670th燃煤锅炉省煤器改造及优化设计

1、王瑞：670t/h燃煤锅炉省煤器改造及优化设计摘要省煤器是利用锅炉尾部的烟气热量加热锅炉给水的设备，省煤器是现代锅炉中不可缺少的受热面，一般布置在烟道内，吸收烟气的对流传热。本设计先对省煤器的类型，结构，常见故障进行分析。针对其磨损，泄漏，爆管。排烟温度过高等问题对省煤器改造。再对省煤器进行计算对比论证，找出了最佳设计改造方案。通过加装螺旋肋片管，达到改造，优化的目的。解决省煤器磨损问题的关键措施是降低省煤器的烟气流速，但降低烟气流速势必导致传热系数的降低，使省煤器传热量减少，而利用螺旋肋片管对光管进行受热面扩展，则可以容易的解决此矛盾。从改造后的试验结果看，排烟温度降低到了设计值，省煤器受热

2、面积增大，锅炉经济性大幅度提高，彻底解决了锅炉省煤器磨损，爆管等问题，提高了机组运行的可靠性和经济性。达到了对省煤器改造及优化的目的。完成了论文设计的要求。【关键词】：锅炉；省煤器；螺旋肋片；磨损；积灰；爆管AbstractEconomizer is to use the rear boiler flue gas heat boiler feed water heating equipment, modern boiler economizer indispensable heating surface, the general arrangement of the flue, the flu

3、e gas to absorb heat. The design of economizer types, structure, common failure analysis. According to the wear and leakage, tube. Exhaust temperature is too high for economizer transformation. Then on economizer calculation demonstrates contrast, find out the best scheme design. Through installs sp

4、iral finned tube, achieve the goal, and the optimization. To solve the problem of economizer wear key measures is to reduce the economizer flue gas flow velocity, but reduces the result of heat transfer coefficient, reduce the heat to reduce the economizer, while using spiral finned tube heating tub

5、e light, can easily solve the contradiction. After the transformation from the experimental results, exhaust temperature drop to design value, the economizer, boiler heating area increased efficiency greatly, thoroughly solved the boiler economizer tube wear, the problems such as the unit operation,

6、 improve the reliability and efficiency. To achieve the economizer modification and optimization purposes. To finish my paper design requirements.【Keywords】：Boiler；Economizer；Finned helix；Wear；Dust stratification DetonatioI目录前言11 绪论41.1 课题的研究背景41.2 锅炉及省煤器存在的主要问题51.3 本设计的主要工作62省煤器结构简介82.1 省煤器的作用82.2

7、省煤器的类型及结构特点82.3 省煤器的构造93 省煤器常见故障分析113.1 事故概况113.2 积灰113.2.1 积灰的危害113.2.2 积灰的影响因素123.2.3 减轻和防止积灰的措施123.3 磨损133.3.1 磨损机理133.3.2 防磨措施144 省煤器的优化及改进174.1.根据设计燃煤特性计算的烟气烩及辅助计算184.1.1 省煤器的设计原理224.1.2省煤器设计中应考虑的问题244.2 省煤器的改造计算254.2.1 省煤器改造参数计算254.2.2 烟气侧放热量264.2.3 工质对流吸热量及出口温度264.2.4改造前省煤器受热面积274.2.4 传热系数的确定

8、274.3 改造方案304.3.1省煤器加装螺旋肋片管优点314.4 经济性分析355.省煤器改造实例365.1 螺旋肋片管省煤器的改造365.2.1 改造实例总体方案366改造中注意事项387 结论40参考文献41致谢42符录A43前言 省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量加热锅炉给水的设备，是现代锅炉中不可缺少的部分，一般布置在烟道内。吸收烟气的对流传热。我国电力机组单机容量逐渐增大。随着锅炉参数的逐步增大，锅炉尾部烟道的尺寸将不断增加，省煤器管道的长度、面积也会越来越大省煤器作为锅炉的低温受热面，普遍存在磨损、积灰、腐蚀和振动等一系列问题，特别是在燃烧劣质煤时，更易导致省煤器爆管事故的发生。电

9、站锅炉发生省煤器爆管事故，严重影响到锅炉的运行安全，影响着发电企业的经济效益，多年来，一直是锅炉行业堕待研究和解决的重要课题。近年来，国内外专家都对此进行了大量的理论研究和实践探索，取得了一定的研究成果和实践经验，并陆续对省煤器进行了改造，取得了较好的效果。 59 1 绪论1.1 课题的研究背景我国电力发展最突出的问就是要从各方面进行节能降耗，减少机组的故障停机次数，提高机组的安全可靠性，为企业的生存发展开拓更大的空间。传热强化技术在20世纪70年代初出现的能源危机时，获得了快速发展，20世纪90年代初，每年发表的有关强化传热技术的文献成倍的增长。传热强化技术在电力工业的应用越来越受重视。我国

10、电力工业建设发展迅猛，到2005年底中国电力装机总容量突破5亿千瓦。它标志着我国的国民经济发展达到了一个新的水平，人民生活水平有了显著提高;综合国力进一步加强。但是随着各种类型的大容量火力发电机组不断的涌现，锅炉结构及运行更加复杂，又由于换热器积灰、结垢、腐蚀、磨损等一些事故的出现，不可避免地将导致各种换热器换热能力不足，当工作在恶劣条件下的承压受热部件与设计工况偏离时，换热器容易造成爆管事故。锅炉发生水冷壁、过热器、再热器、省煤器四管的爆管现象是锅炉运行中最常见的事故，严重影响到锅炉的安全经济运行。据统计大型电站锅炉爆管事故己成为当前威胁发电设备稳定运行的突出矛盾。在锅炉爆管事故中因省煤器爆

