CN107860022B - 一种变烟道截面管式空气预热器 - Google Patents

一种变烟道截面管式空气预热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变烟道截面管式空气预热器，包括空气预热器外壳，采用卧式布置方式，烟气自下方的烟气进口流入，从上方的烟气出口流出，在流动过程中冲刷横向布置的换热管束的外表面，空气则在换热管内流动，烟气不断将热量通过换热管壁面传给空气，随着烟气温度逐渐下降，烟气的流速逐渐减小，为了不使烟气流速下降太多，造成临近烟气出口的换热管束背面发生积灰而导致严重的安全隐患，本发明采用等压烟气流动通道设计，使烟气进口截面大于烟气出口截面，烟气流动通道逐渐缩小，使得在烟气温度逐渐降低的情况下仍能保持烟气出口的烟气流速大于或等于烟气进口的烟气流速，该设计可使换热管壁温度比立式布置方式提高约10～30℃，有效地减轻换热管在烟气侧的低温腐蚀和积灰的耦合作用。

Description

一种变烟道截面管式空气预热器
技术领域
本发明涉及锅炉设备技术领域，具体是一种防止硫酸露点腐蚀和换热管束背面积灰的变截面烟道管式空气预热器。
背景技术
空气预热器是利用锅炉省煤器后排出烟气的热量加热燃烧所需空气的设备，主要用于提高锅炉的热交换性能，降低排烟温度，减少热量损失并改善引风机的工作条件。空气预热器按所用材料可划分为铸铁管式空气预热器、钢管式空气预热器、钢板式空气预热器和玻璃管式空气预热器等，其中以钢管式空气预热器应用最为广泛。目前在我国蒸汽蒸发量为220t/h及以下的锅炉大多采用钢管式空气预热器，其主要传热部件是有缝薄壁钢管，换热管通常采用垂直错列布置方式，两端与上下管板焊接固定，其优点是结构简单，成本低廉，缺点是换热管烟气侧会产生严重的低温腐蚀和积灰、堵灰甚至磨损现象。
管式空气预热器的布置方式有立式布置和卧式布置两种。锅炉容量较大时，如蒸发量为220t/h的锅炉，锅炉尾部烟道有足够的空间可以布置一级或二级空气预热器以获得足够高的助燃热空气温度参与燃料燃烧，因此，钢管式空气预热器大多采用立式布置方式，烟气从上向下在换热管内流过，空气在换热管外横向冲刷管子外侧，但空气预热器立式布置时，存在空气预热器换热管壁温度偏低的缺点，这会进一步加重换热管烟气侧的低温腐蚀现象。
当空气预热器应用于工业锅炉时，由于锅炉容量小于发电锅炉，锅炉高度不够，无法将空气预热器放置于尾部烟道采用烟气从上向下冲刷管内的立式布置方式，如下图1所示，在这种情况下，为节省空间，设计人员大都把空气预热器布置于锅炉后部烟气出口向上的位置，这就造成烟气从下向上冲刷的空气预热器结构，但是烟气从下向上冲刷的空气预热器结构中因为烟气向上流动，细小灰颗粒跟随气流的能力比较好，但是，稍大的灰颗粒跟随气流的能力较差，处于硫化状态，易于沉积在管束表面，造成积灰，若管子壁面温度低，还容易引起低温腐蚀以及低温腐蚀和积灰的耦合作用，严重时造成堵灰，甚至停炉。如果要单纯营造出烟气从上向下冲刷的结构来，势必会形成2个90度的烟道转弯弯头，增加了烟气阻力。
发明内容
本发明的目的在于设计一种变烟道截面的管式空气预热器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种变烟道截面管式空气预热器，包括空气预热器外壳1，所述空气预热器外壳1内竖向布置有多个管板，横向布置有多个换热管8，换热管8插入管板形成换热管束，利用管板支撑换热管束，相邻管板和换热管束间的空隙形成烟气流动通道9；所述空气预热器外壳1左侧开有冷空气能够进入换热管8内的空气进口2，右侧开有被加热过的热空气能够流出换热管8的空气出口4；空气预热器外壳1底部开有高温烟气能够流入烟气流动通道9的烟气进口3，顶部开有换热后冷却下来的低温烟气能够流出烟气流动通道9的烟气出口7，烟气出口7通过排烟道6连通烟道尾端5及烟囱；所述空气预热器外壳1采用卧式布置，换热管8形成的换热管束按照梯形截面布置，并使烟气进口端的截面大于烟气出口端截面，即烟气进口3截面大于烟气出口7截面；烟气在换热管8外横向掠过，空气在换热管8内纵向流动，高温烟气通过换热管8壁面不断将热量传给冷空气。
所述换热管8采用硼硅耐热玻璃管、有缝钢管、无缝钢管或搪瓷管。
