關(guān)于鍋爐尾部受熱面的設(shè)計探討

王成強(qiáng)

摘 要：受熱面是鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)中的重要組成部分，主要功能是進(jìn)行熱能轉(zhuǎn)換，將燃料燃燒產(chǎn)生的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而發(fā)揮鍋爐的熱效率。由于省煤器和空氣預(yù)熱器位于煙道的后方位置，所以稱為尾部受熱面。尾部受熱面的功能主要是保證給水和送風(fēng)的溫度，同時還要降低排煙溫度，尾部受熱面的運(yùn)行狀況對于鍋爐的運(yùn)行效率有一定的影響。由于其所處位置以及發(fā)揮的功能比較特殊，所以在設(shè)計時應(yīng)該從鍋爐的整體結(jié)構(gòu)布置以及運(yùn)行參數(shù)等方面綜合考慮，優(yōu)化尾部受熱面設(shè)計，降低鍋爐能源損耗，提高鍋爐運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：鍋爐；尾部受熱面；設(shè)計

由于尾部受熱面處于鍋爐煙道的后方位置，所以排煙溫度相對較低，由此就會因?yàn)槿济嘿|(zhì)量不佳、運(yùn)行參數(shù)設(shè)計不合理或者系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計不科學(xué)等原因，造成尾部受熱面低溫腐蝕、積灰、磨損等現(xiàn)象的發(fā)生，縮短尾部受熱面的使用壽命，降低運(yùn)行效率，并且威脅到尾部受熱面運(yùn)行的安全性。所以為了保證尾部受熱面運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，需要根據(jù)鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn)，有針對性地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在保證鍋爐高效運(yùn)行的同時，還能夠延長尾部受熱面的使用壽命，提高運(yùn)行的安全性。

1 尾部受熱面的設(shè)計要求

（1）由于在鍋爐煙道尾部的煙氣溫度相對較低，所以尾部受熱面的傳熱溫差較小，為了提高尾部受熱面的傳熱效率，其所消耗的鋼鐵相對較高，會占據(jù)整個鍋爐系統(tǒng)的三分之一左右。所以為了控制金屬消耗量，就應(yīng)該對尾部受熱面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。如果對熱空氣的溫度要求較高時，為了保證空預(yù)器運(yùn)行的安全性，可以將其分成兩部分，在與省煤器交錯布置后形成雙級設(shè)計方式。由于鍋爐運(yùn)行對空氣溫度的要求不同，所以在實(shí)際設(shè)計時，應(yīng)該根據(jù)空氣的溫度情況，選擇雙級布置還是單級布置，既能夠保證空氣所需的溫度，同時又能夠節(jié)省金屬用量、保證尾部受熱面運(yùn)行的安全性。

（2）在尾部受熱面的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，還應(yīng)該考慮到空間布置的問題。在長度的設(shè)計方面不應(yīng)該太長，一方面不利于煙道布置，另一方面會對受熱面檢修產(chǎn)生一定的難度。所以在尾部受熱面數(shù)量較多且煙道行程較大的情況下，應(yīng)該考慮將其分成幾段，控制好每段的高度與長度，在段與段之間留出足夠的空間，為檢修提供便利。同時還要布置好檢查會吹灰所需的位置，以減少尾部受熱面的積灰狀況。

（3）鍋爐尾部受熱面的積灰、磨損以及低溫腐蝕是主要問題，也是設(shè)計工作主要應(yīng)該考慮的問題。省煤器遇到的主要問題是積灰和磨損，空預(yù)器主要問題除積灰、磨損外，腐蝕也是影響使用壽命以及安全性的重要問題。所以為了減少以上現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)該合理調(diào)整煙氣流速，降低煙氣中顆粒對受熱面的沖撞，加強(qiáng)對清灰裝置的改進(jìn)，提高清灰效率，減少積灰現(xiàn)象的發(fā)生。低溫腐蝕的預(yù)防是鍋爐尾部受熱面設(shè)計中需要重點(diǎn)考慮的問題，可以提高空預(yù)器入口處的空氣溫度，從而減少低溫腐蝕現(xiàn)象。還可以控制爐膛燃燒，提高爐膛燃燒的溫度，減少過量空氣系數(shù)，從而降低氧化硫物質(zhì)的生成量，降低尾部受熱面的腐蝕狀況。此外，還可以通過調(diào)整管式空預(yù)器管子的放置方式來減少低溫腐蝕，如果將空預(yù)器的管子橫放，就能夠減少管壁與煙氣的溫度差，腐蝕現(xiàn)象能夠有效改善。

