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1、第八章 省煤器和空气预热器,第一节 省煤器的作用与结构第二节 省煤器的主要参数和启动保护 第三节 空气预热器的型式 第四节 回转式空气预热器的漏风和热变形 第五节 尾部受热面的磨损、积灰和腐蚀,第一节 省煤器的作用与结构,一、省煤器的作用,（1）省煤器吸收尾部烟道中低温烟气的热量，对于低参数锅炉，可降低排烟温度，提高锅炉热效率，节省燃料。（2）省煤器的采用提高了进入锅筒的水温，减少了锅筒壁与给水之间的温度差，从而使锅筒热应力降低，可提高锅筒的寿命。,二、省煤器的结构,大容量、高参数锅炉均采用钢管式省煤器：由许多并列的蛇形无缝钢管和进出口联箱组成的 省煤器管用外径为2851mm，材料一般为20G
2、碳钢 管子水平放置，以便在停炉后能放尽存水，减少停炉期间的腐蚀 省煤器中的水由下而上流动，便于排除水中的气体，防止管内金属的氧腐蚀 烟气一般自上而下流动，使烟气与水逆向流动，增加传热温差，提高传热效果。,省煤器管组采用错列布置方式时，结构紧凑，传热效果好，且积灰减轻 采用顺列布置时，便于吹灰，且管组悬吊简单 省煤器管子的横向节距s1 的大小，受烟气流速、工质流速、受热面堵灰、支吊等因素制约，一般取s1=（23）d 管子纵向节距s2 受弯头部位管子弯曲半径、结构紧凑性因素的制约。弯头半径越小，管外侧管壁就越薄，强度降低，一般取s2(1.52)d,三、省煤器的布置,现代大型锅炉常采用悬吊式省煤器。
3、省煤器出口联箱上的引出管既可悬吊省煤器，又可悬吊过热器和再热器。,省煤器可以采用水流方向与锅炉前墙垂直或平行两种布置方式。布置方式的不同将影响省煤器的水流速度和外部磨损等情况。,第二节 省煤器的主要参数和启动保护,一、省煤器中的水速,二、省煤器的启动保护,三、省煤器出口水温的选择,四、锅炉给水系统,一、省煤器中的水速,省煤器蛇形管中的水流速度大小，对管子金属的温度工况和管内腐蚀有一定影响。当给水除氧不完全时，进入省煤器的水吸热后放出氧气，如果水速较低，氧气将附着于金属内壁面上，造成局部的金属腐蚀。对于水平管子，当水的流速大于0.5m/s时，可以避免金属局部氧腐蚀。如果省煤器管内达到沸腾状态，则
4、管内是汽水混合物，此时水速较低容易发生汽水分层，即水在管子下部，而蒸汽在管子上部，与蒸汽接触的金属管壁的温度较高，有可能发生超温现象。在汽水分解面附近的金属，由于水面上下波动，温度时高时低，在水面附近产生交变的热应力，容易引起金属的疲劳破坏，因而蛇形管中水流速度应不低于1m/s。,二、省煤器的启动保护,锅筒锅炉启动期间，省煤器的进水是不连续的。当停止进水时，省煤器中的水不流动，此时省煤器金属管壁由于不能得到正常的冷却而可能发生超温。严重时造成爆管。因此，在锅炉启动过程中，需要采取必要的措施，保证省煤器中的水产生流动。采用的方法是在省煤器进口管与锅筒下降管之间装设再循环管。,1、自然循环锅炉的省
5、煤器再循环管,锅炉需要上水时，应先关闭再循环阀门，再打开进水阀门向锅炉进水。否则，给水将由再循环管路进入下降管或锅筒，破坏正常的水循环，造成水冷壁事故。同时，省煤器也可能由于失水得不到正常冷却。上水完毕，应先关闭进水阀后才能打开再循环阀门。当锅炉进入连续进水后，再循环阀门关闭，再循环管工作结束。,2、控制循环锅炉的省煤器再循环管,当锅炉停止进水，进水阀关闭后，打开再循环阀门。这种再循环系统中，由于受到再循环泵压力和汽水密度差产生的循环推动力两种力的作用，省煤器管中水流速比较高。,当停止向锅炉进水时，先关闭进水阀门，再打开再循环阀。否则，给水将进入下降管系统，破坏水冷壁正常的水循环。若给水进入再
6、循环泵，将对水泵造成损坏，而且省煤器也可能失水而烧坏。,三、省煤器出口水温的选择,对高压以上的锅炉，省煤器均采用非沸腾式，即省煤器出口水温有一定的欠焓值，避免省煤器中发生汽化。以保证省煤器管中的水流量分配均匀，且使水在进入水冷壁管时不发生汽化，保证水冷壁入口的水流量分配均匀，提高水循环的安全性。,对于控制循环锅炉，省煤器出口水温必须保持较大的欠焓，并将省煤器出口的水直接引入锅筒的下降管入口处，以保证水进入再循环水泵时不发生汽化，防止汽蚀。一般要求省煤器出口水温欠温60。,对直流锅炉，省煤器出口水约需要380kJ/kg的欠焓，才能保证给水进入水冷壁管子时流量分配较为均匀。,四、锅炉给水系统,现代
