管式空氣預熱器
管式空氣預熱器是由許多薄壁鋼管裝在上?下及中間管板上形成的管箱?最常用的電站鍋爐管式空氣預熱器有立式和臥式兩種?立式預熱器是煙
管式空氣預熱器是由許多薄壁鋼管裝在上?下及中間管板上形成的管箱?最常用的電站鍋爐管式空氣預熱器有立式和臥式兩種?立式預熱器是煙氣在管內縱向流動,空氣在管外橫向流動沖刷管子,常用于燃煤鍋爐?臥式預熱器是煙氣在管外橫向沖刷管子,空氣在管內縱向流動,常用于燃油鍋爐?總之,煙氣?空氣作相互垂直的逆向流動?
立式管式空氣預熱器的典型結構示意圖如下：
它是由鋼管?管板(上?中?下)?框架?連通罩?導向板?墻板?膨脹節和冷?熱風道連接接口等組成?
管式空氣預熱器的優點是無轉動部分,結構簡單,工作可靠,維修工作量少,嚴密性好,如果能采取措施解決預熱器的低溫腐蝕和磨損,則漏風量不超過5%?缺點是體積很大,鋼材消耗多,漏風量隨著預熱器管的低溫腐蝕和磨損穿孔而迅速增加?
由于大容量鍋爐的尾部煙道體積相對減少,常發生管式空氣預熱器難以布置的情況?為了保持空氣流速和煙氣流速的合理比值,空氣預熱器結構設計時,必須正確地選擇空氣預熱器的通道數目和進風方式?空氣預熱器的幾種典型布置如下圖：
各種流程布置主要由鍋爐總體布置設計確定?大容量電站鍋爐的空氣預熱器流程大都采用雙面進風或多面進風,以減少空氣側流動阻力?
臥式空氣預熱器的結構基本上與立式相似,僅僅將管箱水平橫臥?這種預熱器適用于燃油鍋爐或燃煤旋風爐(液態排渣爐),并在尾部煙道中裝設鋼珠除塵裝置,以清除油炱或升華的細煤灰?
臥式相比于立式空氣預熱器具有下列幾個優點:
- 在煙?空氣溫度相同條件下,臥式預熱器壁溫要比立式高10～30℃?這對改善腐蝕和堵灰有利?
- 臥式預熱器的腐蝕部位在冷端幾排管子,易于設計上采用可拆結構,便于調換?減少維修工作量,而立式的腐蝕部位是在管子根部,以至整個管箱調換?
- 高溫預熱器的進口管板不再位于高溫煙氣中,相應于管板的過熱?翹曲和變形等缺陷不易發生,提高了鋼珠除灰的效果?
管式空氣預熱器的管徑和節距的選擇主要取決于傳熱?煙風速的最佳比值?煙空氣阻力?堵灰?清洗?振動和制造工藝等因素?常用的管式預熱器采用錯列布置,管子采用Ф40mm×1.5mm的有縫鋼管,其相應的節距如下表：
為了延長使用壽命,低溫段空氣預熱器的管子采用Ф38mm×2mm或Ф42mm×3.5mm?又,為了降低堵灰的可能性,采用較大直徑Ф51mm×2mm?
臥式空氣預熱器中采用鋼珠除灰時,預熱器上排管子要經受鋼珠的沖擊故采用厚壁管Ф40mm×3mm?同時,為了增加管箱的剛性,減少管箱中間的撓度,在管箱的中心和兩側采用間隔布置厚壁管?
考慮到運輸?安裝和制造的尺寸超限和起重設備等因素,管式空氣預熱器通常沿著鍋爐寬度方向均分成若干個管箱?管箱的高度或長度一般不宜太高或太長?同時,立式管箱高度還與原材料長度和廠房高度以及起重設備能力和高度有關?若立式管箱高度太高,則不但剛性差?制造裝配不便,還給運行維護?管內清灰帶來不便?一般推薦高度不超過5m?臥式管箱的長度也不宜太長,以免中間過度撓曲?一般推薦長度為3～3.5m?對于低溫段預熱器,不論是立式或臥式,管箱的高度一般取為1.5m左右,便于維修和更換?
空氣預熱器中煙氣和空氣速度的選擇應從傳熱?阻力和磨損等諸方面加以綜合考慮?推薦的煙、空氣速度如下表：
上表中大的數值適用于燃油或燃氣機組,小的數值適用于固體燃料,且隨固體燃料中的灰分及其灰渣磨損性而異,多灰或含磨損性嚴重灰渣,偏向于采用較低的速度?
煙?空氣速度值的選擇從傳熱角度分析,要獲得較佳的傳熱系數應使煙氣側表面傳熱系數接近于空氣側表面傳熱系數?因此,立式預熱器中,空氣速度與煙氣速度之比值約為0.45～0.55?臥式預熱器大都用于液體燃料機組?設計的主要需注意的問題是腐蝕?為此,應盡可能提高管壁溫度,故空氣速度與煙氣速度之比值為0.4～0.6?比值小時,壁溫較高,但當比值<0.4時,帶來結構布置上的困難和煙速增加后,煙氣阻力的急劇上升?按照上述的煙?空氣速度推薦值,預熱器的傳熱系數約為17.5～23.3W/(㎡·℃)?
當燃用的燃料中硫分較高又沒有采取特殊措施時,空氣預熱器可能發生低溫腐蝕?這種低溫腐蝕大多發生在首先與冷空氣換熱的空氣預熱器下部,即所謂的冷端?而在預熱器的上部,由于煙氣溫度和空氣溫度都較高,預熱器管壁溫度高于煙氣露點,很少發生低溫腐蝕?如果將低溫段預熱器易腐蝕的下部與不易腐蝕的上部分別做成兩個獨立可拆分的部分,如下圖：
當由于空氣預熱器受到腐蝕而需要更換時,只需更換下部的預熱器,材料的消耗和工作量均可大大減少?
煙氣和空氣的流動方向相互交叉,通常空氣和煙氣作不大于4次交叉?一般,一級空氣預熱器可以加熱空氣溫度達280～300℃?要使熱空氣的溫度更高,應采用雙級布置?第二級空氣預熱器的進口煙溫不超過500～550℃?否則上管板會形成氧化皮,由于短管效應,產生管板翹曲及管子與管板脫離?
熱管作為一種熱交換器,近年來我國有不少電廠開始研究,并且逐步應用在空氣預熱器上,制成熱管式空氣預熱器?熱管式空氣預熱器安裝像管式預熱器一樣,在煙道內放置若干組管箱,管箱內放置若干只作為換熱器的熱管?下圖是熱管式空氣預熱器在煙道內的一種布置方案：
單只熱管的工作原理如下圖所示：
按較精確定義,熱管應稱之為“封閉兩相傳熱系統”,即在一個封閉的體系內,依靠流體(傳熱工質)的相態變化來傳遞熱量的裝置?
重力式鋼水熱管,由管殼和將管殼抽成真空并充入適量的水后密封而成?當熱源(如煙氣)對其一端加熱時,水(工質)由于吸熱而汽化,蒸汽在壓差作用下高速流向另一端,并向冷源(如空氣)放出潛熱而凝結,凝結后的水在重力作用下從冷端(上端)流回熱端(下端)重新被加熱,如此重復下去,便可把熱量不斷地通過管壁從煙氣側傳給空氣而使空氣變為熱空氣?
用熱管組裝而成的熱管式空氣預熱器,具有體積小?阻力小?防止低溫腐蝕性能好?漏風幾乎為零等優點?所以,檢修和日常維護的工作量少,且使用壽命較長(一般為10～15年)?
