省煤器和空气预热器

省煤器与空气预热器
省煤器和空气预热器是现代锅炉不可缺少的受热面，由于他们装在锅炉
尾部烟道内，故称为尾部受热面。

省煤器
一省煤器的作用及种类
1省煤器的作用
省煤器的作用是利用锅炉尾部烟气热量加热锅炉给水。

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
气的对流热，个别锅炉有水冷壁相间布置的，以吸收炉膛的辐射热。

2省煤器对锅炉的作用
1）节省燃料。

在现代锅炉中燃料燃烧产生的热量，被水冷壁，过热器再热器吸收后，烟气温度还很高，这部分烟气热量如不设法利用，将造成很大的热损失。

再锅炉尾部装省煤器可降低锅炉排烟温度，减少排烟热损失，所以节省燃料。

2）改善汽包的工作条件
由于采用省煤器。

提高了进入汽包的给水温度，减少了汽包壁与给水之间温度差引起的热应力，从而改善汽包的工作条件。

3）降低锅炉造价。

由于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材料，所以降低锅炉造价。

二省煤器的类型及结构特点。

1按材料分类
目前大容量锅炉广泛采用钢管省煤器，
优点是：强度高，能承受冲击，工作可靠，传热性能好，重量轻，体积小，价格低廉。

缺点是：耐腐蚀性差，但现代锅炉给水都经过严格处理，所以不是很严重。

2按出口参数分类
沸腾式省煤器是出口水温达到饱和温度，并且还有部分水蒸气汽化的省煤器。

汽化水量一般占总水量的0。

1—0。

15倍，一般不超过20%，以免省煤器中的介质流动阻力过大，
非沸腾是省煤器是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20---25℃
注意：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，蒸发所许热量大，故需要不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降低，以造成过热器表面的金属消耗量增大。

高压以上的锅炉多采用非沸腾是省煤器，因为随着压力的升高，水的汽化潜热减小，加热水的热量响应增大，蒸发所需热量减少，故需把水的加热转如炉膛水冷壁中进行，防止炉膛温度和炉膛出口烟温过高。

高压以下的锅炉--------沸腾式省煤器
用省煤器汽化一部分给水，防止炉膛温度和炉膛出口烟温过低。

汽化潜热低高压以上的锅炉--------非沸腾是省煤器将水的加热转入水冷壁，防止炉膛温度和出口烟温过高，以致结渣。

汽化潜热高。

3按结构形式分
省煤器按结构形式分为光管式，鳍片式，膜片管式和螺旋肋片管式四种。

光管式省煤器的结构如图A
所示，它由进出口联箱和许多
并联的管子组成，蛇形管与集
箱的连接一般采用焊接。

联箱
一般布置在炉膛烟道外面，
此外，省煤器与空气预热器之
间应该预留0.6m—0.8m的空
间。

以便进行检修。

鳍片管是在光管外面焊接鳍
片，目的是增加受热面积和传热效果。

膜片式的优点是比光管是传热性能好，还节约金属材料，与鳍片式相比容易吹灰。

螺旋肋片式比以上几种形式的传热性能都要好，缺点是应防止积灰且比较难清除积灰。

4按管子的排列方式分
省煤器按管子的排列方式可分为顺列和错列两种。

两者比较：错列管子的传热效果好，且不易结渣，但磨损严重。

顺列管子的磨损相对较轻，且容易吹灰。

三省煤器的布置形式
省煤器在尾部烟道中多为卧式逆流布置，这样既有利于停炉排除积水。

减轻挺炉期间的腐蚀，也有利于改善传热，节约金属。

其原理是：水在蛇形管内自下想上流动，烟气在管外自上而下冲刷管壁，以实现烟气和水之间的热量交换。

这种换热方式，由于水在蛇形管内自上而下流动便于排除空气，从而可避免引起局部氧腐蚀，而烟气在管外自上而下流动，不但有助于吹灰，还是烟气和水呈逆向流动，可提高对流传热量。