7、大容量火力发电厂中，锅炉机组基本为单元制机组，给水管道系统一般也采用单元给水管道系统。,单元制系统中，给水从除氧器水箱中被前置泵抽吸并升压后，送入主给水泵。一般在单元机组系统中，配置一台或两台供主机满负荷流量的汽动泵，再配一台电动水泵作为备用。电动给水泵容量为主机出力的30%50%，采用液力耦合器调整水泵转速，可实现无节流损失的变速调节。一般在机组启动初期采用电动给水泵，待机组升压至一定参数后，汽源有保证时投入汽动给水泵，汽动给水泵的汽源可来自主汽轮机抽汽或其他汽源。,给水经过给水泵中升压后进入高压加热器，然后经过给水管道上的主闸阀，沿两条通道进入锅炉省煤器。一般在给水泵后应装设止回阀和减负荷
8、阀。在给水泵启动或低负荷运行时，减负荷阀开启，使部分给水又可回到除氧器储水箱中形成再循环。这样，在启动初期锅炉进水量较少时避免了给水泵因输水量较少而汽化，防止水泵发生汽蚀。,在给水泵系统高压加热器处有旁路装置，在高压加热器发生故障时，入口保护动作将水流切换到旁路管中，此时最后一级加热器出口阀门将自动关闭，给水从旁路继续向锅炉供水。当高压加热器和旁路管道均不能投入运行时，则可通过图中管道6向锅炉供水，管道6称为冷水供水管道。在锅炉启动进水时或者锅炉清洗时，可利用切换大旁路管道10向锅炉进水。,给水进入省煤器后的流程如图所示.。,第三节 空气预热器的型式,空气预热器利用了烟气余热，使排烟温度降低，
9、提高了锅炉的热效率。同时，强化了着火和燃烧过程。,一、管式空气预热器二、回转式空气预热器,一、管式空气预热器,管式空气预热器常用于中、小型锅炉，它是由直径4051mm，壁厚1.251.5mm的有缝薄钢直管与错列开孔的上下管板焊接而成，形成立体管箱。对燃煤锅炉，为了减轻积灰，采用立式布置，烟气在管内纵向流动，空气在管外横向流动。对于燃油锅炉，为了提高管壁温度，减轻腐蚀，采用卧式布置，空气在管内纵向流动，烟气在管外横向流动。两种布置都是交叉换热方式。,为使传热更接近于逆流传热，常采用如图（a）所示的多次交叉型式，即在管箱中加中间管板形成多次交叉通道，管式空气预热器管箱高度与空气（或烟气）流速与管箱
10、抗振动能力有关。采用多通道双面或多面进风可使进风面积增加，空气阻力减小。,适当提高烟气流速，不仅可提高空气预热器烟气侧的放热系数，而且有较强的自吹灰能力。一般空气预热器中烟气流速取1014m/s为宜。当流速相同时，横向冲刷管子的空气比纵向冲刷管子的烟气的放热系数大，因而空气流速应比烟气流速低一些，以使管子内外侧的放热系数接近，提高传热效果。根据经验，空气流速应该是烟气流速的0.40.55倍为宜。,管式空气预热器管子一般为错列布置，管子对角方向的最小间隙 应不小于10mm。过大，会使管箱体积增大，过小，会增加流动阻力。,管式空气预热器管箱上管板与锅炉钢架之间用膨胀补偿器联结，用以补偿部件间受热膨
11、胀时的相对位移，防止空气预热器的漏风。,管式空气预热器进口烟温应低于上管板钢材的允许温度，避免管板超温变形而造成大量漏风。,二、回转式空气预热器,其主要缺点是漏风量较大，对密封结构要求较高。,与管式空气预热器相比，回转式空气预热器具有结构紧凑、节省钢材、耐腐蚀性好和受热面受到磨损和腐蚀时不增加空气预热器的漏风量等优点，在相同体积内，回转式空气预热器可布置的受热面积是管式空气预热器的68倍。在相同烟温条件下，回转式空气预热器波形受热元件的厚度大，壁温较高，并可采用耐腐蚀材料，因此腐蚀相对较轻。,回转式空气预热器是大型电站锅炉常采用的设备，其受热面为蓄热式。,受热面波形板装于圆形筒体内，圆形筒体被
