空预器结构原理及运行

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要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,有利于燃料着火和燃烧,减少了不完全燃烧损失.空气预热器按传热方式分可以分为：传热式和蓄热式[再生式]两种.前者是将热量连续通过传热面由烟气传给空气,烟气和空气有各自的通道.后者是烟气和空气交替地通过受热面,热量由烟气传给受热面金属,被金属积蓄起来,然后空气通过受热面,将热量传给空气,依靠这样连续不断地循环加热.空气预热器在电厂中常用的传热式空预热器是管式空预热器,蓄热式空气预热器是回转式空气预热器.随着电厂锅炉蒸汽参数和机组容量的加大,管式空气预热器由于受热面的加大而使体积和高度增加,给锅炉布置带来影响.因此现在大机组都采用结构紧凑、重量轻的回转空气预热器.两者相比较有以下特点：回转式空气预热器由于其受热面密度高达五00m二/m三,因而结构紧凑,占地小,体积为同容量管式预热器的一/一0.重量轻,因管式预热器的管子壁厚一.五mm,而回转预热器的蓄热板厚度为0.五－一.二五mm,布置相当紧凑,所以回转式预热器金属耗量约为同容量管式预热器的一/三.回转式预热器布置灵活方便,是锅炉本体更容易得到合理的布置.在相同的外界条件下,回转式空气预热器因受热面金属温度较高,低温腐蚀的危险较管式轻些.回转式空气预热器的漏风量比较大,一般管式不超过五％,而回转式在状态好时为八％－一0％,密封不良时可达二0％－三0％.回转空气预热器的结构比较复杂,制造工艺要求高,运行维护工作多,检修也较复杂.空预器概述通常使用的受热面转动的是容克式回转空气预热器,而风罩转动的是罗特缪勒[Rothemuhle]式回转预热器.这两种均被采用,但较多的是受热面转动的回转式空气预热器.

容克式空气预热器可以分为二分仓和三分仓两种.由圆筒形的转子和固定的圆筒形外壳、烟风道以及传动装置组成.受热面装在可转动的转子上,转子被分成若干扇形仓格,每个仓格装满了由波浪形金属薄板制成的蓄热板.圆筒形外壳的顶部和底部上下对应分隔成烟气流通区、空气流通区和密封区[过渡区]三部分.空预器转向：烟气侧——二次风侧——一次风侧烟气流通区与烟道相连,空气流通区与风道相连,密封区中既不流通烟气,又不流通空气,所以烟气和空气不相混合.装有受热面的转子由电机通过传动装置带动旋转.因此受热面不断地交替通过烟气和空气流通区.从而完成热交换,每转动一周就完成一次热交换过程.另外由于烟气的流通量比较大,故烟气的流通面积大约占转子总截面的五0％左右,空气流通面积占三0％－四0％左右,其余部分为密封区.

空预器总图回转式空预器的结构——外壳回转式空气预热器壳体呈圆柱形,由两块主壳体板、一块侧座架体护板、两块转子外壳组件和一块一次风座架组成.主壳体板分别与下梁及上梁连接,通过主壳体板的四个立柱,将预热器的绝大部分重量传给锅炉构架.主壳体板内侧设有弧形的轴向密封装置,外侧有调节装置对轴向密封装置进行调整.侧座架体护板与上量连接,并有两个立柱承受空预热器部分重量.空预器壳体空预器壳体回转式空预器的结构——转子转子是装载传热元件[波纹板]并可旋转的圆筒形部件.为减轻重量便于运输及有利于提高制造、安装的工艺质量,采用转子组合式结构,主要有转轴、扇形模块框架及传热元件等组成.回转式空气预热器结构空预器的密封空气预热器的漏风和密封：漏风的原因主要有：携带漏风和密封漏风.携带漏风：是由于受热面的转动将留存在受热元件流通截面的空气带入烟气中,或将留存的烟气带入空气中.密封漏风：后者是由于空预热器动静部分之间的空隙,通过空气和烟气的压差产生漏风.空预热器密封区空预器漏风的危害：漏风量的增加将使送、引风机的电耗增大,增加排烟热损失,锅炉效率降低,如果漏风过大,还会使炉膛的风量不足,影响出力,可能会引起锅炉结渣.为了减小漏风,需加装密封装置.