11、管造成的事故损失较大，而且随着旧机组服役时间的增加及新机组投产量和参数的日益提高，这类事故还有逐年上升的趋势。因此，研究和防止省煤器爆管己成为保证火电厂安全经济运行和提高经济效益的关键课题。当今社会节能被国际上称为“第五大能源”，我国政府己制定了能源建设的总方针:能源的开发和节约并重，大力发展以节能为中心的技术改造和结构改革;能源开发要以电力为中心、煤炭为基础，大力节电、节油、节煤，努力提高能源利用率，减轻环境污染，建设节约型社会。节能主要是对旧设备进行改造，提高利用率，减少能源消耗。把现有的新型换热设备投入到实际运行的设备中。随着我国综合国力的增强，电力工业也在迅速的发展，电厂的规模正在不断

12、扩大，发电机组也由300MW向600MW过渡，各种类型的大容量火力发电机组不断的涌现，锅炉的结构及运行更加复杂，又由于换热器积灰、结垢、腐蚀、磨损等一些事故的出现，不可避免地导致各种换热器换热强度不足，当工作在恶劣条件下的承压受热部件偏离设计工况时，容易造成换热器爆管的事故。由于省煤器布置在锅炉尾部，而受烟气中煤灰颗粒的冲刷，就不可避免地带来飞灰磨损问题。特别是在锅炉燃用高灰份劣质煤时,受热面的飞灰磨损就更加严重。燃煤发电厂中很多锅炉事故是由省煤器爆管而被迫停炉检修，严重影响了锅炉安全运行。根据设计要求，对流受热面的安全运行时间应在6106h以上，但一些锅炉机组由于设计不当、燃料变劣、运行水平

13、下降或防磨经验不足等原因，运行近万小时，甚至几千小时，即出现泄漏和爆管现象。随着煤质变差，导致燃煤量增加，使尾部受热面积灰更加严重;某些螺旋肋片管式省煤器不能使用蒸汽吹灰装置，虽然采用了激波清灰，但是效果并不好。机组初投产时，与设计值相比排烟温度就偏高，这反映出尾部蒸发受热面面积偏少，又由于煤的灰分增加、燃煤量的增加，导致尾部受热面积灰加重;这些都导致排烟温度升高，满负荷运行时排烟温度达到160左右，锅炉热效率明显下降。例如：朝阳电厂2号炉系哈尔滨锅炉制造厂生产的HG670/140-1型炉，原光管省煤器分上下两级布置在尾部烟道。由于磨损严重，1994年4月将上级光管省煤器改为螺旋肋片管省煤器。

14、改造后为评价其传热效果，进行了传热试验。试验结果表明，其传热性能达到了原设计指标。我们在2002年对清原电厂锅炉省煤器进行改造，因排烟温度过高及磨损严重等原因，将光管省煤器管组上级改为螺旋肋片管，在额定负荷下使排烟温度从172降到143。效果明显，技术比较成熟。临沂电厂锅炉省煤器也将光管省煤器改为螺旋肋片管，华能济宁电厂锅炉省煤器也将光管省煤器改为螺旋肋片管，并增加了吹灰装置。改造后运行状况良好。从这些改造过的省煤器中得到经验，使得省煤器的改造工作更加成熟。1.2 锅炉及省煤器存在的主要问题近年来煤炭市场发生变化，电力市场发生变化，煤炭的供需矛盾突出，电价成本上涨，环境保护要求日益提高，对锅炉

15、机组的安全性、经济性和污染控制要求也逐步提高。但是，现行设备逐步老化，许多技术也已经落后，随着煤质不断变差，燃烧和传热方面的问题也逐年增多。电厂从经济角度出发，把燃料从原来的优质煤改为劣质煤，为了达到相同的发热量，燃用的劣质煤量势必会大大增加，加之劣质煤的含灰量很大，从而导致锅炉排烟中的含灰量大大增加，烟气中的含灰量远超出省煤器的设计值。省煤器作为大型燃煤锅炉不可缺少的设备，大多为光管式结构型式。这种型式的省煤器由于设计、制造、安装和运行检修方面的问题，漏泄频繁发生，严重危及安全运行。我国锅炉一般出现如下主要问题：1）锅炉热效率低。原有省煤器与设计值相比排烟温度就偏高，反映出尾部蒸发受热面面积

16、偏少，根本无法满足设计吸热量的要求;又由于煤的灰分增加、燃煤量的增加，导致尾部受热面积灰加重:这些都导致排烟温度升高，一般情况下排烟温度达到160左右，省煤器吸热量减少，锅炉热效率明显下降。这样不但过多的浪费了燃料，而且每年向大气排放数以亿计的高温废气，恶化环境。为了配合汽轮机的改造，达到机组增容和进一步节能降耗的目的，对锅炉的燃烧和传热效率也提出了更高的要求，需要尽可能地提高锅炉热效率，减少燃煤量，同时组织好燃烧，减少炉膛水冷壁高温腐蚀和烟温偏差的危害。2）磨损问题。尾部受热面磨损问题比较复杂，影响的因素颇多。诸如：设计上选型不当、结构不合理、烟速过高；制造、安装误差太大；运行管理水平低等，