省煤器在烟道内不布置方式分为：横向布置和纵向布置两种。

纵向布置是指蛇行管放置方向与锅炉的前后墙垂直。

横向布置是指蛇形管布置方向与锅炉后墙平行。

两者的区别：纵向布置的特点是，由于尾部烟道的宽度大于深度，所以管子较短，支吊比较简单，且平行工作的管子数目较多，因而水的流速较低，
流动阻力较小。

但这种布置全部蛇形管都要穿过烟道后墙，从飞灰
磨损角度来说这种布置是不利的。

因为当烟气从水平烟道流入尾部
烟道时，拐弯将产生离心力，使烟气中的大灰粒都集中在靠近后墙
一侧，这就造成了全部蛇形管局部磨损严重，检修时需要更换所有
磨损管段
横向布置的特点是：平行工作的管数少。

因而水速高，流动阻力大，
且管子较长，支吊比较复杂，但因其只有少数几根管子靠近后墙，
从而是磨损管子仅限于靠近后墙的几段，因而防护和检修都比较容
易。

为了改进这种布置方式因水速高而导致的流动阻力过大的缺点，
可采用双管圈或双面进水。

如图B。

总结：因为飞会有个离心力，使大部分的飞灰落在后墙位置，这就造成了纵向与横向的区别，纵向一旦磨损需要更换所有的管排，而横向只需要更
换其中几片即可。

四省煤器的支吊形式
中小型锅炉大都采用支承结构，大型锅炉采用悬吊结构。

大型锅炉多用悬吊结构，其集箱安装在烟道中间用于吊挂过支吊省煤器管。

一般省煤器的出口引出管就是悬吊管，用省煤器出口给水来冷却，故工作可靠。

而集箱放在烟道内的好处是减少漏风；
五省煤器引出管与汽包的连接
由于省煤器的出水温度可能低于汽包中的饱和温度，当锅炉运行工况变动时，省煤器的出水温度还可能发生剧烈变动，如果省煤器与汽包连接就会在连接处出现温差热应力和疲劳应力，导致汽包发生裂纹。

为了防止汽包损伤可在省煤器引出管与汽包连接处加装套管，这样使水冷鼻与汽包壁之间有饱和水或饱和蒸汽相隔，从而改善了汽包的工作条件。

六省煤器设计时应考虑到的问题
七省煤器的启动和保护
省煤器在启动时常常间断给水，当停止给水时，省煤器中的水处于不流动状态，这时由于高温烟气的不断加热，会使部分水汽化。

生成蒸汽就会附着在管壁上或集结在省煤器上段，造成管壁超温烧坏。

因此省煤器在启动前应注意保护。

一般的保护方法是在省煤器进口与汽包下部之间装设不受热的再循环管，如左图所示。

借助再循环管与省煤器中工质的密度差，使省煤器中的水不段循环流动。

正常运行时应关闭省煤器再循环门，避免给水由再循环管短路进入汽包。

导致省煤器却水而损坏。

同时大量给水冲入汽包，还会引起水面波动，使蒸汽品质恶化。

用再循环管保护省煤器所存在的问题是循环压头低，不易建立良好的流动工况，因此，有的锅炉在省煤器出口与除氧器或疏水箱之间装有一根带阀们的再循环管，如图右所示。

当汽包不进水时，用阀们切换，使流经省煤器的水回到除氧器或疏水箱。

这样在整个启动过程中可保持省煤器不断进水，以达到启动过程中保护省
煤器的目的。

空气预热器
一空气预热器的作用
空预器的作用是利用尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需要的空气，空气预热器对锅炉的作用。

1进一步降低排烟温度，提高锅炉效率。

2改善燃料的燃烧及着火条件，降低不完全燃烧热损失。

3节省金属，节约造价。

4改善引风机的工作条件。

由于排烟温度的降低，改善了引风机的工作条件，同时也降低了风机耗能。

二空气预热器的种类及结构
导热式是烟气通过传热壁面连续将热量传给空气。

蓄热式是烟气和空气交替流过受热面，烟气流过时将热量积蓄起来传给受热面，空气流过时又将积蓄的热量传给空气。

导热式------管式两种蓄热式主要为回转式
板式
目前电厂主要采用的是管式和回转式空气预热器；；
管式空气预热器按材质又可分为铸铁管式，钢管式和玻璃管式等；、、
管式空气预热器的应用很广，常采用立式布置，管内通过烟气，管外通过空气，烟气的热量通过管壁连续传给空气，其优点是结构简单，制造方便，漏风量小。