空预热器的密封系统包括：径向密封、轴向密封和周向密封三部分.

轴向密封主要由密封片和轴向密封板装置构成.径向密封主要由扇形板和径向密封片组成,周向密封主要由旁路密封片与“T”形钢构成.除上述密封外,还有转子中心筒密封、静密封和补隙片等.径向密封在各项漏风中尤以径向漏风为最,是由于转子的外缘的挠度,尤其是因在工作状态下的冷热端温差而呈蘑菇形,使转子外缘的漏风间隙增大.空气预热器的设计中采用挠性扇形板的径向密封装置.扇形挠性板的小端由转子轴筒作轴向定位,大端可以随施加的力作上下浮动,与转子的蘑菇形变形相应,使转子与挠性板间的间隙和径向漏风量大幅的下降.径向密封沿着每个转子径向隔板的热端和冷端径向边缘安装有径向密封片,[运行时尽量使径向密封片和扇形板之间的间隙最小.径向密封片上开腰形螺栓孔用螺栓固定径向隔板上,密封片可沿着轴向方向上[靠近或远离热端或冷端扇形板]调节,假如运行时这些密封片和扇形板接触,密封就开始磨损,当密封磨损到不够轴向调整时,密封片就需要更换.轴向密封轴向密封的作用是抑制已通过周向密封的空气沿着转子与壳体直筒部分间的环形间隙流向烟气侧.其是在转子的外缘相应于径向分隔的位置设置轴向的密封挠性弹簧挡板.沿着每个转子径向隔板外侧的轴向边缘安装有轴向密封片.运行时,轴向密封片和静止的轴向密封板之间的间隙最小.轴向密封片上开腰形螺栓孔用螺栓固定径向隔板上,密封片可沿着径向方向上[靠近或远离轴向密封板]调节.轴向密封假如运行时这些密封片和轴向密封板接触,密封就开始磨损,当密封磨损到不够径向调整时,密封片就需要更换.

除密封装置的正确设计制造外,抑制空气预热器漏风在很大程度上,决定于密封间隙的调整,一般制造商也提供了有关间隙的推荐值,但由于转子是呈蘑菇状变形的,在不同的位置上具有不同的推荐间隙值.中心筒密封在每一个转子径向隔板的内侧的热端和冷端都装有中心筒密封片,中心筒密封环绕热端和冷端转子中心筒周围.在运行期间,中心筒密封紧贴着空气预热器连接板内围绕中心筒的导向和支承端轴的静密封卷筒,旁路密封沿着转子外壳的内侧,在空气预热器转子的出口和入口处装有旁路密封片.这些密封片在空气预热器的转子外壳的热端和冷端的空气侧和烟气侧呈圆周分布.密封磨损的原因及防止措施空气预热器的密封装置和密封表面是这样布置的,在BMCR负荷下的设计温度能提供最佳的漏风控制.当温度升高到设计温度以上时,当前的密封和密封表面之间的设计间隙不够弥补过量的热变形,从而导致密封和密封表面接触而磨损.下面的运行情况将产生严重的密封磨损.密封磨损的原因及防止措施空气预热器的密封装置和密封表面是这样布置的,在BMCR负荷下的设计温度能提供最佳的漏风控制.当温度升高到设计温度以上时,当前的密封和密封表面之间的设计间隙不够弥补过量的热变形,从而导致密封和密封表面接触而磨损.下面的运行情况将产生严重的密封磨损：密封磨损的原因及防止措施进入空气预热器的烟气温度超过设计值.通过预热器的空气减少.当空气量接近零时,密封磨损程度增加.热备用状态,空气预热器有烟气存在但没有空气流通过,空气预热器或锅炉处于热态.空气预热器转子转动速度低于设计值,随转子速度的降低而密封磨损的程度增加.在隔离之前空气预热器正在运行.密封磨损的原因及防止措施因为密封磨损加大了密封和密封表面的间隙,在BMCR负荷下,增加了正常运行时的漏风.并且在密封磨损过程中,如果密封接触阻力变得足够大,空气预热器传动电机可能过载,为减小密封严重磨损的可能性及相关问题的出现,应采取以下步骤：密封磨损的原因及防止措施无论何时只要有烟气流通预热器时,就应有空气流通过预热器.只有在应急和维修时采用变频调速慢速挡,当采用变频调速慢速挡带动空气预热器时转子速度能降低到一/四转/分.在启动和运行过程中,当烟气入口、烟气出口、空气入口、空气出口温度保持在或低于BMCR工况下的设计温度时,预热器密封和密封表面的间隙已经调整好时,不需要采取特别的措施来阻止密封系统的磨损.空预器低温腐蚀

