第七章省煤器與空氣預(yù)熱器

第七章省煤器與空氣預(yù)熱器§7-1尾部受熱面的作用和工作特點(diǎn)一、尾部受熱面（低溫受熱面）省煤器和空氣預(yù)熱器布置在鍋爐對(duì)流煙道的最后，進(jìn)入這些受熱面的煙氣溫度已經(jīng)很低，故稱(chēng)為尾部受熱面（低溫受熱面）。二、省煤器作用1.吸收低溫?zé)煔獾臒崃拷档团艧煖囟龋岣咤仩t效率，節(jié)省燃料。2.給水提前預(yù)熱，減少水在水冷壁內(nèi)的吸熱量。3.提高溫度，減少給水和汽包壁之間的溫差，降低熱應(yīng)力。9/22/20232三、空氣預(yù)熱器（一）空氣預(yù)熱器作用1.降低煙氣溫度，提高鍋爐效率；2.空氣提前預(yù)熱，有利于燃料破碎和研磨，同時(shí)強(qiáng)化了燃料的著火和燃燒過(guò)程，減少了燃料的不完全燃燒損失，提高了鍋爐效率；3.預(yù)熱后空氣能提高爐膛內(nèi)煙氣溫度，強(qiáng)化爐內(nèi)輻射換熱。（二）空氣預(yù)熱器種類(lèi)傳熱式、蓄熱式9/22/20233四、尾部受熱布置方式（一）單級(jí)布置特點(diǎn):布置簡(jiǎn)單,但風(fēng)溫只能達(dá)到300℃左右。（二）雙級(jí)布置特點(diǎn):傳熱溫差大,增加尾部受熱面?zhèn)鳠?節(jié)省金屬。尾部受熱面布置特點(diǎn):1.高壓以上鍋爐由于布置過(guò)熱器和再熱器,省煤器和空氣預(yù)熱器采用單級(jí)布置;2.再熱器和低溫過(guò)熱器布置在省煤器之前;3.再熱器和低溫過(guò)熱器在尾部煙道中可以串聯(lián)或并聯(lián)。9/22/202349/22/20235§7-2省煤器一、省煤器的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）省煤器的種類(lèi)1.按照材料分類(lèi):★鋼管:強(qiáng)度高,能承受沖擊力,工作可靠;傳熱性能好,重量輕,體積小,價(jià)格低廉。耐腐蝕性差，但是現(xiàn)代鍋爐給水品質(zhì)好，腐蝕問(wèn)題解決。★鑄鐵:耐腐蝕性能好，強(qiáng)度低。2.按照出口參數(shù):★沸騰式:化量10～15%（中壓鍋爐）；★非沸騰式:低于沸點(diǎn)20～25℃（高壓以上鍋爐）。9/22/202363.按照結(jié)構(gòu)分四類(lèi)：光管式、鰭片式、膜式、螺旋肋片管見(jiàn)圖7-1、7-24.按照管子排列方式分類(lèi)錯(cuò)列、順列★錯(cuò)列特點(diǎn)：傳熱效果好，結(jié)構(gòu)緊湊，減少積灰，磨損比順列嚴(yán)重，吹灰困難；★順列：吹灰容易，磨損輕，積灰嚴(yán)重。9/22/202379/22/202389/22/202399/22/2023109/22/2023119/22/2023129/22/202313二、省煤器布置方式★臥式布置在尾部煙道?！锷咝喂芊胖梅绞剑嚎v向、橫向；見(jiàn)圖7-3、7-4縱向布置:與前后墻垂直。1）管子短,支吊簡(jiǎn)單;2）平行工作的管子數(shù)目少,水的流速低,流動(dòng)阻力小;3）局部磨損嚴(yán)重。橫向布置;與爐膛后墻平行。1）水速高,阻力大;（可采用雙面進(jìn)水）2）管子長(zhǎng),支吊困難;3）磨損小。