12、钢板分隔成若干个扇形仓格，每个扇形仓格内装满由金属薄板制成的波形板组件，波形板组件称为预热器蓄热板，蓄热板一般由厚度0.5 1.25mm的薄钢板轧制成波形板和定位板，并要求板上斜波纹与气流方向成30夹角，以增强气流扰动而改善传热效果。定位板不仅可以蓄热，而且可固定波形板之间的距离，使气流有一定的通流截面。,一般蓄热板分三层安装，最上部一层称为热端、中间一般称为中间热端，最下部一层称为冷端。冷端部件烟气温度较低，容易发生低温腐蚀和粘聚性积灰。上、中两部分采用厚度0.6mm普通钢板制造的波形板，而下部则采用厚度为1.2mm的耐腐蚀钢板或其他耐腐材料制造的蓄热板。,回转式空气预热器根据转动部件不同分
13、为受热面旋转和风罩旋转两种。国内电站锅炉多数采用受热面旋转式的空气预热器。正常运行时，其转速为1.17r/m，转速变化范围为0.251.23r/m。,受热面回转式空气预热器由转子和静子两部分组成，转子由中心轴、上下部轴承、径向和横向隔板及内部装置的蓄热板组成。由密封区将烟气和空气隔开，转子转动时烟气区蓄热板被加热，转至空气区蓄热板放热并加热空气。,回转式空气预热器中烟气通道一般占总受热面积的50%，空气通道占总面积的30%40%，其余部分为密封区，用以防止漏风。,径向隔板将转子划分为若干个扇形空间，横向隔板将扇形空间划分为若干个扇形仓格，蓄热板组装成扇形组件，安装在扇形仓格内，由转子下端的支承
14、杆支承。此种结构在更换受热面时十分方便。,为减少漏风量，受热面旋转的空气预热器的密封系统由径向密封、轴向密封、旁路密封和转子中心筒密封等系统。另外还设置了热态扇形板径向密封间隙控制系统，可自动跟踪并调节热端上部径向密封间隙，有效地减少了由于热态蘑菇变形引起的漏风量的增加，每台空气预热器在烟气侧装有伸缩式吹灰器和固定清洗装置。,三分仓式受热面转动空气预热器由三对扇形板形成的密封区将受热面分为一次通道、二次通道、烟气通道。每个密封区所占角度为15，一次风通道所占角度35，二次风通道为115，烟气通道为165。其密封系统由轴向密封、径向密封、环向密封三部分组成。,*第四节 回转式空气预热器的漏风和热
15、变形,一、携带漏风和密封漏风二、空气预热器的密封装置（以三分仓为例）三、回转式空气预热器的热变形,一、携带漏风和密封漏风,回转式空气预热器的漏风主要包括携带漏风和密封漏风两种。由于转子蓄热体内有空间，在转动过程中不可避免的会将部分空气带人烟气，这部分漏风称为携带漏风，携带漏风量一般不会超过。由于空气侧为正压，烟气侧为负压，在压差作用下空气会通过密封装置的间隙漏入烟气中，这部分漏风称为密封漏风。密封漏风主要取决于密封装置的严密程度以及烟气侧和空气侧的压差，设计和安装良好的回转式空气预热器的密封漏风量一般为8%10%。漏风严重时可达20%30%。漏风不仅会使排烟热损失增大，通风电耗增加，严重时会造
16、成炉膛内助燃空气量不足，从而影响锅炉的出力。,二、空气预热器的密封装置（以三分仓为例）,三分仓式受热面转动空气预热器由三对扇形板形成的密封区将受热面分为一次通道、二次通道、烟气通道。每个密封区所占角度为15，一次风通道所占角度35，二次风通道为115，烟气通道为165。其密封系统由轴向密封、径向密封、环向密封三部分组成。,径向密封系统是由热端扇形板、热端径向密封片和冷端扇形板及径向密封片组成，用于阻止热冷端面与扇形板之间因压差而存在漏风。径向密封片由螺栓固定在受热面径向隔板的冷热端部，它与扇形板共同组成径向密封系统。安装时应通过调整径向密封片的高度，使之与扇形板保持合理的间隙即可。,轴向密封装
17、置由轴向密封片、轴向密封板组成。轴向密封片沿转子的轴向高度布置并由螺栓固定于扇形仓格径向隔板的轴向外缘，与转子一同转动。轴向密封板由三块弧形板和调整装置组成，弧形板装置在主壳体与扇形密封板对应的轴向方向上，通过外部的螺栓来调整轴向密封板与轴向密封片的间隙，可防止空气从密封区转子外侧漏入烟气中,环向密封装置也称旁路密封。环向密封在转子冷热端面的整个外侧圆周上，由旁路密封片与“T”型钢组成。“T”字钢连接在转子外圆周的角钢上，旁路密封片由螺栓固定在转子外围的静止部位。运行时“T”字钢与转子一起转动，而旁路密封片为静止不动的。环向密封是为阻止空气沿转子外表面和主壳内表面之间的动静部件间隙通过的密封装
