清华大学热能工程教学省煤器和空气预热器

1、第第5 5章章 省煤器省煤器和和空气预热器空气预热器 5.1 5.1 省煤器省煤器 5.2 5.2 空气预热器空气预热器 5.3 5.3 尾部受热面的布置尾部受热面的布置 5.1 省煤器省煤器 n 省煤器作用省煤器作用 n 省煤器分类省煤器分类 n 铸铁省煤器铸铁省煤器 n 钢管省煤器钢管省煤器 省煤器：利用锅炉尾部低温烟气的热量来加热锅 炉给水的受热面。 省煤器作用 （1）对低压小型锅炉： 排烟温度，热效率，节约燃料消耗量。 为排烟温度，可用管束，可用省煤器，用省煤器经济有效 P0.41.01.251.62.5 tbh151.1183.2194.1203.4225 tgs202020，602

2、0，6060，105 ：可将烟气冷却到较低温度。 ：降低同样烟温，省煤器受热面仅为蒸发受热面的一半， 节省金属材料。 在烟温相同时，省煤器中工质温度低，传热温差大。 工质强制流动，布置紧凑，传热系数提高。 省煤器作用 （2）现代大型锅炉： 给水的高度回热，并且采用了空气预热器，因此省煤器的作用主要 是为了减少蒸发受热面，以便宜的省煤器受热面来代替价格较贵的蒸发受 热面。 （3）进入锅筒水温提高到接近锅筒中工质的饱和温度，降低了锅筒进 水温度和锅筒中工质饱和温度间温差，降低了由此温差而引起的锅筒热应 力。 省煤器分类 按受热面形状 铸铁式 钢管式 非沸腾式 沸腾式 光管 鳍片管 膜式 按材料 按

3、水被加热程度 铸铁省煤器 铸铁省煤器-铸铁管 铸铁省煤器-特点 耐腐蚀，管壁较厚，可用于给水未经除氧的工 业锅炉及烟气外部腐蚀严重区域。 铸铁性脆，强度低且不能承受水击，2.5MPa 压力以下，非沸腾式省煤器。 易积灰堵灰。 安全性较差，设旁通烟道和给水旁路。 铸铁省煤器 1吹灰器 2连接弯头 3省煤器管 4给水管 5安全阀 6温度计 7压力表 1烟气挡板 2旁通烟道挡板 3旁通烟道 4铸铁省煤器管 5连接弯头 6烟道挡板 7、10安全阀 8、14截止阀 9往除氧器管道 11旁通管 12止回阀 13疏水管 钢管式省煤器-结构 蛇形钢管+集箱 钢管式省煤器-结构 D=25-42 S1/d=2-3

4、 S2/d=1.5-2 错列顺列 钢管式省煤器-管组高度 S2/d=1.5-2时，管组高 1.5m， S2/d1.5时，管组高 1.2m 管组高度大，分组，组间 550-600mm 空预器与省煤器 管组间距 800-1000mm。 方便检修 钢管式省煤器-水速、烟速 水速 非沸腾式及沸腾式的非沸腾部分，0.3m/s, 沸腾式的沸腾部分，1.0 m/s。 一般水速2m/s 水阻力 高压/超高压， 锅筒压力的5% 中压， 锅筒压力8% 烟速：8-10m/s。 钢管式省煤器-布置 钢管式省煤器-蛇形管方向 前墙：蛇形管短，易于支撑，全部管均磨损 前墙：后排几根蛇形管磨损剧烈，支持复杂 煤粉炉： 前墙

5、 油气炉： 前墙、前墙 钢管式省煤器-蛇形管及集箱的连接 a) 集箱一般布置在炉墙外，集箱和管子在墙外焊接。 b) 集箱通过穿墙连接管和蛇形管连接：自集箱引出管子多 时，为避免管子穿墙时漏风过多，可自集箱引出少量连 接管穿过炉墙，使连接管和蛇形管在烟道中连接。 c) 集箱和管子在烟道中连接：在炉墙气密性要求高的锅炉 中，可将集箱布置在烟道中并兼作省煤器支持件。 钢管式省煤器-强化传热 钢管省煤器管子一般为光管，为了在烟气侧强化传热并减小省 煤器尺寸，可采用： 鳍片管 管外带环状肋片或螺旋形肋片 膜式 钢管式省煤器-鳍片管 焊接鳍片管：比光管减少(25-30)%受热面，且 鳍片管鳍片金属的价格要

