总第１３９Ｎ ２０１４年第３期 设计试验 Ｌ似百 及 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬｏＰＭＥＮＴ Ｔｏｒａｌ ｏｆ１３９ Ｎ０．３ ２０１４ 浅谈Ｃ Ｆ Ｂ锅炉空气预热器的设计选型 李燕华 （山西太原锅炉集团有限公司，山西太原０３００２１） 摘要：空气预热器是利用锅炉尾部的烟气热量来加热燃烧所需空气的一种气一气热交换器。按传热的方 式分为管式空气预热器和回转式空气预热器。管式空气预热器是烟气和空气分别在管内外流动；回转式 空气预热器是通过旋转器件使烟气和空气交替冲刷传热元件。 关键词：循环流化床锅炉；空气预热器；卧管式；立管式 中图分类号ｌ ＴＫ２２９．６６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００３—７７３Ｘ（２０１ ４）０３—００２６—０３ 引言 燃烧所需空气的一种热交换装置 。按传热的方式分 为管式空气预热器和回转式空气预热器。管式空气预 资源环境制约是当前我国经济社会发展面临的突 出矛盾。解决节能环保问题是扩内需、稳增长、调结 热器是烟气和空气分别在管内外流动。管式空气预热 器又分为立管式和卧式两种。回转式空气预热器是通 构，打造中国经济升级版的一项重要而紧迫的任务。 加快发展节能环保产业，对拉动投资和消费，形成新 过旋转器件使烟气和空气交替冲刷传热元件。 的经济增长点，推动产业升级和发展方式转变，促进 空气预热器的选型一方面受结构的制约，由于循 节能减排和民生改善，实现经济可持续发展和确保 环流化锅炉在受热面结构布置方面的诸多考虑，所需 ２０２０年全面建成小康社会，具有十分重要的意义。 布置的受热面面积和布置空间增大，致使循环流化床 当前，循环流化床锅炉作为一种节能环保的产 锅炉尾部受热面的布置空间感到明显不足。另一方 品，正在向大型化和更加节能环保的方向发展。循 面，对于循环流化床锅炉来说，为了使炉内燃煤颗粒 环流化床中脱硫、脱硝、脱汞等一系列技术的成功 应用为循环流化床锅炉大型化工作的进一步开展增 加了信心。 在循环流化床锅炉中，空气预热器是不可或缺的 流化，要求床下风室有较高的一次风压，往往达到 （１．５～２．０）Ｘ ｌ０ Ｐａ，造成空气预热器风一烟两侧的压 差也较大，达（１．８～２．３）Ｘ １０４Ｐａ，因此，对空气预热 器的密封性要求很高，一般的回转式空气预热器无法 重要部件。随着循环流化床锅炉的发展，空气预热器 满足密封性的要求。所以循环流化床锅炉无论容量大 也越来越受到重视。由于循环流化床锅炉的特殊性， 其风压比煤粉炉明显高，其存在着特殊性。尤其是锅 炉的大型化及大容量化，空气预热器设计的好坏直接 小，几乎都采用管式空气预热器，而且都采取烟气横 掠顺列管束的卧式布置方式。 管式空气预热器的结构和制造工艺简单，维护方 便，容易密封，主要缺点是换热能力较差，特别是管 影响到整个锅炉的安全稳定运行。 因此，循环流化床锅炉上空气预热器的选型非常 重要和关键。 内换热系数较低，再加上管束采用顺列布置方式，换 热能力进一步减弱，造成整个空气预热器体积庞大， 占据尾部很大空间。 在大型锅炉中，空气预热器也是不可或缺的重要 部件。空气预热器是利用锅炉尾部的烟气热量来加热 原则上，空气预热器的选型应在锅炉总体方案设 计时进行综合技术经济比较，得出最佳方案。 收稿日期：２０１４－０３—２５ １ 空气预热器选型依据 空气预热器选型与设计通常应作为ＣＦＢ锅炉设计 作者简介：李燕华（１９７６一），女，山西神池人，现就职于山 西太原锅炉集团有限公司技术中心。 机械首ｊ望升发 ｊｘｇｌｋｆｂｊｂ＠１２６．ｃｏｍ 第２９卷 的一个重要组成部分。锅炉总体方案设计时，选用哪 种型式的空气预热器应取决于以下几个方面的因素： １）尾部烟道中空气预热器的安装空间。随着锅机 组容量的增大，尾部烟道省煤器后可布置空气预热器 的空间越来越小 ‘。 ２）燃料和灰渣特性。燃用低灰熔点燃料时，锅炉 有时采用液态排渣或旋风炉。由于这种锅炉的空气预 热器处烟风之间的压差相当大，以致漏风难以控制， 迫使采用漏风小的管式空气预热器 。 ３）设计、制造、安装、运行和维护等方面的技术 成熟度。 ４）安全可靠性。 ５）技术经济分析和技术可行陛。选型实质上是一 个技术经济分析和技术可行性的综合结果。如果从技 术上分析都是可行的，那么必须从技术经济分析得出 结论，即对金属耗量、制造工时和成本、自身耗量、 安装和维修等各个方面因素加以综合平衡。 ２ 主要设计参数选择 １）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。 ２）管箱的选择，主要考虑到运输、安装和制造的 尺寸超限和起重设备等因素。 ３）烟空气速度及其比值。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。 ４）漏风系数。 ３ 国内所选用的空气预热器 第一，哈尔滨锅炉厂郭家湾ｌ ０６５ ｔ／ｈ（ＨＧ一 １０６５／１７．５一ＬＭＧ４４）采用卧管式空预器。空预器一二 次风采用左右并列布置方式。吹灰采用固定旋转蒸汽 吹灰方式。第二，东方锅炉厂内蒙京泰１ ０８９ ｔ／ｈ （ＤＧ１０８９／１７．