省煤器和空气预热器PPT幻灯片课件

省煤器和空气预热器 在锅炉尾部烟道的最后 烟气温度仍有400 左右 为了最大限度地利用烟气热量 大型锅炉在尾部烟道都布置一些低温受热面 通常包括省煤器和空气预热器 问题 低温腐蚀 飞灰磨损 积灰 1 一 省煤器 省煤器 英文名称Economizer 就是锅炉尾部烟道中将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面 由于它吸收的是比较低温的烟气 降低了烟气的排烟温度 节省了能源 提高了效率 所以称之为省煤器省煤器的作用给水在进入锅炉前 利用烟气的热量对之进行加热 同时降低排烟温度 提高锅炉效率 节约燃料耗量 给水流入蒸发受热面前 先被省煤器加热 降低了炉膛内传热的不可逆热损失 提高了经济性 降低锅炉造价 采用省煤器取代部分蒸发受热面 减少水在蒸发受热面的吸热量 也就是以管径较小 管壁较薄 传热温差较大 价格较低的省煤器代替部分造价较高的蒸发受热面 改善汽包工作条件 进汽包水温升高 减少汽包壁温与给水温差 减小热应力 因此 省煤器的作用不仅是省煤 实际上已成为现代锅炉中不可缺少的一个组成部件 2 省煤器的型式和布置 分类 沸腾式 非沸腾式材料 铸铁 钢管 氧腐蚀 除氧 形式 立式 卧式结构 28 51蛇形管排列 错列 顺列流程 水平布置 逆流布置 垂直前墙 平行前墙 双面进水 单面进水 水速 金属温度 氧腐蚀 非沸腾式 0 3m s 沸腾式 1m s 烟速 积灰 6m s 磨损 10m s 蛇形管 光管 扩展表面管 鳍片管 肋片管和膜式受热面 强化换热 减轻磨损 3 按出口参数分类沸腾式省煤器 省煤器出口水温达到汽包压力下的饱和温度 用于中压锅炉 工质侧的阻力较大 沸腾式省煤器一般都产生一部分蒸汽 只是沸腾度不同而已 一般沸腾度在10 20 范围内 不宜超过20 非沸腾式省煤器 省煤器与锅炉之间有阀门控制 省煤器出口给水温度要比锅筒内的炉水饱和温度低40 50 因此给水不会沸腾产生蒸汽 用于高压以上的锅炉 有些低参数小容量工业锅炉为安全性考虑 也多采用非沸腾式 省煤器产生的蒸汽量与锅炉给水量之比称为省煤器的沸腾度 沸腾度不宜过大 不超过20 由于蒸汽的比容比水大得多 中压炉省煤器出口蒸汽比容是水的38倍 高压炉蒸汽比容是给水的11倍 当省煤器的沸腾度超过20 时 由于省煤器后半段的流速急剧增加 压降与流速的平方成正比 省煤器的压降明显上升 为了克服省煤器的流动阻力向汽包供水 给水泵出口的压头要增加 给水泵的耗电量将上升 省煤器压降通常为锅炉工作压力的5 因此 为了不使省煤器的流动阻力太大 以降低给水泵的耗电量 一般沸腾式省煤器的沸腾度不宜超过20 4 按材料分类钢管省煤器 耐磨损及腐蚀性较差 寿命较短 传热性能好 重量轻 价格低廉 且能承受高压 沸腾式与非沸腾式均可 广泛应用与现代锅炉中 铸铁省煤器 耐磨损耐腐蚀寿命长 对水质要求不高 只适用于工作压力低于2 5MPa的锅炉 不能用作沸腾式省煤器 体积 重量大 价格贵 容易漏水 较易堵灰 5 6 钢管式省煤器 支吊方式 支承结构适用于中小型锅炉 7 悬吊结构集箱在烟道中 减少穿墙管的数目 以出水引出管为悬吊管 有利于热膨胀 大型电站锅炉普遍采用 管束垂直于前墙布置 8 钢管式省煤器 管束布置方式 a 