9/22/2023149/22/202315三、支吊方式：支承和懸吊結(jié)構(gòu)。支承結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7-5；懸吊結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7-3.四、省煤器啟動(dòng)保護(hù)問(wèn)題：起動(dòng)時(shí)為什么要保護(hù)省煤器？啟動(dòng)間斷給水，水汽化造成管壁超溫?zé)龎?，故需要保護(hù)。問(wèn)題：如何保護(hù)？1.省煤器與汽包下部加再循環(huán)管，見(jiàn)圖7-6;(循環(huán)壓頭低,不易建立良好的流動(dòng)工況)2.省煤器與除氧器或疏水箱之間加再循環(huán)管（放水法）,見(jiàn)圖7-7。9/22/2023169/22/202317§7-3空氣預(yù)熱器一、空氣預(yù)熱器的作用利用鍋爐尾部煙氣的熱量加熱燃料燃燒所需的空氣。作用：1.進(jìn)一步降低排煙溫度,提高鍋爐效率,節(jié)省燃料;2.改善燃料的著火和燃燒條件,同時(shí)降低不完全燃燒損失;3.節(jié)約金屬,降低造價(jià);二、空氣預(yù)熱器的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)蓄熱式:煙氣和空氣交替流過(guò)受熱面,熱量有煙氣傳給金屬,再由金屬傳遞給空氣?；剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。傳熱式:熱量連續(xù)不斷由煙氣傳給空氣,煙氣空氣有各自的通道。9/22/202318（一）管式空氣預(yù)熱器1.結(jié)構(gòu):如圖。管箱式結(jié)構(gòu),單個(gè)管箱由有縫薄鋼管、上下管板組成。管子外徑40、51mm壁厚1.5mm。支撐:下管板--空氣預(yù)熱器框架上--鍋爐構(gòu)架。2.布置單道多流程、單道單流程、雙道多流程、多道多流程、單道多流程（雙股平行風(fēng)）。圖9-12。3.管徑及節(jié)距選擇設(shè)計(jì)原則:煙氣流通面積和傳熱面積不便時(shí),管徑越小,結(jié)構(gòu)越緊湊,占用空間減少。問(wèn)題:煙氣流通截面和傳熱面積不變時(shí),為什么采用小管經(jīng)空氣預(yù)熱器？結(jié)論:直徑減小,管子長(zhǎng)度減小，減小省煤器高度。一般采用錯(cuò)列布置,規(guī)格φ40×1.5mm，煙氣速度為10—14m/s，空氣速度為煙氣速度的45-55%；9/22/2023199/22/2023209/22/202321（二）回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器1.受熱面回轉(zhuǎn)式組成:轉(zhuǎn)子、固定外殼、傳動(dòng)裝置、密封裝置。國(guó)產(chǎn)三分倉(cāng)式：煙氣流通區(qū)165°，一次風(fēng)通流區(qū)50°，二次風(fēng)通流區(qū)100°，其余為三個(gè)密封區(qū)，各為15°。轉(zhuǎn)動(dòng)速度:1～3r/min；密封:徑向密封、環(huán)向密封、軸向密封。見(jiàn)圖7-18、21、229/22/2023229/22/2023239/22/2023242.風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu):靜子、旋轉(zhuǎn)風(fēng)罩、煙道、風(fēng)道、減速裝置等。

密封:可調(diào)式密封裝置:密封板、密封框架、U形密封片和調(diào)整桿等。3.存在問(wèn)題漏風(fēng)量大:8～30%；（攜帶漏風(fēng)、密封漏風(fēng)）。積灰9/22/202325受熱面回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器主要內(nèi)容:1.空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)及工作原理2.密封結(jié)構(gòu)3.轉(zhuǎn)子固定及熱變形4.回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)間隙及動(dòng)態(tài)分析實(shí)例9/22/2023269/22/2023279/22/2023289/22/202329

