第七章省煤器与空气预热器

第七章省煤器和空气预热器本章主要介绍以下内容：7-1尾部受热面的作用和工作特点7-2省煤器7-3空气预热器1/15/20231SIE王树群动本091-2§7-1尾部受热面的作用和工作特点一、尾部受热面（低温受热面）省煤器和空气预热器布置在锅炉对流烟道的最后，进入这些受热面的烟气温度已经很低，故称为尾部受热面（低温受热面）。二、省煤器作用1.吸收低温烟气的热量降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。2.给水提前预热，减少水在水冷壁内的吸热量。3.提高温度，减少给水和汽包壁之间的温差，降低热应力。1/15/20232SIE王树群动本091-2三、空气预热器（一）空气预热器作用1.降低烟气温度，提高锅炉效率；2.空气提前预热，有利于燃料破碎和研磨，同时强化了燃料的着火和燃烧过程，减少了燃料的不完全燃烧损失，提高了锅炉效率；3.预热后空气能提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热。（二）空气预热器种类传热式、蓄热式1/15/20233SIE王树群动本091-2四、尾部受热布置方式（一）单级布置特点:布置简单,但风温只能达到300℃左右。（二）双级布置特点:传热温差大,增加尾部受热面传热,节省金属。尾部受热面布置特点:1.高压以上锅炉由于布置过热器和再热器,省煤器和空气预热器采用单级布置;2.再热器和低温过热器布置在省煤器之前;3.再热器和低温过热器在尾部烟道中可以串联或并联。1/15/20234SIE王树群动本091-21/15/20235SIE王树群动本091-2§7-2省煤器一、省煤器的类型及结构特点（一）省煤器的种类1.按照材料分类:★钢管:强度高,能承受冲击力,工作可靠;传热性能好,重量轻,体积小,价格低廉。耐腐蚀性差，但是现代锅炉给水品质好，腐蚀问题解决。★铸铁:耐腐蚀性能好，强度低。2.按照出口参数:★沸腾式:化量10～15%（中压锅炉）；★非沸腾式:低于沸点20～25℃（高压以上锅炉）。1/15/20236SIE王树群动本091-23.按照结构分四类：光管式、鳍片式、膜式、螺旋肋片管见图7-1、7-24.按照管子排列方式分类错列、顺列★错列特点：传热效果好，结构紧凑，减少积灰，磨损比顺列严重，吹灰困难；★顺列：吹灰容易，磨损轻，积灰严重。1/15/20237SIE王树群动本091-21/15/20238SIE王树群动本091-21/15/20239SIE王树群动本091-21/15/202310SIE王树群动本091-21/15/202311SIE王树群动本091-21/15/202312SIE王树群动本091-21/15/202313SIE王树群动本091-2二、省煤器布置方式★卧式布置在尾部烟道。★蛇形管放置方式：纵向、横向；见图7-3、7-4纵向布置:与前后墙垂直。1）管子短,支吊简单;2）平行工作的管子数目少,水的流速低,流动阻力小;3）局部磨损严重。横向布置;与炉膛后墙平行。1）水速高,阻力大;（可采用双面进水）2）管子长,支吊困难;3）磨损小。