——原因由于煤粉中含有一定的硫份,在燃烧过程中会生成一定的SO二和SO三,当烟气温度低于二00℃时,SO三会与水蒸汽结合生成硫酸蒸汽.即SO二[气]+H二O[气]=H二SO三[气]弱酸；H二SO三[液]二H++SO三二-SO三[气]+H二O[气]=H二SO四[气]强酸.H二SO四[液]二H++SO四二-由于硫酸蒸汽的凝结温度比水蒸汽高得多[可能达到一四0℃－一六0℃,甚至更高],因此烟气中只要含有很少量得硫酸蒸汽,烟气露点温度就会明显的升高.当烟气进入低温受热面时,由于烟温降低或在接触到低温受热面时,只要在温度低于露点温度,水蒸汽和硫酸蒸汽将会凝结.水蒸汽在受热面上的凝结,将会造成金属的氧腐蚀；而硫酸蒸汽在受热面上的凝结,将会时金属产生严重的酸腐蚀.其主要反应如下：

Fe二O三+六H++三SO四二-——二H二O+二Fe二++三SO四二-

Fe+二H++SO四二-——H二+＋Fe二++SO四二-

四Fe+八H++四SO四二-——四H二O+FeS+三Fe二++三SO四二-

Fe二O三+五Fe+四H二SO四——H二+三H二O+FeS+四FeSO四+Fe二[SO四]三

同时,上述腐蚀产物和凝结产物与飞灰反应,生成酸性结灰：

xCaO·yAl二O三·[x+三y]H二SO四——xCaSO四+yAl二O三+SiO二+

[x+三y]H二O

Fe三O四+四H二SO四——FeSO四+Fe二[SO四]三+四H二O

三Fe+四H二SO四+二O二——FeSO四+Fe二[SO四]三+四H二O

酸性粘结灰能使烟气中的飞灰大量粘结沉积,形成不易被吹灰清除的低温粘结结灰.

由于结灰,传热能力降低,受热面壁温降低,引起更严重的低温腐蚀和粘结结灰,最终有可能堵塞烟气通道.空预器低温腐蚀

——危害强烈的低温腐蚀通常发生在空气预热器的冷端,因为在此处空气及烟气的温度最低.低温腐蚀造成管式空气预热器热面金属的破裂,使大量空气漏进烟气中,使得送风燃烧恶化,锅炉效率降低.对回转式空气预热器也会影响传热效率.同时腐蚀也会加重积灰,使烟风道阻力加大,影响锅炉安全、经济运行.

硫酸蒸汽的凝结量：

一]凝结量越大,腐蚀越严重.

