1、第十章 省煤器和空氣預(yù)熱器,鍋爐尾部受熱面或低溫受熱面,一、省煤器的作用 1利用鍋爐尾部煙氣的熱量加熱給水，提高進入汽包的給水溫度，減少蒸發(fā)受熱面； 2早期是為了降低排煙溫度，提高效率，蒸發(fā)受熱面 降低排煙溫度的幅度有限； 3高參數(shù)大容量鍋爐中，省煤器不可缺少； 4高壓以上鍋爐均有回?zé)嵫h(huán)，給水溫度升高，并有空氣預(yù)熱器，主要目的不僅是為了降低排煙溫度； 5.特點傳熱溫差大，強制對流，金屬消耗比蒸發(fā)受熱面少得多，價格低。,第一節(jié) 省煤器,二、省煤器的型式和結(jié)構(gòu) 省煤器：加熱鍋爐的給水，水平管圈,三、省煤器的支吊和布置方式 綜合考慮蛇型管圈中的水速及管外側(cè)的磨損程度，布置分為： 1）蛇型管垂直于前

2、墻布置：水速最低，但每根管均會受到磨損。 2）蛇型管平行于前墻布置：水速最高，僅磨損幾根管子，支吊不方便 3）蛇型管平行于前墻，雙側(cè)進水布置，水速適中，支吊方便。,支吊方式 1支承只用于小型鍋爐； 2懸吊集箱在煙道中，減少穿墻管的數(shù)目，以出水引出管為懸吊管，有利于熱膨脹，大型電站鍋爐普遍采用。,省煤器的啟動保護,一、省煤器中的水速 不低于1.0m/s 二、省煤器的啟動保護 再循環(huán)管，關(guān)閉進水閥門。 三、省煤器出口水溫的選擇 一般有不同的欠焓，下降管不帶汽，保證水循環(huán)的安全。,空氣預(yù)熱器一般是利用煙氣的熱量來加熱燃燒所需空氣的熱交換設(shè)備。由于它工作于煙氣溫度最低的區(qū)域，回收了煙氣的熱量，降低了排

3、煙溫度，因而提高了鍋爐效率。同時也由于空氣被預(yù)熱，提高了燃料與空氣的初始溫度，強化了燃料的著火和燃燒過程，減少了燃料不完全燃燒損失，進一步提高了鍋爐效率。此外，空氣預(yù)熱還能提高爐膛內(nèi)煙氣溫度，強化爐內(nèi)輻射換熱。因此，空氣預(yù)熱器已成為現(xiàn)代鍋爐的一個重要組成部分。,第二節(jié) 空氣預(yù)熱器,空氣預(yù)熱器的作用 1電站鍋爐用汽輪機抽汽預(yù)熱鍋爐給水，省煤器入口水溫很高，亞臨界鍋爐達(dá)260，鍋爐排煙溫度降低受限制，須利用空氣預(yù)熱器降低排煙溫度； 2磨制、烘干煤粉，改善燃料著火與燃燒，強化爐內(nèi)輻射換熱，要求將空氣加熱到較高的溫度，空氣預(yù)熱器是必須的。,一、空氣預(yù)熱器的型式,不同燃料和燃燒方式對預(yù)熱空氣溫度的要求,

4、完成低溫?zé)煔馀c空氣間的熱交換 氣體間的換熱方式 1）間壁式換熱通過壁面的導(dǎo)熱，冷熱流體不接觸 2）再生式換熱冷熱流體輪流接觸受熱面的蓄熱元件，也稱為蓄熱式 3）直接混合式冷熱流體直接混合交換熱量。,電站用空氣預(yù)熱器的分類,1、管式空氣預(yù)熱器 一）結(jié)構(gòu) 直徑為4051mm、壁厚為1.251.5mm的普通薄壁鋼管 密集排列、錯列布置，組成立方體型的管箱， 數(shù)個管箱排列在尾部煙道中。 二）主要特點 體積大，數(shù)倍于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，金屬耗量大，大機組布置困難； 易受腐蝕，損壞，不易更換，清灰困難，管板易發(fā)生變形； 漏風(fēng)較小，運行方便，但大機組應(yīng)用較少。,三）布置方式 1垂直布置 煙氣管內(nèi)縱向沖刷，空氣