1/15/202314SIE王树群动本091-21/15/202315SIE王树群动本091-2三、支吊方式：支承和悬吊结构。支承结构见图7-5；悬吊结构见图7-3.四、省煤器启动保护问题：起动时为什么要保护省煤器？启动间断给水，水汽化造成管壁超温烧坏，故需要保护。问题：如何保护？1.省煤器与汽包下部加再循环管，见图7-6;(循环压头低,不易建立良好的流动工况)2.省煤器与除氧器或疏水箱之间加再循环管（放水法）,见图7-7。1/15/202316SIE王树群动本091-21/15/202317SIE王树群动本091-2§7-3空气预热器一、空气预热器的作用利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需的空气。作用：1.进一步降低排烟温度,提高锅炉效率,节省燃料;2.改善燃料的着火和燃烧条件,同时降低不完全燃烧损失;3.节约金属,降低造价;二、空气预热器的种类和结构蓄热式:烟气和空气交替流过受热面,热量有烟气传给金属,再由金属传递给空气。回转式空气预热器。传热式:热量连续不断由烟气传给空气,烟气空气有各自的通道。1/15/202318SIE王树群动本091-2（一）管式空气预热器1.结构:如图。管箱式结构,单个管箱由有缝薄钢管、上下管板组成。管子外径40、51mm壁厚1.5mm。支撑:下管板--空气预热器框架上--锅炉构架。2.布置单道多流程、单道单流程、双道多流程、多道多流程、单道多流程（双股平行风）。图9-12。3.管径及节距选择设计原则:烟气流通面积和传热面积不便时,管径越小,结构越紧凑,占用空间减少。问题:烟气流通截面和传热面积不变时,为什么采用小管经空气预热器？结论:直径减小,管子长度减小，减小省煤器高度。一般采用错列布置,规格φ40×1.5mm，烟气速度为10—14m/s，空气速度为烟气速度的45-55%；1/15/202319SIE王树群动本091-21/15/202320SIE王树群动本091-21/15/202321SIE王树群动本091-2（二）回转式空气预热器1.受热面回转式组成:转子、固定外壳、传动装置、密封装置。国产三分仓式：烟气流通区165°，一次风通流区50°，二次风通流区100°，其余为三个密封区，各为15°。转动速度:1～3r/min；密封:径向密封、环向密封、轴向密封。见图7-18、21、221/15/202322SIE王树群动本091-21/15/202323SIE王树群动本091-21/15/202324SIE王树群动本091-22.风罩回转式空气预热器结构:静子、旋转风罩、烟道、风道、减速装置等。密封:可调式密封装置:密封板、密封框架、U形密封片和调整杆等。3.存在问题漏风量大:8～30%；（携带漏风、密封漏风）。积灰1/15/202325SIE王树群动本091-2受热面回转式空气预热器主要内容:1.空气预热器结构及工作原理2.密封结构3.转子固定及热变形4.回转式空气预热器的漏风间隙及动态分析实例1/15/202326SIE王树群动本091-21/15/202327SIE王树群动本091-21/15/202328SIE王树群动本091-21/15/202329SIE王树群动本091-2

Figure1:双扇区热交换器

Figure2:三扇区热交换器

Figure3:四扇区热交换器1/15/202330SIE王树群动本091-2回转式空气预热器是热电厂大型锅炉上普遍采用的烟气尾端换热装置，与管式空气预热器相比，回转式空气预热器具有结构紧凑、体积小、换热面密度高、整机质量轻、金属耗用量少、利于安装布置、低温腐蚀较管式换热器轻等特点，适于在大型锅炉上使用。回转式空气预热器缺点是漏风量大，工况良好时为6％～8％，密封不良时为20％～30％，大于管式换热器5％以下漏风量。另外回转式空气预热器的结构复杂、制造工艺和安装要求高、运行维护工作量大，热态自动控制也较为困难。较高的漏风量引起预热器入口风压降低、风机电流升高，预热器后的过量空气系数升高、尾部排烟气温降低、锅炉热效率降低、燃煤损耗增加，锅炉达不到额定负荷。对回转式空气预热器的漏风量进行热态控制尤为重要。1/15/202331SIE王树群动本091-2受热面回转式空气预热器主要组成部件包括：转子、外壳、传热元件、密封装置、传动装置、润滑油系统、吹灰及冲洗装置等。1/15/202332SIE王树群动本091-21/15/202333SIE王树群动本091-21/15/202334SIE王树群动本091-21.回转式空气预热器的结构和工作原理