6、比管子金属便宜 轧制鳍片管：可使省煤器尺寸减少(40-45)% 钢管式省煤器-螺旋鳍片管 错列布置 顺 列布置 钢管式省煤器-膜式 由光管焊接厚2-3mm的 钢板制成。 在吸热量和光管相同时， 金属消耗量小 烟气流动阻力减小 省煤器尺寸减小，支持 方便且运行可靠 钢管式省煤器-再循环管 1锅筒 2省煤器集箱 3省煤器 4安全阀 5止回阀 6截止阀 7再循环管上阀门 钢管式省煤器-支持结构 支托或悬吊 1支承梁 2定位管夹 3省煤器蛇形管 4省煤器出口集箱 5托架 6U形螺栓 7钢柱 8炉墙 9省煤器进口集箱 10连接管 用用 角角 钢钢 支支 架架 用冲压制成的支架用冲压制成的支架 钢管式省煤

7、器-支持结构 以蛇形管为支持件 以集箱为支持件 用吊杆用吊杆 5.2 空气预热器空气预热器 n 空气预热器作用空气预热器作用 n 空气预热器分类空气预热器分类 n 管式空气预热器管式空气预热器 n 回转式空气预热器回转式空气预热器 利用锅炉尾部烟气热量利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧用空气来加热燃烧用空气的的 一种热交换装置。一种热交换装置。 在近代火力发电站中，由于在近代火力发电站中，由于t tgsgs较高，省煤器较高，省煤器 无法将烟气冷却到合乎经济要求的温度，而无法将烟气冷却到合乎经济要求的温度，而 t tlklk低，因此可用空预器降低排烟温度。低，因此可用空预器降低排烟温度。 P中压高压

8、超高压亚临界超临界 tgs 150 170 215240260 空气预热器空气预热器-作用 排烟温度，排烟温度，锅炉效率；锅炉效率； 炉温，改善燃料着火和燃烧，炉温，改善燃料着火和燃烧， 不完全燃烧损失，不完全燃烧损失，锅炉效锅炉效 率；率；对难着火燃料重要对难着火燃料重要。 炉温，强化辐射换热；炉温，强化辐射换热； 热空气可作为制粉系统的干燥剂。热空气可作为制粉系统的干燥剂。 空气预热器空气预热器-热空气温度 热风温度的选取原则热风温度的选取原则 取决于燃料种类和燃烧方式取决于燃料种类和燃烧方式 层燃炉层燃炉 trk200 液态排渣煤粉炉液态排渣煤粉炉 trk=380420 固态排渣煤粉炉固

9、态排渣煤粉炉 对于对于A trk=250300 对于对于W、p trk=380400 对于对于H trk=300400 油、气炉油、气炉 trk=200300 空气预热器空气预热器-分类 间壁式间壁式 再生式再生式 板式板式 管式管式 钢管钢管 玻璃管玻璃管 铸铁管铸铁管 受热面受热面 回回 转转 风罩风罩 回转回转 立立 式式 卧卧 式式 垂直轴垂直轴 水平轴水平轴 热管式热管式 管式空气预热器-钢管（立式） 1 1管子管子 2 2上管板上管板 3 3膨胀节膨胀节 4 4空气连通罩空气连通罩 5 5中间管板中间管板 6 6下管板下管板 7 7构架构架 8 8框架框架 结构：结构： 支撑：支撑

10、： 密封：密封： 管箱管箱 管式空气预热器-钢管（立式） 膨胀节在上管板处的连接结构膨胀节在上管板处的连接结构 2防止热空气漏入烟气 3防止冷空气漏入烟道 空预器由多个管箱组成， 以利运输、安装。管箱间 用膨胀节密封 管式空气预热器-钢管（立式）-结构尺寸 d：40、51mm 壁厚壁厚：1.2-1.5mm 相邻管孔间隙相邻管孔间隙：10mm S1/d：1.5-1.9 S2/d：1.0-1.2 管板厚管板厚：上：上: 10-20mm 中：中：5-10mm 下：下：20-26mm 管箱高度管箱高度：d=51mm时，时，8m d=40mm时，时， 5m Wy=10-14m/s Wk=(0.450.5

