锅炉原理 第五章省煤器与空气预热器

1、一、概述一、概述 Coal economizer、Air preheater 能量的梯级利用能量的梯级利用 省煤器是利用锅炉尾部的烟气热量加热给水的一省煤器是利用锅炉尾部的烟气热量加热给水的一 种热交换装置。省煤器的应用，开始是为了降低排烟种热交换装置。省煤器的应用，开始是为了降低排烟 温度，提高锅炉效率，节约燃料消耗量，因此称为温度，提高锅炉效率，节约燃料消耗量，因此称为 “省煤器省煤器”。 早期的锅炉，没有省煤器这一部件，早期的锅炉，没有省煤器这一部件，锅炉的给水锅炉的给水 直接进入锅筒，锅筒本身及其相连接的部件是蒸发受直接进入锅筒，锅筒本身及其相连接的部件是蒸发受 热面。这样，燃料燃烧时

2、形成的烟气直接用来加热这热面。这样，燃料燃烧时形成的烟气直接用来加热这 些表面。锅炉的给水温度本来是很低的，直接加入锅些表面。锅炉的给水温度本来是很低的，直接加入锅 筒中后和锅筒中的水及蒸汽混合，使锅筒中水的温度筒中后和锅筒中的水及蒸汽混合，使锅筒中水的温度 接近于饱和温度。故烟气和这些部件间的传热在烟气接近于饱和温度。故烟气和这些部件间的传热在烟气 温度和饱和温度间进行。传热需要有温差，故温度和饱和温度间进行。传热需要有温差，故离开蒸离开蒸 发受热面的烟气温度发受热面的烟气温度( (此时也是离开锅炉的烟气温度此时也是离开锅炉的烟气温度) ) 高于饱和温度。锅炉的压力愈高，饱和温度就愈高。高于

3、饱和温度。锅炉的压力愈高，饱和温度就愈高。 4 100 0.098 bh p t 由于工质在省煤器中为强制流动，省煤器可以布置得很紧由于工质在省煤器中为强制流动，省煤器可以布置得很紧 凑，由于其温差和传热系数的提高，使得在对流蒸发受热面的凑，由于其温差和传热系数的提高，使得在对流蒸发受热面的 一般烟温范围内，降低同样数值的烟气温度，一般烟温范围内，降低同样数值的烟气温度，所需的省煤器受所需的省煤器受 热面差不多仅为蒸发受热面的一半。此外，省煤器的单位受热热面差不多仅为蒸发受热面的一半。此外，省煤器的单位受热 面价格也比蒸发受热面要低。面价格也比蒸发受热面要低。 在现代锅炉中，省煤器已成为不可或

4、缺的一部分在现代锅炉中，省煤器已成为不可或缺的一部分(容量容量1t/h 以上的锅炉以上的锅炉)。 q在低压锅炉中，装设省煤器主要是为了降低排烟温度，提高在低压锅炉中，装设省煤器主要是为了降低排烟温度，提高 锅炉效率锅炉效率，一般仍不可能取消对流锅炉管束。，一般仍不可能取消对流锅炉管束。 q在中压，特别是在中压，特别是高压和超高压锅炉高压和超高压锅炉中，由于给水温度高，并中，由于给水温度高，并 采用了空气预热器，因此，采用了空气预热器，因此，省煤器的应用主要是为了减少蒸发省煤器的应用主要是为了减少蒸发 受热面，以价廉的省煤器受热面来代替价昂的蒸发受热面。受热面，以价廉的省煤器受热面来代替价昂的蒸

5、发受热面。 q对锅筒式锅炉而言，尤其是工业锅炉，给水经省煤器提高温对锅筒式锅炉而言，尤其是工业锅炉，给水经省煤器提高温 度后再进入锅筒，也度后再进入锅筒，也减轻了锅筒所承受的热应力影响减轻了锅筒所承受的热应力影响。 空气预热器是利用锅炉尾部的烟气热量空气预热器是利用锅炉尾部的烟气热量 来加热燃烧用的空气的一种热交换装置。来加热燃烧用的空气的一种热交换装置。 q吸收排烟中的热量、降低排烟温度，从而吸收排烟中的热量、降低排烟温度，从而 提高锅炉效率提高锅炉效率 q由于空气的预热改善了燃料的着火和燃烧由于空气的预热改善了燃料的着火和燃烧 过程，从而减少了燃料的不完全燃烧损失，过程，从而减少了燃料的不

6、完全燃烧损失， 进一步提高锅炉效率，这对于燃用难着火的进一步提高锅炉效率，这对于燃用难着火的 燃料尤为重要。燃料尤为重要。 q空气的预热还可以强化炉膛中的辐射换热。空气的预热还可以强化炉膛中的辐射换热。 排烟温度提高，则排烟温度提高，则q2损失增大。损失增大。一般排烟温一般排烟温 度提高度提高1015，q2约增加约增加1%，所以应使排烟温，所以应使排烟温 度尽量降低；但这又将引起空气预热器的金属耗度尽量降低；但这又将引起空气预热器的金属耗 量和烟气流动阻力的增大，还可能造成尾部受热量和烟气流动阻力的增大，还可能造成尾部受热 面的低温腐蚀。因此，合理的排烟温度，应通过面的低温腐蚀。因此，合理的排

7、烟温度，应通过 技术经济比较才能确定。技术经济比较才能确定。一般对大、中型锅炉，一般对大、中型锅炉， 排烟温度约为排烟温度约为110180(设计时可在该范围选取，设计时可在该范围选取， 运行时可通过实测得到运行时可通过实测得到)。 省煤器和空气预热器的应用，主要是为了降低排烟温度，省煤器和空气预热器的应用，主要是为了降低排烟温度， 提高锅炉效率，节约燃料消耗量；也为了减少价格较贵的蒸发提高锅炉效率，节约燃料消耗量；也为了减少价格较贵的蒸发 受热面及改善燃烧与传热效果。因此，受热面及改善燃烧与传热效果。因此，设计省煤器和空气预热设计省煤器和空气预热 器时，应抓住节约燃料与节约钢材等投资之间的矛盾

