热管、回转式空气预热器设计

前言锅炉是火力发电厂的三大主要设备之一。

现代的燃煤电站锅炉是使燃料在炉内充分燃烧并将热量传递给足够的炉内工质――水，使其成为高参数的过热蒸汽，以便在蒸汽进入汽轮机时拥有足够的作工能力。

为了充分利用燃料的热量，降低排烟温度、减少能量的浪费并提高炉内的燃烧温度，可在尾部设置换热器将排烟的热量传递给将进入锅炉的空气。

空气预热器就是利用锅炉尾部烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。

空气预热器可吸收烟气热量，使排烟温度降低并减少排烟热损失，提高锅炉效率；同时提高了燃烧空气的温度，有利于燃料的着火、燃烧和燃尽，增强了燃烧稳定性并可提高锅炉燃烧效率；空气预热还能提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热，这相当于以廉价的空气预热器受热面，取代部分价格较高的蒸发受热面，降低锅炉制造成本。

因此，空气预热器已成为现代锅炉的一个重要的、不可缺少的部件。

考查空气预热器的质量如何，主要有三个指标，第一是换热性能，第二是锅炉是火力发电厂的三大主要设备之一。

现代的燃煤电站锅炉是使燃料在炉内充分燃烧并将热量传递给足够的炉内工质――水，使其成为高参数的过热蒸汽，以便在蒸汽进入汽轮机时拥有足够的作工能力。

为了充分利用燃料的热量，降低排烟温度、减少能量的浪费并提高炉内的燃烧温度，可在尾部设置换热器将排烟的热量传递给将进入锅炉的空气。

漏风率，第三是烟风阻力。

相对于管式空气预热器，容克式空气预热器具有结构紧凑，体积小，钢耗少，容易布置等优点，因而被广泛应用于大中型电站锅炉上，尤其是300 MW 以上锅炉，因布置不下庞大的管箱式预热器，只能使用回转式空气预热器。

回转式空气预热器分为受热面回转(容克式)和风罩回转(诺特谬勒式)两种型式，受热面回转式空气预热器耗电稍大，但漏风不容易控制；风罩回转式预热器耗电少，但密封系统不易控制。

自从1985年引进美国ABB公司预热器技术之后，国产机组几乎全部使用受热面回转式空气预热器，只有进口机组中，有使用风罩回转式预热器的。

回转式空气预热器的常见问题有以下几点：⑴漏风率大空气预热器同时处于烟风系统的最上游和最下游，空气侧压力最高，烟气侧压力最低，空气就会通过动静部件之间的密封间隙泄漏到烟气侧，这就是漏风。

空气预热器漏风率很高，影响锅炉出力和燃烧，增加鼓风机和引风机电耗，降低电厂经济效益。

国家对大型空气预热器漏风率设计值一般在8%以下，但在实际中，运行值一般在12%以上。

随着运行时间的延长，漏风率有可能超过20%；中小型预热器漏风率设计值一般在10%以下，但在工程实际中，运行值一般在15%以上，如果长期运行而没有维修改造，漏风率甚至超过30%。

回转式空气预热器的致命缺点是漏风率大，而且随着运行时间延长，漏风率越来越大。

为了更好地同其它预热器竞争，就必须改进密封系统，降低漏风率。

⑵低温腐蚀和堵灰回转式空气预热器的受热面是由δ＝0.5 mm和δ＝1.2 mm的薄板轧制成波纹板之后，叠在一起压紧组装而成，当量直径很小，ddl＝8.6或ddl＝9.8，流通渠道狭窄，很容易造成积灰和堵塞，大中型电站锅炉设计的排烟温度一般低于130 ℃，实际运行值还要低，因而空气预热器冷端受热面壁温较低，容易结露和腐蚀，结露和腐蚀使受热面玷污和积灰，玷污和积灰又反过来影响受热面传热，进一步降低金属壁温，从而又加剧了低温腐蚀。