5、管外橫向沖刷，須滿足煙氣及空氣流速的不同要求。 2水平布置 煙氣在管外，空氣在管內(nèi)，可以提高壁溫、減輕金屬腐蝕；采用較少。 鍋爐容量增大，管式空氣預(yù)熱器體積增加，鍋爐尾部布置困難。,2、回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器 大型電站鍋爐均采用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器 工作原理：再生式，煙氣和空氣交替地流過受熱面（蓄熱元件）放熱和吸熱。 兩種結(jié)構(gòu)：受熱面旋轉(zhuǎn)式（用的較多），風(fēng)罩旋轉(zhuǎn)式。 優(yōu)點：傳熱面密度高，尺寸小，重量輕； 煙氣側(cè)腐蝕小，受熱面溫度高，允許有較大磨損量和腐蝕量，易于布置。 缺點：存在漏風(fēng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造水平要求高，檢修復(fù)雜，運行維護多，耗電大。,一）受熱面回轉(zhuǎn)式 1結(jié)構(gòu) 1）可轉(zhuǎn)動的園筒型轉(zhuǎn)子，內(nèi)置蓄熱元件

6、； 2）固定的園筒型外殼，扇形頂板和底板將轉(zhuǎn)子流通截面分為兩部分，分別與固定的煙氣及空氣通道相連接； 3）轉(zhuǎn)子截面分三個區(qū)：煙氣流通部分約50%、空氣流通部分：約為30%、密封區(qū)：其余部分。 2工作過程 每分鐘旋轉(zhuǎn)14周。轉(zhuǎn)子受熱面順序通過煙氣側(cè)，吸熱升溫，通過空氣側(cè)放熱降溫，旋轉(zhuǎn)一周完成一個熱交換過程。,受熱面回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器主要組成部件包括：外殼轉(zhuǎn)子(內(nèi)裝傳熱元件的圓筒體)、外殼動靜部件間的密封裝置、主軸、上下部風(fēng)煙管口、上下橫梁、上下端板、傳動機構(gòu)、吹灰及沖洗裝置等。 VN型空氣預(yù)熱器是一種比較典型的旋轉(zhuǎn)再生式空氣預(yù)熱器（V表示豎直布置，vertical；N表示不可調(diào)密封）。,空預(yù)器的形

7、式： 二分倉空預(yù)器：空氣和煙氣分別通過二個不同的流通區(qū)域。 三分倉空預(yù)器：每個空預(yù)器分為三個分倉，煙氣、一次風(fēng)和二次風(fēng)。 四分倉空預(yù)器：每個空預(yù)器分為四個分倉，分別為煙氣、一次風(fēng)和二個二次風(fēng)。 同心式空預(yù)器（也稱為中心環(huán)套空預(yù)器）：內(nèi)環(huán)為一次風(fēng)/煙氣的二分倉空預(yù)器，外環(huán)為二次風(fēng)/煙氣的環(huán)裝二分倉空預(yù)器。,空氣預(yù)熱器選型的考慮： 每種空預(yù)器的設(shè)計形式均有其特點，對空預(yù)器形式的選擇一般在鍋爐設(shè)計的初級階段進行。根據(jù)對設(shè)備整體的性能，結(jié)構(gòu)及其經(jīng)濟性能的對比作出一個完善的選擇。選型主要考慮的因素有漏風(fēng)率性能、空預(yù)器尺寸和布置的空間等等。 對空預(yù)器選型的考慮還應(yīng)至少考慮下列主要因素：投資額，風(fēng)機功率，漏