18、置。,三、回转式空气预热器的热变形,回转式空气预热器在热态运行时，烟气自上而下流动，烟气温度逐渐降低。空气自下而上流动，空气温度逐渐升高。由于转子热端温度较高而冷端温度较低，使热端膨胀量大于冷端膨胀量，再加上转子本身重量，转子就会发生蘑菇状变形。冷热端的温差越大，蘑菇状变形越严重，转子与扇形密封板之间的间隙增大，漏风量将增加。,回转式空气预热器均装设有密封自动控制系统，能在不同运行工况时，将密封间隙控制在最小值，使漏风量达到最小。密封自动控制系统由可弯曲扇形板、传感器机械传动和电器控制等部分组成。,可弯曲扇形板右侧在外力作用下可产生的变形曲线与转子受热时蘑菇变形曲线非常接近，使径向密封间隙控制
19、在1mm之内，最大间隙不超过3.5mm。,可弯曲扇形板的外力由传动连接装置中的千斤顶施加。当千斤顶向下施加外力时，通过传动连接装置密封面就可弯曲，形成近似于转子下垂时的形状相一致的曲面。,可弯曲扇形板弯曲量的大小由机械传感器控制：,运行实践表明，造成回转式空气预热器漏风的最主要因素是由于受热面蘑菇状变形引起热端扇形板与径向密封片间隙过大，由此原因造成的漏风量占空气预热器漏风量的30%-50%，因此必须严格控制扇形板与径向密封片之间的间隙。间隙过大，漏风量增加，间隙过小，摩擦阻力增加，严重时可能发生卡涩现象，或使驱动电动机电流增大。运行中主要采取控制可弯曲扇形板向下或向上的移动量，使间隙在3.2
20、mm之内为宜。,造成回转式空气预热器漏风的另一个重要原因时冷端径向密封系统。由于冷端扇形板为不可弯曲、不可调的，发生蘑菇状变形时会引起扇形板和密封片之间间隙改变，从而使漏风量改变。因此，在安装和检修时应严格控制冷端扇形板与密封片的间隙，并留有移动的膨胀量。如某台600MW机组要求冷端间隙约54mm，当空气预热器转子在热态发生蘑菇状变形时，这个间隙变小，漏风量也就减少了。,近年来，国外一些公司将空气预热器原来的24个隔仓结构改为48个隔仓结构，因为冷热端的径向、轴向密封片为24片时，运行中某一时刻起密封作用的基本上只是一片，而改为48片后，可保证每一时刻都有2片密封片起密封作用，漏风阻力增加，密
21、封效果明显改善。,第五节 尾部受热面的磨损、积灰和腐蚀,一、省煤器的磨损二、省煤器的积灰 三、空气预热器的低温腐蚀及对策四空气预热器的堵灰及对策,一、省煤器的磨损,1、飞灰磨损的机理2、影响磨损的主要因素3、减轻和防止磨损的措施,1、飞灰磨损的机理,携带有灰粒和未完全燃烧燃料颗粒的高速烟气通过受热面时，固体粒子对受热面的每次撞击都会剥离掉极微小的金属屑，从而逐渐使受热面管壁变薄，这就是飞灰对受热面的磨损。对省煤器而言，其进口温度一般已降到450左右，灰粒已较硬，管子更容易受到磨损。,颗粒对受热面的撞击可分为垂直方向（法线方向）分力和切向方向（切线方向）分力。垂直方向撞击可使管壁表面产生微小的塑
22、性变形或显微裂纹，称为撞击磨损。切向撞击则引起颗粒对管壁表面产生微小的切削作用，造成摩擦磨损。大量灰粒长期反复撞击，产生上述两类磨损的综合结果，使得冲击角度在30 50范围内的金属管壁磨损最为严重。,磨损量常用管壁最大磨损厚度Emax来表示，可由经验公式估算，,式中,a与煤灰磨损特性及管束结构有关的磨损系数，由试验确定，可取1410-9mms3/（gh）；,k，kw飞灰浓度和烟气速度场不均匀系数；,管束计算断面处烟气的飞灰浓度，g/m3,w管束间最窄截面处烟气流速，m/s,锅炉运行时间，h；,kD锅炉额定负荷时烟速与平均运行负荷时烟速的比值，对D120t/h的锅炉，KD=1.15,M管材的抗磨
23、系数，碳钢管M=1，合金钢管M=0.7,灰粒碰撞管壁的频率因子,在实际运行中，并不是全部灰粒均会撞击管壁，而是有部分灰粒绕过管壁而没有撞上管壁，故碰撞频率因子1。值的大小与St准则数有关：图8-21,式中 h，灰粒和烟气的密度，/m3；dh，d 灰粒和管子的直径，m；w 烟气流速，m/s；v 烟气的运动黏度系数，m2/s。,2、影响磨损的主要因素,（1）烟气的流动速度。,锅炉烟道中受热面管壁的磨损程度，与飞灰颗粒的动能和飞灰撞击的频率成正比。而灰粒的动能与灰粒速度成二次方关系，撞击频率与灰粒速度的一次方成正比。因此，管壁的磨损量与飞灰颗粒冲击速度成三次方关系。在实际运行中，由于灰粒与烟气之间有
