管式空气预热器
管式空气预热器是由许多薄壁钢管装在上､下及中间管板上形成的管箱｡最常用的电站锅炉管式空气预热器有立式和卧式两种｡立式预热器是烟
管式空气预热器是由许多薄壁钢管装在上､下及中间管板上形成的管箱｡最常用的电站锅炉管式空气预热器有立式和卧式两种｡立式预热器是烟气在管内纵向流动,空气在管外横向流动冲刷管子,常用于燃煤锅炉｡卧式预热器是烟气在管外横向冲刷管子,空气在管内纵向流动,常用于燃油锅炉｡总之,烟气､空气作相互垂直的逆向流动｡
立式管式空气预热器的典型结构示意图如下：
它是由钢管､管板(上､中､下)､框架､连通罩､导向板､墙板､膨胀节和冷､热风道连接接口等组成｡
管式空气预热器的优点是无转动部分,结构简单,工作可靠,维修工作量少,严密性好,如果能采取措施解决预热器的低温腐蚀和磨损,则漏风量不超过5%｡缺点是体积很大,钢材消耗多,漏风量随着预热器管的低温腐蚀和磨损穿孔而迅速增加｡
由于大容量锅炉的尾部烟道体积相对减少,常发生管式空气预热器难以布置的情况｡为了保持空气流速和烟气流速的合理比值,空气预热器结构设计时,必须正确地选择空气预热器的通道数目和进风方式｡空气预热器的几种典型布置如下图：
各种流程布置主要由锅炉总体布置设计确定｡大容量电站锅炉的空气预热器流程大都采用双面进风或多面进风,以减少空气侧流动阻力｡
卧式空气预热器的结构基本上与立式相似,仅仅将管箱水平横卧｡这种预热器适用于燃油锅炉或燃煤旋风炉(液态排渣炉),并在尾部烟道中装设钢珠除尘装置,以清除油炱或升华的细煤灰｡
卧式相比于立式空气预热器具有下列几个优点:
- 在烟､空气温度相同条件下,卧式预热器壁温要比立式高10～30℃｡这对改善腐蚀和堵灰有利｡
- 卧式预热器的腐蚀部位在冷端几排管子,易于设计上采用可拆结构,便于调换､减少维修工作量,而立式的腐蚀部位是在管子根部,以至整个管箱调换｡
- 高温预热器的进口管板不再位于高温烟气中,相应于管板的过热､翘曲和变形等缺陷不易发生,提高了钢珠除灰的效果｡
管式空气预热器的管径和节距的选择主要取决于传热､烟风速的最佳比值､烟空气阻力､堵灰､清洗､振动和制造工艺等因素｡常用的管式预热器采用错列布置,管子采用Ф40mm×1.5mm的有缝钢管,其相应的节距如下表：
为了延长使用寿命,低温段空气预热器的管子采用Ф38mm×2mm或Ф42mm×3.5mm｡又,为了降低堵灰的可能性,采用较大直径Ф51mm×2mm｡
卧式空气预热器中采用钢珠除灰时,预热器上排管子要经受钢珠的冲击故采用厚壁管Ф40mm×3mm｡同时,为了增加管箱的刚性,减少管箱中间的挠度,在管箱的中心和两侧采用间隔布置厚壁管｡
考虑到运输､安装和制造的尺寸超限和起重设备等因素,管式空气预热器通常沿着锅炉宽度方向均分成若干个管箱｡管箱的高度或长度一般不宜太高或太长｡同时,立式管箱高度还与原材料长度和厂房高度以及起重设备能力和高度有关｡若立式管箱高度太高,则不但刚性差､制造装配不便,还给运行维护､管内清灰带来不便｡一般推荐高度不超过5m｡卧式管箱的长度也不宜太长,以免中间过度挠曲｡一般推荐长度为3～3.5m｡对于低温段预热器,不论是立式或卧式,管箱的高度一般取为1.5m左右,便于维修和更换｡
空气预热器中烟气和空气速度的选择应从传热､阻力和磨损等诸方面加以综合考虑｡推荐的烟、空气速度如下表：
上表中大的数值适用于燃油或燃气机组,小的数值适用于固体燃料,且随固体燃料中的灰分及其灰渣磨损性而异,多灰或含磨损性严重灰渣,偏向于采用较低的速度｡
烟､空气速度值的选择从传热角度分析,要获得较佳的传热系数应使烟气侧表面传热系数接近于空气侧表面传热系数｡因此,立式预热器中,空气速度与烟气速度之比值约为0.45～0.55｡卧式预热器大都用于液体燃料机组｡设计的主要需注意的问题是腐蚀｡为此,应尽可能提高管壁温度,故空气速度与烟气速度之比值为0.4～0.6｡比值小时,壁温较高,但当比值<0.4时,带来结构布置上的困难和烟速增加后,烟气阻力的急剧上升｡按照上述的烟､空气速度推荐值,预热器的传热系数约为17.5～23.3W/(㎡·℃)｡
当燃用的燃料中硫分较高又没有采取特殊措施时,空气预热器可能发生低温腐蚀｡这种低温腐蚀大多发生在首先与冷空气换热的空气预热器下部,即所谓的冷端｡而在预热器的上部,由于烟气温度和空气温度都较高,预热器管壁温度高于烟气露点,很少发生低温腐蚀｡如果将低温段预热器易腐蚀的下部与不易腐蚀的上部分别做成两个独立可拆分的部分,如下图：
当由于空气预热器受到腐蚀而需要更换时,只需更换下部的预热器,材料的消耗和工作量均可大大减少｡
烟气和空气的流动方向相互交叉,通常空气和烟气作不大于4次交叉｡一般,一级空气预热器可以加热空气温度达280～300℃｡要使热空气的温度更高,应采用双级布置｡第二级空气预热器的进口烟温不超过500～550℃｡否则上管板会形成氧化皮,由于短管效应,产生管板翘曲及管子与管板脱离｡
热管作为一种热交换器,近年来我国有不少电厂开始研究,并且逐步应用在空气预热器上,制成热管式空气预热器｡热管式空气预热器安装像管式预热器一样,在烟道内放置若干组管箱,管箱内放置若干只作为换热器的热管｡下图是热管式空气预热器在烟道内的一种布置方案：
单只热管的工作原理如下图所示：
按较精确定义,热管应称之为“封闭两相传热系统”,即在一个封闭的体系内,依靠流体(传热工质)的相态变化来传递热量的装置｡
重力式钢水热管,由管壳和将管壳抽成真空并充入适量的水后密封而成｡当热源(如烟气)对其一端加热时,水(工质)由于吸热而汽化,蒸汽在压差作用下高速流向另一端,并向冷源(如空气)放出潜热而凝结,凝结后的水在重力作用下从冷端(上端)流回热端(下端)重新被加热,如此重复下去,便可把热量不断地通过管壁从烟气侧传给空气而使空气变为热空气｡
用热管组装而成的热管式空气预热器,具有体积小､阻力小､防止低温腐蚀性能好､漏风几乎为零等优点｡所以,检修和日常维护的工作量少,且使用寿命较长(一般为10～15年)｡
