊都會剝離掉極微小的金屬屑，從而逐漸使受熱面管壁變薄，這就是飛灰對受熱面的磨損。對省煤器而言，其進口溫度一般已降到450℃左右，灰粒已較硬，管子更容易受到磨損。顆粒對受熱面的撞擊可分為垂直方向（法線方向）分力和切向方向（切線方向）分力。垂直方向撞擊可使管壁表面產(chǎn)生微小的塑性變形或顯微裂紋，稱為撞擊磨損。切向撞擊則引起顆粒對管壁表面產(chǎn)生微小的切削作用，造成摩擦磨損。大量灰粒長期反復撞擊，產(chǎn)生上述兩類磨損的綜合結(jié)果，使得沖擊角度在30°~50°范圍內(nèi)的金屬管壁磨損最為嚴重。磨損量常用管壁最大磨損厚度Emax來表示，可由經(jīng)驗公式估算，1、飛灰磨損的機理攜帶有灰粒和未完全燃燒燃料顆38式中a——與煤灰磨損特性及管束結(jié)構(gòu)有關的磨損系數(shù)，由試驗確定，可取14×10-9mm·s3/（g·h）；kμ，kw——飛灰濃度和煙氣速度場不均勻系數(shù)；μ——管束計算斷面處煙氣的飛灰濃度，g/m3

w——管束間最窄截面處煙氣流速，m/s——鍋爐運行時間，h；kD——鍋爐額定負荷時煙速與平均運行負荷時煙速的比值，對D≥120t/h的鍋爐，KD=1.15M——管材的抗磨系數(shù)，碳鋼管M=1，合金鋼管M=0.7η——灰粒碰撞管壁的頻率因子式中a——與煤灰磨損特性及管束結(jié)構(gòu)有關的磨損系數(shù)，由試驗確39在實際運行中，并不是全部灰粒均會撞擊管壁，而是有部分灰粒繞過管壁而沒有撞上管壁，故碰撞頻率因子η<1。η值的大小與St準則數(shù)有關：圖8-21式中ρh，ρ——灰粒和煙氣的密度，㎏/m3；dh，d——灰粒和管子的直徑，m；w——煙氣流速，m/s；v——煙氣的運動黏度系數(shù)，m2/s。在實際運行中，并不是全部灰粒均會撞擊管壁，而是402、影響磨損的主要因素（1）煙氣的流動速度。鍋爐煙道中受熱面管壁的磨損程度，與飛灰顆粒的動能和飛灰撞擊的頻率成正比。而灰粒的動能與灰粒速度成二次方關系，撞擊頻率與灰粒速度的一次方成正比。因此，管壁的磨損量與飛灰顆粒沖擊速度成三次方關系。在實際運行中，由于灰粒與煙氣之間有較大的滑移速度，又難以求得灰粒的實際沖擊速度，常用煙氣流動速度代替灰粒沖擊速度。顯然，煙氣流動速度越高，磨損越嚴重。2、影響磨損的主要因素（1）煙氣的流動速度。41（2）灰粒的特性和飛灰濃度?；伊５男螤顚δp程度有較大的影響。灰粒有銳利的棱角時比呈圓形的灰粒磨損較為嚴重。而灰粒的直徑越大，磨損也加重。飛灰的濃度增加，單位時間內(nèi)灰粒撞擊管壁的頻率增加，磨損加重。當灰粒中SiO2含量增加時，磨損也加重。（2）灰粒的特性和飛灰濃度?；伊５男螤顚δp42（3）管束排列方式和沖刷方式。灰粒對管壁圓周各處沖擊磨損是不同的，對于順列或錯列布置的第一排管，最大磨損位置在迎風面兩側(cè)圓心角θ等于45°~60°。.對錯列布置的第二排管，最大磨損位置在θ等于30°~45°。管式空氣預熱器中煙氣是縱向流動，僅在煙氣進口處管子磨損較為嚴重。