24、较大的滑移速度，又难以求得灰粒的实际冲击速度，常用烟气流动速度代替灰粒冲击速度。显然，烟气流动速度越高，磨损越严重。,（2）灰粒的特性和飞灰浓度。,灰粒的形状对磨损程度有较大的影响。灰粒有锐利的棱角时比呈圆形的灰粒磨损较为严重。而灰粒的直径越大，磨损也加重。飞灰的浓度增加，单位时间内灰粒撞击管壁的频率增加，磨损加重。当灰粒中SiO2含量增加时，磨损也加重。,（3）管束排列方式和冲刷方式。,灰粒对管壁圆周各处冲击磨损是不同的，对于顺列或错列布置的第一排管，最大磨损位置在迎风面两侧圆心角等于45 60。.对错列布置的第二排管，最大磨损位置在等于30 45。管式空气预热器中烟气是纵向流动，仅在烟气进
25、口处管子磨损较为严重。,对于顺列布置的管束，第一排管子磨损较为严重，而第二排以后的管子相对较轻。,当烟气横向冲刷管束时，对于错列布置的管束，第二排的磨损量比第一排的要大约两倍。这是因为第二排的每根管子正对第一排管的两管之间，烟气进入管束后流通截面变小而烟气流速加大使磨损加重。以后各排的磨损量也均大于第一排，但小于第二排。,（4）气流运动方向。,当烟气流自上而下流动时，灰粒在重力作用下其速度可能大于烟气速度，从而加重了冲击磨损的程度。而当烟气自下而上流动时，在重力作用下灰粒速度降低，对管壁的磨损将会减轻。,（5）管壁材料和壁温。,管壁材料的硬度Hb和灰粒硬度Hh的比值与管壁的磨损量有关。当Hb/
26、Hh0.50.8时称为硬磨料磨损，管壁容易被磨损。当Hb/Hh 0.50.8时，称为软磨料磨损。采用硬度较高管材可减少磨损。运行中管壁温度的高低也会影响磨损程度。因为管壁表面存在着一层氧化膜，其硬度超过管壁金属，当管壁温度升高时，氧化膜硬度增大，使磨损减轻。但壁温过高会使氧化膜膨胀而与金属分离，使磨损量有所增加。这主要是金属与氧化膜膨胀系数不同所致。,（6）烟气成分。,在烟气温度低于250时，烟气中的腐蚀气体SO2、O2、H2O、H2S 等将对管壁产生腐蚀作用。当金属温度在300以上时，烟气中的SO2、O2 与壁面的氧化铁作用生成SO3，产生硫酸盐型腐蚀。当腐蚀层被灰粒冲掉时，暴露的金属再次发
27、生腐蚀，形成腐蚀与磨损交替循环，使总磨损速度加快几倍。,（7）烟气走廊。,在布置对流受热面时，考虑到管束受热膨胀等问题，省煤器蛇形管弯头与炉墙之间留有几十毫米的间隙。此间隙处流动阻力小，烟气流速大于此烟道断面上平均烟气流速，称此间隙为烟气走廊。在烟气走廊内烟气流量不断增加，烟气流速不断提高。烟气流量的增加一部分来自走廊进口处烟气的横向流动，另一部分来自管束间烟气的横向流动。因为在管束的阻力大于走廊处的阻力，烟气自动向阻力小的走廊处流动，导致管束弯头处磨损加剧。,3、减轻和防止磨损的措施,（1）选择合理的烟气流速。,由于磨损量与烟气流速的3次方成正比，烟速增加1倍，磨损量将增加约10倍，因此，在
28、锅炉设计时应选择合理的烟气流速，以减轻磨损，并防止积灰。一般应控制尾部受热面中烟气流速不大于9m/s。,（2）采用防磨装置。,在尾部烟道中受热面磨损较严重部位加装防磨装置是重要的防磨措施之一。如在第一排和第二排管的通风面装设防磨护瓦；在烟气走廊处受热面加装防磨护帘；在烟气走廊进口处加装梳形管和护瓦来减轻磨损。梳形管可使进口烟气阻力均衡，护瓦则可防止管束间烟气横向流动，两者组合可更好地降低烟气走廊中的烟气流速和磨损。在转弯处加装导向板装置，可使烟气流速和飞灰浓度均匀。对磨损较严重的部位，在设计制造时也可以采用厚壁管，延长被磨损时间，使受热面使用寿命增加。,（3）采用扩展受热面。,采用膜式省煤器、
29、鳍片式省煤器和螺旋肋片式省煤器可以减轻磨损。采用膜式、鳍片式和螺纹肋片式扩展表面省煤器可强化烟气侧传热。在金属消耗量和通风电耗相同条件下，可使省煤器占有空间大大下降。在烟道截面不变的条件下，扩展表面省煤器占有空间小，可采用较大的横向节距使烟气流通截面增大，烟气流速下降，从而较大程度地减轻磨损。但鳍片或肋片部位容易积灰。,（4）其他措施。,加装沉降式灰斗除尘器、冲击式粉尘除尘器、百叶窗式除尘器，在烟气进入尾部烟道前除去部分飞灰或大颗粒飞灰，也可以减轻受热面磨损。,锅炉运行中，采用较低的过量空气系数，尽量减少各受热面的漏风量，使烟气流速降低，可以减轻磨损。同时，严格控制煤粉细度，减小灰粒直径，可降