8、，以达到器时，应抓住节约燃料与节约钢材等投资之间的矛盾，以达到 用较少的投资而能节约更多的燃料。用较少的投资而能节约更多的燃料。 省煤器和空气预热器工作于较低的烟温区域，工作条件虽省煤器和空气预热器工作于较低的烟温区域，工作条件虽 然已不像过热器那样严重，然而如果不重视它们的设计制造和然已不像过热器那样严重，然而如果不重视它们的设计制造和 运行要求，亦常产生影响锅炉可靠性方面的问题。例如省煤器运行要求，亦常产生影响锅炉可靠性方面的问题。例如省煤器 常因制造工艺及安装施工上的缺陷，发生焊缝渗漏等迫使停炉常因制造工艺及安装施工上的缺陷，发生焊缝渗漏等迫使停炉 的事故。事实上，的事故。事实上，对于现

9、代大型锅炉，对于现代大型锅炉，防止和减轻省煤器的磨防止和减轻省煤器的磨 损和结灰，防止和减轻空气预热器的腐蚀和堵灰以及解决回转损和结灰，防止和减轻空气预热器的腐蚀和堵灰以及解决回转 式空气预热器的漏风等问题式空气预热器的漏风等问题，已成为设计和运行中的主要问题。，已成为设计和运行中的主要问题。 这些问题对整台锅炉的可用率及热效率均有很大影响。这些问题对整台锅炉的可用率及热效率均有很大影响。 1. 分类分类 q省煤器按水在其中被加热的程度可分为：省煤器按水在其中被加热的程度可分为： 非沸腾式非沸腾式(可分式可分式)及沸腾式及沸腾式(不可分式不可分式)省煤器省煤器。 q按制造所用的材料可分为：按制

10、造所用的材料可分为：铸铁式及钢管式省煤器铸铁式及钢管式省煤器。 q按安装形式可分为：按安装形式可分为：立式及卧式立式及卧式。 q按介质流向可分为：按介质流向可分为：顺流式、逆流式和混流式顺流式、逆流式和混流式。 2. 非沸腾式及沸腾式省煤器非沸腾式及沸腾式省煤器 非沸腾式及沸腾式的名称只表示省煤器的热力工作特征，而不非沸腾式及沸腾式的名称只表示省煤器的热力工作特征，而不 表明在结构上的差别。采用沸腾式或非沸腾式，是由蒸汽参数表明在结构上的差别。采用沸腾式或非沸腾式，是由蒸汽参数 和燃料特性等决定。和燃料特性等决定。 非沸腾式省煤器非沸腾式省煤器( (可分式省煤器或铸铁式省煤器可分式省煤器或铸铁

11、式省煤器) ) 出口水温最小也要比相应压力下的饱和温度低出口水温最小也要比相应压力下的饱和温度低3030。 省煤器与锅筒之间的连接管道上一般装有截止阀，并设有水和省煤器与锅筒之间的连接管道上一般装有截止阀，并设有水和 烟气的旁路。烟气的旁路。 中小容量工业锅炉。中小容量工业锅炉。 沸腾式省煤器沸腾式省煤器( (不可分式省煤器或钢管式省煤器不可分式省煤器或钢管式省煤器) ) 沸腾度一般不超过沸腾度一般不超过20%20%。 省煤器和锅筒直接由管路连接，没有任何中间关断阀门。省煤器和锅筒直接由管路连接，没有任何中间关断阀门。 现代电站锅炉。现代电站锅炉。 铸铁式省煤器铸铁式省煤器是可以用在压力低于是

12、可以用在压力低于2.2MPa的情况下。由一的情况下。由一 系列水平的铸铁管子构成，管子在两端彼此用铸铁弯头连接。系列水平的铸铁管子构成，管子在两端彼此用铸铁弯头连接。 管子外面一般都铸有鳍片，以增加烟气侧的受热面，增加传热管子外面一般都铸有鳍片，以增加烟气侧的受热面，增加传热 效果。管子水平布置有利于组装在垂直烟道中，并能减少鳍片效果。管子水平布置有利于组装在垂直烟道中，并能减少鳍片 的积灰。铸铁式省煤器的强度不高。由于铸铁性脆，不能承受的积灰。铸铁式省煤器的强度不高。由于铸铁性脆，不能承受 冲击，因此这种省煤器不能用作沸腾式省煤器。通常这种省煤冲击，因此这种省煤器不能用作沸腾式省煤器。通常这

13、种省煤 器出口水温比饱和温度低器出口水温比饱和温度低3040左右。由于铸铁耐蚀性好以左右。由于铸铁耐蚀性好以 及由于工艺要求，铸铁省煤器具有较厚的管壁，因此及由于工艺要求，铸铁省煤器具有较厚的管壁，因此常用于给常用于给 水未经除氧的小型锅炉中，使其不致因内外腐蚀而很快损坏水未经除氧的小型锅炉中，使其不致因内外腐蚀而很快损坏。 铸铁省煤器的缺点是：体积、重量大，价格贵，而且连接铸铁省煤器的缺点是：体积、重量大，价格贵，而且连接 法兰多，容易发生漏水现象，同时又较易堵灰。因此目前在中、法兰多，容易发生漏水现象，同时又较易堵灰。因此目前在中、 大型锅炉中已不采用。大型锅炉中已不采用。 3. 铸铁式及

14、钢管式省煤器铸铁式及钢管式省煤器 铸铁式省煤器的布置方案铸铁式省煤器的布置方案 (起动情况起动情况) 钢管式省煤器钢管式省煤器 是现代锅炉中是现代锅炉中 最常用的一种，最常用的一种， 可用于任何压可用于任何压 力容量、任何力容量、任何 形状的烟道中。形状的烟道中。 优点优点：结构紧：结构紧 凑、体积小、凑、体积小、 重量轻、价格重量轻、价格 低廉、能承受低廉、能承受 汽水冲击、能汽水冲击、能 承受高压、运承受高压、运 行可靠。行可靠。 钢管式省煤器一般由钢管式省煤器一般由2842管子组成，以管子组成，以 32(R=60mm)、38(R=75mm)的无缝钢管用的无缝钢管用 得较多。得较多。 管壁