蛇型管垂直于前墙布置 支吊简单 水速最低 尾部烟道宽度大于深度 但每根管均会受到局部磨损 b 蛇型管平行于前墙 双侧进水布置 水速适中 支吊方便c 蛇型管平行于前墙布置 水速最高 仅磨损几根管子 支吊不方便 9 烟气从锅炉的水平烟道转90度角后进人垂直烟道 省煤器一般都布置在垂直烟道中 烟气中的灰分或其他颗粒在离心力作用下 被甩至垂直烟道的后部 如果省煤器蛇形管采用垂直于前墙的布置方式 见图a 则全部蛇形管的端部都要受到烟气中灰分和颗粒的磨损 如果省煤器管采用平行于前墙的布置方式 见图b c 则只有靠近垂直烟道后墙的几排蛇形管磨损较严重 检修时只需更换磨损严重的这几排蛇形管即可 这样可大大节约材料并减少检修工作量 随着锅炉容量的增大 尾部烟道的深度并非成比例地增加 而是小于容量的增加 因此 平行于前墙布置的方式会出现大容量锅炉省煤器中水速过高的问题 省煤器中水的流速过大 造成给水在省煤器中压力降太大 给水泵耗电量增加 压降与水速的平方成正比 省煤器采用双面进水可使水速降低一半 而且给水的流程也缩短 见图 b 这样可显著地降低省煤器的压降和给水泵的电耗 因此 省煤器双面进水在大型锅炉中被广泛采用 为减小热偏差 可在各组省煤器间用连接管交叉 应采取措施减轻磨损 消除烟气走廊 10 钢管式省煤器 按结构形式分类 按结构形式可分为鳍片式 膜片管式 肋片管式 这些结构形式主要是为了强化烟气侧的换热措施应综合考虑其传热和阻力特性 以及燃料的结灰特性 11 螺旋型鳍片管 12 13 14 省煤器按布置方式可分为错列布置和顺列布置 省煤器管错列布置 由于管子的背面也容易受到灰粒的冲刷 积灰较轻 管子错列布置时 烟气对管子的扰动和冲刷比顺列强烈 因此 错列布置时 烟气侧的放热系数较高 因为省煤器的传热热阻主要在烟气侧 所以 省煤器管错列布置可以提高传热系数 节省传热面积 顺列布置 由于管子的背面不易受到灰粒冲刷 从第二排管子以后 即使管子的正面也不易受到灰粒的冲刷 因此顺列布置的管子积灰比较严重 大型锅炉一般采用纵向鳍片管 螺旋型鳍片管和整焊膜式受热面制造省煤器 以增大烟气侧的换热面积 节约金属耗量 降低管组高度和减小烟气侧阻力 并可减轻省煤器磨损 15 省煤器的启动保护 锅炉点火前虽然巳上水到水位计最低可见水位处 但是点火后 由于炉水温度升高 体积膨胀使水位上升 随着炉水温度的进一步提高 水冷壁内逐渐产生蒸汽 锅炉水位进一步上升 也就是说 锅炉从点火开始有相当长的一段时间内不需要补水 省煤器内如没有水流过 可能因过热而损坏 如图2 78所示 在汽包下部与省煤器入口装一根再循环管 16 省煤器设计 管径的选择纵向节距和横向节距 烟气流速 的选择管组高度的限制 检修用空间高度的预留省煤器中的水速 17 某厂省煤器布置 王曲电厂 上锅600MW 省煤器管束采用光管 顺列布置 省煤器为连续管圈可疏水型 无向下流的水回路 省煤器设计中考虑灰粒磨损保护措施 省煤器管束与四周墙壁间装设防止烟气偏流的阻流板 管束上还设有可靠的防磨装置 在吹灰器有效范围内 省煤器设有防磨护板 以防止吹坏管子 省煤器能自疏水 进口联箱上装有疏水 锅炉充水和酸洗的管座 并带有相应的阀门 在BMCR时 通过省煤器的烟气平均流速不超过9m s 18 尾部竖井的前 后分竖井的下部各装有一级省煤器 省煤器为顺列布置 