對于順列布置的管束，第一排管子磨損較為嚴重，而第二排以后的管子相對較輕。當煙氣橫向沖刷管束時，對于錯列布置的管束，第二排的磨損量比第一排的要大約兩倍。這是因為第二排的每根管子正對第一排管的兩管之間，煙氣進入管束后流通截面變小而煙氣流速加大使磨損加重。以后各排的磨損量也均大于第一排，但小于第二排。（3）管束排列方式和沖刷方式。灰粒對管壁圓43（4）氣流運動方向。當煙氣流自上而下流動時，灰粒在重力作用下其速度可能大于煙氣速度，從而加重了沖擊磨損的程度。而當煙氣自下而上流動時，在重力作用下灰粒速度降低，對管壁的磨損將會減輕。（4）氣流運動方向。當煙氣流自上而下流動時，44（5）管壁材料和壁溫。管壁材料的硬度Hb和灰粒硬度Hh的比值與管壁的磨損量有關。當Hb/Hh<0.5～0.8時稱為硬磨料磨損，管壁容易被磨損。當Hb/Hh≥0.5～0.8時，稱為軟磨料磨損。采用硬度較高管材可減少磨損。運行中管壁溫度的高低也會影響磨損程度。因為管壁表面存在著一層氧化膜，其硬度超過管壁金屬，當管壁溫度升高時，氧化膜硬度增大，使磨損減輕。但壁溫過高會使氧化膜膨脹而與金屬分離，使磨損量有所增加。這主要是金屬與氧化膜膨脹系數(shù)不同所致。（5）管壁材料和壁溫。管壁材料的硬度Hb和灰45（6）煙氣成分。在煙氣溫度低于250℃時，煙氣中的腐蝕氣體SO2、O2、H2O、H2S等將對管壁產(chǎn)生腐蝕作用。當金屬溫度在300℃以上時，煙氣中的SO2、O2與壁面的氧化鐵作用生成SO3，產(chǎn)生硫酸鹽型腐蝕。當腐蝕層被灰粒沖掉時，暴露的金屬再次發(fā)生腐蝕，形成腐蝕與磨損交替循環(huán)，使總磨損速度加快幾倍。（6）煙氣成分。在煙氣溫度低于250℃時，煙46（7）煙氣走廊。在布置對流受熱面時，考慮到管束受熱膨脹等問題，省煤器蛇形管彎頭與爐墻之間留有幾十毫米的間隙。此間隙處流動阻力小，煙氣流速大于此煙道斷面上平均煙氣流速，稱此間隙為煙氣走廊。在煙氣走廊內(nèi)煙氣流量不斷增加，煙氣流速不斷提高。煙氣流量的增加一部分來自走廊進口處煙氣的橫向流動，另一部分來自管束間煙氣的橫向流動。因為在管束的阻力大于走廊處的阻力，煙氣自動向阻力小的走廊處流動，導致管束彎頭處磨損加劇。（7）煙氣走廊。在布置對流受熱面時，考慮到管473、減輕和防止磨損的措施（1）選擇合理的煙氣流速。由于磨損量與煙氣流速的3次方成正比，煙速增加1倍，磨損量將增加約10倍，因此，在鍋爐設計時應選擇合理的煙氣流速，以減輕磨損，并防止積灰。一般應控制尾部受熱面中煙氣流速不大于9m/s。3、減輕和防止磨損的措施（1）選擇合理的煙氣流速。48（2）采用防磨裝置。在尾部煙道中受熱面磨損較嚴重部位加裝防磨裝置是重要的防磨措施之一。如在第一排和第二排管的通風面裝設防磨護瓦；在煙氣走廊處受熱面加裝防磨護簾；在煙氣走廊進口處加裝梳形管和護瓦來減輕磨損。梳形管可使進口煙氣阻力均衡，護瓦則可防止管束間煙氣橫向流動，兩者組合可更好地降低煙氣走廊中的煙氣流速和磨損。在轉(zhuǎn)彎處加裝導向板裝置，可使煙氣流速和飛灰濃度均勻。