8、風(fēng)率，一次風(fēng)出口溫度和整體布置。 從初期投資額來看，二分倉空預(yù)器是造價最低的。對三分倉空氣預(yù)熱器，由于需要額外的轉(zhuǎn)子面積來彌補所增加的扇形板面積，其成本有所增加。由于復(fù)雜的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，使同心式空預(yù)器的造價最高。,二）風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式 傳熱元件不旋轉(zhuǎn)，上下風(fēng)罩旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)一周換熱兩次，轉(zhuǎn)速稍慢一些，已經(jīng)用的較少。,三）煙氣再熱器 濕法煙氣脫硫技術(shù)的系統(tǒng)采用。煙氣被冷卻到水蒸氣的飽和溫度，約為4555（視煙氣入口溫度和濕度而定）。一般大型燃燒設(shè)備煙囪的出口最低溫度大約在72左右，以保證煙氣能充分?jǐn)U散，并防止煙霧下沉。,回轉(zhuǎn)式煙氣再熱器,一、攜帶漏風(fēng)和密封漏風(fēng) 1）漏風(fēng)來源 轉(zhuǎn)動和固定部分間存在一定的間隙，空氣

9、與煙氣間存在一定的壓差，轉(zhuǎn)動部分帶入風(fēng)量；本身的容積。 2）漏風(fēng)危害：送風(fēng)量增大，引風(fēng)也增加，排煙損失增加； 3）漏風(fēng)量：先進水平58%，一般為10%左右，最高可達(dá)40%； 4）要求有良好的密封裝置，在運行中吹灰。,回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)對策,二、空氣預(yù)熱器的密封裝置 軸向、徑向、環(huán)向 密封 徑向密封是防止空氣從空氣通道穿過轉(zhuǎn)子與扇形板之間的密封區(qū)而漏入煙道。徑向密封的方法，一般是在每塊轉(zhuǎn)子徑向隔板的上端和下端沿隔板長度方向裝設(shè)密封片，密封片與扇形板間在熱態(tài)時保持盡可能小的間隙，任一徑向隔板在轉(zhuǎn)動過程中經(jīng)過扇形板時，密封片即與扇形板形成密封。,環(huán)向密封包括外緣環(huán)向密封和內(nèi)緣環(huán)向密封。外緣環(huán)向密

10、封是阻止空氣穿過轉(zhuǎn)子外圍通過轉(zhuǎn)子與外殼間的空隙經(jīng)軸向密封板而漏入煙氣側(cè)；內(nèi)緣環(huán)向密封是阻止空氣通過轉(zhuǎn)子中心筒上下空隙漏入煙氣側(cè)。,軸向密封條沿整個轉(zhuǎn)子高度裝設(shè)在轉(zhuǎn)子每一徑向隔板的最外側(cè)，其作用是阻止空氣通過轉(zhuǎn)子上下外緣角鋼與環(huán)向密封條的間隙漏入煙氣側(cè)。,三、回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的熱變形 蘑菇狀變形 冷、熱端,尾部受熱面設(shè)計與運行中的主要問題 1.省煤器受熱面金屬的磨損和積灰，尾部煙道中煙氣的灰顆粒變硬。 2.空氣預(yù)熱器的腐蝕、積灰和堵灰，回轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)、再燃等。,一、尾部受熱面的積灰 沉積 積灰機理 松散積灰、低溫黏結(jié)積灰（空預(yù)器） 影響因素 速度； 顆粒大小； 布置方式,第三節(jié) 尾部受熱面

11、的積灰、磨損及低溫腐蝕,1積灰形成的原因： 1）熔渣結(jié)渣 原因：飛灰呈熔融狀的黏性顆粒黏附在管壁上； 位置：爐膛受熱面及高溫對流受熱面的入口處， 2）高溫黏結(jié)灰 原因：鈉、鉀、鈣、硅等氧化金屬在高溫環(huán)境中發(fā)生氧化物的升華，氧化金屬呈分子狀態(tài)冷凝在受熱面上，與煙氣中SO3形成硫酸鹽，有黏性，大量捕捉飛灰，位置：爐膛受熱面及高溫對流受熱面。,3）低溫黏結(jié)灰 原因：飛灰與冷凝在受熱面上的硫酸溶液形成水泥狀物質(zhì)，呈硬結(jié)狀，堵死，并加重低溫腐蝕。 位置：空氣預(yù)熱器受熱面 4）松散積灰 原因：飛灰中1020微米顆粒，沖刷管束時，背風(fēng)區(qū)產(chǎn)生旋渦，進入旋渦區(qū)的灰顆粒分子吸附力大于其質(zhì)量，在靜電力、表面粗糙度作