以逆流方式与烟气进行热交换 19 省煤器布置在双烟道的下部 省煤器以顺列布置 以逆流方式与烟气进行换热 给水经省煤器的入口汇集联箱分别供至前后的省煤器入口联箱 省煤器向上形成共4排吊挂管 用于吊挂尾部烟道中的水平过热器和水平再热器 20 二 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 有利于燃料的着火和燃烧 减少燃料不完全燃烧热损失 空气预热器作用 1降低排烟温度 提高锅炉效率2改善着火条件 强化燃烧过程 减少不完全燃烧热损失3提高炉膛温度 强化炉膛辐射换热 减少水冷壁受热面4给制粉系统提供干燥剂 21 空气预热器型式 一 低温烟气与空气间间的换热方式1 间壁式换热 通过壁面的导热 冷热流体不接触2 再生式换热 冷热流体轮流接触受热面的蓄热元件 也称为蓄热式3 直接混合式 冷热流体直接混合交换热量 二 空气预热器分类 22 管式空气预热器 一 结构直径为40 51mm 壁厚为1 25 1 5mm的普通薄壁钢管密集排列 错列布置 组成立方体型的管箱数个管箱排列在尾部烟道中 二 主要特点体积大 数倍于回转式空气预热器 金属耗量大 易受腐蚀 损坏 不易更换 清灰困难 管板易发生变形 漏风较小 运行方便 应用较少 23 三 布置方式1 垂直布置烟气管内纵向冲刷 空气管外横向冲刷 须满足烟气及空气流速的不同要求 2 水平布置烟气在管外 空气在管内 可以提高壁温 减轻金属腐蚀 采用较少 锅炉容量增大 管式空气预热器体积增加 锅炉尾部布置困难 设计时选取合理的烟气与空气流速比值 0 5 温压按交叉流计算 传热面积按换热管平均直径计算 24 单面进风与双面进风单级布置与双级布置一次风与二次风分别加热 25 回转式空气预热器 大型锅炉通常采用回转式空气预热器工作原理 再生式 烟气和空气交替地流过受热面 蓄热元件 放热和吸热 回转式特点 结构紧凑节省钢材布置灵活方便耐腐蚀性好漏风量大 一般8 10 密封不好时20 30 结构复杂 制造工艺高 运行维护 检修布置型式 垂直轴和水平轴布置 结构 受热面旋转式 二分仓和三分仓二种 应用较多 风罩旋转式 单流道和双流道 传热元件不旋转 上下风罩旋转 转一周换热两次 转速稍慢一些 已经用的较少 通常受热面转动的是容克式回转空气预热器 而风罩转动的则是罗特缪勒式回转式空气预热器 26 1 结构可转动的扁圆柱形转子 内置蓄热元件 扁圆柱形转子从上到下被径向隔板分成12个大扇形格 30 每个大扇形格又被许多块横向和径向短隔板规则地分为许多小格仓 小格仓中放满预先叠扎好的蓄热板 转子截面分三个区 烟气流通部分约50 空气流通部分 约为30 密封区 其余部分 固定的圆筒型外壳 烟 风罩 扇形顶板和底板将转子流通截面分为两部分 分别与固定的烟气及空气通道相连接 27 受热面转动的回转式空气预热器 2 工作过程装有受热面的转子由电机通过传动装置带动 以2 4r min的转速转动 因此受热面不断地交替通过烟气流通区和空气流通区 当受热面转到烟气流通区时 烟气自上而下流过受热面 从而将热量传给受热面 蓄热板 当它转到空气流通区时 受热面又把积蓄的热量传给自下而上流过的空气 这样循环下去 转子每转动一周 就完成一个热交换过程 28 二分仓回转式空气预热器由圆筒形的转子和固定的圆简形外壳 