回转式空气预热器换热元件性能参数浅析.doc

回转式空气预热器换热元件性能参数浅析 武 辉 (浙江开尔新材料股份有限公司，浙江 金华 321031)摘要 介绍回转式空气预热器换热元件的各类型式，着重介绍性能参数的对比。关键词:型式；换热元件；回转式空气预热器Analysis of Performance Parameters of Heat Exchanger Elements of Rotary Air Preheater wuhui(ZheJiang KaiEr Co.,Ltd.,JinHhua 321031,China)Abstract: Various types of heat exchanger elements of rotary air preheater are introduced, with emphasis on the comparison of performance parameters. Keywords: Type; Heat Element; Rotary Air Preheater；- 5 -0 引 言 回转式空气预热器的核心部件是蓄热元件，俗称传热元件。传热元件和元件盒是回转式预热器的重要部件，它们的重量有时占预热器的50%左右。预热器的性能与传热元件的关系极为密切，选择好传热元件对预热器的热力特性和综合经济性以及运行维护非常重要。1 预热器的换热元件介绍回转式空气预热器换热元件通常由薄钢板轧制而成的波形板和定位板组成，波形板和定位板相间叠放，中间形成烟气和空气通道。气流在中间流动时受到强烈的扰动，加强了气流与换热元件之间的对流换热过程。2 预热器的换热元件的设计原则换热元件的材料选用是根据机组燃料特性、工作温度、燃烧条件、系统是否配置SCR 脱硝系统和换热元件的温度场分布等确定的。对燃煤机组，热端、中温段大多数情况下采用普通碳钢。为抵御低温腐蚀，冷端换热元件大多采用的是低合金耐候（蚀）钢，常用的是等同考登钢（Cor-Ten钢）。对燃油和劣质煤空气预热器，冷端换热元件有时采用镀搪瓷换热元件。2.1 换热元件波形选用的设计原则传热元件板型的设计要根据用途而定，基本设计原则是：（1）传热性能好，即气流速度较高，扰动好，强烈混合。（2）单位体积的受热面大。（3）阻力性能好，在热力特性相同的情况下阻力小。（4）不易积灰（特别是冷端）。（5）便于生产线制造，成本相对低。许多要求是相互矛盾的，应综合考虑其整体经济效益，包括维护。2.2换热元件波形简述现在世界上采用的板型五花八门，板型很多，不同情况用不同的板型，而常用的板型仅几种，但具体尺寸又不一样。每种板型都要进行多次各种性能试验，并经实际运行考验，然后正式作为标准，并申请专利。板型的性能试验结果给出j、f曲线，j与传热有关，f与阻力有关，j和f是雷诺数Re的函数。预热器的性能计算中j和f是关键的数据。各种板型的性能试验比较中，还常用一个Puming Power Rating（能量消耗比）数据。目前用得最多的板型是DU、DNF、NF和FNC，而各国的具体尺寸又不一样，试验数据保密。同样是DU板型，可能性能相差很大，因此设计时应注意波形从流道的特点来讲，可以分为两类，一类是开放式波形，一类是封闭式波形，开放式波形在烟气流经过程中，扰动强烈，故换热较好，但阻力较差，封闭式波形与之相反，故从经济设计的原则出发，热端一般采用开放式波形来提升换热效率，冷端一般采用封闭式波形来达到防堵的目的。 UN/UNU DN/DUN DL/DL3 DNF HC/CU图1几种常用蓄热元件板型图表 波型和吹灰方式选择规范表设计规范A设计规范B设计规范C1. 热端传热元件： 板型：无限制 板厚：0.50.6mm 材料：碳钢1. 热端传热元件： 板型：松排列元件DL 板厚：0.50.6mm 材料：碳钢1. 热端传热元件： 板型：松排列元件DL 板厚：0.60.8mm 材料：耐腐蚀低合金钢2. 中间层传热元件 板型：同热段 板厚：0.50.6mm 材料：碳钢2. 中间层传热元件 板型：同热段 板厚：0.50.6mm 材料：碳钢2. 中间层传热元件 板型：同热段 板厚：0.6 mm 材料：碳钢3. 