17、都可能导致尾部受热面磨损。此外，燃料和灰的磨损特性、煤粉细度，灰颗粒度、硬度、浓度，灰粒冲刷、撞击管子的方向、角度以及金属的耐磨性等对磨损都有影响。3）泄漏严重。过运行设计寿命，弯头弯曲半径小，益增加。由于累计运行超过10万小时，有些受热面己经达到或超泄漏问题逐年增多，尤其是省煤器设计壁厚余量较小，加工缺陷多，泄漏越来越严重。造成电厂的检修费用日益增加。总之，随着锅炉机组年事的增高，锅炉设备逐年老化、缺陷增多、技术逐渐落后、而且煤质又在变差，这些都使得锅炉安全经济性变差。但是，随着发电市场和环境保护的需要，对锅炉的安全经济性要求反而提高，污染排放控制要求提高。在这种情况下，上述锅炉存在的诸多问

18、题难以理清头绪，按照一般的检修工作计划，需要对上述问题逐个解决，工期和资金方面也是一个难题。为了适应目前煤炭市场的状况，为了达到进一步节能降耗和减少污染排放的目的，必须在有限资金的前提下解决上述所有问题。因此需要将省煤器的优化改进工作做为一项系统工程来完成，才能达到有限资金下多个目标的同时实现。本文只对省煤器的改造加以论述。1.3 本设计的主要工作设计在总结前人研究工作和具体工程数据的基础上，对省煤器的改造进行论述，针对省煤器排烟温度过高提出解决方案，并通过具体实例计算来进行改造。锅炉尾部受热面积灰严重，不能采用蒸汽吹灰。使省煤器爆管事故频频发生，锅炉的排烟温度偏高。从这些现象找出使锅炉的排烟

19、温度偏高的原因。了解省煤器爆管事故的直接原因和根本原因，搞清管子失效的机理，并提出预防措施，减少省煤器爆管的再次发生。本文主要做了如下几个方面的工作：1） 对省煤器爆管的各方面的原因进行全面的分析，并找出造成省煤器爆管的主要原因。2） 针对省煤器的常见故障进行分析。3） 结合工程实例计算解决省煤器排烟温度过高的问题。4） 针对省煤器排烟温度高，提出相应的解决方案。5） 省煤气改造前后进行对比。6） 对省煤器的改造结果进行总结。2省煤器结构简介2.1 省煤器的作用省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量加热锅炉给水的设备，是现代锅炉中不可缺少的部分，一般布置在烟道内。吸收烟气的对流传热。省煤器具有如下作用

20、：1）节省燃料。在现代锅炉中，燃料燃烧生成的高温烟气，将热量传递给水冷壁，过热器和再热器后，烟气温度还很高，如不设法利用，将造成很大的热损失。在锅炉尾部装设省煤器，可降低烟气温度，减少排烟热损失，因而节省燃料。 2）改善汽包工作条件。采用省煤器后，锅炉给水温度提高，减少了汽包壁与给水之间的温度差引起的热应力，从而改善汽包的工作条件，延长汽包寿命。3）降低锅炉造价。由于给水的加热是在省煤器中进行的，用省煤器这样的低温材料代替价格昂贵的高温水冷壁材料，从而减少锅炉造价。2.2 省煤器的类型及结构特点1）按材料分类省煤器使用材料可分为铸铁式和钢管式两类。铸铁式省煤器强度不高，性脆，不能受冲击，只能用

21、于工作压力低于4 MPa的锅炉，电站锅炉已不采用。钢管式省煤器强度高，能承受高压，工作可靠，传热性能好，体积小，重量轻，价格低廉，且可适用于任何压力和容量的锅炉。因此电厂锅炉采用钢管式省煤器。2）按出口参数分类省煤器按出口水温可分为沸腾式省煤器和非沸腾式省煤器。沸腾式省煤器是指出口水温度达到饱和温度，并且还有部分水蒸发汽化的省煤器。汽化水量一般约占给水量的10%15%，最多不超过20%,以免省煤器中介质的流动阻力过大。非沸腾式省煤器的出口水温低于该压力下的沸点，即未达到饱和状态，一般低于沸点2025。中压锅炉多采用沸腾式省煤器，这是因为中压锅炉水的压力低，汽化潜热大，加热水的热量小，蒸发所需热

22、量大，故需把一部分水的蒸发放到省煤器中进行，以防止炉膛温度过低引起燃烧不稳定和炉膛出口烟温过低，并造成过热器等受热面金属耗量增加。高压以上锅炉多采用非沸腾式省煤器，因为随着压力的提高，水的汽化潜热相应减小，加热水的热量相应增大，蒸发所需热量减少，故需把水的部分加热过程转移到炉内水冷壁管中进行，以防止炉膛温度和炉膛出口眼温过高，引起炉内及炉膛出口受热面结焦，所以高压以上锅炉则多采用非沸腾式省煤器。3）按结构形式分类省煤器按结构形式分为光管式、鳍片式、膜片式（简称膜式）和螺旋片管式四种。光管式省煤器是由进出口联箱和许多并列的蛇形管组成。鳍片式省煤器是在光管直段部分的外表面上、下各焊接一条通长的扁钢