４一Ⅱ１）采用卧管式空预器。空预器左右 布置，一二次冷风左右进口风道与一二次热风左右出 口风道均设置联络风道。用户认为，空预器积灰与下 部灰斗的积灰关系很大，灰斗积灰严重时，淹没空预 器管子，导致空预器传热恶化，排烟温度升高。目前 ．２７． 用户在空预器灰斗处装设了气力输灰装置，定期排除 灰斗内的积灰，对减轻空预器积灰、降低锅炉排烟温 度起到了显著作用。该炉没有出现过空预器断管问 题，但在其他锅炉上发生过空预器管泄漏现象，泄漏 原因与磨损无关，大部分泄漏点均集中在管板附近。 第三，无锡华光锅炉厂（ＵＧ一７４５／１３．７一Ｍ）沈阳金山 ７４５ ｔ／ｈ，采用卧管式空预器。由于回转式空预器的 缺点是漏风量较大，而且结构比较复杂，我们在做 设计造型时不做考虑；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。卧管式空 预器是烟气在管外横向冲刷管子，空气在管内纵向 流动。立式预热器用于中、小型锅炉。为了提高管 壁温度，减小腐蚀，在设计大型ＣＦＢ锅炉时应选用 卧管式空预器。除上述三点外，另外还有上海锅炉厂 （山阴ｌ ０６５ ｔ／ｈ）采用回转式空预器。 卧管式空预器主要结构特点有：第一，下面两组 空预器比上面的稍短，检修更换时不需要动风道，直 接从两侧抽出，检修方便。第二，空预器防腐蚀措 施：下级管组在进口端１ ｍ范围加套管；进口管板外贴 厚的保温材料；下级管组管子采用考登钢。第三，空 预器膨胀：不考虑管子与管板之间的膨胀，空预器运 行后由于管子的膨胀，空预器整体为“倒八字”来解 决膨胀问题。第五，空预器支撑：没有采用全叠加形 式，下级以上部分采用立柱支撑；管排密、刚度好， 管子不会变形，中间不需支撑。第六，积灰问题：采 用半伸缩式吹灰器，效果可以。第七，设置防震板考 虑消除涡流的形成，以消除空预器的振动。第八， 一、二次风布置形式：上下布置。第九，卧管式空预 器与立管式相比较，在同样的烟气和空气进出口温度 下，可得到较高的管壁温度，原因分析如下： 管壁温度 ＝ （Ｏ ｙ－－ｔ￣／）（１ ）ｏＣ 式中： ＝（１＋硼 ）ａＪａ ・Ｈ ／Ｈ ；ｄ ， 为烟气对管 壁和管壁对空气的放热系数，ｗ，ｍ。・℃；Ｈ、 为烟 气侧和空气侧的受热面积，ｍ２；” 、 为烟气和空气的 平均温度，℃；沩烟气侧的灰污系数， ・℃厂ｗ。 在立管空预器中，空气在管外横向冲刷，烟气 ．２８． 李燕华：浅谈ＣＦＢ锅炉空气预热器的设计选型 ２０１４年第３期 在管内纵向冲刷，因此，ｏ（ 一般等于或大于 ；即 反 ≥１；而在卧管空预器中，烟气在管外横向冲 而须对整个管箱进行更换，这也是卧式空预器在低 温腐蚀方面一个结构上的优点。 综上所述，随着锅炉的大型大容量化发展，在条 刷，空气在管内作纵向冲刷，则 大于ａ＃ｌＪ ／ａ ＜ｌ。所以在同样ｔ） 、ｔ 、ｓ等条件下，可知卧 式的管壁温度比立式的高，一般可高出１ ０～３ ０ ｏＣ。 根据这一结果，卧管式可以有利于减轻烟气侧的低 件允许的情况下，应首先考虑卧式管式空气预热器。 参考文献 【１】樊泉桂，阎维平．锅炉原理【Ｍ】．北京：中国电力出版 温腐蚀。对于卧管式空预器腐蚀严重区域往往是集 中在烟气出口处的几排管子的冷端部分，因此，当 社．２００３． 腐蚀损坏后，仅需对几排管子进行拆换，而立式空 ［２】中国动力工程学会．火力发电设备技术手册【Ｍ】．北 预器中，由于若干烂穿部位是在管箱的根部上，因 京：机械工业出版社，２０００． （编辑：贾娟） Ａ Ｂｒｉｅｆ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｔｙｐｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｉｒ Ｈｅａｔｅｒ ｆｏｒ ＣＦＢ Ｂｏｉｌｅｒ Ｌｉ Ｙａｎｈａｎ （Ｔａｉｙｕａｎ Ｂｏｉｌｅｒ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔａｉｙｕａｎ Ｓｈａｎｘｉ ０３００２１） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｉｒ ｈｅａｔｅｒ ｉｓ ａ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｄｅｖｉｃｅ ｔｈａｔ ｉｔ ｉｓ ｍａｋｅ ｕｓｅ ｏｆ ｇａｓ ｈｅａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｂａｃｋ－ｅｎｄ ｏｆ ｂｏｉｌｅｒ ｔＯ ｂｅ ｈｅａｔ ａｉｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ，ｉｔ ｉｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｕｂｕｌａｒ ａｉｒ ｈｅａｔｅｒ ａｎｄ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ａｉｒ－ｈｅａｔｅｒ．