空气预热器的种类及应用

知识点：预热器

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一、空气预热器的作用:

空气预热器的作用包括:

（1）降低排烟温度提高锅炉效率?随着电站循环中工质参数的提高,由于采用回热循环,用汽轮机的抽汽来加热给水,进入锅炉的给水温度愈来愈高?给水温度由中压的150℃提高到亚临界压力的260℃?原来低压锅炉中用省煤器来降低排烟温度的功能随着锅炉给水温度的提高而下降?只用省煤器就不能经济地降低锅炉的排烟温度,甚至无法降低到合适的温度?然而空气的温度较低,若将省煤器出口的烟气来加热燃烧所需的空气,则可以进一步降低排烟温度,提高锅炉效率?

（2）改善燃料的着火条件和燃烧过程,降低了燃烧不完全损失,进一步提高锅炉效率?对于着火困难的燃料,如无烟煤,常把空气加热到400℃左右?

（3）热空气进入炉膛,提高了理论燃烧温度并强化炉膛的辐射传热,进一步提高锅炉的热效率?

（4）热空气还作为煤粉锅炉制粉系统的干燥剂和输粉介质?鉴于以上几点,现代锅炉中空气预热器成为锅炉不可少的部件?对于低压锅炉,因给水温度很低,用省煤器已能很有效地将烟气冷却到合理的温度,常无空气预热器?不过有的工业锅炉,给水除氧后温度也只有104℃,为了改善着火燃烧条件,也有采用空气预热器的?对于火床燃烧的工业炉,因炉排片温度的限制,即使有空气预热器,空气的温度也不超过150～180℃?

二、空气预热器的分类:

按空气预热器的工作原理，空气预热器可分为间壁导热式和再生式两种?

间壁导热式空气预热器的特点是在烟气与空气之间存在一个壁面，烟气将热量通过这中间壁面传给空气?

再生式空气预热器是烟气和空气轮流地流过一种中间载热体(金属?陶瓷?液体等)来实现传热,当烟气流经中间载热体时,把载热体加热?当空气流经载热体时,载热体本身受到冷却,而空气得到加热?

间壁导热式可分为管式空预器、板式空预器、热管空预器。再生式空气预热器可分为转子转和风罩转等型式。

1、管式空预器

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?

（1）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?

（2）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:

（1）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?

（2）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?

（3）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?

2、板式空预器

板式空预器顾名思义就是用平板制作的用于气体换热的交换器，它不同于液体板式换热器，他可以在温度高达700度的烟气内作为预热器。

（1）分类

通常板式空预器分为两类：平板换热器和波纹板换热器。

空气预热器的作用是回收热量，降低消耗，主要应用于大型化工企业的制氢转化炉或裂解炉，应用于天然气、炼厂石油气、石脑油等原料转化制氢的装置上，作为燃烧空气的加热器。

（2）应用

应用范围较广，在国外已经替代了传统的管板式空预器、热管式空预器。

应用燃料范围广：天然气、石油气、石脑油、煤、硫磺回收等。

应用前景：大型化的化工装置在技术上得到突破，打开了板式空气预热器的应用前景，100000m³以上制氢装置的建设，使板式空气预热器成为必不可少的首选设备（管式空预器体积大无法布置）。

荷兰APEX公司的平板空气预热器在南京扬巴公司、上海巴斯夫乙烯、中海石油80万吨尿素、中海石油60万吨甲醇、青海中浩60万吨甲醇等大型项目上都有很好的应用业绩。

（3）优点

板式空气预热器的优点：

结构紧凑、弹性设计，避免热膨胀；

材质选择范围宽，碳钢、不锈钢、铸铁、玻璃；

免维修，使用寿命长达30年；

体积小，适应大型化装置需求,是管式空预器的1/3体积。

（4）选材

空气预热器一般选用翅片管式换热器，翅片选用高频焊管，含硫材料可选ND钢，如果使用温度低于300℃，可选双金属轧片管，翅片材料为铝，比高频焊管换热效率要高，片距可以做的小点，比较紧凑，基管仍选ND钢。

结合国外的翅片板式空预器的相关技术生产的稀土合金双翅片板式空气预热器，有效的防止了低温露点腐蚀，可使排烟温度降至130度左右，热效率在92%以上，寿命可达10年，稀土合金铸造、双面翅片板式空气预热器，根本的解决了空预器的露点腐蚀、粉尘磨损和耐高温性能三大难题，稀土合金双面翅片板式空气预热器，是结合国外铸铁翅片板式空气预热器的优点，在铸铁溶液中添加了稀土和耐酸露点腐蚀的稀有金属元素铸造成的双面翅片板，开发出的一种新型空气预热器。具有寿命长、阻力小、结构紧凑等优点，可以在很宽的烟气温度范围内（例如650℃~140℃）长期（一般10年）可靠运行。专门适用于石油化工管式加热炉及各类锅炉的工艺条件比较恶劣的烟气余热回收系统。比常用管式、热管式空气预热器使用寿命长5、6年以上，经济效益是显而易见的

板式空气预热器为平板，平板间距为10-40mm，立式布置，压降小在600-1900pa之间，立式布置的平板不宜积灰，即使有积灰，直接用蒸汽吹扫或水冲洗即可。下图是在在天然气转化装置使用2年后，从板式空气预热器一侧看过去的照片。

相关推荐：

1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范