烟风道以及传动装置所组成 圆筒形外壳和烟风道均不转动 而内部的圆筒形转子是转动的 受热面装于可转动的圆筒形转子之中转子被分成若干个扇形仓格 每个仓格内装满了由波浪形金属薄板制成的作为受热面的传热元件 蓄热板 二分仓式回转空气预热器中烟气从上方通过烟道和转子截面的50 从下方流出 空气从另一侧下方进入 经风道和转子截面的30 40 从上方流出 其余部分为两者之间的过渡区 密封区 转子以每分钟1 4转的转速缓慢旋转 每转一圈 蓄热板圾 放热各一次 使烟气和冷空气之间实现热交换 二分仓式回转空气预热器 空气只有一个通道 出口热空气 一 二次风 具有相同的温度和压力 二分仓回转式空气预热器 29 三分仓回转式空气预热器在二分仓预热器的基础上 将空气通道一分为二 用密封件将它们隔开 成为各自独立的一次风通道和二次风通道 烟气通道则与二分仓的相同但现代电站锅炉根据燃烧的需要 对一 二次风要求的风量 风温及压力是不同的 因此出现了三分仓的受热面转动回转式空气预热器 它有两股空气进入预热器 分别流过被烟气加热的波形板受热面 以得到不同的风温 压力 三分仓回转式空气预热器适用于燃煤锅炉常采用的冷一次风机系统上 三分仓回转式空气预热器 30 31 32 三分仓回转式空气预热器主要由转子 蓄热元件 壳体 梁扇形板 烟风道 密封系统 控制系统 驱动装置 轴承 润滑系统 吹灰 清洗装置和保温材料等组成 1 转子转子由装在中心轮毂上的碳钢板构成的 转子中心部分 即支架 是轮毂不可分割的组成部分 径向板从轮毂伸至转子圆周 将转子分成若干个扇形区 这些扇形区又由辅助径向隔板和分仓隔板进一步分隔 如此形成的扇形区通过额外的不同径的分仓隔板 需要处还用隔板 加固 形成楔形室 加热表面元件箱就装在这样形成的各个室中 每7 5 扇形区有5个加热元件箱 转子是一个有48个扇形结构 24个仓板的板结构 正常速度为0 75rpm 公称速度 低速时为0 37rpm 转子顶部和底部是带箍外部分仓板 箍由装配式角钢或板组成 有凸缘从分仓隔板上支承元件组件 33 空气预热器转子壳体 34 转子结构部件图 35 2 蓄热元件由于冷端即烟气流出 空气进入空气预热器的一端很容易因为温度以及燃料状况的原因而发生腐蚀 因此元件布置成三层 称 热 中间 和 冷 端元件 热端 和 中间 元件用低碳钢 或考登钢板 制造 冷端 元件用与低合金高强度钢相当的钢 或搪瓷 制造 放置传热元件的转子在运行中由于热 冷端存在温度差 因此会产生热态膨胀变形 膨胀差不仅存在于空气预热器的转子和壳体之间 甚至存在于壳体本身 此温差也会使其结构变形 例如 在空预器的主中心部分存在这种影响 在顶梁和底部结构之间有着很大的温度差 在转子长度上存在较大温差的空预器转子上这种影响最为明显 转子底部不仅暴露于经过冷却的烟气 烟气离开加热器时温度约为130 而且暴露在进入的约30 的空气中 另一方面 加热面暴露在约360 的热烟气中 并且流出的热空气约为300 由于整个转子长度上的金属温度差约为250 在热态时 整个转子呈 碟 状或 帽 状 36 元件箱 37 38 传热元件板型 39 支撑轴承转子由一个位于底部框架大梁上的轴承箱内的自调球面滚柱推力轴承支承 这个轴承承受带载转子的全部旋转重量 四个定位块焊接到轴承箱底板上 两块定位板用螺栓固定到轴承架上 