省煤器工作原理及事故分析

1、主讲人主讲人 韦义韦义 省煤器 第一节、 省煤器原理 一、作用和分类 1、作用 1）吸收尾部烟道中烟气量排烟锅炉省 燃料 2）以较高的温差和传热系数来蒸发受热面 用廉价的小管径、管壁较薄的省煤器受热面来代 替较昂贵的部分水冷壁蒸发受热面节省初投资 3) 提高了进汽包的水温汽包壁与给水间温差 汽包热应力机组安全性 2、分类 1)按工质出口状态分： 非沸腾式，t出口水ts30, 大机组用 沸腾式，t出口水= ts 为汽水混合物但汽化水 量 20%给水量，用于中压以下炉 2）按材料分： 铸铁式：耐磨损、耐腐蚀、但强度只用于低压的 非沸腾省煤器 钢管式：可用于任何P和容量的 锅炉，置于不同形状 的烟道

2、中 缺点：易受氧腐蚀，给水必须除氧 优点：体积，重量，布置自由，价格低廉 二、结构及布置 1、结构：钢管省煤器由一系列平行的蛇形管组 成，d外=25-51mm，常用42-51mm管子 以运行安全性 2、布置： 、常为错列结构紧凑 横向节距s1取决于烟速和管子支撑结构，一般 s1/d=2-3 纵向节距s2受管子弯曲半径限制，一般 s2/d=1.5-2 、为便于检修，省煤器管组有一定限制 a)管子排列紧密时（s2/d1.5）管组高 1.0m b) 管子排列稀疏时管组高 1.5m c)省煤器分组时管组间留出高度 600-800mm的空间 d)省煤器与空预器间的高度800mm便于检修 、烟道中布置方向

3、图8-1 纵向布置蛇形管垂直于前墙： 1）因尾部烟道宽深并联管子数w水大型机 组采用易满足水速要求 2）尾部烟道深度支吊困难 每排蛇形管均受飞灰磨损 横向布置蛇形管平行于前墙 1）因尾部烟道宽深 单面进水时管排少宜在中小容量采用 大机组采用双面进水使水速达要求值 2）仅靠烟道后墙几根蛇形管磨损剧烈损坏后只要换几 根蛇形管即可 3、流向： 、工质在管内自下而上流动利于排出空气避免造成 局部氧腐蚀 、烟气从上向下流利于吹灰 利于与水形成逆向流传热温差 4、水速： w水不易排走气体沸腾式会造成汽水分层 w水流动阻力 省煤器进口水的质量流速为600-800kg/m2s 非沸腾式及沸腾式的非沸腾部分w水

4、 0.3m/s 沸腾式的沸腾部分应w水 1m/s 省煤器中水阻力高压和超高压炉 5% P汽包 中压 8% P汽包 5、支吊方式; 支承结构：省煤器蛇形管通过固定支架支承在支持梁上 支持梁再支承在锅炉钢架上支持梁布置在 烟道内为防其变形和烧坏支持梁内部是空 心中间通冷空气冷却外部包绝热保温材料 悬吊结构：省煤器联箱放置于烟道中，一般省煤器出口联 箱引出管就是悬吊管同时也是再、过热器悬 吊管，使锅炉悬吊结构简化大大因蛇形管 穿墙造成的漏风检修方便 四、省煤器的启动保护 图8-3在省煤器与除氧器间装一根带阀门的再循环管来保 护省煤器 图8-4在省煤器与汽包间装再循环管再循环管在炉外， 不受热锅炉启动

5、时省煤器受热在汽包，再循 环管，省煤器，汽包间形成自然循环冷却管子 五、省煤器设计中应考虑的问题 1、水速：如果给水除氧不完善进省煤器加热后放出 O2如果w水O2附着在金属壁上造成局 部氧腐蚀 对沸腾式省煤器蛇形管后段是汽水混合物易出现汽水 分层t上壁可能超温 汽水分界面附近的金属t壁时时引起金属疲 劳破裂故对沸腾式省煤器蛇形管进口 w水 1m/s 2、烟速综合考虑传热、磨损、流动阻力和积灰 W烟传热省金属 磨损 风机耗电 第二节、尾部受热面的积灰、磨损和低温腐蚀 一、积灰 （一）积灰及危害 积灰：当携带飞灰的烟气经各受热面时部分飞灰会沉 积到受热面上形成积灰 危害：1）灰积灰热阻传热 排烟q

6、2 锅 2）如果通道截面积灰会堵塞烟气通道甚至 停炉检修 3）积灰烟影响后面受热面运行安全 分类：松散积灰是烟气携带灰粒沉积在受热面上形成的 低温粘结积灰成硬块状，难清除，且与低温腐蚀 相互促进 因堵灰使传热t壁 积灰能吸附SO3腐蚀腐蚀使堵灰 尤其是空预器腐蚀泄漏后更严重 讨论： 1）图8-13为含灰烟气流由正面绕过管子流向后面时管子 背面积灰迎风面积灰 2）飞灰沉积于烟速有关图8-14 表烟气自上而下冲刷省 煤器管子时三种w烟的积灰情况 （二）影响松散积灰的因素与烟速、飞灰颗粒度、管束结 构有关 1、烟速：图8-14 w烟灰粒冲击作用积灰 2、飞灰颗粒度粗灰冲刷作用积灰 液态排渣炉因烟气中