12、用下，積灰最后達(dá)到平衡狀態(tài)。易清除，與煙氣流速有關(guān)。 位置：省煤器受熱面,灰垢對鍋爐傳熱設(shè)計的影響 鍋爐的設(shè)計中，往往出現(xiàn)對灰垢熱阻估計不準(zhǔn)確造成設(shè)計與運行的差距，受熱面過多或不足， 鍋爐運行中，燃燒煤種發(fā)生較大的變化 造成鍋爐出力不足或超溫， 目前主要依靠經(jīng)驗積累數(shù)據(jù)。,2、防止和減輕積灰的主要措施 合理煙氣流速 吹灰裝置 合理結(jié)構(gòu)布置,二、尾部受熱面的磨損 1、磨損機理 飛灰對金屬的磨損量與煙氣流速成三次方的關(guān)系。 200MW的燃煤鍋爐，灰分30%，飛灰80%，每年流經(jīng)對流受熱面管束的飛灰量為16.5萬噸，設(shè)計壽命為10年，流過165萬噸； 省煤器的磨損最嚴(yán)重。,2、影響磨損的主要因素 速

13、度 濃度 排列方式 流動方向 材料 煙氣成分 煙氣走廊,3、減輕和防止磨損的措施 合理的煙氣流速 采用防磨裝置 擴展受熱面 其他如除塵等,擴展受熱面省煤器 a-焊接鰭片省煤器；b-軋制鰭片省煤器；c-膜式省煤器；d-H型鰭片省煤器；e-肋片式省煤器,1、影響低溫腐蝕的主要因素 SO3在200以下與煙氣中的水蒸汽結(jié)合形成H2SO4蒸汽； 硫酸蒸汽在受熱面上凝結(jié)，造成腐蝕； 硫酸蒸汽凝結(jié)取決于煙氣露點溫度及煙氣中硫酸蒸汽得以凝結(jié)的受熱面溫度。,三、空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕及對策,煙氣露點 煙氣中存在兩個露點溫度： 硫酸蒸汽對應(yīng)于酸露點溫度； 水蒸汽對應(yīng)于水露點溫度。,酸露點溫度 比水露點溫度高得多，取

14、決于SO3和水蒸汽的含量，一般可達(dá)120140； 極少量的硫酸蒸汽就會對酸露點影響很大； 酸露點估計依靠經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式確定 可以由儀器直接測定。,水露點溫度 取決于水蒸氣在煙氣中的分壓力，煙氣中水蒸汽分壓力很低，水露點溫度一般為4555； 空氣中的水蒸氣分壓力更低，水露點溫度一般為1020； 一般不會出現(xiàn)由于水蒸氣凝結(jié)造成鍋爐腐蝕。,受熱面發(fā)生腐蝕的條件 能否發(fā)生腐蝕決定于腐蝕介質(zhì)，介質(zhì)的量（濃度），得以凝結(jié)的受熱面溫度。 SO3的形成 可燃硫分燃燒生成SO2，進一步轉(zhuǎn)化成SO3的很少，煙氣中SO3含量僅為SO2的3%5%，煙氣中SO3只占到幾十萬分之幾。,腐蝕過程 1煙氣中SO3與煙氣中水蒸氣結(jié)