對磨損較嚴重的部位，在設計制造時也可以采用厚壁管，延長被磨損時間，使受熱面使用壽命增加。（2）采用防磨裝置。在尾部煙道中受熱面磨損較49（3）采用擴展受熱面。采用膜式省煤器、鰭片式省煤器和螺旋肋片式省煤器可以減輕磨損。采用膜式、鰭片式和螺紋肋片式擴展表面省煤器可強化煙氣側(cè)傳熱。在金屬消耗量和通風電耗相同條件下，可使省煤器占有空間大大下降。在煙道截面不變的條件下，擴展表面省煤器占有空間小，可采用較大的橫向節(jié)距使煙氣流通截面增大，煙氣流速下降，從而較大程度地減輕磨損。但鰭片或肋片部位容易積灰。（3）采用擴展受熱面。采用膜式省煤器、鰭片式50（4）其他措施。加裝沉降式灰斗除塵器、沖擊式粉塵除塵器、百葉窗式除塵器，在煙氣進入尾部煙道前除去部分飛灰或大顆粒飛灰，也可以減輕受熱面磨損。鍋爐運行中，采用較低的過量空氣系數(shù)，盡量減少各受熱面的漏風量，使煙氣流速降低，可以減輕磨損。同時，嚴格控制煤粉細度，減小灰粒直徑，可降低灰粒沖擊磨損力，減輕管子磨損。#3-15（4）其他措施。加裝沉降式灰斗除塵器、沖擊式51二、省煤器的積灰

1、積灰形成的原因在鍋爐的運行中，當含灰煙氣在流經(jīng)受熱面時部分灰粒沉積在受熱面上的現(xiàn)象稱為積灰。由于煙氣進入尾部煙道時，煙氣溫度低于700℃以下，煙氣中已無熔化的灰粒，堿金屬氧化物蒸汽已凝結(jié)完畢，省煤器上的積灰大多為疏松的積灰，用吹灰器可以消除積灰。煙氣中灰粒的直徑大多在10～30um以下的范圍內(nèi)，沉積在受熱面上的大多數(shù)為10um以下的細小灰粒。當含灰氣流橫向流過管子時，背風面上產(chǎn)生旋渦，較大直徑的灰粒在慣性作用下不會被卷吸到管子背風面上，而細小灰粒被旋渦卷吸到管子背風面上并沉積在管壁上，所以，管子背風面最容易積灰，而正面很少積灰。這是因為迎風面受大灰粒的沖刷的緣故。只有煙氣流速較低時管子迎風面才會發(fā)生灰粒的沉積。管子兩側(cè)受飛灰的沖刷磨損，一般不會發(fā)生積灰。二、省煤器的積灰1、積灰形成的原因在鍋爐的52灰粒在管壁上的沉積在最初階段是很快的，但達到動態(tài)平衡狀態(tài)后基本不再變化。這時，一方面細灰在沉積，另一方面煙氣大直徑灰粒又將其剝離管壁，達到灰粒的沉積和被剝離處于動態(tài)平衡狀態(tài)。只有當煙氣流動速度發(fā)生變化，才會破壞這種動態(tài)平衡，直到建立新的動態(tài)平衡為止。實驗證明，積灰的程度與煙氣流動速度有關。當煙氣流速較高時，背風面積灰逐漸減少，迎風面基本無積灰。煙氣流速不同時，受熱面上積灰的情況如右圖所示?；伊Ｔ诠鼙谏系某练e在最初階段是很快的，但達到動53管子的排列方式和節(jié)距對積灰有較大的影響，因為排列方式和節(jié)距將會影響到煙氣流動速度和沖刷方式。當管束順列布置時，管子的背風面不易受到灰粒的沖刷，第二排管以后的管子迎風面也不易受到灰粒的沖刷，故積灰較為嚴重。當管節(jié)距較小時，相鄰管子之間的積灰搭橋，會造成局部堵灰。