其缺点是体积大，耗钢量多，而且在大容量锅炉中要求热空气的温度很高时，难以满足，还有管式空气预热器一般采用错列布置，提高防热系数。

回转式空气预热器：由于锅炉的容量增大，若用管式空气预热器，其所占的空间相当庞大，这给尾部受热面的布置带来了困难，因此，我们目前大型锅炉多采用结构紧凑，重量较轻的回转式空气预热器。

一受热面回转式空气预热器
受热面回转式空气预热器是由外壳，转子，受热元件，密封装置，传动装置，上下轴承座，即润滑油系统等组成。

1外壳
外壳顶板、底板与转子之间由扇形隔板间隔，将转子上下部分为两部分，同时外壳顶板与底板上各有两个连接方箱。

一个与烟道连接，另一个与风道连接，因而转子的一侧通过烟气一侧通过空气，上图为三分仓式空气预热器，即将其分为烟气通道，一次风道，二次风道，三部分。

在三分仓式空气预热器中，烟气流通截面一般占圆心角165度。

一次风占50—60度，二次风占90—100度，其余被三个密封仓所占，各为15度。

三分仓式空气预热器适用于采用冷一次风机的正压制粉系统，它将高压一次风和较低压的二次风隔在两个仓室内进行预热，二次风可用低压头送风机，以降低送风机电耗。

2转子
转子被径向和切向隔成许多扇形板。

每个扇形格内装满薄钢板（蓄热板）。

转子是放置受热元件的，有12块或24块径向隔板与中心筒和转子壳体连接形成12
个或24个扇形仓，每个扇形仓由横向隔板分成多个梯形小室，作为放置受热元件的篮子，冷段和热段中间层受热元件布置成抽屉式结构，以便更换。

转子的分仓角度一般为15度和30度两种，
转子的结构有整体式，分片式，64型，模块和半模块式，主要取决于运输界限和现场安装条件。

大型锅炉常采用模块式。

3受热元件
1）板形和材料常用的元件板型有DU。

CU。

DF三种。

如图所示。

每一组都是由定位板和波型板组成。

对于固体燃料。

热端和热端中间层采用
24GA材料和DU型受热元件。

冷端与冷端
中间层采用18GA材料和NF型受热元件。

对于气体燃料采用CU受热元件/
2放置方式
受热元件的布置有横向和纵向两种，
横向布置的优点是充满滤高不易发生散落。

缺点是每块尺寸按等差级数变化，必须采用
受热元件生产流水线生产。

受热元件沿高度方向分层放置，一般最多可分为四层，即热段层，热段中间层，冷端层，冷端中间层，每层高度为300—600mm。

3密封装置
回转式空气预热器的缺点是漏风大，由于空气侧的压力比烟气测的压
力高，因此所谓的漏风是空气漏入烟气中。

密封装置的作用就是尽可能的减少空气泄露量，主要包括热态密封和冷态密封。

冷态密封
冷态密封主要包括轴向密封、径向密封、环向（周向）密封和中心筒封四部分。

1轴向密封
回转式空气预热器的转子外周围与机壳之间有较大的空间，装轴向密封可减少沿转子周向漏入烟气测的空气量。

它由轴向密封片和轴向密封板组成。

轴向密封片由1.5mm厚的耐腐蚀低合金钢（考登钢）制成折角式结构。

用螺栓固定在各扇形仓格径向隔板上，分成两段沿整个转子的轴向布置。

随转子一起转动。

调整螺栓位于三分仓的过度段。

2径向密封
与轴向密封原理相同，它是在转子的24格仓格上下布置由考登钢指成的密封片；1.5mm且作成折角的结构。

随着转子一起转动/
3旁路密封
4中心筒密封
是由中心筒密封片和扇形板组成，密封间隙通常保持在5-6mm。

中心筒密封片是由5—6mm的考登钢制成。

整个园环分成四片。

每片之间在工地安装时进行焊接。

关键词-----漏风（空气进入烟气，空气侧压力大于烟气侧）导热蓄热DU DF CF 轴向径向中心筒考登钢 1.55—6受热元件
预热器运行时上端的烟气温度，空气温度都比下端高。