23、，使烟气侧的表面积增加，传热效果得到增强。膜片式省煤器是在两个光管蛇形管直段部分焊接连续的扁钢片，扁钢片的厚度为2-3mm.螺旋片管式省煤器是在光管外表面焊接横向肋片，增加烟侧传热面积。4）按管子排列方式分类省煤器按蛇形管的排列方式分为错列和顺列两种。错列布置传热效果好，结构紧凑，并能减少积灰，但磨损比顺列严重且吹灰难。顺列布置容易对管子吹灰、磨损轻，但积灰严重。 2.3 省煤器的构造为减少金属耗量，省煤器可采用小管径光管弯制成的蛇形管结构。为使结构紧凑，应力求减少管束的纵向节距，即减小蛇形管的弯曲半径。为不使弯头外侧管壁变薄过多而降低管壁强度，一般要求蛇形管的弯曲半径R=1.5-2.0d.采

24、用小径R弯管即可达到R=1.0-1.2d.省煤器蛇形管大多采用悬吊支撑，省煤器进、出口联箱放在烟道内，避免因蛇形管穿过炉墙而造成漏风。有的中小型电站锅炉省煤器采用空心钢梁支撑。钢梁外包裹涂料和耐火涂料，钢梁内通空气冷却。为增加省煤器烟气侧换热面积，强化传热和使结构更紧凑，可采用鳍片管省煤器或膜式省煤器。在蛇形管上焊接扁钢鳍片结构，在传热量、金属耗量和通风能量都相等的条件下，其受热面积比光管省煤器小25%-30%.如果采用轧制鳍片管，则可使省煤器的外观尺寸缩小40%-50%.膜式省煤器具有同样的优越性，且支吊方便。鳍片管省煤器和膜式省煤器还能减轻磨损。这是因为它们比光管省煤器体积小，所以在烟道截

25、面尺寸不变的情况下，可以采用较大的横向节距，以增大烟气流通截面，降低烟气流速，减小磨损。省煤器的布置有如下特点：1）管水平布置，便于疏水，减少停炉期间的腐蚀。但当给水除氧不完善时，进入省煤器的水在受热后放出的氧气易于覆着在管内上表面，造成局部的金属腐蚀。经验表明，在水平省煤器内，水流速大于0.3 m/s时就可以避免金属的局部氧腐蚀。对于沸腾式省煤器，水平布置时，在沸腾段易发生汽水分层，与蒸汽接触的上部管壁由于蒸汽传热系数小，冷却条件差而造成局部超温损坏。其次，在汽水分界面处的金属管壁，由于水面的上下波动，壁温经常上下交替变化，容易引起金属疲劳破裂。为防止沸腾段汽水分层，要求沸腾式省煤器管内水的

26、流速不小于1.0 m/s.2）蛇形管可以错列布置或者顺列布置。蛇形管错列布置，结构紧凑，且可以提高对流换热能力和减少积灰，但管壁磨损稍严重些，一旦积灰后，吹灰比较困难，顺列布置正好相反。大型电站锅炉，为便于吹灰，许多省煤器采用顺列布置。3）管内给水由下向上流动，管外烟气由上向下流动，呈逆流传热方式，具有最大的传热温差。同时水由下向上流动时，水中可能放出的少量气体和蒸汽形成的气泡易于排除，不易于产生停滞和阻塞，有利于省煤器安全可靠的运行。烟气从上向下流动，有助于吹灰。3 省煤器常见故障分析3.1 事故概况省煤器最常见的故障是积灰和磨损。燃煤锅炉，特别是燃烧高灰分、高水分、低热值或低挥发分的劣质煤

27、的锅炉，国内外普遍存在着尾部受热面的积灰、磨损、腐蚀和振动问题。因而这是一个在锅炉行业待研究解决的重要课题。国产燃煤锅炉都不同程度的发生过省煤器尾部受热面积灰和磨损的情况。据不完全统计，有近百台锅炉为此消耗了上万吨钢材。据某地区电力管理局1987年事故统计，锅炉事故率占电厂总事故的54.7%，其中因尾部受热面磨损爆破而停炉的事故竟占锅炉总事故的45%-50%，可见这一问题的重要性。尾部受热面积灰、磨损使锅炉可用率降低，事故率增加，钢材耗损增加；更严重的是因停炉、停电所造成的间接损失。因此，近年来，用户迫切要求锅炉制造厂解决尾部受热面的磨损、腐蚀、积灰等问题。3.2 积灰3.2.1 积灰的危害省

28、煤器积灰包括松散性积灰和低温性积灰两种。松散积灰是烟气携带飞灰流经受热面时，部分灰粒沉积在受热面上形成的；低温性积灰是烟气中的硫酸蒸汽在低温受热面上凝结，将灰粒粘聚而形成的。低温粘结灰不易清除，而且和低温腐蚀相互促进，危害更大。当带灰的烟气流经省煤器时，部分灰粒会沉积到省煤器上形成积灰。积灰会带来以下危害：1）由于灰的导热系数小，因此在锅炉的省煤器上一旦积灰将会使省煤器热阻增加，传热恶化，以致排烟温度升高，排烟热损失增加，锅炉效率降低。2）对于通道截面较小的省煤器，积灰会使通流截面缩小，流动阻力增加，导致引风机出力不足，锅炉出力降低。严重时还会堵塞烟气通道，甚至被迫停炉检修。3）由于积灰，烟气