15、合成硫酸蒸汽； 2煙氣中硫酸蒸汽在“冷”受熱面上凝結(jié)發(fā)生在沿?zé)煔饬鞒桃欢畏秶?，凝結(jié)的硫酸濃度逐漸降低； 3開始煙氣中硫酸濃度大，可在較高溫度的壁面上凝結(jié)下來，隨著濃度降低，露點下降，可以在較低溫度的壁面上凝結(jié)； 4凝結(jié)的硫酸濃度對受熱面腐蝕的速度影響很大，濃硫酸幾乎不腐蝕，稀硫酸腐蝕（40%50%）很強。,2、減輕和防止低溫腐蝕的措施 1）提高金屬管壁溫 a、提高空氣預(yù)熱器入口空氣溫度（暖風(fēng)器，熱風(fēng)再循環(huán)等） b、預(yù)熱器水平布置， c、新型換熱器等采用等； 2）采用防腐材料； 3）采用低氧燃燒； 4）添加劑； 5）燃燒脫硫； 6）選用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。,空氣預(yù)熱器的堵灰及對策,一、堵灰機理 二

16、、防止措施 提高受熱面溫度 吹灰 回轉(zhuǎn)式空預(yù)器一般采用蒸汽吹灰及水沖洗設(shè)備,配置的吹灰器包括蒸汽吹灰和水沖洗兩個吹管，兼有吹灰和水沖洗兩種功能。 每臺空預(yù)器按需求配置一或二臺上述裝置，一臺布置在煙氣的入口，一臺布置在煙氣的出口側(cè)。在工作時，電機驅(qū)動清洗裝置沿轉(zhuǎn)子的徑向運行，并且清洗裝置的運行使得在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，噴嘴可覆蓋整個轉(zhuǎn)子。 如堵灰不能通過正常吹灰被清洗，可通過布置在清洗裝置上另外的水沖洗噴嘴進行水沖洗。,每臺空預(yù)器在煙氣側(cè)配置上、下二套吹灰器，使得空預(yù)器的阻力性能可以在長期運行中得到保證。 在空預(yù)器中配置二臺吹灰器在多數(shù)裝置中是必要的，其清洗效果比配一臺吹灰器要優(yōu)異許多。,空預(yù)器火警報警

17、系統(tǒng)由一系列“K”型熱電偶組成，置于空氣出口側(cè)，每一換熱元件上方各配有一個熱電偶，以便對每一換熱元件的溫升值和溫升梯度進行監(jiān)測。當(dāng)溫度絕對值和溫升梯度超過設(shè)定值時，就地控制柜以干接點形式輸出報警信號，提醒運行操作人員盡快采取措施。,空預(yù)器消防系統(tǒng),當(dāng)確認(rèn)空預(yù)器有火災(zāi)發(fā)生時，用戶開啟消防水門，消防裝置的易爆盤自動爆裂，消防水通過消防裝置的若干噴嘴沿轉(zhuǎn)子整個表面噴灑，以達(dá)到消防滅火的目的。典型的VN火警報警系統(tǒng)布置如下圖所示。,由于空氣預(yù)熱器本身是鋼結(jié)構(gòu)件，因此在正常的運行情況下是不會發(fā)生火災(zāi)的?？諝忸A(yù)熱器的火災(zāi)發(fā)生是首先由粘附在空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子傳熱元件表面的其他物質(zhì)或由于空氣預(yù)熱器安裝，大、小修后

18、的清理不妥而遺留的其他物品著火后引起的。,空預(yù)器火災(zāi)發(fā)生的機理和過程,干凈的空預(yù)器不會著火，即使空預(yù)器傳熱元件表面不干凈，如果空預(yù)器是在穩(wěn)定的MCR工況下，空預(yù)器也不太會著火。 在空預(yù)器運行在低負(fù)荷或在燃燒不充分的條件下運行時，特別是在使用油作燃料時(如鍋爐在啟動階段)，空預(yù)器比較容易發(fā)生著火。在這種情況下，沉積在傳熱元件表面的細(xì)小的碳顆粒，只要溫度稍高于其沉積溫度就可能著火。著火時，并不是傳熱元件表面各處的沉積碳粒同時著火，而是傳熱元件表面上的某一點首先著火，然后從該點向外擴展，使火勢越來越大。在大多數(shù)情況下，沉積物會自行燃盡，并不影響金屬傳熱元件。但如果沉積層達(dá)到一定的厚度，其燃燒所導(dǎo)致的

