锅炉各受热面的结构及布置形式

锅炉各受热面的结构及布置形式一、省煤器省煤器在锅炉中的主要作用是：①吸收低温烟气的热负以降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。

②由于给水在进入蒸发受热而之前先在省煤器内加热，这样就减少了水在蒸发受热面内的吸热量，因此可用省煤器替代部分造价较高的蒸发受热面。

也就是以管径较小、管壁较薄、传热温差较大、价格较低的省煤器来代替部分造价较高的蒸发受热面。

③提高了进入汽包的给水温度，减少于给水与汽包壁之间的温差，从而使汽包热应力降低。

基于这些原因，省煤器已成为现代锅炉必不可少的部件。

按照省煤器出口工质的状态省煤器可分为沸腾式和非沸腾式两种。

如出口水温低于饱和温度，叫做非沸腾式省煤器，如果水被加热到饱和温度并产生部分蒸汽，就叫做沸腾式省煤器。

省煤器按所用材质又可分为铸铁式和钢管式，铸铁式耐磨损和耐腐蚀但不能承受高压。

钢管省煤器应用于大型锅炉，它是由许多并列（平行)的管径为28～42mm 的蛇形管组成。

蛇形管可以顺列也可错列。

为使省煤器受热面结构紧凑，一般总是力求减小管间节距。

管子多数为错列布置。

错列布置省煤器的结构如图6—3所示。

蛇形管的两端分别与进口联箱和出口联箱相连，联箱一般布置在烟道外。

省煤器的管子固定在支架上，支架支承在横梁上而横粱则与锅炉钢架相连接。

省煤器管子一般为光管，为了强化烟气侧热交换和使省煤器结构更紧凑可采用鳍片管、肋片管和膜式受热面，它们的结构如图6—4所示。

焊接鳍片管省煤器所占据的空间比光管式大约少20％～25％，轧制鳍片管省煤器可使外形尺寸减少40％一50％。

鳍片管和膜式省煤器还能减轻磨损。

这主要是因为它比光管省煤器占有空间小，因此在烟道截面不变的情况下，可采用较大的横向节距。

从而使烟气流通截面增大，烟气流速下降磨损减轻。

肋片式省煤器主要特点是热交换面积明显增大，这对缩小省煤器的体积、减少材料消耗很有意义。

主要缺点是积灰比较严重。

省煤器蛇形管通常均取水平放置，以利于停炉时排水。

而且尽可能保持管内的水自下而上流动以利于强制流动的水动力特性和便于排除水被加热后所释放的空气，避免引起管内空气停滞产生内壁局部的氧腐蚀。

此外，由于对流烟道中烟气往往从上而下流动。

这样既有利于吹灰又可使烟气对于水流作逆向流动，保持较大的传热温差。

省煤器管内水速应维持在一定范围内，水速过高增加给水泵耗电量，水速过低金属冷却难于保证，且引起蛇形管中的空气停滞。

特别在沸腾式省煤器中，管内会产生汽水分层，导致管子上部过热。

为此，在额定负荷下，对于非沸腾式省煤器要求水速不低于0．3m／s；对沸腾式省煤器要求水速不应低于1．Om／s。

省煤器的启动保护：省煤器在启动时，常是间断给水，如省煤器中的水不流动，就可能使管壁超温损坏，为此，启动时应进行保护。

一般保护方法是在省煤器进口与汽包下部之间连接一个再循环管，管上装有再循环门，停止进水时，再循环门开启，进水时再循门关闭。

哈尔滨锅炉厂2008t／h锅炉在省煤器进口导管和炉膛下部环形集箱之间装有再循环管，当压力达到4．14MPa时启用再循环管，在省煤器和汽包之间形成循环流动(该锅炉装有锅水循环泵)。

二、空气预热器锅炉空气预热器是利用烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。

由于它工作在烟气温度最低的区域，可以回收烟气的热量，降低排烟温度，从而提高锅炉效率；同时也由于空气被预热，强化了燃料的着火和燃烧过程，减少了燃料不完全燃烧热掘失，进一步提高了锅炉效率；此外空气预热还能提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热，因此，空气预热器已成为现代锅炉的重要组成部分。