转子上端的径向
膨胀量大于下端。

再加上转子重量的影响。

转子就会变成蘑菇形。

（热膨胀，
自身重量）导致扇型隔板与转子之间的间隙增大，加重漏风。

为了减少热
态时的径向间隙，现代大型空预器的热端采用可弯曲结构。

防止转子蘑菇形的方法：
1每块扇形板有三个支点，其中靠近轴中心的支点支吊在转子的中心密封筒上，另外两点支吊在导向轴承的座套上，可随主轴的膨胀一起上下移
动。

2为了保证热态间隙，还采用较先进的自动跟踪密封系统。

其设计原理是：密封板弯曲变形，变形曲线与转子蘑菇状态相吻合。

可密封板的漏风控制装置是
接触式传感器---电子机械式
装置。

传感器探头周期性检查
转子热态变形后的热端径向
密封开度，即设定程序，扇形
板外册的两个支点悬吊在执
行机构上，当相应的数据传给
执行机构时，执行机构会施加一个向下的力将扇形板压到与转子吻合到额
定距离。

5传动装置
预热器传动装置的功能是将高速电动机的转速降到1-1.5r/min的转子速度，传动方式大致为中心传动和外园传动两种方式。

外园传动系统是由主传动系统和辅助传动系统组成。

主传动系统是由主马达将动力传动给减速箱，由于要使转动惯量很大的转子启动，其启动力矩大，为了改善马达的启动工况和减少减速箱的冲击载荷。

在马达和减速箱之间装有液力耦合器。

辅助传动系统有电动马达和气动马达两种。

6吹灰装置和水冲洗装置
预热器的除灰装置有两种：吹灰装置和水冲洗装置。

对于燃油或燃煤装置，蒸汽吹灰器装在烟气侧冷端。

当燃用劣质煤或褐煤时，也需要在热烟气侧装设蒸汽吹灰。

一般在热端和冷端均装有水冲洗装置。

注意：在河源电厂2X600MW的机组中，采用三分仓式回转式空气预热器，在预热器热端装有脉冲吹灰。

蒸汽吹灰（过热蒸汽）。

水冲洗装置，消防水。

风罩回转式空气预热器
其工作原理是：
度为1—3r/min。

转动时，定子中的传热元件交替的被烟气和空气加热冷却。

风罩每旋转一次，传热元件吸热放热两次。

回转式空气预热器存在最大的缺点就是漏风量大。

另一个问题是受热面容易积灰，积灰不仅影响传热，更主要的是增加了流
动阻力，严重时甚至会将气流通道堵死，影响正常运行。

因此在预热器受
热元件上均装有吹灰装置，吹灰介质通常用过热蒸汽和压缩空气，严重时会用压力冲洗水。

低温收热面的积灰，磨损和腐蚀
一低温受热面的积灰即防止措施
1积灰的形成及影响因素
在烟气低于600—700℃的烟道内，低温受热面表面形成的积灰为松散灰，因为该处烟温较低，低熔灰分已经凝固成固体颗粒。

如图为不同烟气流速下管字表面松散灰层的形成状况图。

管字的背面的积灰比正面严重，因为管子正面受到烟气的直接冲刷，管子背面存在涡流区，只有在w y≦5m/s时，
烟气中携带的飞灰由各种颗粒组成，一般
均小于200微米，当含灰的烟气冲刷管子
表面时，背风面产生旋涡区，大颗粒的飞
灰由于惯性大，不易被卷入旋涡区，进入
旋涡区的灰粒基本上小于30微米/细灰粒碰到管壁后容易聚集在管壁上。

大灰粒不仅不易聚集，而且还有冲刷作用，因此沿管子的两侧面及管子的迎风面不易积灰，当背风面的积灰到一定厚度，而被气流中的大灰粒所冲刷时，该处的积灰层也不再增加，而是达到动平衡状态。