15、厚度中压用管壁厚度中压用3mm，高压用，高压用45mm，一般都，一般都 用用20号碳钢。号碳钢。 钢管式省煤器多采用水平布置，排列方法为错列钢管式省煤器多采用水平布置，排列方法为错列。 横向相对管距横向相对管距(使两排管子之间能放下支撑结构使两排管子之间能放下支撑结构) s1/d=23。 纵向相对管距纵向相对管距(与管子弯曲半径有关与管子弯曲半径有关) s2/d=1.52。 焊接鳍片管省煤器、轧制鳍片管省煤器、膜式省煤器焊接鳍片管省煤器、轧制鳍片管省煤器、膜式省煤器 为了强化烟气侧的传热，并使省煤器结构更加紧凑，可在省为了强化烟气侧的传热，并使省煤器结构更加紧凑，可在省 煤器的钢制蛇形管上焊接

16、煤器的钢制蛇形管上焊接矩形鳍片矩形鳍片。在传热量相等、金属耗。在传热量相等、金属耗 量相等、且通风耗能量也相等的情况下，焊有鳍片的受热面量相等、且通风耗能量也相等的情况下，焊有鳍片的受热面 的体积可比光管受热面的体积小的体积可比光管受热面的体积小2530%。如果采用由。如果采用由鳍片鳍片 异型管异型管( (梯形鳍片梯形鳍片) )制成的省煤器，鳍片管可使省煤器的外形制成的省煤器，鳍片管可使省煤器的外形 尺寸缩小尺寸缩小4050%。还可使用管外带。还可使用管外带横向肋片横向肋片( (环状或螺旋状环状或螺旋状) ) 的省煤器以强化传热，这类省煤器适用于灰分不粘结的燃料。的省煤器以强化传热，这类省煤器

17、适用于灰分不粘结的燃料。 膜式省煤器膜式省煤器在吸热量和光管省煤器相同时，金属消耗在吸热量和光管省煤器相同时，金属消耗 量小。锅炉参数越高，节省的金属越多，可使烟气阻量小。锅炉参数越高，节省的金属越多，可使烟气阻 力减小，省煤器尺寸减小，支持方便且运行可靠。力减小，省煤器尺寸减小，支持方便且运行可靠。 4. 4. 为什么省煤器管是自然循环锅炉受热面中管径最小的？为什么省煤器管是自然循环锅炉受热面中管径最小的？ 水冷壁常采用的管子水冷壁常采用的管子60 x3mm60 x3mm，60 x3.5mm60 x3.5mm， 60 x5mm60 x5mm和和 76x6mm76x6mm采用直径较大的管子作上

18、升管，可以有效地降低上升采用直径较大的管子作上升管，可以有效地降低上升 管阻力，对提高水循环的安全有利。管阻力，对提高水循环的安全有利。 过热器常采用的管子过热器常采用的管子38x3.5mm38x3.5mm，38x4.5mm38x4.5mm， 42x3.5mm42x3.5mm和和 42x5mm42x5mm采用直径较大的管子对降低过热器的压降有利。采用直径较大的管子对降低过热器的压降有利。 管式空气预热器常采用的管子管式空气预热器常采用的管子40 x1.5mm40 x1.5mm空气预热器采用直径空气预热器采用直径 过小的管子，容易造成管子积灰堵死，给运行和检修带来困难。过小的管子，容易造成管子积

19、灰堵死，给运行和检修带来困难。 省煤器常采用的管子省煤器常采用的管子32x3mm32x3mm，32x3.5mm32x3.5mm和和32x4mm32x4mm采用直采用直 径较小的管子，可防止给水除氧不良时，给水在省煤器中加热逸出径较小的管子，可防止给水除氧不良时，给水在省煤器中加热逸出 的氧气停留在管内壁上造成局部氧腐蚀；防止沸腾式省煤器内汽水的氧气停留在管内壁上造成局部氧腐蚀；防止沸腾式省煤器内汽水 分层；降低壁厚，减少金属用量，降低成本；有利于减轻省煤器的分层；降低壁厚，减少金属用量，降低成本；有利于减轻省煤器的 积灰。积灰。 5. 5. 省煤器布置省煤器布置 省煤器通常省煤器通常布置布置在

20、对流烟道中，一般将管圈放置成水平在对流烟道中，一般将管圈放置成水平 以利于排水。而且总是保持水由下向上流动，以便于排除其中以利于排水。而且总是保持水由下向上流动，以便于排除其中 的空气，避免引起局部的氧气腐蚀。烟气从上向下流动，既有的空气，避免引起局部的氧气腐蚀。烟气从上向下流动，既有 助于吹灰，又保持烟气相对于水的逆向流动，增大传热温差。助于吹灰，又保持烟气相对于水的逆向流动，增大传热温差。 为此，国产锅炉中，为此，国产锅炉中，省煤器通常是安装在烟气下行的对流井中省煤器通常是安装在烟气下行的对流井中。 省煤器管中的省煤器管中的水速水速应该保持在一定范围内，水速过高则应该保持在一定范围内，水速

21、过高则 省煤器的水阻力将过大，一般规定，省煤器的水阻力将过大，一般规定，省煤器中的水阻力，对于省煤器中的水阻力，对于 高压锅炉不能超过锅筒中压力的高压锅炉不能超过锅筒中压力的5%5%，对于中压锅炉不得超过锅，对于中压锅炉不得超过锅 筒中压力的筒中压力的8%8%。水速过低要引起管内空气的阻塞及管子的局部水速过低要引起管内空气的阻塞及管子的局部 腐蚀，在沸腾式省煤器中，则会产生汽水分层。为了避免这种腐蚀，在沸腾式省煤器中，则会产生汽水分层。为了避免这种 现象的发生，现象的发生，在锅炉的额定负荷下，对于非沸腾式或沸腾式省在锅炉的额定负荷下，对于非沸腾式或沸腾式省 煤器的非沸腾部分的水速，不应小于煤器

22、的非沸腾部分的水速，不应小于0.3m/s0.3m/s；对于沸腾式省煤；对于沸腾式省煤 器的沸腾部分的水速不得小于器的沸腾部分的水速不得小于1.0m/s1.0m/s。 蛇形管在烟道中的布置方向对蛇形管中的水速有很大影响。蛇形管在烟道中的布置方向对蛇形管中的水速有很大影响。 蛇形管平面可以布置成平行或垂直于锅炉前墙。当烟道尺寸和管子节距一定时，图蛇形管平面可以布置成平行或垂直于锅炉前墙。当烟道尺寸和管子节距一定时，图 15-6a所示系统中平行工作的蛇形管数最多，因而水速过低，而在图所示系统中平行工作的蛇形管数最多，因而水速过低，而在图15-6c的系统中则的系统中则 平行的蛇形管数最少，因而水速最高