二]凝结液中硫酸的浓度：

烟气中的水蒸汽与硫酸蒸汽遇到低温受热面开始凝结时,硫酸的浓度很大.随烟气的流动,硫酸蒸汽会继续凝结,但这时凝结液中硫酸的浓度却逐渐降低.开始凝结时产生的硫酸对受热面的腐蚀作用很小,而当浓度为五六％时,腐蚀速度最大.随着浓度继续增大,腐蚀速度也逐渐降低.影响低温腐蚀的因素影响低温腐蚀的因素三]受热面的壁温：

受热面的低温腐蚀速度与金属壁温有一定的关系,实践表明：腐蚀最严重的区域有两个：一个发生在壁温在水露点附近；另一个发生在烟气露点以下二0－四五℃区.在两个严重腐蚀区之间有一个腐蚀较轻的区域.空气预热器低温段较少低于水露点,为防止产生严重的低温腐蚀,必须避开烟气露点以下的第二个严重区域.低温腐蚀的减轻和防止燃料脱硫燃料中得黄铁硫可以在燃料进入制粉系统前利用其重力与煤粉不同而分离出来,但不能完全分离出,而且有机硫很难出去.低氧燃烧即在燃烧过程中用降低过量空气系数来减少烟气中的剩余氧气,以使SO二转化为SO三的量减小,但是低氧燃烧,必须保证燃烧的安全,否则降低燃烧效率,影响经济性.另外,减少锅炉漏风也是减少烟气中剩余氧气的措施采用降低酸露点和抑制腐蚀的添加剂.将添加剂――粉末状的白云石混入燃料中,或直接吹入炉膛,或吹入过热器后的烟道中,它会与烟气中的SO二和H二SO四发生作用而生成CaSO四或MgSO四,从而能降低烟气中的或H二SO四的分压力,降低酸露点,减轻腐蚀.低温腐蚀的减轻和防止提高空气预热器受热面的壁温,是防止低温腐蚀的最有效的措施,通常可以采用热风再循环或暖风器两种方法.回转式空气预热器的传热元件沿高度方向都分为三段,即热段、中间段、冷段,冷段最易受低温腐蚀.从结构上将冷端和不易受腐蚀的热段和中间段分开的目的在于简化传热元件的检修工作,降低维修费用,当冷端的波形板被腐蚀后,只需更换冷端的蓄热板.另外,为了增加冷端蓄热板的抗腐蚀性常采用耐腐蚀的低合金钢制成,而且较厚,一般在一.二mm.运行中防止低温腐蚀的措施采用低氧燃烧.可以将烟气中SO三大量降低,烟气露点下降,腐蚀速度减小,但是化学未完全燃烧有增加,但是排烟损失减少,锅炉效率稍有增加.控制炉膛燃烧温度水平,减少SO三的生成量.定期吹灰,利于清除积灰,又利于防止低温腐蚀.定期冲洗.如空预热器冷段积灰,可以用碱性水冲洗受热面清除积灰.冲洗后一般可以恢复至原先的排烟温度,而且腐蚀减轻.避免和减少尾部受热面漏风.因漏风,受热面温度降低,腐蚀加速.特别是空气预热器漏风,漏风处温度大量下降,导致严重的低温腐蚀.总之,空预热器的低温腐蚀产生的主要原因是燃料中的硫燃烧生成SO二,其中部分氧化形成SO三.由于SO三的存在,使烟气的露点升高,即SO三与烟气中的水蒸汽化合形成硫酸蒸汽,露点温度大大升高,当遇低温受热面时结露,并腐蚀金属.影响腐蚀速度的因素有：硫酸量、浓度和壁温.酸量越大,腐蚀越快,金属温度越低,化学反应越慢,速度降低.预防低温腐蚀的措施是采用热风再循环,加装暖风器,采用耐腐蚀的材料,装

设吹灰装置.空预器吹灰空气预热器的故障处理——

空预器着火由于锅炉长期低负荷燃油运行、燃烧不稳定等引起受热面积存油垢和未燃烬燃料沉积,而空预器吹灰器长期未投运或吹灰效果不良,此时极易造成空预器着火.空预器内着火时,会使空预器出口风、烟温不正常升高、进出口风、烟压增大,就地空预器不严密处冒火星.发现空预器有着火迹象时,应立即进行全面检查,保持省煤器连续补水,并根据其严重程度作相应处理：当火警报警盘发出空预器着火报警时,应立即到现场确认,若报警正确,但现场未发现有明显着火迹象时,应立即投入空预器吹灰器运行,必要时撤出暖风器,并加强对空预器运行的监视.