灰粒的冲刷作用与烟气的流速有关，烟气的流速高时，背风面可以较早的达到动平衡状态，及背面的积灰较少，相反则背面的积灰较多。

当烟气流速降低到某中程度时，在迎风面也容易发生积灰，流速愈低，及灰愈多。

积灰程度与烟气流中的飞灰分散粒度有关，当烟气中的含粗灰粒少，细灰粒多时，烟气中的飞灰对管子的冲刷作用小，管子就更容易积灰。

此外，松散灰的厚度还与管子的排列有关，顺列比错列要厚，水平的或倾斜的要比垂直的严重。

3减少积灰的措施
1）正确设计和布置吹灰装置，运行时定期进行吹灰，空气预热器还要布置水冲洗装置。

2）设计时采用足够的烟气流速。

在额定负荷下省煤器烟速应不小于
6m/s。

对于回转式空气预热器，在锅炉最大蒸发量下，烟气速度一般不小于8—9m/s。

空气流速一般不小于6-8m/s。

m/s
W省煤器≧6m/s w空预热器烟气≧8-9
8-9m/s
m/s(4-5级风)
6-8m/s(4-5
w空气预热器空气≧6-8
4采用适当的管束布，包括管束的排列方式，管径，横向和纵向节距。

对于易引起粗结灰的受热面布置时更应该注意。

二低温受热面的飞灰磨损及防止措施
一）飞灰磨损机理
高温烟气携带的飞灰颗粒冲刷受热面
当烟气均匀的横向冲刷管子时，位于
第一排管子上的磨损。

沿管子切圆是不均匀的，最严重的磨损点发生在与烟气呈对称的30度—40度的两侧。

如图A所示。

当烟气斜向冲刷管壁时，第一排管子上产生最大的磨损。

其位置如图。

注意：横向冲刷的严重点是在与烟气对称的30度角两侧。

斜向冲刷时是烟气直接接触的管面。

对于错列管束。

第
一排管束以后的各排管子的磨损集中在25度-----
30度的对称点上。

而最大的是在第二排管子上，如图所示。

对于顺列管束，第一排管子的磨损集中在60度的对称点上，磨损最严重的为第5排，
当烟气在管内纵向流动时，磨损比横向冲刷减轻的多，只有在距进mm的管内发生较严重。

200mm
口150
150——200
飞灰颗粒对金属表面的磨损只要决定于下列因素：
1．飞灰颗粒的动能。

飞灰越大，速度越高，动能也越大。

W=mv2
2．单位时间内冲刷管壁金属的飞灰量。

3/飞灰颗粒与金属表面发生碰撞的概率和飞灰撞击率。

它与飞灰颗粒的大小有关，飞灰颗粒越大，撞击率越大。

二减轻和防止对流受热面磨损的措施
1）限制烟气流速。

由于实际磨损量与烟气流速的3.1-3.5次方成正比，（理论上与流速的三次方成正比）
根据煤的灰分折算最大允许烟速推荐值见表。

最大允许烟速
折算灰分A ar,zs(g/MJ)最大允许烟气速度（m/s）
过热器省煤器
2防止受热面在烟道内出现局部烟速过高或飞灰浓度过大
（1）消除烟气走廊。

在管束与炉墙之间或管束与管束之间存在烟气走廊时，其烟气流速可能达到烟道内平均烟气流速的3—4倍，此时即使烟道内的平均流速只有4-5m/s，但靠近炉墙处却高达12—15m/s。

使管子的磨损率高出平均值的几十倍。

运行实践证明省煤器因均匀磨损而引起的泄露事故不多，大多数泄露事故是由这类局部磨损造成的，在管束与炉墙之间必有一定空间供管子热膨胀用，所以完全消除烟气走廊是困难的，但可尽量减少通流面积的差别。