23、。对于大型锅炉，易于达到以上所需的水速；平行的蛇形管数最少，因而水速最高。对于大型锅炉，易于达到以上所需的水速； 对于容量较小的锅炉，则必须采用蛇形管平面平行于前墙，且为单面进水的系统。对于容量较小的锅炉，则必须采用蛇形管平面平行于前墙，且为单面进水的系统。 当当蛇形管布置成垂直于锅炉前墙蛇形管布置成垂直于锅炉前墙时，管子的支吊比较简单，时，管子的支吊比较简单， 因为烟道的深度较小，就在弯头附近的两端支持已经足够。但因为烟道的深度较小，就在弯头附近的两端支持已经足够。但 是，这样的布置使全部蛇形管都要穿过对流烟道的后墙，这是，这样的布置使全部蛇形管都要穿过对流烟道的后墙，这在在 型布置的锅炉中

24、会加剧飞灰磨损的危害型布置的锅炉中会加剧飞灰磨损的危害。因为当烟气从水平。因为当烟气从水平 烟道流入对流竖井时，作了烟道流入对流竖井时，作了9090的转弯而产生了很大的离心力，的转弯而产生了很大的离心力， 烟气中的灰分质点在离心力的作用下，向烟道后墙的一侧集中，烟气中的灰分质点在离心力的作用下，向烟道后墙的一侧集中， 这就使那里的烟气有局部的最大灰分浓度，结果这就使那里的烟气有局部的最大灰分浓度，结果导致全部蛇形导致全部蛇形 管都发生剧烈的局部管都发生剧烈的局部( (弯头处弯头处) )磨损磨损。 如果采用如果采用蛇形管平行于锅炉前墙的布置蛇形管平行于锅炉前墙的布置，那就会，那就会使比较严使比较

25、严 重的烟气磨损局限于靠近烟道后墙的几根管子重的烟气磨损局限于靠近烟道后墙的几根管子，损坏后，也只，损坏后，也只 需更换几根蛇形管。由此可见，需更换几根蛇形管。由此可见，在普通煤粉炉中，应当采在普通煤粉炉中，应当采 用蛇形管平行于锅炉前墙的布置，而这一点恰能与保用蛇形管平行于锅炉前墙的布置，而这一点恰能与保 证所需水速的要求相一致。证所需水速的要求相一致。 对于对于燃用液体和气体燃料燃用液体和气体燃料的锅炉，以及高除渣率的锅炉，的锅炉，以及高除渣率的锅炉， 蛇形管的布置方向主要取决于保证所需水速的条件。蛇形管的布置方向主要取决于保证所需水速的条件。 如果省煤器为双级布置，那么在第一级省煤器的出

26、口集如果省煤器为双级布置，那么在第一级省煤器的出口集 箱和第二组省煤器的进口集箱之间应该有箱和第二组省煤器的进口集箱之间应该有相互交叉的连接管，相互交叉的连接管， 以减少水在平行蛇形管中的温度偏差。以减少水在平行蛇形管中的温度偏差。 在省煤器蛇形管与进出口集箱连接处，大量管子穿过炉在省煤器蛇形管与进出口集箱连接处，大量管子穿过炉 墙。管子穿墙部位的炉墙一般用耐火混凝土浇成，管子和炉墙。管子穿墙部位的炉墙一般用耐火混凝土浇成，管子和炉 墙墙( (耐火混凝土耐火混凝土) )之间留有间隙，使炉墙不受管子热膨胀的影之间留有间隙，使炉墙不受管子热膨胀的影 响。为了保证这部分炉墙的响。为了保证这部分炉墙的

27、密封性密封性，必须装设可靠密封结构。，必须装设可靠密封结构。 从防止漏风的要求来看，集箱放置在烟道里的省煤器结从防止漏风的要求来看，集箱放置在烟道里的省煤器结 构是比较合理的，构是比较合理的，因为在这种结构中没有很多蛇形管穿墙的因为在这种结构中没有很多蛇形管穿墙的 地方，只有集箱或连接管穿过烟道，这些穿墙处可以用石棉地方，只有集箱或连接管穿过烟道，这些穿墙处可以用石棉 绳或膨胀节来密封。绳或膨胀节来密封。 6. 6. 省煤器省煤器- -对流管束对流管束( (锅炉管束锅炉管束) ) q省煤器中水流属强制流动，流速较高，同样流量下，管径省煤器中水流属强制流动，流速较高，同样流量下，管径 可以较小；

28、可以较小； q鳍片管导热性能优于管束的光管；鳍片管导热性能优于管束的光管； q省煤器内外水、烟温差变化大，不像对流管束，管内介质省煤器内外水、烟温差变化大，不像对流管束，管内介质 是饱和温度，传热温差相对较小；是饱和温度，传热温差相对较小； q省煤器内外的水和烟气的流向可实现逆流方式，传热系数省煤器内外的水和烟气的流向可实现逆流方式，传热系数 较大。较大。 在传热量相同的情况下，采用省煤器比采用对流管束节省金在传热量相同的情况下，采用省煤器比采用对流管束节省金 属近一半，换言之，对流管束不宜代替省煤器。属近一半，换言之，对流管束不宜代替省煤器。 7. 7. 热管省煤器热管省煤器 热管省煤器是由

29、许多热管元件组成，热管省煤器是由许多热管元件组成，热管实际就是密封的无热管实际就是密封的无 缝钢管，其内常用蒸馏水为工作介质，并保持较大的真空度，缝钢管，其内常用蒸馏水为工作介质，并保持较大的真空度， 使蒸发温度较低。使蒸发温度较低。热管的一端在烟道内受热，使工质蒸发吸热管的一端在烟道内受热，使工质蒸发吸 热，称热，称蒸发段蒸发段，另一端伸入烟道外的给水管中，使工作介质，另一端伸入烟道外的给水管中，使工作介质 冷凝放热，称冷凝放热，称冷凝段冷凝段。蒸馏水在蒸发段吸热蒸发变为蒸汽上。蒸馏水在蒸发段吸热蒸发变为蒸汽上 升至冷凝段又冷凝放热，将给水升温，而后液态冷凝水又靠升至冷凝段又冷凝放热，将给水