當管束錯列布置時，由于管子的背風面也受到氣流和灰粒的沖刷作用，積灰相對較輕。當適當減小縱向節(jié)距時，背風面沖刷作用加強，積灰將進一步減輕。管子的排列方式和節(jié)距對積灰有較大的影響，因為排542、防止和減輕積灰的主要措施（1）在設計時選擇合理的煙氣流動速度，使積灰減輕。為防止鍋爐在低負荷下運行時煙氣流動速度過低，額定負荷時的煙氣流動速度應不低于5～6m/s。對煙氣橫向沖刷的管束，額定負荷時的煙氣流束應不低于6m/s，在低負荷時煙氣流速不低于3m/s。當煙氣流縱向沖刷管束時，應使煙氣流速不低于8m/s，以保持較高的換熱特性，并防止發(fā)生嚴重的積灰。（2）采用吹灰裝置。由于省煤器上的積灰多為松散積灰，使用吹灰器可以清除積灰。（3）采用合理的結(jié)構(gòu)和布置方式。省煤器采用錯列布置，并適當減小縱向節(jié)距，增強氣流擾動，減少積灰。采用膜式省煤器和鰭片式省煤器，可增強傳熱，減輕磨損，減少積灰。2、防止和減輕積灰的主要措施（1）在設計時選擇合理的煙氣流55三、空氣預熱器的低溫腐蝕及對策煙氣中的水蒸氣和硫酸蒸汽進入低溫受熱面時，與溫度較低的受熱面金屬接觸，并可能發(fā)生凝結(jié)而對金屬壁面造成腐蝕。對管壁溫度較低的管式空氣預熱器的低溫段和金屬溫度較低的回轉(zhuǎn)式空氣預熱器冷端，均是容易發(fā)生低溫腐蝕的部位。對管式空氣預熱器低溫腐蝕將使管壁穿孔，使大量空氣漏入煙氣中，造成送風量不足，爐內(nèi)不完全燃燒熱損失增加，鍋爐熱效率降低。1、影響低溫腐蝕的主要因素2、減輕和防止低溫腐蝕的措施三、空氣預熱器的低溫腐蝕及對策煙氣中的水蒸氣和硫酸蒸561、影響低溫腐蝕的主要因素（1）SO3的形成。（2）煙氣露點。（3）硫酸濃度和凝結(jié)酸量。（4）受熱面金屬溫度的影響。1、影響低溫腐蝕的主要因素（1）SO3的形成。57（1）SO3的形成。燃料當中的硫在燃燒時形成SO2，在高溫下被分解的自由氧原子[O]與SO2作用生成SO3。因此，火焰溫度越高，過量空氣系數(shù)越大，生成的SO3也會越多。而SO3與水蒸氣作用會形成硫酸蒸汽，煙氣中硫酸蒸汽的凝結(jié)溫度稱為酸露點，當金屬溫度低于或接近酸露點時，硫酸蒸汽就會凝結(jié)下來腐蝕金屬，并可能大量粘灰形成堵灰。煙氣當中的硫酸蒸汽主要來自燃燒反應形成的SO3。隨著燃料中硫含量的增加，煙氣中SO3含量增加，對受熱面腐蝕越嚴重。（1）SO3的形成。燃料當中的硫在燃燒時形成58（2）煙氣露點。由于煙氣中水蒸氣含量一般為10%～15%，其分壓力約為0.01～0.012MPa，水蒸氣的露點溫度僅為45～54℃，因此，在現(xiàn)代鍋爐正常排煙溫度范圍內(nèi)一般不會發(fā)生水蒸氣的凝結(jié)。當煙氣中有SO3并與水蒸氣作用生成硫酸蒸汽時，煙氣中硫酸蒸汽凝結(jié)的溫度稱為酸露點或煙氣露點。它比水露點高的多，而且煙氣中硫酸蒸汽含量越高，其酸露點也越高，可達140～160℃甚至更高。煙氣對受熱面的腐蝕常用酸露點的高低來表示，酸露點越高，說明在較高煙溫下硫酸蒸汽即可凝結(jié)，腐蝕也就越嚴重。