11、5)Wy （通道数和进风方式） 管式空气预热器-钢管（立式）-布置 管式空气预热器-钢管（立式）-布置 trk270 单级单级布置（一级钢管空预器）布置（一级钢管空预器） trk270 双级双级钢管空预器钢管空预器 一级钢管空预器一级钢管空预器+一级回转空预器一级回转空预器 a单面进风双级布置 b双面进风双级布置 c一级管式+一级回 转式空气预热器的 布置 d一二次空气分别加 热的双级布置 管式空气预热器-钢管（卧式） 结构结构：烟气：烟气-管外，空气管外，空气-管内管内 d=38-42mm S同省煤器同省煤器 速度速度：Wy =8-12m/s； Wk = 6-10 m/s 优点优点：tb卧卧

12、=tb立立+(1030) 减轻低温腐蚀，减轻低温腐蚀， 腐蚀后只更换下几排管腐蚀后只更换下几排管 应用应用：燃用多硫重油：燃用多硫重油 配合钢珠吹灰。配合钢珠吹灰。 管式空气预热器-铸铁管 1 铸铁管铸铁管 2 墙板墙板 3 构架构架 4 出口风罩出口风罩 管式空气预热器-铸铁管 结构：椭圆形截面，内外均有肋片，烟气管外流动，空 气管内纵向冲刷，各管之间通过管子端部小孔用螺栓连 接。 优点：耐腐蚀和磨损 缺点：笨重，漏风较大 应用：燃用含硫燃料且排烟温度较低时，用作第一级空 预器，对付低温腐蚀。 管式空气预热器-玻璃管 应用：燃用高硫燃料，在玻璃管空预器中先将空气加热到80-90 ，再 送入钢

13、管空预器，可避免钢管空预器的烟气低温腐蚀。 结构：同钢管空预器，卧式和立式布置，管子为玻璃管，d=40-51mm， L=2-4。管子与管板通过密封装置连接，管箱中装有一些钢管以增强刚性 并支撑管板。卧式布置时管束上部装有2-3排保护钢管以供检修与清灰需 要。 效果：使燃用高硫重油锅炉的排烟温度降为125-130，可锅炉效率 (2.5-3)%。 管式空气预热器-玻璃管 卧式 立式 管箱 清灰设备 管式空气预热器-玻璃管 设计重点：玻璃管与管板连接处的密封装置。 填料密封：用石棉绒等填料均匀塞入玻璃 管与管板之间的空隙，多用于卧式布置， 严密性好，结构简单，加工、安装与更换 均简便。 橡胶圈密封：

14、结构简单，密封 性能好。 管式空气预热器-玻璃管 1压板 2管板 3玻璃管 4橡胶密封环 5拉紧螺栓 6钢管 苏联的管端密装置：用压板将 玻璃管端部和耐热橡胶制成的 密封环压紧，管板和压板用螺 栓连接，作支撑及增强刚性用 的钢管和管板焊住。 管式空气预热器-玻璃管 法国的管端密封装置 空气预热器空气预热器-分类 间壁式 再生式 板 式 管 式 钢 管 玻璃管 铸铁管 受热面 回 转 风 罩 回 转 立 式 卧 式 垂直轴 水平轴 热管式 回转式空气预热器 应用： 大型锅炉，可解决大型锅 炉尾部受热面布置困难问 题。 原理： 再生传热。 分类： 布置方式：垂直轴/水平轴， 按部件旋转方式：受热面

15、 旋转/风罩旋转。 回转式空气预热器-受热面旋转、垂直轴 预热器总体结构 受热面板型 受热面组件 回转式空气预热器 -受热面旋转、垂直 轴 组成：由轴、转子、外壳、传动装置和 密封装置。 转子：用隔板分成一系列小仓格，仓格 中布满用0.5-1.25mm钢板制成的受热 面。扇形仓分度有15、30度两种。转子 由上、下轴承支持，轴承固定在横梁上。 可用下轴承承重，也可由上轴承承重。 外壳：由外壳圆筒、上下端板和上下扇 形板组成，上下端板留有烟风通道的开 孔以备和烟风道相接，中间是装有上下 扇形板的密封区。 在预热器的整个截面上烟气流通截面积 占(40-50)%，空气流通截面积占(30- 45)%。