冷段层传热元件板型：可以同热段或NF, DNF,UNF 板厚：0.81.2mm 材料：耐腐蚀低合金钢3. 冷段层传热元件板型：封闭流道型 NF, DNF,UNF 板厚：1.01.2mm 材料：耐腐蚀低合金钢3. 冷段层传热元件板型：封闭流道型 NF, DNF,UNF 板厚：1.01.2mm 材料：耐腐蚀低合金钢4. 吹灰方式： 热端：不布置吹灰器 冷端：气体吹灰器4. 吹灰方式： 热端：不布置吹灰器 冷端：气体吹灰器4. 吹灰方式： 热端：气体吹灰器 冷端：气体吹灰器2.3不同换热元件波形的性能特点分类名称示意图通道型式几何特点换热能力阻力特性适用性NF类如前图所示封闭由一块无斜波定位板和一块平板组成单位体积内换热面积少，很差直通道，阻力系数低极易堵灰的冷端NU/UNU同上开放交叉纹优秀一般热端DN/DN3/DUN同上封闭交叉纹较好优秀冷端DL/DL3同上开放松散斜顺纹较好一般热端UNF半封闭波纹板较好较好冷热端DU2.5/DU2.78/DU2.8/DU3/HS7/HS8/HS8E/HE/HE1/K2/K6开放斜波交叉较好一般热端DNF/TC1/KE-1/DU3E/HE2封闭斜波封闭一般较好冷端FNC开放纯交叉优秀最差热端CU/HC开放大小斜波交叉一般一般热端2.4 换热元件波形性能能力比较 2.5当前情况下的选型建议元件板型的选择需同时考虑传热效果、流通阻力和堵灰可能三个因素。采用传热效果好的传热元件能降低制造成本，但是不一定流通阻力小或耐堵灰，造成运行成本上升。例如某公司在预热器冷段采用HS7、HS8等DU系列波形元件，虽然预热器转子重量变轻，但是当燃料灰分变多，或用于SCR预热器时，很容易造成堵灰，使阻力上升。传热效果和流通阻力往往构成一对矛盾，因为提高换热效果是通过加强气流通道的局部紊流状况，即加大换热表面波纹密度或倾斜角，但这种方式也同时加大了流通阻力系数。所以在传热元件的选择上的做法是根据燃料的特性选择合适的传热元件板型，通常在预热器热段和中温段选择DU、DN、DL等波型传热元件，匹配从无烟煤到褐煤燃料，相对于某公司对任何煤种都使用DU系列波形（如某公司的HS7、HS8），能兼顾换热性能和抗堵能力。考虑中国煤的特点，对高灰煤和褐煤，在预热器冷段，一般的预热器采用阻力小，不易堵灰的NF6波形传热元件；而在SCR预热器中，冷段通常选用具有良好换热效果和封闭流道的DNF/KE-1型传热元件。良好地换热效果可以保证在冷段元件高度增加后基本不降低排烟温度，而封闭流道的良好吹灰效果又确保不易堵灰。还需在选型时计算预热器转子中金属和气体温度场，根据温度场和硫酸、硫酸氢氨的露点温度来确定各层传热元件的高度，并留有一定余量，以适应煤种变化。这种做法一方面确保了在SCR预热器中硫酸氢氨的沉积区域完全处于冷段传热元件范围内，采用高硫煤燃料时硫酸也完全沉积在冷段层内，避免层间堵灰，提高冲洗效果，又保证了设备的经济型和安全性。3 结束语通过以上分析和论述，在空气预热器设计过程中，对制造厂家可起到一定的制造指导作用，对使用厂家可起到一定的监造和更换指导作用。避免从源头上引起空预器选型失误的问题。参考文献陈干锦，蔡明坤。上海锅炉厂有限公司新型容克式换热器设计技术（J）.锅炉技术，2003（1） 李建平。哈尔滨锅炉厂有限公司回转式空预器换热元件简介（J）.锅炉制造，2006（11）段晓云，李志刚。广州中电荔新电力公司空预器热端元件失效原因分析及措施（J）.宁夏电力，2015（12）胡雪红，曾先林。容克式空气预热器传热元件失效分析（J）.华中电力，2003（5）Shah RK,Skiepko T,Influence of Leakage distribution on the thermal performance of a rotary regenerator (J).Appl.Therm. Eng.199,19(7)685-705.（6）Test Code ASME PTC 4.3,performance Test Codes for Air heater, supplement to performance test co