在靠近空气预热器的烟气进口3段安装有缝钢管作为换热管8以增强空气预热器的刚度并辅助支撑管板，而在靠近烟气出口7段安装硼硅耐热玻璃管作为换热管8，其具有耐热温度高，表面光滑不易积灰且耐酸露点腐蚀性能强等优点，可以有效解决空气预热器的烟气出口7段的换热管壁积灰和换热管间堵灰问题。
所述换热管8采用错列布置方式以加强对烟气流的扰动，强化传热效果。
采用管径为40mm～42mm的小管径的换热管8，以使其结构尽量紧凑，尽量减小空气预热器的占用空间；换热管8的管长取2m～3m。
所述换热管8与管板之间的空隙填充有石棉绒填料。它具有结构简单，更换方便，密封良好等诸多优点。
所述烟气流动通道9采用等压设计，即适当缩小烟气出口7段的烟气流动通道9截面以提高低温烟气的流速，有效地消除烟气中携带的灰尘颗粒在烟气出口7段流速突然减小造成换热管8束背面积灰堵灰的安全隐患。
当锅炉容量较大或空气流量较大时，管板按分模块制造、分模块运输的方式设计生产，然后再在进行现场组装完成。
将换热管8束采用梯形截面进行布置，烟气从下方的烟气进口3流入后首先冲刷烟气进口3附近的换热管束，由于烟气进口3处的烟气温度较高，故应适当加大此处换热管8壁面积以增强换热效果，换热管8束采用梯形布置方式可以使烟气进口3处的高温烟气与较多的换热管8壁面接触以强化对流传热；随着烟气不断将热量通过换热管8壁面传递给换热管8内的空气，烟气温度不断降低，比容随之减小，故应适当收缩烟气流动通道9截面以维持烟气的最佳流速，防止由烟气流速过慢而导致换热管8壁大量积灰；由于烟气出口7处的烟气已经完成换热，其温度较低，换热能力相对较差，故应适当减小换热管8壁面积以削弱换热管束间的热偏差效应，换热管束采用梯形布置方式能够使烟气在烟气出口7处接触的换热管8壁面积变小以达到缩小换热管8间热偏差的目的。
与现有技术相比，本发明在立式钢管式空气预热器的基础上，抛弃了传统的立式布置方式而采用卧式布置方式，能够提高换热管8壁温度约10～30℃，有效地减轻了换热管8在烟气侧的低温腐蚀，尤其适用于燃用高硫燃料的锅炉，并可以削弱换热管8间的热偏差效应，同时有助于始终保持烟气的合理流速，从而减轻换热管8壁积灰和换热管8间堵灰问题。并在空气预热器的烟气进口3段采用硼硅耐热玻璃管作为换热管，大大减轻了换热管8壁在烟气侧的低温腐蚀和积灰堵灰现象。烟气流动通道9采用等压变截面设计，换热管束按照梯形截面进行布置，有效地缩小了换热管束间的热偏差效应，保持了烟气在烟气流动通道9内的最佳流速，提高了空气预热器的工作安全性和可靠性。
附图说明
图1为现有的燃煤链条炉排锅炉结构总图。
图2是本发明的基本结构图。
图3是空气预热器外壳内部剖面A-A的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的结构和工作原理作详细说明。
如图2所示，本发明在使用时，烟气从空气预热器外壳1下方的烟气进口3流入，空气则在横向布置的换热管8内流动，烟气沿着换热管8间形成的烟气流动通道9上行并冲刷换热管8壁外表面，将热量不断传给换热管8内的空气。具体的，待加热的冷空气沿着换热管8从左侧的空气进口2流进空气预热器外壳1内部，高温烟气则从空气预热器外壳1底部的烟气进口3流入并沿着烟气流动通道9上行，在此过程中不断冲刷换热管8外壁面以加热换热管8内的冷空气完成换热过程。被加热过的热空气沿着换热管8从右侧的空气出口4流出空气预热器外壳1，换热后冷却下来的低温烟气则由空气预热器外壳1上部的烟气出口7进入排烟道6并最终从烟道尾端5排至烟囱。
烟气冲刷烟气进口3段的换热管束后温度降低，比容减小，由于采用了如图3所示的换热管束梯形截面布置方式，烟气流动通道9截面逐渐缩小，所以烟气仍然能够始终保持合理流速，防止了烟气流速过分降低导致的换热管8壁积灰和堵灰问题。烟气进口3段烟气的温度较高，换热能力较强而烟气出口7段烟气的温度较低，换热能力较差。由于采用了如图3所示的换热管束梯形截面布置方式，能够使得烟气进口3段的换热管8数量相对较多，换热管8壁面积较大，达到了使烟气进口3处的高温烟气与空气有足够大的换热面积以强化换热效果的目的；也使得烟气出口7段的换热管8数量相对较少，适当地缩小了换热管8壁面积，防止了烟气温度过分降低而加重换热管8壁烟气侧的低温腐蚀现象，还可以缩小换热管8间的热偏差效应，提高了空气预热器工作的可靠性和安全性。