29、温度升高，还可能影响后面受热面的运行安全。烟气中携带的飞灰颗粒一般均小于200 ，其中大部分为1030的颗粒。当携带飞灰的烟气横向冲刷管束时，在管子背风面产生旋涡区。小于30的灰粒会被卷入旋涡区，在分子间引力和静电力的主要作用下，一些细灰被吸附在管壁上造成积灰。大灰粒不仅不易沉积，而且还有冲刷作用，因此积灰是细灰粒积聚与粗灰粒冲击同时作用的过程。当聚积的灰粒与被粗灰冲刷掉的灰量相等，即处于动态平衡状态时，积灰程度相对稳定在一定厚度，不再增加。只有当条件（如烟气流速）改变时，动态平衡被打破，积灰程度改变，直到建立起新的平衡。应该说明的是积灰程度与飞灰浓度关系不大，飞灰浓度越大，只能加速达到动态平

30、衡。3.2.2 积灰的影响因素受热面积灰程度与烟气流速、飞灰颗粒度、管束结构特性等因素有关。1) 烟气流速烟气流速对积灰程度影响很大，烟气流速越高，灰粒的动能越大，灰粒冲击作用也就越强，积灰程度越轻，反之则积灰越多。当烟气流速大于810m/s时，背风面积灰较轻，迎风面则一般不积灰；当烟气流速为2.53m/s时，不仅背风面积灰较重，而且在迎风面也会积灰，甚至会发生堵灰。2) 飞灰颗粒度粗灰多，冲刷作用大，因而积灰轻，反之积灰就多。实践表明，液态排渣炉，由于烟中细灰多，因而积灰比固态排渣炉严重。3) 管束结构特性错列布置管束比顺列布置管束的积灰轻。因为错列布置的管束不仅迎风面受到冲刷，而且背风面也

31、较容易受到冲刷，故积灰较轻。而顺列布置的管束从第二排起，管子不仅背风面受到冲刷少，而且迎风面也不能直接受冲刷，所以积灰较严重。随着管束的纵向相对节距s2/d的增大，错列管束的灰层厚度也越厚，而顺列管束的积灰则越轻。管径较小时，管子背面的旋涡区小，飞灰冲击机会增加，积灰减轻。3.2.3 减轻和防止积灰的措施为减轻受热面积灰，在结构、布置及运行上可采取以下措施：1）合理选取烟速。在额定负荷时，烟气速度不应低于6 m/s，一般可保持在810 m/s，过大则会加剧磨损。2）采用小管径、小节距、错列布置的管束，可以增强烟气气流的冲刷和扰动，使积灰减轻。3）正确设计和布置高效吹灰装置，制定合理的吹灰制度。

32、今后应在尾部受热面吹灰方面探索新的途径。如采用瓦斯脉冲吹灰器、声波或超声波吹灰器等。4）省煤器采用结构紧凑，具有自清灰能力的螺旋肋片管省煤器代替光管省煤器。肋片背部的流场发生改变，使靠近管壁的灰浓度降低，从而减轻了由于负压和粘附作用引起的积灰。3.3 磨损3.3.1 磨损机理尾部受热面磨损问题比较复杂，影响的因素颇多。诸如：设计上选型不当、结构不合理、烟速过高；制造、安装误差太大；运行管理水平低等，都可能导致尾部受热面磨损。此外，燃料和灰的磨损特性、煤粉细度，灰颗粒度、硬度、浓度，灰粒冲刷、撞击管子的方向、角度以及金属的耐磨性等对磨损都有影响。仅就煤粉而言，主要是因为其中含有坚硬的固化矿物质，

33、如石英和黄铁矿，它们的硬度很高，莫氏硬度达 6.57(金刚石为10)。这些形状不规则的硬颗粒，随气流高速冲刷和撞击管子的表面，单位断面气流中灰粒的动能与其速度三次方成正比(即所谓动能做功理论)。磨损明显发生在与管子横断面且与气流轴线成30 45角之间的部分。研究省煤器磨损，不但要进行试验台上的微观结构的实验研究，而且也强调对大量已发生磨损的省煤器等尾部受热面进行宏观研究及综合分析。1）飞灰浓度飞灰浓度大表明烟气中含灰量多，灰粒撞击受热面的次数增多，引起磨损加剧。我国煤种的多样性和电厂用煤的不确定性，使当前许多电厂的燃煤含量大于设计值。有的燃料灰分高达40%.由于煤质变差，灰分增加，燃煤量也增加

34、，造成烟气中飞灰浓度剧增，增加了省煤器的磨损。2）烟气流速烟气流速是影响受热面磨损的最主要因素。一些国内外的学者研究表明，磨损量与烟气流速的23次方成正比关系，烟速越高，省煤器的磨损越严重。锅炉设计者在布置受热面时，除选取合适的平均烟气流速外，还要考虑避免局部区域流速过大，造成局部地区的高磨损。在实际运行中，下列诸因素可造成烟气流速大于设计值。如：为避免和减缓省煤器的磨损，在省煤器局部区域加装防磨装置，如防磨扣板、防磨瓦或局部焊棒条、鳍片等。而加装防磨装置后，必然会使烟气流通截面局部减小，实际烟气流速比设计值甚至高出20%，促使磨损增加。受热面布置不均，易形成烟气走廊,造成局部高烟速、高磨损。