30、升温，而后液态冷凝水又靠 自重回落至蒸发段，这样不停地进行吸热蒸发和放热冷凝的自重回落至蒸发段，这样不停地进行吸热蒸发和放热冷凝的 循环过程，达到提高给水温度、降低排烟温度的目的。循环过程，达到提高给水温度、降低排烟温度的目的。 热管导热性能好，即使在较低温差下也能传递较大热量，所热管导热性能好，即使在较低温差下也能传递较大热量，所 以节能效果显著，而且管壁温度接近其内工作介质的饱和温以节能效果显著，而且管壁温度接近其内工作介质的饱和温 度，使管外低温腐蚀程度大大降低。度，使管外低温腐蚀程度大大降低。 但是，但是，尚处于研制阶段，尚未广泛应用尚处于研制阶段，尚未广泛应用。 给水温度在中压电厂已

31、加热到给水温度在中压电厂已加热到172，高压电，高压电 厂已加热到厂已加热到215，超高压电厂加热到，超高压电厂加热到240。因此。因此 依靠省煤器受热面来降低排烟温度已很困难。而空依靠省煤器受热面来降低排烟温度已很困难。而空 气预热器中冷空气只有气预热器中冷空气只有20左右，因此可以把排烟左右，因此可以把排烟 温度降得很低，使锅炉效率能达到温度降得很低，使锅炉效率能达到90%以上。以上。 不同燃料和燃烧方法对预热空气温度的要求不同燃料和燃烧方法对预热空气温度的要求 空气预热器可以按传热的方式分为两大类，空气预热器可以按传热的方式分为两大类， 即即间壁式和再生式间壁式和再生式。 在间壁式空气预

32、热器中，热量连续地通过壁在间壁式空气预热器中，热量连续地通过壁 面从烟气传给空气；而在再生式空气预热器中，面从烟气传给空气；而在再生式空气预热器中， 烟气和空气则是相互交替地流过受热面，当烟气烟气和空气则是相互交替地流过受热面，当烟气 与受热面壁面接触时，热量从烟气传给受热面，与受热面壁面接触时，热量从烟气传给受热面， 并积蓄起来，然后当空气流过受热壁面时，再把并积蓄起来，然后当空气流过受热壁面时，再把 热量传给空气。热量传给空气。 立式管式空气预热器立式管式空气预热器 在大多数管式空气预热器中，管子垂直放置，在大多数管式空气预热器中，管子垂直放置， 烟气在管内由上向下流动，空气在管外空间作横

33、向烟气在管内由上向下流动，空气在管外空间作横向 流动。流动。 整个空气预热器通过下管板支持在预热器框架整个空气预热器通过下管板支持在预热器框架 上，框架再与锅炉构架相连。上，框架再与锅炉构架相连。锅炉运行时，锅炉运行时，管子管子受受 热后的伸长量比热后的伸长量比预热器外壳预热器外壳的伸长量大得多，比的伸长量大得多，比锅锅 炉构架柱子炉构架柱子的伸长量大得更多，因此，上管板和外的伸长量大得更多，因此，上管板和外 壳之间，以及外壳和锅炉构架之间都不应作固定连壳之间，以及外壳和锅炉构架之间都不应作固定连 接，而应该保证它们有相对移动的可能。接，而应该保证它们有相对移动的可能。 错列布置错列布置 s1

34、/d=1.51.75 s2/d=11.25 为了便于运输和安装，钢管式空气预热器一为了便于运输和安装，钢管式空气预热器一 般由若干个管箱装配而成。般由若干个管箱装配而成。 管子外径为管子外径为404051mm51mm，壁厚为，壁厚为1.5mm1.5mm。从热从热 工角度看，采用小管径是适宜的。但是管径过小工角度看，采用小管径是适宜的。但是管径过小 会导致严重的积灰。会导致严重的积灰。 管式空气预热器的管箱高度有限制。对于管径为管式空气预热器的管箱高度有限制。对于管径为51mm51mm的管式空气的管式空气 预热器，其管箱高度不应超过预热器，其管箱高度不应超过8m8m，对于管径为，对于管径为40m

35、m40mm的预热器，其管箱的预热器，其管箱 不应高于不应高于5m5m。如果管子过长，非但会使管箱的刚性不佳，而且也不便如果管子过长，非但会使管箱的刚性不佳，而且也不便 于管内的清理于管内的清理。 在设计管式空气预热器时，管板尺寸应该与烟道截面相配合。管在设计管式空气预热器时，管板尺寸应该与烟道截面相配合。管 子平面布置，也就是子平面布置，也就是管子直径、节距或管数的选择必须保证有适当的管子直径、节距或管数的选择必须保证有适当的 烟气流速烟气流速。最佳流速为最佳流速为101014m/s14m/s。而。而管子的长度（即管箱高度）则管子的长度（即管箱高度）则 主要取决于所需要的受热面的数值主要取决于

36、所需要的受热面的数值。此时，为了保持空气流速和烟气。此时，为了保持空气流速和烟气 流速的合理比值（对于管式空气预热器，此比值流速的合理比值（对于管式空气预热器，此比值 为为 ），必须），必须正确地选择空气预热器的通道数目及进正确地选择空气预热器的通道数目及进 风方式风方式。图。图15-915-9所示为空气预热器的几种典型布置。所示为空气预热器的几种典型布置。 /0.5 ky 按照空气流程的不同，空气预热器可以是单通按照空气流程的不同，空气预热器可以是单通 道或多通道道或多通道。当空气预热器受热面不变时，通道数。当空气预热器受热面不变时，通道数 目的增加会使每一通道的高度减小，因而空气流速目的增

37、加会使每一通道的高度减小，因而空气流速 也就增大。从另一方面看，通道数目愈多，空气预也就增大。从另一方面看，通道数目愈多，空气预 热器的传热方式就接近于逆流，因而可以得到较大热器的传热方式就接近于逆流，因而可以得到较大 的平均温差。的平均温差。 根据进风方式的不同，空气预热器可以为单根据进风方式的不同，空气预热器可以为单 ( (侧侧) )面进风、双面面进风、双面( (侧侧) )进风及多面进风及多面( (侧侧) )进风进风。显然，。显然， 当其它条件不变时，进风面愈多，空气流速就愈低。当其它条件不变时，进风面愈多，空气流速就愈低。 在双面进风的型式中，由于需要在对流井中布置空在双面进风的型式中，