19、溫度升高會點燃金屬傳熱元件，并使金屬傳熱元件開始燃燒。,從初始著火到火焰擴展直至點燃金屬傳熱元件有一定的時間延遲。由于流經(jīng)燃燒面的煙氣和空氣氣流會將熱量帶走，沉積物火焰擴展到整個傳熱元件盒至少需要6090分鐘，而要影響金屬傳熱元件并擴展到鄰近傳熱元件盒則需要更長的時間，約34小時。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，著火的傳熱元件盒為一環(huán)型，離開該傳熱元件和受到火焰的額外加熱變成過熱空氣，也表現(xiàn)為一圍繞轉(zhuǎn)子的圓環(huán)。,如上所述，對于空氣預(yù)熱器的火警報警系統(tǒng)的要求應(yīng)至少包括： 報警系統(tǒng)(或報警探頭)能較為迅速地為系統(tǒng)提供一報警信號； 報警系統(tǒng)所提供的報警信號能使電廠的操作人員進行進一步的就地分析，以確定火災(zāi)的是否發(fā)生

20、，火災(zāi)發(fā)生的大小，火災(zāi)是否有蔓延的趨勢； 報警系統(tǒng)本身可靠，以排除由于系統(tǒng)的故障或不可靠因素而產(chǎn)生的漏報警； 報警系統(tǒng)本身應(yīng)能自報警，即當(dāng)報警系統(tǒng)本身發(fā)生故障時，能提供報警信號，使電廠操作人員能及時排除故障； 報警系統(tǒng)應(yīng)能有較高的可維護性，當(dāng)系統(tǒng)的報警探頭發(fā)生故障時，能進行就地更換。,現(xiàn)在世界上較為流行的空氣預(yù)熱器火警報警系統(tǒng)基本上可分為二種設(shè)計，即火警探頭采用紅外探頭或熱電偶探頭。 熱電偶探頭的設(shè)計思想是：將一系列靜止的熱電偶探頭沿轉(zhuǎn)子徑向布置而又不接觸轉(zhuǎn)子，這些探頭測量離開空預(yù)器傳熱元件的氣流溫度。,系統(tǒng)本身提供下列幾種報警： 絕對溫度高報警； 溫度梯度變化大報警； 系統(tǒng)中若發(fā)生斷路報警。

21、 換句話說，系統(tǒng)不可能會在空預(yù)器發(fā)生火情時不報警。,紅外探頭火警報警系統(tǒng)主要由紅外探頭、紅外探頭掃描執(zhí)行機構(gòu)、就地控制柜組成。其典型的布置方式為： 每臺空氣預(yù)熱器冷端布置一套紅外測溫系統(tǒng)，每套布置二個探頭掃描機構(gòu)，每個紅外探頭隨跑車在軌道上來回運動，向上掃描空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子。軌道鋪設(shè)在冷端連接板二次風(fēng)道中。 紅外探頭所采集到的穩(wěn)定信號傳輸?shù)骄偷乜刂乒瘢缓笙蝈仩t主控室發(fā)出報警信號。 由于紅外探頭本身的限制，紅外探頭需采用氣冷或水冷系統(tǒng)進行冷卻，并由一壓縮空氣吹掃紅外探頭的掃描鏡頭。,相對紅外探頭系統(tǒng)，熱電偶火警系統(tǒng)具有更加耐用的特點，其免維護性、高可靠性為用戶提供了很好的空預(yù)器火警報警系統(tǒng)，因此熱電偶火警報警系統(tǒng)應(yīng)是一較為成熟、可靠的方案。,換熱元件是空氣預(yù)熱器的關(guān)鍵部分，因此保證其熱力及動力數(shù)據(jù)的可靠性是極其重要的。 換熱元件安置于開口的元件盒內(nèi)。元件盒安置在轉(zhuǎn)子中，