Figure1:雙扇區(qū)熱交換器

Figure2:三扇區(qū)熱交換器

Figure3:四扇區(qū)熱交換器9/22/202330回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器是熱電廠(chǎng)大型鍋爐上普遍采用的煙氣尾端換熱裝置，與管式空氣預(yù)熱器相比，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、換熱面密度高、整機(jī)質(zhì)量輕、金屬耗用量少、利于安裝布置、低溫腐蝕較管式換熱器輕等特點(diǎn)，適于在大型鍋爐上使用?；剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器缺點(diǎn)是漏風(fēng)量大，工況良好時(shí)為6％～8％，密封不良時(shí)為20％～30％，大于管式換熱器5％以下漏風(fēng)量。另外回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造工藝和安裝要求高、運(yùn)行維護(hù)工作量大，熱態(tài)自動(dòng)控制也較為困難。較高的漏風(fēng)量引起預(yù)熱器入口風(fēng)壓降低、風(fēng)機(jī)電流升高，預(yù)熱器后的過(guò)量空氣系數(shù)升高、尾部排煙氣溫降低、鍋爐熱效率降低、燃煤損耗增加，鍋爐達(dá)不到額定負(fù)荷。對(duì)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)量進(jìn)行熱態(tài)控制尤為重要。9/22/202331受熱面回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器主要組成部件包括：轉(zhuǎn)子、外殼、傳熱元件、密封裝置、傳動(dòng)裝置、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、吹灰及沖洗裝置等。9/22/2023329/22/2023339/22/2023341.回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)和工作原理

（1）空預(yù)器結(jié)構(gòu)組成空預(yù)器由外部殼體和中心轉(zhuǎn)子組成，外部殼體起到外部密封和氣體導(dǎo)流的作用，中心轉(zhuǎn)子則是起熱交換器的作用。在中心轉(zhuǎn)子上下面的對(duì)應(yīng)位置分別劃分出煙氣流通區(qū)、空氣流通區(qū)和密封區(qū)，而外部殼體則在這些區(qū)域的一定范圍內(nèi)形成相應(yīng)的倉(cāng)體，即一次風(fēng)倉(cāng)、二次風(fēng)倉(cāng)和熱風(fēng)倉(cāng)。其中一次和二次風(fēng)倉(cāng)形成冷風(fēng)側(cè)，熱風(fēng)倉(cāng)形成熱風(fēng)側(cè)。各個(gè)倉(cāng)體上下端分別由外部殼體和風(fēng)管形成各自的氣體流通風(fēng)道。空預(yù)器的轉(zhuǎn)子實(shí)際上是一個(gè)上下開(kāi)口的巨大筒體，在其內(nèi)部裝有大量蓄熱單元。蓄熱單元由蓄熱元件組成，蓄熱元件是把物理比熱較高的金屬材料制作成凹凸不平的波浪型片狀，以增大其與空氣的接觸面積。在轉(zhuǎn)子的上下表面上又使用徑向密封片分隔出若干扇形面積的小區(qū)域。