（2）煙氣露點。由于煙氣中水蒸氣含量一般為159酸露點與燃料中含硫量及單位時間內(nèi)送入鍋爐內(nèi)總的熱量有關，兩者對酸露點的影響綜合起來可以用收到基折算硫分Sar,zs來表示。顯然，Sar,zs值越高，燃燒生成的SO2越多，而SO3也將隨之增高，并使煙氣露點溫度升高。不同燃料，不同燃燒方式下，煙氣露點與折算硫分關系的工業(yè)試驗結(jié)果如下圖所示。酸露點與燃料中含硫量及單位時間內(nèi)送入鍋爐內(nèi)總的60綜合考慮燃料特性及燃燒方程式影響的煙氣露點溫度的經(jīng)驗公式為式中tld，tsl——煙氣露點和水露點溫度，℃；Sar,zs，Aar,zs——煤的收到基折算硫分和灰分，%；afh——飛灰系數(shù)，對煤粉爐，取afh=0.85運行中應使金屬溫度比煙氣露點高10～20℃，可以減輕腐蝕。由圖可知，燃用固體燃料時，煙氣中飛灰粒子所含的鈣和其他堿金屬化合物可吸收部分硫酸蒸汽，從而降低了煙氣中硫酸蒸汽的濃度，使酸露點也有所降低。綜合考慮燃料特性及燃燒方程式影響的煙氣露點溫度的經(jīng)驗公式為61（3）硫酸濃度和凝結(jié)酸量。煙氣中SO3所占的容積雖然很小，但只要少量的硫酸蒸汽存在，就會使煙氣露點明顯升高，這就使得硫酸蒸汽更容易凝結(jié)。剛開始凝結(jié)時，凝結(jié)液中硫酸濃度很大，隨著一部分硫酸蒸汽凝結(jié)下來，煙氣中硫酸蒸汽濃度會有下降，煙氣露點也隨之降低，隨后凝結(jié)的硫酸濃度也跟著下降。因此，受熱面上凝結(jié)的硫酸濃度是隨溫度降低而逐漸降低的。開始凝結(jié)時產(chǎn)生的濃硫酸對鋼材的腐蝕作用較輕，當濃度下降至56％時，腐蝕速度達最高。隨著硫酸濃度進一步降低腐蝕速度也逐漸降低。（3）硫酸濃度和凝結(jié)酸量。煙氣中SO3所占62單位時間在管壁上凝結(jié)的硫酸量也是影響腐蝕速度的主要原因之一。一般當凝結(jié)酸量增加時，腐蝕速度也隨之加快。凝結(jié)酸量和腐蝕速度均與受熱面金屬溫度有關。由圖可知，受熱面金屬溫度不僅會影響硫酸的凝結(jié)量，而且隨著金屬溫度升高，化學反應速率加快，腐蝕速度增加。單位時間在管壁上凝結(jié)的硫酸量也是影響腐蝕速度的63（4）受熱面金屬溫度的影響由圖可知，腐蝕最嚴重的區(qū)域分為兩個：一個是壁溫在水露點附近腐蝕速度較快的區(qū)域；另一個是金屬壁溫約低于酸露點15℃附近的區(qū)域。在水露點和酸露點之間金屬壁溫不太高區(qū)域有一個腐蝕較輕的安全區(qū)，此區(qū)域內(nèi)腐蝕速度較低。圖中A點為受熱面金屬壁溫達煙氣露點時，硫酸蒸汽開始凝結(jié)，但由于酸量較少且硫酸濃度較高，雖然壁溫較高而腐蝕速度較低。B點為壁溫降低而硫酸凝結(jié)量多且濃度也降低，腐蝕速度逐漸達最大的強烈腐蝕濃度區(qū)。隨著壁溫降至C點，凝結(jié)硫酸量減少且濃度也降至弱腐蝕濃度區(qū)，此區(qū)腐蝕速度達到最低。