7、细灰故积灰比固态炉严重 3、管束结构特性： a)错列积灰因管束背风面都受冲刷 顺列管束背风面受冲刷从第二排起迎风面不受冲 刷故积灰 b)管纵向节距S2错列管束背风面冲刷更强烈积灰 顺列却因相邻管子积灰易搭积在一起 积灰 c)d飞灰冲击机会积灰 （三）减轻积灰方法 （1）控制烟速对燃固体燃料的锅炉，在额定负荷时，为 积灰，wy 6m/s，一般保持在8-10m/s ，过大使磨 损 （2）采用小管径、错列布置对省煤器采用25-42的 管子，管束相对节距为S1/d=2.25 S2/d=1-1.5积灰可 （3）定期吹灰尾部受热面装吹灰装置定期吹灰积灰 （4）防省煤器泄漏 二、尾部受热面磨损 （一）磨损及

8、危害 磨损：当携带大量固态飞灰的烟气以一定速度流过受热面 时灰粒撞击受热面在冲击力的作用下会削去管 壁微小金属屑而造成磨损 危害：磨损使管壁变薄导致泄漏和爆破事故威胁安全 停炉更换耗工和钢材造成经济损失 （二）磨损机理灰粒在700以下有足够的硬度和动能 当长时期冲击受热面会 不断地从上削 去一些小的金属屑使其变薄造成损失 冲击分垂直冲击冲击角为900时称垂直冲击此时引起 的磨损叫冲击磨损图8-15 斜向冲击冲击角900时称斜向冲击可分解为 法向方向（垂直方向） 切向方向 法向方向引起冲击磨损 切向方向引起摩擦磨损当灰粒斜向冲击受热面时管 子表面即受冲击磨损又受摩擦磨损，且以摩擦磨损为主 磨损部

9、位：试验表明： 1）当烟气横向冲刷错列布置的受热面管时磨损情况 见图8-16（a）磨损磨损发生在管子迎风面两侧 300-500范围内 2）烟气在管内纵向流动时磨损只在距管口约（1-3）d 的一段管子内磨损较严重 见图8-16（b）因烟气进管口后先收缩再扩张在气流 扩散时灰粒由于离心力作用从气流中分离出来并撞击管壁 的缘故 （三）影响磨损的因素 1、飞灰速度 磨损灰粒动能动能wy2 冲击次数次数wy故管子金属磨损wy3 2、飞灰浓度 浓度冲击次数磨损 3、飞灰撞击率 飞灰粒径、硬度、wy、烟气粘度飞灰撞击率 4、灰粒特性 灰越粗、越硬磨损越 5、 管束的结构特性 烟气纵向冲刷管束的磨损横向冲刷因

10、灰粒运动与管壁 平行只有靠近管壁少量灰粒形成摩擦磨损 烟气横向冲刷管束时错列管束的磨损顺列 错列管束第二、三排磨损最严重因烟气进入管束后流 速动能 经二、三排管子后动能被消耗因而磨损又 顺列管束第五排后磨损因灰粒有加速过程到第五排 达到全速 （四）磨损的措施 1、控制烟速wy磨损 wy传热 积灰、堵灰 故省煤器中wyman 9m/s否则引起较大的磨损 2、加防磨装置因烟气速度场和飞灰浓度场不可能做到的 均匀因而局部烟速过或局部飞灰浓度 过难以避免应在管子易磨损的部位加 装防磨装置 图8-17 省煤器的防磨装置 （a）弯头处加护瓦和护帘 （b）穿过烟气走廊的护瓦加大烟气走廊的阻力 （c） 弯头处

11、的护瓦 （d）管子磨损最严重处焊钢条此法用料少，对传热影响 受磨损部件不是受热面检修时只需更换 管式空预器防磨装置是在管子入口处加装段管子该 保护短管磨损后，检修后更换 三、尾部受热面的低温腐蚀 （一）低温腐蚀及危害 低温腐蚀：指硫酸蒸汽凝结在受热面上发生的腐蚀也称 硫酸腐蚀一般出现在空预器冷端 危害：1）导致受热面破坏泄漏 使大量空气漏入烟气中 影响锅炉燃烧引风机负荷电耗 2）腐蚀同时出现低温粘结积灰使排烟引风 阻力锅炉出力甚至强迫停炉清灰 3）腐蚀严重导致受热面更换造成经济损失 （二）低温腐蚀机理 燃料中S燃烧SO2氧化成SO3与烟气中水蒸汽结 合形成硫酸蒸汽当t壁硫酸蒸汽露点时硫酸蒸汽凝

12、结 成酸液而腐蚀受热面 注：烟气中含有较少SO3会使酸露点 烟气中硫酸蒸汽 含量为0.005% 时露点可达130-150 （三）烟气露点的确定 SSO2SO3烟露点 灰其含有钙、镁和其他碱金属氧化物及磁性氧化铁可 部分吸收硫酸蒸汽使硫酸蒸汽分压力烟气露点 tld=tsld+（Sd.zs）1/3/1.05fhAd.zs (8-1) tsld按烟气中分压力计算的水蒸汽露点 一般60 系数，炉出口=1.2-1.25时，=121 （四）腐蚀速度）f（凝结硫酸浓度、酸量及t壁） 凝结硫酸量腐蚀速度当酸量到一定程度，酸量 再不会影响腐蚀速度 t壁化学反应速度腐蚀速度 图8-18为酸浓度与腐蚀速度关系 试验表明：酸浓度腐蚀速度先当浓度达56%左右时 腐蚀速度达最大超过这一浓度后腐蚀速度 急剧到浓度约为60-80%以上腐蚀速度基 本保持不变并保持在一相对较低的数值 在尾部受热面沿烟气流向腐蚀速度的变化是t壁、酸量 与硫酸浓度三者的综合见图8-19 （五）影响酸腐蚀因素主要是SO3 SO3烟露点受热面结露引起腐蚀 硫酸含量 1）燃料SSO3 2）火焰T火焰中的原子O2SO3 原子氧SO3 3）氧化铁或氧化钒等催化剂含量SO3 故燃油炉低温腐蚀因