2 尾部受熱面的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 鋼管式省煤器設(shè)計

2.1.1 管徑、壁厚以及布置方式設(shè)計

鋼管一般為20號碳鋼，外徑為28～42mm，管壁厚度為4～5mm。省煤器大都采用光管，但為使結(jié)構(gòu)緊湊，有的省煤器管子采用鰭片式。對于管子布置方式的設(shè)計，為使結(jié)構(gòu)緊湊，并減少積灰，管子多采用水平錯列布置，橫向相對管距略大于2，縱向相對管距與管子彎頭彎曲半徑有關(guān)，一般取管子的彎曲半徑大于1.5～2倍管子外徑。也有因管子支吊方便而做成順列布置的。蛇形管的兩端與進(jìn)水聯(lián)箱和出水聯(lián)箱相連，聯(lián)箱一般均布置在鍋爐煙道外面。省煤器管子固定在支架上，支架支撐在橫梁上，而橫梁則與鍋爐鋼架相連接。橫梁位于煙道內(nèi)，受到煙氣沖刷，為避免過熱，多將橫梁做成空心，外部用絕熱材料包起來，或者把它接到送風(fēng)系統(tǒng)，用空氣冷卻。

2.1.2 工質(zhì)流速設(shè)計

在設(shè)計省煤器管子時，應(yīng)該根據(jù)工質(zhì)的流速來確定。管內(nèi)水的流速不僅會對傳熱有所影響，同時還會對管壁的金屬產(chǎn)生一定的腐蝕。在省煤器管內(nèi)煙氣流動方向可以是自上而下或者自下而上，但是水的流向一般都是自下而上的方式，因?yàn)檫@種流向能夠有效的消除管內(nèi)的氣泡，從而減少因?yàn)闅馀莸拇嬖诙鴮饘俦诋a(chǎn)生腐蝕或者燒壞。在管子為水平狀態(tài)時，如果水的流速大于0.5m/s時，則可降低金屬發(fā)生局部腐蝕現(xiàn)象。在省煤器管子的總數(shù)確定后，就能夠根據(jù)管間的橫向間距來確定管簇的橫向排數(shù)以及每排管子的繞數(shù)。省煤器管子的布置方式，不僅會影響到管壁的腐蝕，還會影響省煤器的運(yùn)行效率，所以一定要注意管子的布置形式。

2.1.3 煙氣流速選取

煙氣流速對省煤器的結(jié)構(gòu)設(shè)計有很大的影響，因?yàn)闊煔獾牧魉訇P(guān)系到省煤器的磨損和堵灰。如果煙氣流速過高，煙氣中所攜帶的顆粒與省煤器的撞擊力度就會加大，由此會加劇省煤器的磨損度，降低省煤器的使用壽命。但是如果煙氣流速過低，就會使受熱面發(fā)生堵灰現(xiàn)象，威脅到省煤器運(yùn)行的安全性。所以應(yīng)該選取適當(dāng)?shù)臒煔饬魉?，綜合燃料的性能以及鍋爐自身的運(yùn)行狀況，設(shè)定合理的煙氣流速，在保證省煤器運(yùn)行效率的同時，又能夠提高省煤器運(yùn)行的安全性。

2.2 管式空氣預(yù)熱器設(shè)計

空氣預(yù)熱器主要有管式和回轉(zhuǎn)式兩種類型，有時還遇到一些板式空氣預(yù)熱器，由于它耗鋼多，結(jié)構(gòu)龐大、傳熱差、漏風(fēng)多，因而已基本被管式和回轉(zhuǎn)式所代替，這里主要介紹管式。在管式空氣預(yù)熱器設(shè)計時，選擇直徑和厚度適宜的管子，其兩端焊接于管板，形成立方體受熱面。在管子排列時，要注意管間距的控制，防止焊接時出現(xiàn)變形?？疹A(yù)器的布置方式不同，對空氣和煙氣的流速會產(chǎn)生一定的影響。在空預(yù)器設(shè)計時，管徑大小決定管子使用的數(shù)量以及排列方式，并且會對運(yùn)行效率、安全性以及經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生一定的影響。在空預(yù)器設(shè)計時，除了運(yùn)行效率以及經(jīng)濟(jì)性的因素外，還應(yīng)該考慮在不同的運(yùn)行參數(shù)下，對受熱面所產(chǎn)生的磨損、腐蝕等現(xiàn)象，在設(shè)計時就應(yīng)該對結(jié)構(gòu)布置、管材等因素進(jìn)行綜合考量，在保證余熱回收效率的同時，又能夠減少對受熱面造成的損害。所以應(yīng)該根據(jù)空預(yù)器以及鍋爐系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇適宜的設(shè)計方案。

3 結(jié)束語

省煤器和空氣預(yù)熱器是位于鍋爐煙道后方的受熱面，主要功能為回收鍋爐煙氣余熱，起到節(jié)能降耗的作用，降低鍋爐排煙熱損失，提高鍋爐綜合運(yùn)行效率。由于省煤器和空氣預(yù)熱器所處的位置比較特殊，所以其運(yùn)行狀態(tài)會受到很多因素的影響。為了減少尾部受熱面磨損、積灰以及低溫腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)該根據(jù)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行狀況，有針對性的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，最大程度的保證尾部受熱面的運(yùn)行效率和安全性，從而提高鍋爐運(yùn)行的可靠性和安全性。

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