Claims (6)

1.一种变烟道截面管式空气预热器，包括空气预热器外壳(1)，其特征在于：所述空气预热器外壳(1)内竖向布置有多个管板，横向布置有多个换热管(8)，换热管(8)插入管板形成换热管束，利用管板支撑换热管束，相邻管板和换热管束间的空隙形成烟气流动通道(9)；所述空气预热器外壳(1)左侧开有冷空气能够进入换热管(8)内的空气进口(2)，右侧开有被加热过的热空气能够流出换热管(8)的空气出口(4)；空气预热器外壳(1)底部开有高温烟气能够流入烟气流动通道(9)的烟气进口(3)，顶部开有换热后冷却下来的低温烟气能够流出烟气流动通道(9)的烟气出口(7)，烟气出口(7)通过排烟道(6)连通烟道尾端(5)及烟囱；所述空气预热器外壳(1)采用卧式布置，换热管(8)形成的换热管束按照梯形截面布置，并使烟气进口端的截面大于烟气出口端截面，即烟气进口(3)截面大于烟气出口(7)截面；烟气在换热管(8)外横向掠过，空气在换热管(8)内纵向流动，高温烟气通过换热管(8)壁面不断将热量传给冷空气；
在靠近空气预热器的烟气进口(3)段安装有缝钢管作为换热管(8)以增强空气预热器的刚度并辅助支撑管板，而在靠近烟气出口(7)段安装硼硅耐热玻璃管作为换热管(8)，有效解决空气预热器的烟气出口(7)段的换热管壁积灰和换热管间堵灰问题；
所述换热管束采用梯形截面布置方式，使得烟气进口(3)段的换热管(8)数量相对烟气出口(7)段多，换热管(8)壁面积大。
2.根据权利要求1所述的一种变烟道截面管式空气预热器，其特征在于：所述换热管(8)采用错列布置方式以加强对烟气流的扰动，强化传热效果。
3.根据权利要求1所述的一种变烟道截面管式空气预热器，其特征在于：采用管径为40mm～42mm的小管径的换热管(8)，以使其结构尽量紧凑，尽量减小空气预热器的占用空间；换热管(8)的管长取2m～3m。
4.根据权利要求1所述的一种变烟道截面管式空气预热器，其特征在于：所述换热管(8)与管板之间的空隙填充有石棉绒填料。
5.根据权利要求1所述的一种变烟道截面管式空气预热器，其特征在于：所述烟气流动通道(9)采用等压设计，即适当缩小烟气出口(7)段的烟气流动通道(9)截面以提高低温烟气的流速，有效地消除烟气中携带的灰尘颗粒在烟气出口(7)段流速突然减小造成换热管(8)束背面积灰堵灰的安全隐患。
6.根据权利要求1所述的一种变烟道截面管式空气预热器，其特征在于：当锅炉容量较大或空气流量较大时，管板按分模块制造、分模块运输的方式设计生产，然后再在进行现场组装完成。
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