38、由于需要在对流井中布置空 气通道，因而增大了对流井的尺寸。气通道，因而增大了对流井的尺寸。 在中小容量锅炉中，空气沿空气预热器的在中小容量锅炉中，空气沿空气预热器的 宽边宽边( (即锅炉宽度即锅炉宽度) )单面送入。这时，可以使空单面送入。这时，可以使空 气的转弯次数最少，而且便于以后将空气送入气的转弯次数最少，而且便于以后将空气送入 炉子及煤粉和煤粉制备系统中去。炉子及煤粉和煤粉制备系统中去。 在大中型锅炉在大中型锅炉( (蒸发量超过蒸发量超过100t/d)100t/d)中，采中，采 用双面或多面进风是有利的，因为这样非但可用双面或多面进风是有利的，因为这样非但可 以减小通道高度，增加通道数

39、，而且还可以使以减小通道高度，增加通道数，而且还可以使 各股空气只流过其相应的一部分管子。各股空气只流过其相应的一部分管子。 对于容量非常大的锅炉，由于其宽度相对对于容量非常大的锅炉，由于其宽度相对 较窄，有时也必须采用双面进风。较窄，有时也必须采用双面进风。 前后 进入 前后 进入进入 上管板及其相焊的管段的温度与空气预热器前的烟气温度相差很少，上管板及其相焊的管段的温度与空气预热器前的烟气温度相差很少， 而此处烟气温度很高，这就会引起管子金属的过热，而此处烟气温度很高，这就会引起管子金属的过热，管板的严重翘曲及管板的严重翘曲及 管子与管板的脱离管子与管板的脱离。 第二级空气预热器的第二级空

40、气预热器的进口烟气温度进口烟气温度应控制在一定数值之下。应控制在一定数值之下。对于上对于上 管板为碳素钢材料，管板为碳素钢材料，建议不超过建议不超过480480。 还应考虑防止产生振动和噪声的问题。还应考虑防止产生振动和噪声的问题。 实践证明，实践证明，在很多情况下，采用二级空气预热器会引起空气预热在很多情况下，采用二级空气预热器会引起空气预热 器运行可靠性的降低。器运行可靠性的降低。因为，在不少情况下需要将空气预热到较高温因为，在不少情况下需要将空气预热到较高温 度，例如度，例如400，那么第二级空气预热器进口处的烟气温度就应该更高，那么第二级空气预热器进口处的烟气温度就应该更高， 例如例如

41、500，而且实际上当锅炉工作时，由于烟气流的温度场沿对流井，而且实际上当锅炉工作时，由于烟气流的温度场沿对流井 宽度和深度有不可避免的不均匀性，在烟道个别区域的烟气温度会大宽度和深度有不可避免的不均匀性，在烟道个别区域的烟气温度会大 大地超过按烟道截面平均的温度。大地超过按烟道截面平均的温度。 从另一方面看，由于空气流速度场的不均匀性，以及管板表面处从另一方面看，由于空气流速度场的不均匀性，以及管板表面处 的空气流速不高，使得在上管板及管子上部区段的空气流冷却作用非的空气流速不高，使得在上管板及管子上部区段的空气流冷却作用非 常小。常小。 采用水平式空气预热器可以消除第二级空气采用水平式空气预

42、热器可以消除第二级空气 预热器的管板翘曲及管端过热。因为在这种空气预热器的管板翘曲及管端过热。因为在这种空气 预热器中，管板离开了烟气的强烈加热区。水平预热器中，管板离开了烟气的强烈加热区。水平 式空气预热器的特点是管子水平放置，式空气预热器的特点是管子水平放置，烟气在管烟气在管 外冲刷，空气则在管内流动。外冲刷，空气则在管内流动。 水平式空气预热器与立式相比，在同样的烟水平式空气预热器与立式相比，在同样的烟 气和空气进出口温度下，可得到较高的管壁温度。气和空气进出口温度下，可得到较高的管壁温度。 如果用水平式空气预热器作为第一级如果用水平式空气预热器作为第一级( (冷段冷段) )，可，可 以

43、减轻烟气侧的低温腐蚀。以减轻烟气侧的低温腐蚀。 1 ()() 1 ybykbkk y tAttA 管壁两侧传热方程：管壁两侧传热方程： 管壁温度：管壁温度： 1 yk bk t tt B (1)(1) kkkn yy yyy Ad B Ad 水平式预热器一般只在锅炉燃用多硫重油并配合钢珠吹灰水平式预热器一般只在锅炉燃用多硫重油并配合钢珠吹灰 时采用时采用。因为水平式预热器结构不够紧凑，外形尺寸大，难保。因为水平式预热器结构不够紧凑，外形尺寸大，难保 证合理的烟气速度，膨胀密封等构造上也较麻烦，因此大型锅证合理的烟气速度，膨胀密封等构造上也较麻烦，因此大型锅 炉中较少采用。炉中较少采用。 从提高

44、壁温角度看，应采用较大的烟气流速和较小的空气流速，以从提高壁温角度看，应采用较大的烟气流速和较小的空气流速，以 使使 值减小。但过分增加值减小。但过分增加 会引起结构上的困难，并将引起烟道阻会引起结构上的困难，并将引起烟道阻 力的增加、管壁的磨损以及总传热系数的降低。因此，一般采取力的增加、管壁的磨损以及总传热系数的降低。因此，一般采取烟气烟气 流速为流速为8 812m/s12m/s，空气流速为，空气流速为6 610m/s10m/s。 k y y 采用水平式空气预热器的企图在过去也曾有过，但因为水平采用水平式空气预热器的企图在过去也曾有过，但因为水平 管束容易发生堵灰，而当时还没有清理对流受热