这种恶性循环，使排烟温度升高，降低锅炉经济性，而且还引起烟风道阻力增加，增加引风机负荷。

堵灰严重时，会造成引风机过载和失速，炉膛抽不出负压，影响锅炉出力和燃烧，影响锅炉和引风机的安全运行，有时不得不停炉冲洗或带负荷冲洗。

低温腐蚀影响受热面使用寿命和蓄热能力，因此积灰和腐蚀一定要引起重视。

⑶受热面磨损受热面磨损主要发生在燃煤锅炉空气预热器的热段受热面，燃煤锅炉烟气中含有大量飞灰，烟气冲刷受热面时，会造成磨损，长时间运行之后，受热面减薄和穿洞。

尤其是受热面顶部，飞灰动能最大，磨损最快，磨损到一定程度，受热面失去刚性，就发生歪倒现象，呈豆芽状。

这样不仅降低了受热面蓄热能力，还增加了通风阻力。

⑷二分仓空气预热器热风带灰烟气携带着灰尘，通过预热器时，由于阻力作用，烟气流速越来越低，灰尘就会积落在受热面上，尤其是靠近中心的仓格，灰尘积落更严重。

当受热面从烟气侧转到空气侧时，刚刚停滞的灰尘又被空气吹起，并随空气进入热风道，形成热风带灰，热风带灰引起的最大问题是热一次风机磨损，例如吉林长山热电厂 410 t/h 锅炉热一次风机的叶轮被磨出6mm深的凹痕，只有涂抹防磨涂料。

⑸三分仓空气预热器一次风泄漏率高三分仓空气预热器结构紧凑，布置方便，调节灵活，热效率高，它代表了空气预热器的最新发展，广泛应用于正压中速磨冷一次风机系统中，这种制粉系统的优点是设计合理经济，一次风机效率高，并免除了送粉风机的费用。

缺点是预热器一次风压高，它把输送煤粉所需的热一次风机压头和鼓风机压头合在一起，加在三分仓预热器的一次风侧，因而一次风压很高。

一次风不仅向烟气侧泄漏，同时也向二次风侧泄漏。

例如，济南锅炉厂为北京巴威公司设计的一台300 MW锅炉空气预热器，用ABB公司的计算程序进行漏风计算，结果如表1。

此表仅仅是理论计算，在工程实际中，由于制造安装和运行的原因，泄漏率可能还要大。

一次风泄漏率一般在25%～55%之间波动。

1 绪论1.1 设计背景随着社会经济的发展人们的生活水平不断进步，人们对生活环境和品质的要求越来越高，使得人们对能源的需求日渐增多。

随着能源危机的爆发，节能一直是人们关注的话题，同时对污染的要求越来越严格(包括热污染)。

换热器的使用，提高锅炉热效率的同时降低排烟温度，减少向环境的热量排放，降低污染。

空气预热器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。

空气预热器可吸收烟气热量，使排烟温度降低并减少排烟热损失，提高锅炉效率；同时提高了燃烧空气的温度，有利于燃料的着火、燃烧和燃尽，增强了燃烧稳定性并可提高锅炉燃烧效率；空气预热器还能提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热，这相当于以廉价的空气预热器受热面，取代部分价格较高的蒸发受热面，降低锅炉制造成本。

因此，空气预热器已成为现代锅炉的一个重要的、不可缺少的部件。

考查空气预热器的质量如何，主要有三个指标，第一是换热性能，第二是漏风率，第三是烟风阻力。

相对于管式空气预热器，容克式空气预热器具有结构紧凑，体积小，钢耗少，容易布置等优点，因而被广泛应用于大中型电站锅炉上，尤其是300 MW以上锅炉，因布置不下庞大的管箱式预热器，只能使用回转式空气预热器。

回转式空气预热器分为受热面回转(容克式)和风罩回转(诺特谬勒式)两种型式，受热面回转式空气预热器耗电稍大，但漏风不容易控制；风罩回转式预热器耗电少，但密封系统不易控制。