35、省煤器管排不均匀主要有下列因素： (1) 某些管排安装时没有可靠的加固措施，运行一段时间，可能会出现一定的位移；(2) 高温段省煤器管排处在烟温较高区域，由于热力、水力偏差，会导致变形不等，造成管距不均，增加了局部磨损。我国当前部分地区的电力紧张，促使个别电厂为完成生产任务，将锅炉长期处于超负荷状态运行。致使每小时燃煤量、烟气量增加，使烟气流速、飞灰浓度都高于设计值，因而大大加剧了磨损。3）飞灰的磨损性能飞灰磨损性能指灰的硬度、温度、形状和颗粒大小等的影响。如果燃料灰中多硬性物质、灰粒粗大而有棱角，则灰粒的磨损性能增强。而省煤器处于相对烟气温度较低的区域，因而灰粒较硬，这也是省煤器比其它对流受

36、热面磨损严重的因素之一。在锅炉实际运行中，由于磨煤机原因，会导致煤粉细度R90大于设计值，煤粉在炉内的燃尽度下降，从而烟气中夹杂的焦炭颗粒明显增加，飞灰的颗粒增加，加快了省煤器的磨损。4）省煤器类型的影响所选省煤器的型式和结构不同，其磨损程度不同。通过试验研究已经证明。(1) 在相同条件下，光管、鳍片管、膜式管束其抗磨性能依次减弱；(2) 省煤器管束顺列布置比错列布置磨损要轻；(3) 错列布置磨损最严重的为第二排管子，顺列布置磨损最严重的则在第五排之后；(4) 鳍片管省煤器的鳍片越高，磨损越严重。当鳍片高度较小(h=3 mm)时与光管的磨损程度较为接近。故加装小高度鳍片对防磨有利；(5) 膜式

37、省煤器错列布置时，大管径比小管径的管子磨损要轻。3.3.2 防磨措施设计上选用合适的炉型、合理的结构、恰当的烟速等，以期降低局部烟速及灰分浓度、烟气速度场不均系数、灰分浓度场不均系数等；在制造安装上保证外形尺寸，如管束横向节距s1、纵向节距s2、管束与炉墙间的间隙c等；在运行上调整好燃烧，控制煤的可磨性系数、降低飞灰可燃物、堵漏风等；在燃料上，要尽可能与设计煤种相符并保持煤种的相对稳定。也可改进防磨结构、加厚管壁、翻身磨、换耐磨管材、涂搪瓷、渗铝等。具体措施如下：1) 选用适用该煤种的炉型不同的煤种应设计与其相适应的不同炉型。但是，由于煤种的变化，也应适当考虑有一定的通用范围。目前国产燃煤炉，

38、绝大多数均采用型。国内曾设计了一批无中间走廊的倒U型炉。这种炉型的一大弊端是烟气在尾部烟道处要180大转弯，因而造成烟气流分层、灰粒离析，从而使灰分浓度、烟速场及灰浓度场不均匀系数过大(均达1.6以上)，因而在后墙转弯处，磨损十分严重。目前国内很多电站锅炉省煤器的改造都是因为后墙转弯处管子磨损严重而爆管。2) 结构设计的合理化省煤器等尾部受热面合理的结构设计，应能在规定寿命内保证设备安全经济运行。也就是说，它不但应传热性能好，传热效率高，而且不致堵灰、少磨损。因此，设计时必须进行技术经济比较以及工程造价分析，并注意防止出现局部缩口、防止局部间隙过大形成烟气走廊以及消除急转弯、短路、斜向节距过小

39、(小于s1/2)、局部阻塞等常见的弊病。否则，将加剧局部磨损。3) 管束排列方式改变某电厂某年大修时，将锅炉省煤器的管束排列由错列改为顺列，s1由100 mm增大到 200 mm，使烟速w由9.9 m/s降至8.5 m/s.改后运行两年半，未发生过省煤器磨损事故。但有的省煤器管也有顺列改错列的。主要是提高省煤器的换热和自清灰能力，磨损虽然增加，但在易磨损的地方加装防磨护罩，管子弯头壁厚增厚等措施防止磨损。4) 改进防磨结构国内普遍采用180结构的防磨盖板，这种结构可能回弹翘起，与管子贴不紧，造成管顶局部速度w及灰分浓度的增加，从而加剧磨损。因而，这种结构害多益少。由于磨损一般发生在管子截面的3

40、045处，建议对原来的结构加以改进。目前，省煤器防磨改造一般是在易磨损的地方加盖板、焊圆钢或者盖角钢。5) 增大s1、s2及管束高度 利用省煤器原始尺寸的旧管集箱，在尾部尚允许的空间高度、宽度内重新布置，保持省煤器吸热量基本不变，使排烟温度，尽可能不升高或升高较少，以保证运行的经济性。现在锅炉基本上是通过尾部有限的空间在省煤器尺寸变化不大的情况下，增加省煤器的吸热量，使锅炉排烟温度降低，以提高锅炉的热效率。很多电厂把此项工作当作提高锅炉运行可靠性和节能降耗的有力手段之一。6) 采用膜式或螺旋肋片管式尾部受热面由于锅炉尾部烟道空间有限，而加大s1、s2后，往往难于满足尾部受热面所需吸热量从而影响