底部支撑球面滚柱推力轴承为SDF294163EM 轴承在油浴转动 轴承箱上有一个加油口和油位指示计 轴承箱上钻有一个1 2 BSP孔 用于安装油温探头 轴承箱下方配有填隙材料 用于转子定位 安装时要增加填隙片以补偿大梁的挠曲 支撑轴承如图所示 40 支撑轴承 41 固定轴承顶部固定轴承组件由一个位于钟形安装座上的球面滚柱轴承组成 钟形安装座由转子轴肩定位并用一个收缩盘紧固在轴上 顶部固定球面滚柱轴承为SKF23972CAC W33 轴承由两个焊接到轴承箱正好相对的两侧的外伸撑杆组成 撑杆将轴承箱就位并紧固在顶部结构上 轴承箱的水平调整和定位是通过在支架杆下方的垫填隙片进行的 焊接在顶部结构大梁上的调节螺丝用于微调及转子对中 轴承在油浴中转动 油的等级与支承轴承类似 轴承箱上配有一个加油口 油位计和放油塞以及安装油温度探头的1 2 BSP孔 固定轴承如图所示 42 固定轴承 43 驱动装置是一个电动齿轮组件 直接安装在转子轮毂驱动轴上 这个驱动组件包括主用和事故交流电驱动装置及水冲洗用的直流电空气马达 配有手动盘车装置 用于在安装和维修期间人工转动转子 转子是由安装在轴上的齿轮箱从中心驱动的 最多可以安装4台独立的驱动马达 电动马达功率非常小 大约10KW 并且能够克服小的径向和轴向密封件磨擦力 转子由电动马达通过一个直接安装在转子毂驱动轴上的齿轮组件驱动 该齿轮组件有三种驱动转子的方式 正常的交流电驱动 交流电事故驱动和用于水冲洗的低速直流驱动 所有的驱动马达均用法兰联轴器安装到主螺旋齿轮装置上 44 转子驱动系统 45 漏风是回转式空预器的主要问题 空气侧至烟气侧携带漏风 受热面转动时 会将留存在受热元件气体流通截面内的一些空气带入烟气中 或将留存的一些烟气带入空气中 转子旋转越快 携带漏风量越大 总得来说 一般不超过1 密封漏风 回转式空气预热器是一种转动机械 在预热器的动 静部件之间总要留有一定的间隙 以便转动部件运动 流经预热器的空气是正压 烟气是负压 空气会在这种压差的作用下 通过这些间隙漏到烟气中去 尽管这些间隙中有密封装置 但也不可能将这些间隙密封堵死 因而就造成密封漏风 回转式空气预热器的漏风 46 密封漏风的大小与间隙的大小以及两侧的压差的平方根成正比 如果是转子或风罩制造不良 或者受热后变形 或者是运行磨损后未经调整 都会使漏风的间隙增大 也就使漏风量增大 锅炉燃烧器的阻力越大 要求的热空气压力就越高 也会使预热器的漏风量增大 设计制造良好的回转式空气预热器 其漏风量一般为8 10 质量不佳者可达20 30 漏风对锅炉运行的经济性有很大影响 漏风量增加将使送风机和引风机的电耗增大 增加排烟热损失 使锅炉热效率降低 如果漏风过大 还会使送入炉膛的风量不足 导致锅炉的机械未完全燃烧热损失和化学未完全燃烧热损失增加 进而影响锅炉的出力和效率 并且可能引起炉膛结渣 47 48 轴向密封条安装在转子壳体外侧 位置与径向隔板的端部相对应 跟安装在预热器端柱内侧的轴向密封板弯曲表面形成密封 轴向密封板边界内始终至少有两个密封件 起迷宫密封的作用 以最大限度减小空气向烟道的泄漏 圆周密封件安装在转子的轮毂和圆周上 顶部和底部都装 它们的基本功能是防止转子外侧周围的空气或烟气的旁路 旁路会减弱空气预热器的热性能 为达到此功能 这些密封件对轴向密封件起辅助作用 