若发现空预器着火或排烟温度有明显升高,应立即按以下步骤进行灭火处理：

维持空预器运行,停止该侧的送引风机运行,并关闭该空预器的所有烟风挡板和烟风道得联络挡板,开启对应侧烟风道的疏排水阀,确认该空预器疏水系统疏通无阻,将空预器漏风控制系统扇形板退出后投入消防水系统、水冲洗装置以及空预器吹灰器进行灭火,同时将着火探测装置切至备用位置.

确认空预器内部着火熄灭后,停运消防水灭水装置、水冲洗装置以及空预器吹灰器运行,关闭冲洗阀,待内部余水放尽后,关闭空预器及烟风道疏排水阀.对空预器本体进行检查,如有损坏不得再投入该空预器运行,交检修处理.

检查空预器无异常后,方可将其投入运行.经确认空预器内部着火熄灭,不再会引起燃烧,可以启动送引风机对空预器进行冷却.如发生再燃烧立即停运风机,重新进行隔离.

经上述处理无效,按尾部烟道二次燃烧处理.空预器转子停转空预器的转子尺寸很大,无论在冷态还是热态都有相当地变形,需靠密封弹簧板来维持动、静部件间的弥合,减少漏风.LCS控制失常造成密封用扇形板下探过大或有硬物进入极易引起动静部件间的相对运动受阻被卡,驱动扭距增大,部件损坏,造成驱动马达过负荷而跳闸,转子停转.同时因马达失电、故障或传动机械故障等原因也会引起空预器转子停运.转子停运后烟气侧的受热面始终收到烟气加热而空气侧始终受到冷却,将使转子产生异常的不可恢复变形.空预器转子停运后出口烟温不正常上升,空预器一次风、二次风出口风温不正常下降.空预器转子停转若运行中空预器主马达、备用马达均跳闸,且空预器经抢投不能立即恢复运行,对应侧的送引风机应跳闸,烟风道的联络挡板关闭,以减轻空预器变形的不均匀.锅炉运行中发生空预器转子停转的情况时,当空预器进口烟温＜四八三℃,不会造成空预器损坏,但注意此时若锅炉在燃油状态应防止二次燃烧,若在燃煤密切注意一、二次风温的变化及锅炉的燃烧情况.如果锅炉在低负荷运行时发生空预器转子停转的情况,应考虑尽早隔离故障空预器,调整和稳定锅炉的燃烧工况和炉膛压力.若由于漏风控制系统故障导致动静卡涩,应手动提升空预器扇形板,尽快启动空预器.

若以上操作均不能启动空预器,应立即降低机组负荷,控制排烟温度不超限,通知检修人员进行检修,必要时可打开烟气进出口处人孔门和投入空预器吹灰器,对其进行冷却.

如空预器隔离后经多方处理空预器转子仍盘不动,且有关挡板不能隔离严密,应申请故障停炉.

如二台空预器转子停转,经抢投仍不能恢复运行,则紧急停炉.

空预器单侧隔离在运行时,往往会出现一台空预器故障需要检修的情况,这时就需要进行空预器单侧隔离.由于另一台空预器和锅炉还需保持正常运行且空预器的隔离涉及到一次风、二次风及烟气系统的正常运行,在隔离过程中应尽量减少对它们造成扰动.在单侧空预器需要隔离,应先将机组负荷降至五00MW及以下,停运对应侧的送引风机和一次风机,保持三台磨煤机运行,并将待隔离空预器LCS撤出运行,退至最大位置.就地将待隔离空预器一次风出口隔离挡板切至“LOCAL”,缓慢关小一次风出口隔离挡板,注意每次操作幅度不能太大,并随时与集控室联系,并注意一次风热风温度变化情况,确认磨煤机出口温度调节正常.当一次风出口挡板全关后,就地缓慢关闭空预器一次风进口隔离挡板.空预器单侧隔离就地将待隔离空预器烟气进口隔离挡板切至“LOCAL”,缓慢关小空预器烟气进口隔离挡板,关至约五0%左右,注意每次操作幅度不要太大.为