41、锅炉出力，这时若采用膜式或螺旋肋片管式尾部受热面较为经济合理。因为扩展了换热面积，使得省煤器的体积减小，重量减轻，防磨性能好，如本文中的省煤器采用螺旋肋片管使换热面积增大，排烟温度降低。7) 布置烟气均流挡板 在前、后包墙上有规律地布置烟气均流挡板，可以减少烟气走廊，均匀烟速，降低烟气速度场不均系数及灰分浓度场不均系数。8) 在管子上涂防磨涂层 在管子上涂防磨涂料及搪瓷。防磨涂料一般由石英粉、辉绿岩、氟硅酸钠等分别与水玻璃混合组成，用之可使管子寿命延长12倍。9) 确保省煤器的设计、安装尺寸，省煤器的管子节距、间隙应在公差范围内组合。安装省煤器时，应确保其设计规定的外形尺寸。尤其是间隙c及节距

42、s1、s2的公差应在许可范围之内，以免形成烟气走廊。若外形尺寸不整齐，外突出列的管子很容易被磨损；若炉墙施工不符合要求，使c(一般等于0.5d)过大，可能形成局部烟气及灰浓度集中；有时起吊安装弄弯管子，使管束乱排，s1、s2不均匀，这些都容易形成局部堵塞、积灰；而另一部分则形成烟气走廊。这是当前安装施工中的通病，应加强施工管理去解决。10) 调整好燃烧，控制飞灰可燃物及飞灰浓度在允许范围之内，当燃烧未调整好时，则燃烧不完全，飞灰可燃物及飞灰浓度增加，灰的颗粒度增加，有时还夹带着硬的焦核，从而会加剧磨损。这就需要运行人员有熟练的操作水平和防磨运行知识。11)保证额定参数，避免超出力运行 当锅炉出

43、力超过额定值很多时，烟速w超过允许的平均烟速，可能造成尾部受热面严重积灰和磨损。12）燃用煤种要相对稳定，尽可能接近设计煤种 当前，我国各电厂燃用的煤种变化很大，绝大多数电厂不能燃用设计煤种。当与设计煤种偏离较大时，往往造成燃烧不稳、不完全。尤其是改烧灰分大、灰渣硬、热值低、水分多的劣质煤时，使灰分浓度和烟速w增加很多，因而造成严重磨损。13）控制煤粉细度，R90不应过大 R90过大，造成燃烧不完全，机械不完全燃烧热损失q4增加，灰分浓度增加，从而加速磨损。14）减少漏风锅炉漏风不但使锅炉效率降低，而且使烟速提高，因而对减少磨损不利。为了减小锅炉漏风，要提高炉墙的施工或检修质量，采用全焊气密性

44、炉膛，控制炉膛负压等。4 省煤器的优化及改进根据课题的设计要求，选某火力发电厂确定改造锅炉燃烧设备和尾部受热面，对省煤器进行改造设计。以提高尾部受热面的传热效果。降低排烟温度。减少省煤器积灰，提高省煤器的经济性。防止省煤器爆管事故的发生。选国内某电厂锅炉额定蒸发量670t/h。由于该锅炉省煤排烟温度过高，没能达到设计的要求，造成了资源浪费，因此这台省煤器急需改进。锅炉主要设计参数：表4-1 锅炉主要设计参数Table 4-1 The main design parameters of the boiler序号项目单位数值1额定蒸发量 t/h6702过热蒸汽压力MPa15.313过热蒸汽温度54

45、04给水温度2545给水压力MPa16.936冷风温度207热风温度 3508排烟温度 1349锅炉热效率%92.1410设计燃料消耗量t/h134.85表4-2设计燃煤特性 Table 4-2 The main design parameters of coal characteristic序号项目符号单位数值1收到基碳Car%50.852收到基氢Har%2.853收到基氧Oar%7.564收到基氮Nar%0.845收到基硫Sar%0.756收到基灰分Aar%17.537收到基水分Mar%12.528空干基水分Mad%2.19干燥无灰基挥发份Vdaf%18.2610收到基低位发热量Qnet,

46、arKj/kg1725411灰熔点T11220T21420T314504.1.根据设计燃煤特性计算的烟气烩及辅助计算计算得到所需的参数： 理论空气量 =过量空气系数理论的容积 Nm3/kg的容积 Nm3/kg理论的容积 Nm3/kg理论的容积 Nm3/kg理论烟气容积 Nm3/kg实际烟气容积 Nm3/kg烟气中实际水蒸气容积 Nm3/kg烟气中的份额 烟气中的份额20时理论空气焓 kJ/kg烟气焓计算：1）当温度为390时， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)。理论烟气焓 kJ/kg理论空气焓kJ/kg飞灰焓对于固态排渣煤粉炉因为=3.959，故不考

47、虑。实际烟气焓 kJ/kg2）当温度为300时， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)。理论烟气焓 kJ/kg理论空气焓 kJ/kg飞灰焓对于固态排渣煤粉炉因为，故不考虑。实际烟气焓 kJ/kg3）当温度为350时， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)。理论烟气焓 kJ/kg理论空气焓 kJ/kg飞灰焓对于固态排渣煤粉炉因为，故不考虑。实际烟气焓 kJ/kg4）当温度为320时， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)， kJ/(Nm3)。理论烟气焓 kJ/kg理论空气焓 kJ/kg飞灰焓对于固