9/22/2023359/22/2023369/22/2023379/22/202338

Figure1:雙扇區(qū)熱交換器

Figure2:三扇區(qū)熱交換器

Figure3:四扇區(qū)熱交換器9/22/2023399/22/2023409/22/202341轉(zhuǎn)子上部9/22/2023429/22/202343蓄熱元件9/22/2023449/22/202345（2）空預(yù)器工作原理以轉(zhuǎn)子的某一個(gè)扇形區(qū)域?yàn)槔?dāng)這個(gè)扇形區(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)到熱風(fēng)側(cè)時(shí)，高溫的煙氣由熱風(fēng)倉(cāng)的頂部流入，穿過(guò)該扇形區(qū)域從轉(zhuǎn)子的下方流出；轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到冷風(fēng)側(cè)時(shí)，低溫的空氣由一次風(fēng)倉(cāng)或二次風(fēng)倉(cāng)的底部流入，穿過(guò)該扇形區(qū)域從轉(zhuǎn)子的上方流出。在這個(gè)過(guò)程中，高溫的煙氣在流過(guò)蓄熱元件時(shí)將熱量傳導(dǎo)給蓄熱元件，并由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到冷風(fēng)側(cè)，再把熱量傳遞給一、二次風(fēng)，使冷空氣被預(yù)熱。9/22/202346高溫的煙氣由熱風(fēng)倉(cāng)的頂部流入，穿過(guò)該扇形區(qū)域從轉(zhuǎn)子的下方流出；轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到冷風(fēng)側(cè)時(shí)，低溫的空氣由一次風(fēng)倉(cāng)或二次風(fēng)倉(cāng)的底部流入，穿過(guò)該扇形區(qū)域從轉(zhuǎn)子的上方流出。在這個(gè)過(guò)程中，高溫的煙氣在流過(guò)蓄熱元件時(shí)將熱量傳導(dǎo)給蓄熱元件，并由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到冷風(fēng)側(cè)，再把熱量傳遞給一、二次風(fēng)，使的冷空氣被預(yù)熱，9/22/2023472.密封結(jié)構(gòu)（1）間隙漏風(fēng)空預(yù)器的轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動(dòng)的，在轉(zhuǎn)子與空預(yù)器上下殼體及圓周殼體之間存在一定距離的間隙。由于冷風(fēng)側(cè)和熱風(fēng)側(cè)各個(gè)倉(cāng)室之間的流體壓力、溫度和流速的差異，造成了流體在不同倉(cāng)室之間的相互泄漏，即空預(yù)器內(nèi)部漏風(fēng)?！镄孤锻緩剑孩?gòu)较蛑苯勇╋L(fēng)；②軸向、環(huán)向結(jié)合起來(lái)間接漏風(fēng)。9/22/202348（2）密封結(jié)構(gòu)在回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的轉(zhuǎn)子的上、下工作面和轉(zhuǎn)子的圓周筒體上，分別安裝有許多徑向和軸向密封片，分別與上部活動(dòng)式扇形密封板、下部固定式密封板、軸向密封板形成狹小的漏風(fēng)間隙；而圓周密封板則與轉(zhuǎn)子上、下法蘭圓周側(cè)形成狹小漏風(fēng)間隙。這些漏風(fēng)間隙分別稱(chēng)為，空預(yù)器徑向漏風(fēng)間隙、空預(yù)器軸向漏風(fēng)間隙、和空預(yù)器圓周漏風(fēng)間隙。9/22/202349為了降低空預(yù)器的內(nèi)部漏風(fēng)量，在各個(gè)倉(cāng)室之間、轉(zhuǎn)子上下面對(duì)應(yīng)的位置安裝有控制漏風(fēng)間隙的扇形密封板，上部扇形密封可以是固定的或動(dòng)態(tài)可調(diào)的，下部是固定的。同時(shí)還在轉(zhuǎn)子的上下表面、轉(zhuǎn)子的圓周曲面以及轉(zhuǎn)子與殼體的上下圓周結(jié)合處，分別安裝有相互對(duì)應(yīng)的等分角度的固定式的徑向密封板、軸向密封板和環(huán)向密封板。9/22/202350在各個(gè)倉(cāng)室之間、轉(zhuǎn)子上下面對(duì)應(yīng)的位置安裝有控制漏風(fēng)間隙的扇形密封板，上部扇形密封是動(dòng)態(tài)可調(diào)的，下部是固定的。同時(shí)還在轉(zhuǎn)子的上下表面、轉(zhuǎn)子的圓周曲面以及轉(zhuǎn)子與殼體的上下圓周結(jié)合處，分別安裝有相互對(duì)應(yīng)的等分角度的固定式的徑向密封板、軸向密封板和環(huán)向密封板。9/22/2023519/22/2023529/22/2023539/22/2023549/22/2023559/22/2023563.轉(zhuǎn)子固定及熱變形固定：空預(yù)器外部殼體由兩側(cè)的鍋爐輔助立柱支撐；中心轉(zhuǎn)軸下方通過(guò)下部推力軸承與中心驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)接后，將轉(zhuǎn)子的重量通過(guò)支撐橫梁傳遞給鍋爐本體的結(jié)構(gòu)橫梁，再由結(jié)構(gòu)橫梁將此重量傳遞到鍋爐本體的主結(jié)構(gòu)立柱上；轉(zhuǎn)軸上部通過(guò)上部導(dǎo)向軸承與空預(yù)器外部殼體相連。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)描述，可以得知該型號(hào)的空預(yù)器是墩放在，由鍋爐的輔助立柱、結(jié)構(gòu)橫梁、結(jié)構(gòu)立柱組成的支撐架構(gòu)上面。9/22/202357熱變形正是這種特殊的結(jié)構(gòu)和安裝方式，決定了回轉(zhuǎn)式空預(yù)器在受熱后的變形，是由下部支撐橫梁為原點(diǎn)，向上部發(fā)生軸向膨脹伸長(zhǎng)，并以中心轉(zhuǎn)軸為圓心向四周發(fā)生徑向膨脹伸長(zhǎng)，這種變形在轉(zhuǎn)子的受熱變形中最為明顯。而外部殼體是個(gè)巨大的剛性連接體，加之這種墩放式結(jié)構(gòu)，以及外部殼體的金屬材料的物理比熱和熱膨脹系數(shù)都小于內(nèi)部轉(zhuǎn)子蓄熱元件，這就使得空預(yù)器外殼的熱膨脹變形量也小于內(nèi)部轉(zhuǎn)子的熱膨脹變形量。