Ｔｕｂｕｌｒａ ａｉｒ－ｈｅａｍｒ ｉｓ ｔｈａｔ ｇａｓ ａｎｄ ａｉｒ ｉｓ ｆｌｏｗｅｄ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｉｎｓｉｄｅ ａｎｄ ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｈｅ ｐｉｐｅ．Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ａｉｒ—ｈｅｍｅｒ ｉｓ ｔｈａｔ ｇａｓ ａｎｄ ａｉｒ ｉｓ ｗａｓｈｅｄ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｌｔｅｒｎａｔｅｌｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ａｉｒ ｈｅａｔｅｒ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｔｕｂｕｌｒａ；ｕｐｒｉｇｈｔ ｔｕｂｕｌａｒ （上接第１ ９页） ［５１高九阳，喻九阳，王成刚，等．沟槽对。形圈密封结构性 『１（）１黄根法．船舶机械中“０”型密封圈及其科学选用 能的影响ｕ】．武汉工程大学学报，２０１０，３２（７）：７８—８Ｏ． Ｕ】．江苏船芮白，２００４，２１（２）：２５—２６． 【６】黄景峰，姚涛．基于ＡＷＥ的发射装置支架的ＣＡＥ分析 【１１］郑之盛．ｏ形密封圈密封性能影响因素分析 现代 水雷战与舰船防护，２０１０，１８（４）：５３—５６． 商贸工业，２０１０，２２：４２６—４２７． 【７】陈国定，Ｈａｉｓｅｒ Ｈ，Ｈａａｓ Ｗ，Ｌｅｃｈｎｅｒ Ｇ．０形密封圈的有 １１２］吴琼，索双富，廖传军，等．丁腈橡胶。形圈往复密封 限元力学分析 机械科学与技术，２０００（９）：４５－４６． 性能试验研究Ｕ］．润滑与密封，２０１２，３７（２）：２９—３２． ｆ８陈爱平，８１周忠亚．ｏ形密封圈和密封圈槽的选配与应 ［１３］李耀文，宋一平，李鲲．ＧＢ／Ｔ３４５２．３－２００５．液压气动 用Ｕ］．石油机械．２０００，２８（５）：４９—５１． 用。形圈密封圈沟槽尺寸ｆｓ１．北京：中国标准出版 【９】吕瑞典．化工设备密封技术［Ｍ］．北京：石油工业出版 社．２００６．４． 社．２００６． （编辑：苗运平） ＦＥＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｅａｌｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ Ｒｕｂｂｅｒ Ｇａｓｋｅｔ’Ｓ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｒａｔｅ Ｙａｏ Ｔｎｏ，Ｉｊｕ Ｗｅｉ （Ｎｏ．７１ ＯＲ＆Ｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．ＣＳＩＣ，Ｙｉｃｈａｎｇ Ｈｕｂｅｉ ４４３００３） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＷＥ ｗａｓ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｉｆｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｓｅａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｎ ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｓｅａｌｉｎｇ ｆａｃｅ ｂｙ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｏｆ ｓｈｅｅｔ ｓｈａｐｅ ａｎｄ ｂｏｌｔ ｓｐａｃｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｅｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｒａｔｅ ｂｙ ｄｅｆｏｒｍａｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｃｒｅｄｉｂｌｅ ｂｙ ｒａｉｎ ｔｅｓｔ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａ ｔｈｅｏｒｙ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｏｆｒ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｎａｄ ｕｓｉｎｇ ｏｆ ｓｅａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｒｕｂｂｅｒ ｇａｓｋｅｔ；ＡＷＥ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｒａｔｅ；Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ ｓｔｒｅｓｓ