45、面的有效方法，管束容易发生堵灰，而当时还没有清理对流受热面的有效方法， 故未得到广泛应用。现在这种限制已经消除，因为近年来钢珠吹故未得到广泛应用。现在这种限制已经消除，因为近年来钢珠吹 灰的方法取得了良好的结果，能够使水平式空气预热器保持应有灰的方法取得了良好的结果，能够使水平式空气预热器保持应有 的清洁程度。的清洁程度。 回转式空气预热器按传热的方式属于再生式。烟回转式空气预热器按传热的方式属于再生式。烟 气和空气是交替地进行放热和吸热。气和空气是交替地进行放热和吸热。按布置方式有垂按布置方式有垂 直轴和水平轴两种。垂直轴布置中又有受热面旋转和直轴和水平轴两种。垂直轴布置中又有受热面旋转和

46、风罩旋转两种。风罩旋转两种。 受热面旋转的垂直轴回转式空气预热器受热面旋转的垂直轴回转式空气预热器由可转动由可转动 的圆筒型转子和固定的圆筒形外壳所组成。分隔为许的圆筒型转子和固定的圆筒形外壳所组成。分隔为许 多仓格的转子内装满了传热元件多仓格的转子内装满了传热元件(波形板波形板)。外壳的扇。外壳的扇 形顶板和底板，把转子流通截面分隔为两部分，分别形顶板和底板，把转子流通截面分隔为两部分，分别 与外壳上部及下部的空气道及烟气道相通，使转子的与外壳上部及下部的空气道及烟气道相通，使转子的 一边通过空气，而另一边则以逆向通过烟气。每当转一边通过空气，而另一边则以逆向通过烟气。每当转 子转过一圈就完

47、成一个热交换循环。子转过一圈就完成一个热交换循环。 回转式空气预热器的转子截面回转式空气预热器的转子截面 分为三部分，即烟气流通部分、空分为三部分，即烟气流通部分、空 气流动部分及密封区气流动部分及密封区( (惰性区惰性区) )。 回转式空气预热器的外壳系由回转式空气预热器的外壳系由 外壳圆筒、顶板及底板组成。外壳圆筒、顶板及底板组成。 预热器的转子由中心轴、径向预热器的转子由中心轴、径向 隔板、横向隔板及转子外围所组成。隔板、横向隔板及转子外围所组成。 传热元件主要由波形板组成。传热元件主要由波形板组成。 波形板由厚度波形板由厚度0.50.51.25mm1.25mm的钢板制成。的钢板制成。

48、传热元件布置得较紧密，烟气中的飞灰较易传热元件布置得较紧密，烟气中的飞灰较易 沉积在受热面上，因此需要吹灰设备。沉积在受热面上，因此需要吹灰设备。 吹灰介质通常是用过热蒸汽或压缩空气，吹吹灰介质通常是用过热蒸汽或压缩空气，吹 灰介质的压力一般为灰介质的压力一般为0.6MPa(6kgf/cm0.6MPa(6kgf/cm2 2) )左右。如左右。如 果积灰较严重，亦可用水冲洗，冲洗水的压力可果积灰较严重，亦可用水冲洗，冲洗水的压力可 用低压用低压(0.3MPa)(0.3MPa)，亦可用高压水。，亦可用高压水。 受热面旋转的垂直轴回转式空气预热器尺寸受热面旋转的垂直轴回转式空气预热器尺寸 增大后，装

49、有转子轴承的支承粱负荷过重，构架增大后，装有转子轴承的支承粱负荷过重，构架 将显著增大。将显著增大。 水平轴回转式空气预热器水平轴回转式空气预热器的优点为转子重量的优点为转子重量 可直接由支架传到地基上，构架较小且烟气道和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。缺点为受热面装得不紧密和空气道也便于布置。缺点为受热面装得不紧密和 波形板受腐蚀后，受热面易相对移动而造成受热波形板受腐蚀后，受热面易相对移动而造成受热 面磨损和损坏事故。设计时应考虑防止受热面位面磨损和损坏事故。设计时应考虑防止受热面位 移问题。移问题。 装传热元件的转子不旋转而成为静子，旋转装传热元件的转子不旋

50、转而成为静子，旋转 的是空气的风罩，或称上下风罩。风罩旋转的速的是空气的风罩，或称上下风罩。风罩旋转的速 度为度为12r/min。上、下风罩装设在烟气道内部，。上、下风罩装设在烟气道内部， 空气通过管道引入或引出烟气道，上、下风罩与空气通过管道引入或引出烟气道，上、下风罩与 静子上下端面之间有密封装置，上、下风罩与管静子上下端面之间有密封装置，上、下风罩与管 道连接处有环形密封装置，上、下风罩由静子的道连接处有环形密封装置，上、下风罩由静子的 中心轴联接中心轴联接(中心轴是旋转的中心轴是旋转的)以取得同步旋转。以取得同步旋转。 风罩旋转式与受热面旋转式空气预热器相比较，风罩旋转式与受热面旋转式

51、空气预热器相比较， 由于笨重的受热面不再转动，因此减轻了支承轴由于笨重的受热面不再转动，因此减轻了支承轴 承的负荷；承的负荷； 由于转动部分的重量仅为预热器总重量的由于转动部分的重量仅为预热器总重量的1010 20%20%，因而可节约耗电量；，因而可节约耗电量； 由于转速慢，静子部分热膨胀均匀，转动部分温由于转速慢，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；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上，传热效果由于空气与烟气对称分布在受热面上，传热效果 转好；转好； 由于受热面不转动，低温段受热面可以采用陶瓷由于受热面不转动，

52、低温段受热面可以采用陶瓷 等材料以防腐蚀。等材料以防腐蚀。 因此，这种预热器近年来在大容量锅炉中得到较因此，这种预热器近年来在大容量锅炉中得到较 广泛的应用。广泛的应用。 为了保证回转式空气预热器的漏风量较为了保证回转式空气预热器的漏风量较 小，制造和安装质量必须予以十分重视。小，制造和安装质量必须予以十分重视。 为什么有空气预热器的锅炉通常均有省煤器？而有省煤器为什么有空气预热器的锅炉通常均有省煤器？而有省煤器 的锅炉不一定有空气预热器？的锅炉不一定有空气预热器？ 空气预热器和省煤器作为锅炉的对流受热面，有一个作用是相同的，空气预热器和省煤器作为锅炉的对流受热面，有一个作用是相同的， 即降低