自从1985年引进美国ABB公司预热器技术之后，国产机组几乎全部使用受热面回转式空气预热器，只有进口机组中，有使用风罩回转式预热器的。

目前，空气预热器主要有：板式空气预热器、回转式空气预热器、管式空气预热器及新兴的热管式空气预热器。

⑴板式空气预热器板式空气预热器的主要传热部件是薄钢板，多个薄钢板一起焊接成长方形的盒子，而后数个盒子拼成一组，板式空气预热器就由2到4个钢板焊接盒子组成。

板式空气预热器工作时，烟气会流经盒子的外侧，而空气流经盒子的内侧，通过钢板完成热传导。

板式空气预热器的结构松散而不紧凑，制造需要耗费大量的钢材，因此制造成本较高。

板式空气预热器的盒子由焊接方式拼接，焊接工作量大且缝隙较多，容易出现泄漏。

板式空气预热器目前已经很少被使用。

⑵管式空气预热器管式空气预热器的主要传热部件是薄壁钢管。

管式空气预热器多呈立方形，钢管彼此之间垂直交错排列，两端焊接在上下管板上。

管式空气预热器在管箱内装有中间管板，烟气顺着钢管上下通过预热器，空气则横向通过预热器，完成热量传导。

管式空气预热器的优点是密封性好、传热效率高、易于制造和加工，因此多应用在电站锅炉和工业锅炉中。

管式空气预热器的缺点是体积大、钢管内容易堵灰、不易于清理和烟气进口处容易磨损。

⑶回转式空气预热器回转式空气预热器是指内部设有旋转部件，通过旋转的作用在烟气和空气之间传导热能的一种空气预热器。

回转式空气预热器还能够分为两个类别，也就是受热面旋转的转子回转式空气预热器，和风道旋转的风道回转式空气预热器。

回转式空气预热器的优点是体积小、重量轻、结构紧凑，传热元件承受磨损的余量大，因此回转式空气预热器特别适合应用于大型锅炉。

回转式空气预热器的缺点是内部的机构复杂，消耗电力较大且漏风量较高。

⑷热管式空气预热器若干条热管纵向排列组合置于箱体内，即构成热管式空预器。

箱体被中间隔板分成上下两个区域，上面流动的是空气，下面流动的是烟气。

热管式空预器是一种气～气式换热设备，热管内的工质不断吸收烟气中的热量，传导到上面空气中，完成烟气余热的回收工作。

热管式空气预热器具有传热性能好、阻力损失小、抗低温腐蚀性能较好等优点。

热管式空气预热器的缺点是每立方米的换热面积较小，温度的适应范围较小。

1.2 热管发展史热管的原理首先是由美国俄亥俄州通用发动机公司的R.S.Gaugler于1944年在美国专利中提出的。

1967年一根不锈钢-水热管首次被送入地球卫星轨道并运行成功，从此吸引了很多科学技术工作人员从事热管研究。

1970年在美国出现了供应商品热管的部门，热管的应用范围从宇航扩大到了地面。

1980年美国Q-Dot公司生产了热管废热锅炉，日本帝人工程公司也成功地用热管做成锅炉给水预热器，解决了排烟的露点腐蚀问题。

1984年Cotter较完整地提出了微型热管的理论及展望，为微型热管的研究与应用奠定了理论基础。

70年代以来，热管技术飞速发展，各国的科研机构、高等院校、公司及厂矿均开展了多方面的开发、应用研究，国际间、地区间及各国自身的热管技术交流活动日益频繁。

1973年在德国斯图加特召开了第一届国际热管会议后；1976年在意大利的波伦亚召开了第二届国际热管会议；1978年在美国加尼福利亚州召开了第三届国际热管会议；此后1981年在英国伦敦,1984年在日本筑波,1987在法国格林贝尔，1990年在前苏联明斯克,1992年在中国北京，1995年在美国新墨西哥州，1997在德国斯图加特，1999年在日本东京，2002年在俄罗斯莫斯科，2004年在中国上海分别召开了第四至十三届国际热管会议；除此之外，中日双方从1985年至1994年分别召开了四届双边及多边热管技术研讨会；1996年在澳大利亚墨尔本召开的多边会议正式发展为国际热管技术研讨会。

我国于1970年开始的热管研制工作．首先是为航天技术发展的需要而进行的。

1976年12月7日，在卫星上首次应用热管取得了成功；我国气象卫星也应用了热管，取得了预期的效果。