锅炉原理—省煤器空气预热器课件.ppt
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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,燃料燃烧时形成的烟气直接用
2、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。高于饱和温度。锅炉的压力愈高,饱和温度就
3、愈高。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
4、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,
5、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
6、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。排排烟烟温温度度提提高高,则则q2损损失失增增大大。一一般般排排烟烟温温度度提提高高1015,q2约约增增加加1%,所所以以应应使使排排烟烟温温度度尽尽量量降降低低;但但这这又又将将引引起起空空气气预预热热器器的的金金属属耗耗量量和和烟烟气气流流动动阻阻力力的的增增大大,还还可可能能造造成成尾尾部部受受热热面面的的低低温温腐腐蚀蚀。因因此此,合合理理的的排排烟烟温温度度,应应通通过过技技术术经经济济比比较较才才能能确确定定。一一般般对对大大、中中型型锅锅炉炉,排排烟烟温温度度约约为为110180(设设计计时时可可
7、在在该该范范围围选选取取,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,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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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、重量大铸铁省煤器的缺点是:体积、重量大,价格贵,而且连接价格贵,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
14、、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)的无缝钢管用得的无缝钢管用得较多。较多。管壁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
15、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)制成的省煤器制成的
16、省煤器,鳍片管可使省煤器的外形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。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
17、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。
18、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
19、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
20、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
21、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
22、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。对于大型锅炉,易于达到以上所需的水速;对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。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
23、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
24、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
25、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
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