53、排烟温度提高锅炉效率。即降低排烟温度提高锅炉效率。 省煤器的传热系数省煤器的传热系数K可达到可达到6475W/(m2.)，而空气预热器的传热，而空气预热器的传热 系数系数K只有只有1621W/(m2.)。降低相同的烟气温度，省煤器所需的。降低相同的烟气温度，省煤器所需的 传热面积只有空气预热器的传热面积只有空气预热器的1/4。 考虑到给水压力很高，省煤器管壁较厚，布置省煤器比布置空气预考虑到给水压力很高，省煤器管壁较厚，布置省煤器比布置空气预 热器可节省投资热器可节省投资1/2。 各传热面传热系数及传热温差各传热面传热系数及传热温差 空气预热器：传热系数空气预热器：传热系数27W/(m2.)，

54、传热温差，传热温差117 。 省煤器：传热系数省煤器：传热系数58W/(m2.)，传热温差，传热温差234 。 过热器：传热系数过热器：传热系数50W/(m2.)，传热温差，传热温差532 。 空气预热器的传热面积比过热器和省煤器大得多。空气预热器的传热面积比过热器和省煤器大得多。 1. 1. 低温受热面的布置低温受热面的布置 低温受热面是指锅炉尾部烟道内的省煤器低温受热面是指锅炉尾部烟道内的省煤器 与空气预热器。与空气预热器。 一般有两种布置方式：单级布置和双级布置。一般有两种布置方式：单级布置和双级布置。 在双级布置中，省煤器和空气预热器的各在双级布置中，省煤器和空气预热器的各 级沿对流烟

55、道交错布置。这种方式不可避免地级沿对流烟道交错布置。这种方式不可避免地 要使锅炉本体和锅炉房的外形尺寸，特别是高要使锅炉本体和锅炉房的外形尺寸，特别是高 度增加；同时还使对流烟井的结构复杂化，并度增加；同时还使对流烟井的结构复杂化，并 增大省煤器受热面、连接管道以及风道等的金增大省煤器受热面、连接管道以及风道等的金 属耗量。属耗量。在许多情况下，采用双级布置，使空在许多情况下，采用双级布置，使空 气预热器的运行可靠性降低。因此这种布置只气预热器的运行可靠性降低。因此这种布置只 有在燃料燃烧需要较高的热空气温度时才采用有在燃料燃烧需要较高的热空气温度时才采用。 一般管式空气预热器在热空气温度高于

56、一般管式空气预热器在热空气温度高于 260260280280时采用双级布置。回转式空气预热器时采用双级布置。回转式空气预热器 在热空气温度高于在热空气温度高于320320350350时采用双级布置。时采用双级布置。 在单级布置系统中的空气预热器和双级布置在单级布置系统中的空气预热器和双级布置 中的第一级空气预热器可以采用管式或回转式，中的第一级空气预热器可以采用管式或回转式， 而在双级布置中的第二级空气预热器一般只采用而在双级布置中的第二级空气预热器一般只采用 管式。管式。 在第二级空气预热器的设计中，主要应考虑在第二级空气预热器的设计中，主要应考虑 其高温工作的可靠性。其高温工作的可靠性。

57、在在单级布置单级布置的系统中，如果给定热空气温度、排的系统中，如果给定热空气温度、排 烟温度及尾部受热面的进口烟气温度时，吸热量在尾烟温度及尾部受热面的进口烟气温度时，吸热量在尾 部各级间的分配即已确定。部各级间的分配即已确定。 在在双级布置双级布置的系统中，尾部受热面各级间的吸热的系统中，尾部受热面各级间的吸热 量如何分配是一个技术经济问题，应使在补偿年限内量如何分配是一个技术经济问题，应使在补偿年限内 尾部受热面总投资及运行费用之和为最小。这样确定尾部受热面总投资及运行费用之和为最小。这样确定 的吸热量分配方案称为的吸热量分配方案称为最经济分配方案最经济分配方案。但吸热量分。但吸热量分 配

58、也关系到受热面工作的可靠性，例如第二级空气预配也关系到受热面工作的可靠性，例如第二级空气预 热器的烟气进口温度就有最高限定值。此外，还应考热器的烟气进口温度就有最高限定值。此外，还应考 虑受热面组装以及通用性等要求。综合上述各种因素虑受热面组装以及通用性等要求。综合上述各种因素 后确定的方案称为后确定的方案称为最佳分配方案最佳分配方案。 在空气预热器中烟气流量要比空气流量大许多，原因是在空气预热器中加热的空气只在空气预热器中烟气流量要比空气流量大许多，原因是在空气预热器中加热的空气只 是形成烟气的空气的一部分（其余从炉膛及煤粉系统漏入），燃料中的可燃质、水分都在是形成烟气的空气的一部分（其余从

59、炉膛及煤粉系统漏入），燃料中的可燃质、水分都在 燃烧后变为烟气。此外，烟气中又有热容量较大的燃烧后变为烟气。此外，烟气中又有热容量较大的CO2及及H2O等成份，所以等成份，所以以每以每1kg燃料为燃料为 准准，空气预热器中空气的热容量空气预热器中空气的热容量 比烟气的热容量比烟气的热容量 kJ/(kg)要低要低，即，即 因此在空气预热器中烟气把一定的热量因此在空气预热器中烟气把一定的热量Q传给空气时，传给空气时，烟气温度的变化烟气温度的变化 比空比空 气温度的变化气温度的变化t要小些要小些，即，即 （参阅附图），因此烟气温度变化曲线的（参阅附图），因此烟气温度变化曲线的“斜率斜率” 比空气温度

60、变化曲线的比空气温度变化曲线的“斜率斜率” 要小，燃料水分多时，二者相差将更多。要小，燃料水分多时，二者相差将更多。 附图中示有空气预热器中烟气、空气温度变化的情况。附图中示有空气预热器中烟气、空气温度变化的情况。 k y ky t /Q/ tQ 由附图可看出，空气预热器空气入由附图可看出，空气预热器空气入 口的温差较大，为口的温差较大，为 ， 出口的温差出口的温差 较小，为较小，为 。 在要求的预热空气温度较高时，空在要求的预热空气温度较高时，空 气出口温差将更小，这样平均温差将较气出口温差将更小，这样平均温差将较 小，受热面面积将很庞大，很不经济。小，受热面面积将很庞大，很不经济。 当预热