30、低灰粒冲击磨损力，减轻管子磨损。,#3-15,二、省煤器的积灰,1、积灰形成的原因,在锅炉的运行中，当含灰烟气在流经受热面时部分灰粒沉积在受热面上的现象称为积灰。由于烟气进入尾部烟道时，烟气温度低于700以下，烟气中已无熔化的灰粒，碱金属氧化物蒸汽已凝结完毕，省煤器上的积灰大多为疏松的积灰，用吹灰器可以消除积灰。,烟气中灰粒的直径大多在1030um以下的范围内，沉积在受热面上的大多数为10um以下的细小灰粒。当含灰气流横向流过管子时，背风面上产生旋涡，较大直径的灰粒在惯性作用下不会被卷吸到管子背风面上，而细小灰粒被旋涡卷吸到管子背风面上并沉积在管壁上，所以，管子背风面最容易积灰，而正面很少积灰
31、。这是因为迎风面受大灰粒的冲刷的缘故。只有烟气流速较低时管子迎风面才会发生灰粒的沉积。管子两侧受飞灰的冲刷磨损，一般不会发生积灰。,灰粒在管壁上的沉积在最初阶段是很快的，但达到动态平衡状态后基本不再变化。这时，一方面细灰在沉积，另一方面烟气大直径灰粒又将其剥离管壁，达到灰粒的沉积和被剥离处于动态平衡状态。只有当烟气流动速度发生变化，才会破坏这种动态平衡，直到建立新的动态平衡为止。实验证明，积灰的程度与烟气流动速度有关。当烟气流速较高时，背风面积灰逐渐减少，迎风面基本无积灰。烟气流速不同时，受热面上积灰的情况如右图所示。,管子的排列方式和节距对积灰有较大的影响，因为排列方式和节距将会影响到烟气流
32、动速度和冲刷方式。当管束顺列布置时，管子的背风面不易受到灰粒的冲刷，第二排管以后的管子迎风面也不易受到灰粒的冲刷，故积灰较为严重。当管节距较小时，相邻管子之间的积灰搭桥，会造成局部堵灰。当管束错列布置时，由于管子的背风面也受到气流和灰粒的冲刷作用，积灰相对较轻。当适当减小纵向节距时，背风面冲刷作用加强，积灰将进一步减轻。,2、防止和减轻积灰的主要措施,（1）在设计时选择合理的烟气流动速度，使积灰减轻。为防止锅炉在低负荷下运行时烟气流动速度过低，额定负荷时的烟气流动速度应不低于56m/s。对烟气横向冲刷的管束，额定负荷时的烟气流束应不低于6m/s，在低负荷时烟气流速不低于3m/s。当烟气流纵向冲
33、刷管束时，应使烟气流速不低于8m/s，以保持较高的换热特性，并防止发生严重的积灰。（2）采用吹灰装置。由于省煤器上的积灰多为松散积灰，使用吹灰器可以清除积灰。（3）采用合理的结构和布置方式。省煤器采用错列布置，并适当减小纵向节距，增强气流扰动，减少积灰。采用膜式省煤器和鳍片式省煤器，可增强传热，减轻磨损，减少积灰。,三、空气预热器的低温腐蚀及对策,烟气中的水蒸气和硫酸蒸汽进入低温受热面时，与温度较低的受热面金属接触，并可能发生凝结而对金属壁面造成腐蚀。对管壁温度较低的管式空气预热器的低温段和金属温度较低的回转式空气预热器冷端，均是容易发生低温腐蚀的部位。对管式空气预热器低温腐蚀将使管壁穿孔，使
34、大量空气漏入烟气中，造成送风量不足，炉内不完全燃烧热损失增加，锅炉热效率降低。,1、影响低温腐蚀的主要因素2、减轻和防止低温腐蚀的措施,1、影响低温腐蚀的主要因素,（1）SO3的形成。（2）烟气露点。（3）硫酸浓度和凝结酸量。（4）受热面金属温度的影响。,（1）SO3的形成。,燃料当中的硫在燃烧时形成SO2，在高温下被分解的自由氧原子O与SO2作用生成SO3。因此，火焰温度越高，过量空气系数越大，生成的SO3也会越多。而SO3与水蒸气作用会形成硫酸蒸汽，烟气中硫酸蒸汽的凝结温度称为酸露点，当金属温度低于或接近酸露点时，硫酸蒸汽就会凝结下来腐蚀金属，并可能大量粘灰形成堵灰。烟气当中的硫酸蒸汽主要
