關于鍋爐尾部受熱面的設計探討

王成強

摘 要：受熱面是鍋爐運行系統中的重要組成部分，主要功能是進行熱能轉換，將燃料燃燒產生的熱量進行轉換，從而發揮鍋爐的熱效率。由于省煤器和空氣預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的溫度，同時還要降低排煙溫度，尾部受熱面的運行狀況對于鍋爐的運行效率有一定的影響。由于其所處位置以及發揮的功能比較特殊，所以在設計時應該從鍋爐的整體結構布置以及運行參數等方面綜合考慮，優化尾部受熱面設計，降低鍋爐能源損耗，提高鍋爐運行效率。

關鍵詞：鍋爐；尾部受熱面；設計

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，由此就會因為燃煤質量不佳、運行參數設計不合理或者系統結構設計不科學等原因，造成尾部受熱面低溫腐蝕、積灰、磨損等現象的發生，縮短尾部受熱面的使用壽命，降低運行效率，并且威脅到尾部受熱面運行的安全性。所以為了保證尾部受熱面運行的穩定性和安全性，需要根據鍋爐的運行特點，有針對性地進行優化設計，在保證鍋爐高效運行的同時，還能夠延長尾部受熱面的使用壽命，提高運行的安全性。

1 尾部受熱面的設計要求

（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，會占據整個鍋爐系統的三分之一左右。所以為了控制金屬消耗量，就應該對尾部受熱面的結構進行優化設計。如果對熱空氣的溫度要求較高時，為了保證空預器運行的安全性，可以將其分成兩部分，在與省煤器交錯布置后形成雙級設計方式。由于鍋爐運行對空氣溫度的要求不同，所以在實際設計時，應該根據空氣的溫度情況，選擇雙級布置還是單級布置，既能夠保證空氣所需的溫度，同時又能夠節省金屬用量、保證尾部受熱面運行的安全性。

（2）在尾部受熱面的結構設計方面，還應該考慮到空間布置的問題。在長度的設計方面不應該太長，一方面不利于煙道布置，另一方面會對受熱面檢修產生一定的難度。所以在尾部受熱面數量較多且煙道行程較大的情況下，應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，也是設計工作主要應該考慮的問題。省煤器遇到的主要問題是積灰和磨損，空預器主要問題除積灰、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象的發生，應該合理調整煙氣流速，降低煙氣中顆粒對受熱面的沖撞，加強對清灰裝置的改進，提高清灰效率，減少積灰現象的發生。低溫腐蝕的預防是鍋爐尾部受熱面設計中需要重點考慮的問題，可以提高空預器入口處的空氣溫度，從而減少低溫腐蝕現象。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，從而降低氧化硫物質的生成量，降低尾部受熱面的腐蝕狀況。此外，還可以通過調整管式空預器管子的放置方式來減少低溫腐蝕，如果將空預器的管子橫放，就能夠減少管壁與煙氣的溫度差，腐蝕現象能夠有效改善。

2 尾部受熱面的結構設計

2.1 鋼管式省煤器設計

2.1.1 管徑、壁厚以及布置方式設計

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，但為使結構緊湊，有的省煤器管子采用鰭片式。對于管子布置方式的設計，為使結構緊湊，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，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。蛇形管的兩端與進水聯箱和出水聯箱相連，聯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，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，或者把它接到送風系統，用空氣冷卻。

2.1.2 工質流速設計

在設計省煤器管子時，應該根據工質的流速來確定。管內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生一定的腐蝕。在省煤器管內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，因為這種流向能夠有效的消除管內的氣泡，從而減少因為氣泡的存在而對金屬壁產生腐蝕或者燒壞。在管子為水平狀態時，如果水的流速大于0.5m/s時，則可降低金屬發生局部腐蝕現象。在省煤器管子的總數確定后，就能夠根據管間的橫向間距來確定管簇的橫向排數以及每排管子的繞數。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構設計有很大的影響，因為煙氣的流速關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，就會使受熱面發生堵灰現象，威脅到省煤器運行的安全性。所以應該選取適當的煙氣流速，綜合燃料的性能以及鍋爐自身的運行狀況，設定合理的煙氣流速，在保證省煤器運行效率的同時，又能夠提高省煤器運行的安全性。

2.2 管式空氣預熱器設計

空氣預熱器主要有管式和回轉式兩種類型，有時還遇到一些板式空氣預熱器，由于它耗鋼多，結構龐大、傳熱差、漏風多，因而已基本被管式和回轉式所代替，這里主要介紹管式。在管式空氣預熱器設計時，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，防止焊接時出現變形?？疹A器的布置方式不同，對空氣和煙氣的流速會產生一定的影響。在空預器設計時，管徑大小決定管子使用的數量以及排列方式，并且會對運行效率、安全性以及經濟性產生一定的影響。在空預器設計時，除了運行效率以及經濟性的因素外，還應該考慮在不同的運行參數下，對受熱面所產生的磨損、腐蝕等現象，在設計時就應該對結構布置、管材等因素進行綜合考量，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。所以應該根據空預器以及鍋爐系統的實際情況，選擇適宜的設計方案。

3 結束語

省煤器和空氣預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，起到節能降耗的作用，降低鍋爐排煙熱損失，提高鍋爐綜合運行效率。由于省煤器和空氣預熱器所處的位置比較特殊，所以其運行狀態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象的發生，應該根據鍋爐的實際運行狀況，有針對性的進行優化設計，最大程度的保證尾部受熱面的運行效率和安全性，從而提高鍋爐運行的可靠性和安全性。

參考文獻

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