按换热方式可将空气预热器分为传热式和蓄热式(或称再生式)两种。

管式预热器属于传热式空气预热器；回转式空气预热器则是蓄热式空气预热器。

(一)管式空气预热器管式空气预热器是由直径为40～51mm壁厚1．2～1．5mm的直管子制成。

管子两端焊接到管板上形成一个立方形箱体，管子垂直放置，烟气在管内由上而下流动，空气在管外横向流动，两者交叉流动交换热量，如图6—5所示。

按照进风方式的不同，空气预热器有单面进风、双面进风、多面进风之分。

在大容量锅炉中空气需要量迅建增加，当单面进风时为保持合宜的风速、空气通道高度将会过高，空气横向冲刷管子的行程将减少．这样会降低传热温差，所以大容量锅炉中常采用多面进风方式，如图6—6所示。

热空气温度低于270℃可采用一级管式空气预热器。

热空气温度高于270需采用双级管式空气预热器或一级管式空气预热器及一级回转式空气预热器。

图6—7为几种采用双级空气预热器时的布置图。

当采用双级空气预热器布置时，一般采用图示的两级省煤器和两级空气预热器交替布置的结构。

图6—7(c)的布置只有当热空气温度高于350℃时才采用，因为一级回转式空气预热器可将空气加热到350℃。

图6—7(d)的布置可将送人磨煤制粉系统温度较高的一次空气和将送入炉膛的温度较低的二次空气分别进行加热。

(二)回转式空气预热器回转式空气预热器是一种蓄热式预热器，它利用烟气和空气交替地通过金属受热面来加热空气。

由于锅炉参数的提高、容量的增大，管式空气预热器的受热面也应明显地增加，这就给尾部受热面的布置带来了困难。

因此就要采用结构紧凑、外形尺寸小的回转式空气预热器以代替管式空气预热器。

在同样的条件下，回转式预热器受热面的壁温较高、烟气腐蚀较管式轻些，但回转式预热器主要缺点是密封结构要求高，漏风量较大。

回转式空气预热器分为受热面回转式和风罩回转式两种。

1．受热面回转式空气预热器受热面回转式空气预热器的结构如图6—8所示。

受热面装于可转动的圆筒形转子中，转子被分离成若干个扇形仓格，每个扇形仓内装满波浪形金属薄板组成的传热元件(蓄热板)。

圆形外壳顶部、底部与转子上千对应地被隔板分成烟气流通区、空气流通区。

烟气流通区与 烟道相连，空气流通区与风道相连。

由于烟气的容积流量比空气大，故烟气通道占有转子总的通流截面的50％左右，空气通道约占30％一45％，其余部分为密封区。

这种空气预热器的工作原理是：电动机通过减速装置带动受热面转子以1～4r ／min 的转速转动，转于中的传热元件(蓄热板)便交替地被烟气加热和空气冷却，烟气的热量也就经由传热元件蓄热后再传递给空气，使冷空气的温度得到提高。

转干每转一圈，传热元件吸热、放热交替变换一次。

回转式空气预热器转动的转子与固定的外壳之间存在间隙，并且空气与烟气之间有较大的压差。

因而在运行中正压空气会漏人烟气侧或漏人大气，为了减少漏风、装有径向、环向和轴向三种密封装置。

回转式空气预热器的受热面分有高温段和低温段，高温段受热面由齿形波形板和波形板组成，如图6—9(a)所示，它们相隔排列，前者兼起定位作用以保持板间间隙，故又称定位板。

低温段受热面由平和齿形波形板组成，如图6—9(b)所示，其通道较大以便减少积灰，板材较厚，目的是为了延长因腐蚀而损坏的期限。

哈尔滨锅炉厂2008t ／h 锅炉配有两台受热面回转式(俗称转子回转式)三分仓预热器。

烟气通道约占1/3，一次风通 道约占1／3；二次风通道约占l ／3，简称三分仓。

1650t ／h 锅炉的受热面回转式预热器分四通道，一格烟气，二格二次风，一格为一次风。

2．风罩回转式空气预热器回转式空气预热器的直径较大，转子重量也大，为了减，轻支承负载，近些年来又采用了叫做风罩回转式空气预热器 的比较新型的回转式预热器。

其结构如图6—10所示。

它是由 装有蓄热板的静子(静子部分的结构与转动式预热器的转子相似，但它固定不动故称静子或定子)，上、下烟道，上、下风罩以及传动装置等部件组成，上、下风道与静子外壳相连接。