48、态排渣煤粉炉因为，故不考虑。实际烟气焓 kJ/kg4.1.1 省煤器的设计原理省煤器为对流受热面，进行设计计算时，根据对流受热面稳定能量方程，烟气侧放热量等于工质侧吸热量等于对流传热量，从而确定受热面的布置及受热面积。根据煤的特性计算烟气侧放热量:式中，-为省煤器进出口烟烩及冷空气烩kJ/kg;-为省煤器出入口过剩空气系数的差值;-为保热系数。对流受热面中，工质吸收烟气的热量(按每kg计算燃料为基础)等于烟气侧放热量: (4-1)式中Bj-为计算燃料消耗量，kg/s；k -为省煤器的传热系数，W/(.)；-对数平均温差，；-为省煤器进出口水烩，kJ/kg；-为省煤器工质流量，kg/s；A-省煤

49、器传热面积m。传热系数k的计算因省煤器出口水温不能测，采用烟气侧放热量为基准反推出省煤器出口水温，进而算出k值。由式(2-2)得出工质出口水温计算公式:+/ (4-2)由出口水烩和水的压力查水和水蒸气的热力性质表得出出口水温的值。在对流受热面中，烟气与工质的温差沿受热面总是在变化，因此采用对数平均温压来计算传热量。当省煤器逆流布置时，其对数平均温压为: (4-3)式中 为省煤器进出口烟温及工质进出口水温; 灰污系数可采用公式: (4-4)上式中螺旋肋片管尺寸计算: (4-5) (4-6) 式中E-考虑肋片材料的热阻对传热影响的肋片有效系数;-考虑肋片厚度沿高度变化影响系数;-考虑沿肋片表面放热

50、不均匀的修正系数;H-肋片面积m；H-光管部分面积m；H=H+H-全部面积m。把对流放热公式公式，公式(4-6)代入公式(4-5)。再把公式(4-5)代入公式(4-1)。求出省煤器的设计面积。初步布置受热面，并校核省煤器的传热误差，如果传热误差在士2%，就不必重新设计。最后校核管内流动阻力，如果流动阻力太大必须重新设计。4.1.2省煤器设计中应考虑的问题省煤器布置在较低的烟温区，管内介质的温度也较低，其工作条件远不及过热器那样严重，但是如果对省煤器的设计和改造不加注意，也会经常发声事故而影响锅炉运行的可靠性，例如由于制造工艺和安装施工上的缺陷，使省煤器管焊缝惨漏而被迫停炉的事故时有发生。对于大

51、型电站锅炉，防止和减轻省煤器的磨损和积灰则已经成为省煤器设计，改造中应考虑的主要问题。（一） 省煤器中的质量流速和水速：省煤器中的质量流速pw可取为600800kg/(m.s),即相当于在锅炉额定负荷下，对于非沸腾或沸腾式省煤器的非沸腾部分的水速，不应低于0.3m/s，对于沸腾式省煤器的沸腾部分水速不应低于1m/s。对于作为悬吊管的省煤器管，应采用较高的水速，以防止个别管可能发声倒流。省煤器中的水速过高，会使流经省煤器的水阻力过大，一般规定，省煤器中的水阻力，对于高压锅炉，不可能超过气包压力的5%；对于中压锅炉，不得超过汽包压力的8%。水速过低则又不易排除气体，引起管内空气阻塞及管子内壁的局部

52、腐蚀；在沸腾式省煤器中则会产生汽水分离，并造成管子疲劳损坏。（二） 烟气流速的选取：省煤器中烟气流速的高低直接影响省煤器受热面的投资费用和运行费用。提高烟气流速，将使对流传热加强，可减少受热面的面积和降低制造成本，但烟气流速流速提高也使烟气的流动阻力增加，风机电耗增大，对于燃用固体燃料的锅炉烟速增加将使受热面的磨损加大，因此，对于作为重要对流受热面的省煤器的设计，应考虑采用最经济的烟气流速。 在省煤器中，受热面内表面的换热系数很大，它对总的传热系数影响很小，因此，在一定的温差条件下，受热面积的多少和价格主要取决于外表面烟气侧的换热系数，因而决定于烟气流速。设备的折旧费用是与投资费用成比例的，因

53、此，也取决于烟气流速的高低，运行费用风机的耗电量，也直接与烟气流速有关。因此，经济流速决定于受热面的价格，电能的价格，受热面的形式，风机的效率以及运行补偿年限，燃料成分和性质，所采用的磨煤机的形式等有关，一般推荐的经济烟速为811m/s。对于引进技术，省煤器烟气流速设计的推荐值：当煤的喊灰量高达40%式，省煤器中的最大烟速为11m/s；含灰量在14%-20%时，最大的烟速可达12.2418.3m/s。需要说明的是；引进技术的烟速系指管束进口处的流速，而我国则是指受热面管束进，出口的平均烟气流速。（三） 省煤器的结构设计：首先应该决定省煤器蛇形管的管径d，它对省煤器设计关系重大，直接影响到制作的经济型和今后投资的安全可靠性。 省煤器蛇形管管径越小，在相同的烟速下，烟气侧的换热系数就越大，因