16、密封区约为(8-17)%。 传动装置：电动机经减速器带动转子以 1.5-4r/min的速度转动。 回转式空气预热器-受热面旋转、垂直轴 运行中 空气漏入烟气和大气。 外界冷空气漏入烟气。 密封： 径向密封：防止空气从空气通道穿 过转子与扇形板之间的密封区漏入 烟气通道。 环向密封：有外环向密封和内环向 密封。外环向密封防止空气通过转 子外圆筒的上下端面漏入外圆筒与 外壳圆筒之间的间隙再漏入烟气通 道，内环向密封为防止空气通过上 下轴端漏入烟气。 轴向密封： 回转式空气预热器-受热面旋转、垂直 轴 方法：在每块仓格板上、下端都装设带密封头或不带密封头的弹簧钢片， 弹簧钢片与扇形板间留有微量间隙，

17、任一仓格板经过密封区时，弹簧钢片 就与外壳上的扇形板构成密封。 回转式空气预热器-受热面旋转、垂直轴 方法： a）使连在外壳上端 板上的密封块和转 子外圆筒上端面间 保持一垂直方向的 微量间隙， b) 使两者保持一半 径方向的间隙以构 成密封。 受热面:分高温段和低温段。 高温段:由齿形波形板 和波形板组成，相隔 排列，前者兼起定位 作用以保持板间距， 高温段受热面传热性 能好，流动阻力适当; 低温段：由平板和齿形波 形板组成，通道较大以便 减少积灰，为延长因腐蚀 而损坏的期限，采用较厚 钢板。 回转式空气预热器-受热面旋转、垂直轴 三分仓回转式空预器 回转式空气预热器-受热面旋转、水平轴 受

18、热面旋转的垂 直轴回转式空气预 热器尺寸增大后， 装有转子轴承的支 承梁负重过重，构 架将显著增大。 优点：转子重量 可直接由支架传到 地基上，构架较小， 且烟气道和空气道 也便于布置。 双圆盘结构 单圆盘结构 1空气 2烟气 回转式空气预热器-风罩旋转 由作为定子的受热面、上下回转风罩、传 动装置，密封装置和烟、风道组成。烟气 在风罩外流经定子加热受热面。定子按7.5 度分度分为许多仓格。空气在风罩内逆向 流动，吸收受热面的蓄热。电动机经减速 器使风罩以0.75-1.4r/min转速旋转。风 罩与固定风道相接处为圆形风口，另一端 罩在定子受热面上的为8字形风口，上下风 罩结构相同，上下两8字

19、形风口互相对准且 同步回转，两风罩用穿过中心筒的轴连成 一体。回转风罩与固定风道之间有环形密 封，与定子之间也有密封装置。在定子整 个截面上，烟气流通截面积占(50-60)%， 空气流通截面积占(35-45)%，密封区占 (5-10)%。 1空气出口 2空气入口 3烟气出口 4回转风罩 5隔板 6烟气入口 优点： 由于笨重的受热面不再转动，因此减轻了支 承轴承的负荷； 由于转动部分的重量仅为预热器总重量的 （1020），因而可以节约耗电量； 由于转速慢（0.75-1.4r/min） ，静子部分 热膨胀均匀，转动部分温度不变，密封间隙 容易调正及保证，减低漏风量； 由于空气与烟气对称分布在受热面

20、上，传热 效果较好； 由于受热面不转动，低温段受热面可以采用 陶瓷等材料以防腐蚀。 这种预热器近年来在大容量锅炉中得到较广 泛的应用。 双流道风罩转动式空预器 回转式空气预热器-优点 l节省钢材，约1/3； l结构紧凑，节省场地，和其他受热面分开布 置; l蓄热板处tb高，腐蚀慢，腐蚀不太影响漏风。 n漏风量大 n结构复杂 n需电动机及传动结构，耗电。 优 点 缺 点 可以单独使用，也可和管式空预器联用。 当trk300350时，高温段管式，低温段回转式。 热管空气预热器 热管:装有中间介质的封闭管。 垂直热管 倾斜热管 5.3 尾部受热面的布置 单级 双级 尾部受热面的布置 单级布置单级布置

21、双级布置双级布置 尾部受热面的布置-单级 省煤器+空预器 简单 trk低时采用 管 式： trk 260- 280 回转式: trk 320- 350 尾部受热面的布置-单级 /0.8 ky x kyrkky tt 1 () 11 k yx rkpykylk kk yy ttt ()() ykypykrklk tt 在燃用干燃料时 在燃用水分较大的燃料时， /0.7 ky / ky n对于 n对于最小 x ky t 30 x ky t /0.8 ky 5270 rkpy t u对于干燃料 /0.8,30,30 x kykylk tt py =110、120, 130时， =280、330、38