静子的上、下两端装有可转动的上下风罩。

上下风罩用中心轴相连。

电机通过传动装置驱动下风罩旋转，上风罩也同步旋转。

上下风罩里的空气通道是呈同心相对的“8”字形。

它的静子截面分为烟气流通区、空气流通区和密封区。

其工作过程是冷空气经下部固定冷风道进入旋转的下风罩，裤叉型的下风罩把空气分成两股气流，自下而上流经静子受热面而被加热。

加热后的空气由旋转的上风罩汇集后流往固定的热风道。

烟气在风罩以外区域分成两部分，自上而下流经静子，加热其中的受热面。

当风罩转动一圈，静子中的受热面进行两次吸热和放热。

回转风罩与定子的密封由膨胀节、密封框架和密封板组成，形成径向密封和内外环密封。

空气预热器入口冷风温度一般规定不低于30℃，当低于此温度时，容易对空气预热器产生低温腐蚀和积灰。

因此往往采用提高冷空气温度的办法，以防止烟气温度降至露点温度以下而造成硫腐蚀和灰分粘结。

这些方法中有热空气再循环法，即从热风箱引出部分热空气送入送风机人口与冷空气混合再进入空气预热器(俗称热风再循环)。

另一种是间接加热，即在送风机出口加装暖风器。

暖风器是一种蒸汽一空气管式热交换器，管内流过由汽机抽汽引来的蒸汽，空气在管外通过时被加热。

三、水冷壁锅炉最主要的蒸发受热面就是布置在炉膛四周吸收辐射 热的水冷壁。

火焰对水冷壁的辐射已成为锅炉传热的重要方式。

炉膛内装设水冷壁后减少了高温对炉墙的破坏作用，大大降低了炉墙的内壁温度，因此炉墙厚度可以减薄、重量可以减轻。

近年来大型锅炉广泛采用膜式水冷壁，更减轻了炉墙重量，因而也降低了造价，而且便于采用悬吊结构，提高炉膛严密性，从而降低热损失。

由于炉膛结构蓄热能力的减小，炉膛(燃烧室)升温快，冷却亦快，可缩短启、停时间，也缩短了事故情况下的抢修时间。

1、水冷壁的结构型式(1)光管水冷壁：是用轧成的无缝钢管制作成的，可分为大管径和小管径水冷壁管，如图6—11所示。

(2)鳍片管式水冷壁：为我国大中型锅炉广泛采用。

鳍片管水冷壁有两种，一种是光滑和鳍片焊接而成，另一种是热轧成型的。

鳍片管主要焊接构成膜式水冷壁，如图6—12所示。

采用膜式水冷壁的主要优点是，可充分吸收炉膛辐射热量，保护炉墙，减少耐火材料，炉墙厚度，重量可．大为减少，并有良好的气密性，为消除炉膛漏风创造了条件。

(3)带销钉的水冷壁：也叫刺管水冷壁，如图6-13所示。

主要用于液态排渣炉和炉膛卫燃带。

销钉上敷设有耐火材料，可减少水冷壁吸热，使该部位炉温增高，以便燃料迅速着火和稳定燃烧。

销钉沿管长呈叉列布置，其长度为20～25mm ，直径为6～12mm 。

(4)内螺纹膜式水冷壁：如图6—14所示。

内螺纹管用于高热负荷区域，可以增强流体的扰动作用，防止发生传热恶化，使水冷壁得到充分冷却。

2.水冷壁布置水冷壁的布置应保证水循环回路工作的可靠性。

自然循环锅炉将水冷壁分成若干回路，在同一回路中各管受热应相近。

以DG 一670／13．7一540／540—8型锅炉为例，它的水冷壁是这样布置的：(1)前墙水冷壁由4个管屏组成，两边的两个管屏各有39根水冷壁管，中间的两个管屏各有37根水冷壁管，均向上进人上联箱。

这四个上联箱上各接6根汽水导管，共24根、把汽水混合物送入汽包。