當壁溫降至水露點時，除硫酸蒸汽外，水膜與煙氣中SO2作用會生成亞硫酸溶液H2SO3，而且煙氣中鹽酸HCl也會溶于水中，它們均會對金屬造成腐蝕作用。因此，雖然金屬壁溫較低，但腐蝕速度又加快。（4）受熱面金屬溫度的影響由圖可知，腐蝕最642、減輕和防止低溫腐蝕的措施（1）提高空氣預熱器金屬壁面溫度。（2）采用耐腐蝕材料。（3）采用低氧燃燒。（4）采用降低露點或抑制腐蝕的添加劑。（5）燃料脫硫。（6）采用回轉(zhuǎn)式空氣預熱器。2、減輕和防止低溫腐蝕的措施（1）提高空氣預熱器金屬壁面溫65（1）提高空氣預熱器金屬壁面溫度。提高空氣預熱器壁溫可減少硫酸蒸汽凝結(jié)量，并減緩低溫腐蝕。而壁面溫度的提高則需要提高排煙溫度和入口空氣溫度，這將使排煙熱損失提高。實際上提高空氣預熱器壁溫最常用的方法是提高入口空氣溫度，常采用如下三種方法：將空氣預熱器出口的部分熱風通過管道再送回空氣預熱器入口，使預熱器入口空氣溫度升高并提高金屬壁面溫度。圖中為管式空氣預熱器系統(tǒng)，對回轉(zhuǎn)式空氣預熱器也同樣適用。此方法可使冷空氣溫度達到50～65℃。（1）提高空氣預熱器金屬壁面溫度。提高空氣預66在空氣預熱器和送風機之間加裝暖風器作為前置式空氣預熱器。暖風器是利用汽輪機抽汽加熱空氣的面式加熱器，通過調(diào)節(jié)蒸汽流量來改變空氣出口溫度，而暖風器出口處蒸汽應全部凝結(jié)成水。這種方法也會使排煙溫度提高，鍋爐熱效率下降。但由于它利用了汽輪機的抽汽，減少了汽輪機的冷源損失，提高了熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性，也提高了循環(huán)熱效率，使全廠經(jīng)濟性下降不多。無論是采用熱風再循環(huán)，還是采用暖風器均會使風機電耗增加。在空氣預熱器和送風機之間加裝暖風器作為前置式空氣預熱器。暖風67采用熱管式空氣預熱器，目前主要采用重力式鋼水熱管。熱管外殼是能承受一定壓力的的細長圓鋼管，管內(nèi)保持約1～10-14Pa的真空度，管內(nèi)充有一定量的純水作為傳熱介質(zhì)。當煙氣對熱管加熱時，管中水受熱蒸發(fā)，流經(jīng)空氣側(cè)管段時放熱，蒸汽凝結(jié)成水又流回加熱段再次吸熱蒸發(fā)，反復循環(huán)。熱管可以垂直布置或傾斜布置。采用熱管式空氣預熱器，目前主要采用重力式鋼水熱管。熱管外68熱管可以作為管式空氣預熱器的前置式預熱器，也可以用熱管將管式空氣預熱器最下面一個置換段受熱面全部用熱管式空氣預熱器代替，這樣煙氣側(cè)和空氣側(cè)漏風量幾乎為零。這是因為熱管是緊密固定在煙氣通道和空氣通道之間的隔板上，空氣側(cè)不易發(fā)生腐蝕，煙氣側(cè)有個別熱管腐蝕損壞也不會造成漏風。熱管式空氣預熱器一般故障較少，運行時間長，但造價較貴。熱管可以作為管式空氣預熱器的前置式預熱器，也69（2）采用耐腐蝕材料。在燃用高硫分燃料的鍋爐中，管式空氣預熱器的低溫級置換段可采用耐腐蝕的玻璃管或其他耐腐蝕材