22、0rk t 193,230,263 rk t u 在燃用水分较大的燃料时， 110,110,120 py , /0.7,30,30 x kykylk tt 尾部受热面的布置-单级 n单级空气预热器的最高预热空气温度 尾部受热面的布置-双级 锅炉本体和锅炉房 的外形尺寸，特别 是高度增加； 对流烟井的结构复 杂化； 增大省煤器受热面、 连接管道以及风道 等； 空预器的运行可靠 性降低。 尾部受热面的布置-双级 为什么双级？为什么双级？ 烟气流量空气流量 烟气的热容量（近似相等）空气热容量 yk ()() ykypykrklk tt ()() kypyrklk tt trk较高时，空气出口温压更小

23、，平均温压将较小， 受热面面积将很庞大，很不经济。 当trk高到一定程度时，出口温压有可能是零，只用 单级空预器不可能把空气预热到更高的温度。 尾部受热面的布置-热量分配 双级配合时，如何分配各级空预器和省煤器吸热量？双级配合时，如何分配各级空预器和省煤器吸热量？ 尾部受热面的布置-热量分配 sm II ky II sm I ky Itlk trk tgs smII py () kyIIsmII ？ () kyIIsmI ？ ？)( smIkyI 尾部受热面的布置-热量分配 n 总热量的分配总热量的分配 u 尾部受热面烟气侧总有效利用热：尾部受热面烟气侧总有效利用热： u 两级空气预热器总吸收

24、热：两级空气预热器总吸收热： u 则两级省煤器总吸收热：则两级省煤器总吸收热： py o rk o lk ky o lksmsmIIA I II IIQ 2 o lk o rkky IIQ kyAsm QQQ sm II ky II sm I ky Itlk trk tgs smII py 尾部受热面的布置-热量分配 sm II ky II sm I ky Itlk trk tgs smII py () kyIIsmII ？)( smIIkyII ？)( smIkyI n ky II入口烟温的确定入口烟温的确定 u ky II 上管板工作可靠性上管板工作可靠性 u sm I 的水不沸腾的水不沸

25、腾 ky II入口烟温高，该处温入口烟温高，该处温 度按照安全性条件来确定。度按照安全性条件来确定。 尾部受热面的布置-热量分配 sm II ky II sm I ky Itlk trk tgs smII py () kyIIsmII () kyIIsmI ？ () kyIsmI n ky I入口烟温的确定入口烟温的确定 ky I入口烟温较低，入口烟温较低， 该处温度主要有经济性该处温度主要有经济性 决定。决定。 尾部受热面的布置-热量分配 n ky I入口烟温的确定入口烟温的确定 总成本（总费用）：总成本（总费用）： smIsmIkyky ECAC A CsmI省煤器每平方米受热面造价，元省

26、煤器每平方米受热面造价，元/ Cky空气预热器每平方米受热面造价，元空气预热器每平方米受热面造价，元/ 尾部受热面的布置-热量分配 0 ky smI smIky dA dAdE CC dQdQdQ kykyIky dQKtdA 1 ky kykyI dA dQKt smIsmIsmI dQKtdA 1 smI smIsmI dA dQKt 对对ky器：器： 对对sm I器器 ： smIky smI kyIkysmI CK t tC K 4 5 smI ky C C 对于立式对于立式ky器，器，Kky=1825W/(m2) 对于对于sm 器，器，Ksm=6080W/(m2) 0.3 ky smI

27、 K K 1.2 1.5 smI kyI t t 尾部受热面的布置-热量分配 12 1.5 smI kyI t t u 最经济条件下的温压比值最经济条件下的温压比值 尾部受热面的布置-热量分配 sm II ky II sm I ky Itlk trk tgs smII py )( smIkyII ？)( smIIkyII () kyIsmI 尾部受热面的布置-热量分配 空气预热器空气预热器-分类 间壁式间壁式 再生式再生式 板式板式 管式管式 钢管钢管 玻璃管玻璃管 铸铁管铸铁管 受热面受热面 回回 转转 风罩风罩 回转回转 立立 式式 卧卧 式式 垂直轴垂直轴 水平轴水平轴 热管式热管式 回转式空气预热器-受热面旋转、垂直 轴 方法：在每块仓格板上、下端都装设带密封头或不带密封头的弹簧钢片， 弹簧钢片与扇形板间留有微量间隙，任一仓格板经过密封区时，弹簧钢片 就与外壳上的扇形板构成密