因为它们能减小轴向密封件两端之间的压差 49 双密封示意图 50 双密封结构简图 51 径向密封片沿径向 安装在转子径向隔板的顶端 用于阻止转子上下端面与扇形板静动之间因风 烟 压不同而存在的漏风 国产同类型空预器的该项漏风很大 并在运行中空隙大多数不可调 52 为防止通过分仓板和轴之间的间隙向锅炉房泄漏 在转子的每一端上都安装了轮毂密封 平板迷宫密封件在分仓板和轴的圆周之间形成密封 此外 在每一端各由一个备用压盖密封 装有一个吸入管 连接到烟气流 以防止向锅炉房泄漏 53 进入尾部烟道的飞灰由于温度较低 具有一定的硬度 因此随烟气冲击受热面排管时 会对管壁产生磨损作用 特别是省煤器 进口烟温已降至450 左右 灰粒较硬 且采用小直径薄壁碳钢管 更易受到磨损损坏 磨损是省煤器爆管在锅炉四管爆破事故中占的比例较高的原因之一 三 低温受热面的飞灰磨损 54 1 飞灰磨损机理冲击磨损 含有硬粒飞灰的烟气相对于管壁流动 对管壁产生磨损 也称冲蚀 两种形式 冲刷磨损 灰粒相对管壁表面的冲击角较小 甚至接近平行 灰粒垂直于管壁表面的分力使它锲入被冲击的管壁 而灰粒与管壁表面相切的分力使灰粒沿管壁表面滑动 两个分力合成的结果起一种对管壁表面切削的作用 撞击磨损 灰粒相对管壁面的冲击角度较大 或接近于垂直 以一定的运动速度撞击管壁表面 使管壁表面产生微小的塑性变形或显微裂纹 在大量灰粒长期反复的撞击之下 逐渐使塑性变形层整片脱落而形成磨损 55 2 影响飞灰磨损的因素1 灰粒特性 灰的颗粒形状 锐利有棱角的灰粒比圆体灰粒对金属的磨损较严重 灰颗粒直径及密度越大 磨损越严重 2 飞灰浓度 飞灰浓度越高 对锅炉受热面的磨损亦越强烈 高灰分燃料锅炉 省煤器磨损情况最严重 烟道局部地区形成飞灰浓度集中 引起严重的磨损 3 管束的排列与冲刷方式 1 第一排管子迎风两侧30 500 2 错列第二排管子最严重 主气流两侧25 350 3 顺列主气流两侧600 第五排管子最严重 56 4 烟气速度 磨损量与飞灰动能和飞灰撞击管壁的频率成正比 动能与速度成二次方关系 撞击频率与速度成正比 因而管壁的磨损量与飞灰的冲击速度成三次方关系 冲击磨损量与烟气速度的n次方成正比 且n大于3 烟速在9 40m s范围时 n等于3 3 4 0 5 运行中的因素 1 超负荷 烟气量 烟速 和飞灰浓度增加 磨损严重 2 烟道漏风 烟气量增加 57 3 减轻和防止磨损的措施降低烟气速度和飞灰浓度 一般烟速为6 9m s 近年来国外倾向采用较低的烟气速度 从根本上减轻磨损 采用较低的过量空气系数及减少炉膛和烟道的漏风量 防止在受热面烟道内产生局部烟速过大和飞灰浓度过大 避免烟气走廊 58 在省煤器弯头易磨损的部位加装防磨保护装置 59 省煤器采用螺旋鳍片管或者肋片管回转式空气预热器上蓄热板用耐热 耐磨的钢材制造 且厚度大1mm 60 四 尾部受热面的积灰 1 尾部受热面积灰的形态干松灰 粒度小于30 m的灰的屋里沉积 呈干松状 易清除 低温黏结灰 空气预热器冷端 原因 CaSO4水泥状物质吹灰凝结水或者省煤器漏水渗到积灰层形成水泥状物质 危害 硬结状 堵管 难清除 2 积灰对锅炉工作的影响排烟热损失增加积灰堵塞烟道 流动阻力增加 出力下降低温腐蚀 61 3 影响积灰的因素飞灰颗粒粒径 微小颗粒容易沉积 烟气流