35、来自燃烧反应形成的SO3。随着燃料中硫含量的增加，烟气中SO3含量增加，对受热面腐蚀越严重。,（2）烟气露点。,由于烟气中水蒸气含量一般为10%15%，其分压力约为0.010.012MPa，水蒸气的露点温度仅为4554，因此，在现代锅炉正常排烟温度范围内一般不会发生水蒸气的凝结。,当烟气中有SO3并与水蒸气作用生成硫酸蒸汽时，烟气中硫酸蒸汽凝结的温度称为酸露点或烟气露点。它比水露点高的多，而且烟气中硫酸蒸汽含量越高，其酸露点也越高，可达140160甚至更高。烟气对受热面的腐蚀常用酸露点的高低来表示，酸露点越高，说明在较高烟温下硫酸蒸汽即可凝结，腐蚀也就越严重。,酸露点与燃料中含硫量及单位时间内
36、送入锅炉内总的热量有关，两者对酸露点的影响综合起来可以用收到基折算硫分Sar,zs 来表示。显然，Sar,zs 值越高，燃烧生成的SO2 越多，而SO3 也将随之增高，并使烟气露点温度升高。不同燃料，不同燃烧方式下，烟气露点与折算硫分关系的工业试验结果如下图所示。,综合考虑燃料特性及燃烧方程式影响的烟气露点温度的经验公式为,式中 tld，tsl烟气露点和水露点温度，；Sar,zs，Aar,zs煤的收到基折算硫分和灰分，%；afh飞灰系数，对煤粉炉，取afh=0.85,运行中应使金属温度比烟气露点高1020，可以减轻腐蚀。,由图可知，燃用固体燃料时，烟气中飞灰粒子所含的钙和其他碱金属化合物可吸收
37、部分硫酸蒸汽，从而降低了烟气中硫酸蒸汽的浓度，使酸露点也有所降低。,（3）硫酸浓度和凝结酸量。,烟气中SO3 所占的容积虽然很小，但只要少量的硫酸蒸汽存在，就会使烟气露点明显升高，这就使得硫酸蒸汽更容易凝结。刚开始凝结时，凝结液中硫酸浓度很大，随着一部分硫酸蒸汽凝结下来，烟气中硫酸蒸汽浓度会有下降，烟气露点也随之降低，随后凝结的硫酸浓度也跟着下降。因此，受热面上凝结的硫酸浓度是随温度降低而逐渐降低的。开始凝结时产生的浓硫酸对钢材的腐蚀作用较轻，当浓度下降至56时，腐蚀速度达最高。随着硫酸浓度进一步降低腐蚀速度也逐渐降低。,单位时间在管壁上凝结的硫酸量也是影响腐蚀速度的主要原因之一。一般当凝结酸
38、量增加时，腐蚀速度也随之加快。凝结酸量和腐蚀速度均与受热面金属温度有关。由图可知，受热面金属温度不仅会影响硫酸的凝结量，而且随着金属温度升高，化学反应速率加快，腐蚀速度增加。,（4）受热面金属温度的影响,由图可知，腐蚀最严重的区域分为两个：一个是壁温在水露点附近腐蚀速度较快的区域；另一个是金属壁温约低于酸露点15附近的区域。在水露点和酸露点之间金属壁温不太高区域有一个腐蚀较轻的安全区，此区域内腐蚀速度较低。图中A点为受热面金属壁温达烟气露点时，硫酸蒸汽开始凝结，但由于酸量较少且硫酸浓度较高，虽然壁温较高而腐蚀速度较低。B点为壁温降低而硫酸凝结量多且浓度也降低，腐蚀速度逐渐达最大的强烈腐蚀浓度区
39、。随着壁温降至C点，凝结硫酸量减少且浓度也降至弱腐蚀浓度区，此区腐蚀速度达到最低。当壁温降至水露点时，除硫酸蒸汽外，水膜与烟气中SO2 作用会生成亚硫酸溶液H2SO3，而且烟气中盐酸HCl也会溶于水中，它们均会对金属造成腐蚀作用。因此，虽然金属壁温较低，但腐蚀速度又加快。,2、减轻和防止低温腐蚀的措施,（1）提高空气预热器金属壁面温度。（2）采用耐腐蚀材料。（3）采用低氧燃烧。（4）采用降低露点或抑制腐蚀的添加剂。（5）燃料脱硫。（6）采用回转式空气预热器。,（1）提高空气预热器金属壁面温度。,提高空气预热器壁温可减少硫酸蒸汽凝结量，并减缓低温腐蚀。而壁面温度的提高则需要提高排烟温度和入口空气
40、温度，这将使排烟热损失提高。实际上提高空气预热器壁温最常用的方法是提高入口空气温度，常采用如下三种方法：,将空气预热器出口的部分热风通过管道再送回空气预热器入口，使预热器入口空气温度升高并提高金属壁面温度。图中为管式空气预热器系统，对回转式空气预热器也同样适用。此方法可使冷空气温度达到5065。,在空气预热器和送风机之间加装暖风器作为前置式空气预热器。暖风器是利用汽轮机抽汽加热空气的面式加热器，通过调节蒸汽流量来改变空气出口温度，而暖风器出口处蒸汽应全部凝结成水。这种方法也会使排烟温度提高，锅炉热效率下降。但由于它利用了汽轮机的抽汽，减少了汽轮机的冷源损失，提高了热力系统的热经济性，也提高了循