（1）空预器结构组成空预器由外部壳体和中心转子组成，外部壳体起到外部密封和气体导流的作用，中心转子则是起热交换器的作用。在中心转子上下面的对应位置分别划分出烟气流通区、空气流通区和密封区，而外部壳体则在这些区域的一定范围内形成相应的仓体，即一次风仓、二次风仓和热风仓。其中一次和二次风仓形成冷风侧，热风仓形成热风侧。各个仓体上下端分别由外部壳体和风管形成各自的气体流通风道。空预器的转子实际上是一个上下开口的巨大筒体，在其内部装有大量蓄热单元。蓄热单元由蓄热元件组成，蓄热元件是把物理比热较高的金属材料制作成凹凸不平的波浪型片状，以增大其与空气的接触面积。在转子的上下表面上又使用径向密封片分隔出若干扇形面积的小区域。

1/15/202335SIE王树群动本091-21/15/202336SIE王树群动本091-21/15/202337SIE王树群动本091-21/15/202338SIE王树群动本091-2

Figure1:双扇区热交换器

Figure2:三扇区热交换器

Figure3:四扇区热交换器1/15/202339SIE王树群动本091-21/15/202340SIE王树群动本091-21/15/202341SIE王树群动本091-2转子上部1/15/202342SIE王树群动本091-21/15/202343SIE王树群动本091-2蓄热元件1/15/202344SIE王树群动本091-21/15/202345SIE王树群动本091-2（2）空预器工作原理以转子的某一个扇形区域为例，当这个扇形区转动到热风侧时，高温的烟气由热风仓的顶部流入，穿过该扇形区域从转子的下方流出；转子继续转动到冷风侧时，低温的空气由一次风仓或二次风仓的底部流入，穿过该扇形区域从转子的上方流出。在这个过程中，高温的烟气在流过蓄热元件时将热量传导给蓄热元件，并由转子转动到冷风侧，再把热量传递给一、二次风，使冷空气被预热。1/15/202346SIE王树群动本091-2高温的烟气由热风仓的顶部流入，穿过该扇形区域从转子的下方流出；转子继续转动到冷风侧时，低温的空气由一次风仓或二次风仓的底部流入，穿过该扇形区域从转子的上方流出。在这个过程中，高温的烟气在流过蓄热元件时将热量传导给蓄热元件，并由转子转动到冷风侧，再把热量传递给一、二次风，使的冷空气被预热，1/15/202347SIE王树群动本091-22.密封结构（1）间隙漏风空预器的转子是转动的，在转子与空预器上下壳体及圆周壳体之间存在一定距离的间隙。由于冷风侧和热风侧各个仓室之间的流体压力、温度和流速的差异，造成了流体在不同仓室之间的相互泄漏，即空预器内部漏风。★泄露途径：①径向直接漏风；②轴向、环向结合起来间接漏风。1/15/202348SIE王树群动本091-2（2）密封结构在回转式空气预热器的转子的上、下工作面和转子的圆周筒体上，分别安装有许多径向和轴向密封片，分别与上部活动式扇形密封板、下部固定式密封板、轴向密封板形成狭小的漏风间隙；而圆周密封板则与转子上、下法兰圆周侧形成狭小漏风间隙。这些漏风间隙分别称为，空预器径向漏风间隙、空预器轴向漏风间隙、和空预器圆周漏风间隙。1/15/202349SIE王树群动本091-2为了降低空预器的内部漏风量，在各个仓室之间、转子上下面对应的位置安装有控制漏风间隙的扇形密封板，上部扇形密封可以是固定的或动态可调的，下部是固定的。同时还在转子的上下表面、转子的圆周曲面以及转子与壳体的上下圆周结合处，分别安装有相互对应的等分角度的固定式的径向密封板、轴向密封板和环向密封板。1/15/202350SIE王树群动本091-2在各个仓室之间、转子上下面对应的位置安装有控制漏风间隙的扇形密封板，上部扇形密封是动态可调的，下部是固定的。同时还在转子的上下表面、转子的圆周曲面以及转子与壳体的上下圆周结合处，分别安装有相互对应的等分角度的固定式的径向密封板、轴向密封板和环向密封板。1/15/202351SIE王树群动本091-21/15/202352SIE王树群动本091-21/15/202353SIE王树群动本091-21/15/202354SIE王树群动本091-21/15/202355SIE王树群动本091-21/15/202356SIE王树群动本091-23.转子固定及热变形固定：空预器外部壳体由两侧的锅炉辅助立柱支撑；中心转轴下方通过下部推力轴承与中心驱动装置对接后，将转子的重量通过支撑横梁传递给锅炉本体的结构横梁，再由结构横梁将此重量传递到锅炉本体的主结构立柱上；转轴上部通过上部导向轴承与空预器外部壳体相连。通过上述结构描述，可以得知该型号的空预器是墩放在，由锅炉的辅助立柱、结构横梁、结构立柱组成的支撑架构上面。1/15/202357SIE王树群动本091-2热变形正是这种特殊的结构和安装方式，决定了回转式空预器在受热后的变形，是由下部支撑横梁为原点，向上部发生轴向膨胀伸长，并以中心转轴为圆心向四周发生径向膨胀伸长，这种变形在转子的受热变形中最为明显。而外部壳体是个巨大的刚性连接体，加之这种墩放式结构，以及外部壳体的金属材料的物理比热和热膨胀系数都小于内部转子蓄热元件，这就使得空预器外壳的热膨胀变形量也小于内部转子的热膨胀变形量。