9/22/202358轉(zhuǎn)子蘑菇狀熱態(tài)變形由于轉(zhuǎn)子的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上表面持續(xù)受到熱風(fēng)側(cè)的高溫?zé)煔獾募訜?，溫度較高；而轉(zhuǎn)子的下表面也連續(xù)受到冷風(fēng)側(cè)一、二次冷風(fēng)的冷卻，溫度較低。這樣就使得轉(zhuǎn)子的上部熱膨脹大于下部的熱膨脹，由于轉(zhuǎn)子的下端受到推力軸承、中心驅(qū)動(dòng)裝置、支撐橫梁的支撐作用，使得轉(zhuǎn)子在受熱后的熱態(tài)變形為向上部膨脹。這種膨脹的結(jié)果使得轉(zhuǎn)子中心的上表面較冷態(tài)時(shí)升高，并且由于轉(zhuǎn)子上部的徑向膨脹大于下部，使得轉(zhuǎn)子的上部受到的熱膨脹徑向力矩大于轉(zhuǎn)子下部。這種力矩致使轉(zhuǎn)子以下部為原點(diǎn)發(fā)生向下、向外的翻轉(zhuǎn)變形。加之轉(zhuǎn)子的自重力矩，更加速了轉(zhuǎn)子的這種行似“蘑菇狀”的熱態(tài)變形。在這種“蘑菇狀”的熱態(tài)變形中，空預(yù)器轉(zhuǎn)子的外周發(fā)生向下的沉降現(xiàn)象，而轉(zhuǎn)子中心發(fā)生隆起。這就使得熱態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子下部的三角形漏風(fēng)間隙和轉(zhuǎn)子圓周的軸向漏風(fēng)間隙變得比冷態(tài)時(shí)小，而轉(zhuǎn)子上部的漏風(fēng)間隙變得比冷態(tài)時(shí)大。而且隨著鍋爐負(fù)荷的升高，空預(yù)器轉(zhuǎn)子換熱量的增加，上述“蘑菇狀”變形就越明顯，各處漏風(fēng)間隙的變化也就越大。9/22/202359蘑菇狀變形9/22/2023609/22/2023614.回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)間隙及動(dòng)態(tài)分析實(shí)例

以某動(dòng)態(tài)可調(diào)扇形板的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器為例進(jìn)行分析。9/22/202362活動(dòng)式扇形板調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)9/22/202363在回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的轉(zhuǎn)子的上、下工作面和轉(zhuǎn)子的圓周筒體上，分別安裝有許多徑向和軸向密封片，分別與上部活動(dòng)式扇形密封板、下部固定式密封板、軸向密封板形成狹小的漏風(fēng)間隙；而圓周密封板則與轉(zhuǎn)子上、下法蘭圓周側(cè)形成狹小漏風(fēng)間隙。這些漏風(fēng)間隙分別稱(chēng)為，空預(yù)器徑向漏風(fēng)間隙、空預(yù)器軸向漏風(fēng)間隙、和空預(yù)器圓周漏風(fēng)間隙。而這些間隙在冷態(tài)時(shí)又分別根據(jù)位置的不同，預(yù)留了不等的間隙距離。9/22/202364上部活動(dòng)式扇形板與轉(zhuǎn)子上部徑向密封片之間的冷態(tài)預(yù)留距離為，A端1.5㎜，B端1.5㎜；下部固定式扇形板與轉(zhuǎn)子下部徑向密封片之間的冷態(tài)預(yù)留距離為，C端0㎜，D端19～20㎜；空預(yù)器軸向密封板與轉(zhuǎn)子軸向密封片之間的冷態(tài)預(yù)留距離為，F(xiàn)端9～10㎜，E端5.5～6.5㎜。從圖6可以看出在冷態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子上部徑向漏風(fēng)間隙近似為矩形