41、环热效率，使全厂经济性下降不多。,无论是采用热风再循环，还是采用暖风器均会使风机电耗增加。,采用热管式空气预热器，目前主要采用重力式钢水热管。热管外壳是能承受一定压力的的细长圆钢管，管内保持约110-14 Pa的真空度，管内充有一定量的纯水作为传热介质。当烟气对热管加热时，管中水受热蒸发，流经空气侧管段时放热，蒸汽凝结成水又流回加热段再次吸热蒸发，反复循环。,热管可以垂直布置或倾斜布置。,热管可以作为管式空气预热器的前置式预热器，也可以用热管将管式空气预热器最下面一个置换段受热面全部用热管式空气预热器代替，这样烟气侧和空气侧漏风量几乎为零。这是因为热管是紧密固定在烟气通道和空气通道之间的隔板上
42、，空气侧不易发生腐蚀，烟气侧有个别热管腐蚀损坏也不会造成漏风。热管式空气预热器一般故障较少，运行时间长，但造价较贵。,（2）采用耐腐蚀材料。,在燃用高硫分燃料的锅炉中，管式空气预热器的低温级置换段可采用耐腐蚀的玻璃管或其他耐腐蚀材料制作的管子。回转式空气预热器的冷端受热面可采用耐腐蚀的搪瓷、陶瓷或玻璃等材料制造。采用引进技术制造的回转式空气预热器大多采用耐腐蚀的低合金钢材CORTEN钢制造冷端受热面，并将底部框架制成可以拆除式，以便于更换和检修冷端受热面。,（3）采用低氧燃烧。,在保证完全燃烧或不降低锅炉燃烧效率的条件下，适当降低燃烧所用的空气量，即低过量空气系数的燃烧，这可使烟气中过剩氧减少
43、，从而生成的SO3 容积减少，使烟气露点降低，减轻低温腐蚀。国外在燃油锅炉中已经将过量空气系数降至1.05或更低，燃煤锅炉采用此方法则需采用配风更加合理的燃烧器和较先进的自动控制装置，否则可能引起不完全燃烧热损失增加。减少锅炉各处的漏风也是减少烟气中剩余氧的重要措施，也会不同程度的减轻腐蚀。,（4）采用降低露点或抑制腐蚀的添加剂。,用粉状石灰石或白云石混入燃料中直接吹入炉膛内燃烧，使烟气中SO3与石粉发生反应生成CaSO4 和MgSO4，使烟气中硫酸蒸汽分压力下降并减轻腐蚀。但反应生成的硫酸盐为松散粉尘，会使受热面污染加重，影响传热效率。而烟气中粉尘增加使受热面磨损加重，应采取相应的吹灰和防磨
44、措施。,（5）燃料脱硫。,煤中硫化物有相当部分以黄铁矿（FeS2）的形式存在。可在煤粉制备前利用重力分离方法将其分离出来，减少煤中的含硫量。但这种方法只能除去煤中一部分硫，而有机硫则难以除去。采用洗煤的方法可以将煤中的硫分减少，国外一些电厂采用燃烧精洗煤的方法也降低了烟气中的硫的含量。燃料的其他脱硫技术尚在研究中。,（6）采用回转式空气预热器。,回转式空气预热器中烟气和空气交替冲刷受热面，当烟气通过时有硫酸蒸汽在受热面上凝结，而空气通过时不但没有硫酸蒸汽的凝结，反而因空气中水蒸气分压力低，使凝结在受热面上的硫酸蒸发，使凝结酸量减少。而且，因为空气吸热而使壁温下降，酸液的腐蚀速度也在降低，使腐蚀
45、有所减轻。,四空气预热器的堵灰及对策,当烟气或受热面壁温达露点时，管子表面由于结露而被湿润，灰粒子更容易粘在受热面上形成积灰，这种积灰过程称为粘聚性积灰。凝结的酸液与积灰进一步发生化学反应，还引起积灰硬化，严重时就会堵塞通道，形成堵灰。此时通风阻力增加。受热面传热变差，排烟温度升高，锅炉效率下降。,研究表明，当灰沉积物中硫酸盐平均含量为25，受热面上硫酸沉积率为1mg/s时，运行1000h后，受热面上灰沉积物厚度可达56mm。此外，在锅炉启动和停炉过程中，空气预热器冷端壁面温度较低，有时达到水露点，甚至更低，使金属表面结露，积灰量增加。此时由于烟气量较少，烟气流速较低，进一步使积灰加重。若启、停过程中投油稳燃时，处于煤油混烧阶段，燃烧不充分时产生的油垢将在受热面上粘结，也会促进积灰过程的加剧。,提高空气预热器受热面的温度是防止烟气在受热面上结露，避开低温腐蚀和减缓空气预热器沾污的最有效手段之一。如前述的热风再循环，加暖风器、燃料脱硫和采用前置式热管空气预热器等方法均可减轻积灰。国内外的锅炉制造厂根据实践经验总结出了不同燃烧方式时，受热面允许的最低温度和燃料含硫量的关系曲线，如下图所示。,受热面在任何工况和任何季节时，只要保持受热面壁温不低于允许值，受热面的低温腐蚀和积灰将相对减轻。下图表明采用10热风再循环时，回转式空气预热器沾污明显减轻。,