1/15/202358SIE王树群动本091-2转子蘑菇状热态变形由于转子的不断转动，转子上表面持续受到热风侧的高温烟气的加热，温度较高；而转子的下表面也连续受到冷风侧一、二次冷风的冷却，温度较低。这样就使得转子的上部热膨胀大于下部的热膨胀，由于转子的下端受到推力轴承、中心驱动装置、支撑横梁的支撑作用，使得转子在受热后的热态变形为向上部膨胀。这种膨胀的结果使得转子中心的上表面较冷态时升高，并且由于转子上部的径向膨胀大于下部，使得转子的上部受到的热膨胀径向力矩大于转子下部。这种力矩致使转子以下部为原点发生向下、向外的翻转变形。加之转子的自重力矩，更加速了转子的这种行似“蘑菇状”的热态变形。在这种“蘑菇状”的热态变形中，空预器转子的外周发生向下的沉降现象，而转子中心发生隆起。这就使得热态时转子下部的三角形漏风间隙和转子圆周的轴向漏风间隙变得比冷态时小，而转子上部的漏风间隙变得比冷态时大。而且随着锅炉负荷的升高，空预器转子换热量的增加，上述“蘑菇状”变形就越明显，各处漏风间隙的变化也就越大。1/15/202359SIE王树群动本091-2蘑菇状变形1/15/202360SIE王树群动本091-21/15/202361SIE王树群动本091-24.回转式空气预热器的漏风间隙及动态分析实例

以某动态可调扇形板的回转式空预器为例进行分析。1/15/202362SIE王树群动本091-2活动式扇形板调节机构的结构1/15/202363SIE王树群动本091-2在回转式空气预热器的转子的上、下工作面和转子的圆周筒体上，分别安装有许多径向和轴向密封片，分别与上部活动式扇形密封板、下部固定式密封板、轴向密封板形成狭小的漏风间隙；而圆周密封板则与转子上、下法兰圆周侧形成狭小漏风间隙。这些漏风间隙分别称为，空预器径向漏风间隙、空预器轴向漏风间隙、和空预器圆周漏风间隙。而这些间隙在冷态时又分别根据位置的不同，预留了不等的间隙距离。1/15/202364SIE王树群动本091-2上部活动式扇形板与转子上部径向密封片之间的冷态预留距离为，A端1.5㎜，B端1.5㎜；下部固定式扇形板与转子下部径向密封片之间的冷态预留距离为，C端0㎜，D端19～20㎜；空预器轴向密封板与转子轴向密封片之间的冷态预留距离为，F端9～10㎜，E端5.5～6.5㎜。从图6可以看出在冷态时，转子上部径向漏