旋风分离器后部安装有过热器、省煤器等，管排与护板之间砌炉墙或浇筑耐火混凝土，管排与炉墙之间的间隙要严格控制。

间隙过小影响受热面的正常膨胀，间隙过大会形成“烟气走廊”。

“烟气走廊”内烟气流速比平均流速大3～4倍在“烟气走廊”，磨损量比正常磨损量增大几十倍。

省煤器区域管排密布，烟气流速较高，因此，消除“烟气走廊”是减小省煤器管排磨损的十分关键的环节。

（2）防止局部地方飞会浓度过大。

在倒U型锅炉中，烟气在转向室做90度转弯后，大部分灰粒，尤其是磨损性强的粗灰粒向后墙浓集。

使该处的管子产生剧烈的磨损。

解决的方法：一是在转向室加装均匀挡板，二是在转向室内装百叶窗式或离心式除尘器。

防止后墙飞灰浓集的措施：1；在水平烟道出口装均匀挡板
2；在出口装百叶或离心除尘器
（3）消除漏风
3改善省煤器结构
（1）选用大直径的管子。

管子直径越大，飞灰的撞击概率就越低，飞灰磨损也较轻，以前
由于采用小直径管子，提高传热系数，但磨损严重，使省煤器管
子爆管成为以前的最大事故，现在一般采用Φ57的管子，就是
为了增大管径，减小飞灰撞击概率。

（2）横向节距与管子的直径比值越大，则管子的磨损越轻，一般对于飞灰磨损强的煤种，希望S1/d﹥2.5.
（3）顺列管束的磨损比错列管束轻
（4）采用膜式省煤器或肋式省煤器可减轻磨损
4采用防磨措施
在尾部受热面易受磨损的部位加装防磨装置，其目的是磨损转移到防磨保护部件上，检修时只需换这些部件即可。

（1）省煤器的防磨装置。

如图为省煤器的一些防磨装置。

防磨罩的安装位置要正确，
固定要牢固，负责起不到防
磨的作用。

三尾部受热面的低温腐蚀
（一）低温腐蚀及其危害
尾部受热面的低温腐蚀是指硫酸蒸汽凝结在受热面上发生的腐蚀。

它一般发生在烟温较低的低温级空气预热器的冷端。

低温腐蚀带来的危害是：
（1）导致受热面泄露，大量空气经过漏点进入烟气，影响锅炉燃烧所用的空气量，并使送，引风机电耗增大。

（2）造成低温黏结性积灰，这种积灰与金属管子界成一体，在锅炉中难予清除，造成排烟温度升高，引风机阻力增加，锅炉
效率下降。

（3）严重的腐蚀将导致大量受热面更换。

二低温腐蚀机理
锅炉然用的燃料含有一定的硫分，燃烧时将生成二氧化硫，其中有一部分会尽量氧化生成三氧化硫。

三氧化硫与烟气中的水蒸汽凝结成硫酸蒸汽，。

当受热面的温度低于硫酸蒸汽的露点（硫酸蒸汽凝结的温度）称为酸露点。

硫酸蒸汽会在金属壁面形成酸液腐蚀金属。

烟气露点=酸露点=硫酸蒸汽凝结的
烟气中二氧化硫在两种情况下会发生向三氧化硫转换：
一是：燃烧反应中的火焰里有部分氧气会离解成原子状态，与二氧化硫结合生成三氧化硫。

二是：烟气流经水平烟道时，二氧化硫遇到Fe2O3或V2O5等催化剂的作用与氧气发生反应生成三氧化硫。

1与氧原子结合2遇催化剂与氧气反应
烟气中三氧化硫的含量是极少的，但极少量的三氧化硫也会使酸露点提高到很高的程度。

如烟气中硫酸蒸汽的含量为0.005%时，露点可达130---150℃。

三烟气露点（酸露点）的确定
烟气露点与燃料中的硫分和灰分有关，燃料中的折算硫分越多，燃烧生成的二氧化硫进一步生成三氧化硫的含量就越多，烟气的露点也越高。

；烟气携带的飞灰中所含的钙镁和其他碱金属的氧化物以及磁性氧化铁，有吸收烟气中部分二氧化硫的能力，从而降低烟气中硫酸蒸汽的浓度，由于硫酸蒸汽的分压力减小，烟气露点也就降低，烟气中灰粒子数量愈多，这个影响就越显著，烟气中飞灰粒子对烟气露点。