关于锅炉尾部受热面的设计探讨

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摘 要：受热面是锅炉运行系统中的重要组成部分，主要功能是进行热能转换，将燃料燃烧产生的热量进行转换，从而发挥锅炉的热效率。由于省煤器和空气预热器位于烟道的后方位置，所以称为尾部受热面。尾部受热面的功能主要是保证给水和送风的温度，同时还要降低排烟温度，尾部受热面的运行状况对于锅炉的运行效率有一定的影响。由于其所处位置以及发挥的功能比较特殊，所以在设计时应该从锅炉的整体结构布置以及运行参数等方面综合考虑，优化尾部受热面设计，降低锅炉能源损耗，提高锅炉运行效率。

关键词：锅炉；尾部受热面；设计

由于尾部受热面处于锅炉烟道的后方位置，所以排烟温度相对较低，由此就会因为燃煤质量不佳、运行参数设计不合理或者系统结构设计不科学等原因，造成尾部受热面低温腐蚀、积灰、磨损等现象的发生，缩短尾部受热面的使用寿命，降低运行效率，并且威胁到尾部受热面运行的安全性。所以为了保证尾部受热面运行的稳定性和安全性，需要根据锅炉的运行特点，有针对性地进行优化设计，在保证锅炉高效运行的同时，还能够延长尾部受热面的使用寿命，提高运行的安全性。

1 尾部受热面的设计要求

（1）由于在锅炉烟道尾部的烟气温度相对较低，所以尾部受热面的传热温差较小，为了提高尾部受热面的传热效率，其所消耗的钢铁相对较高，会占据整个锅炉系统的三分之一左右。所以为了控制金属消耗量，就应该对尾部受热面的结构进行优化设计。如果对热空气的温度要求较高时，为了保证空预器运行的安全性，可以将其分成两部分，在与省煤器交错布置后形成双级设计方式。由于锅炉运行对空气温度的要求不同，所以在实际设计时，应该根据空气的温度情况，选择双级布置还是单级布置，既能够保证空气所需的温度，同时又能够节省金属用量、保证尾部受热面\行的安全性。

（2）在尾部受热面的结构设计方面，还应该考虑到空间布置的问题。在长度的设计方面不应该太长，一方面不利于烟道布置，另一方面会对受热面检修产生一定的难度。所以在尾部受热面数量较多且烟道行程较大的情况下，应该考虑将其分成几段，控制好每段的高度与长度，在段与段之间留出足够的空间，为检修提供便利。同时还要布置好检查会吹灰所需的位置，以减少尾部受热面的积灰状况。

（3）锅炉尾部受热面的积灰、磨损以及低温腐蚀是主要问题，也是设计工作主要应该考虑的问题。省煤器遇到的主要问题是积灰和磨损，空预器主要问题除积灰、磨损外，腐蚀也是影响使用寿命以及安全性的重要问题。所以为了减少以上现象的发生，应该合理调整烟气流速，降低烟气中颗粒对受热面的冲撞，加强对清灰装置的改进，提高清灰效率，减少积灰现象的发生。低温腐蚀的预防是锅炉尾部受热面设计中需要重点考虑的问题，可以提高空预器入口处的空气温度，从而减少低温腐蚀现象。还可以控制炉膛燃烧，提高炉膛燃烧的温度，减少过量空气系数，从而降低氧化硫物质的生成量，降低尾部受热面的腐蚀状况。此外，还可以通过调整管式空预器管子的放置方式来减少低温腐蚀，如果将空预器的管子横放，就能够减少管壁与烟气的温度差，腐蚀现象能够有效改善。

2 尾部受热面的结构设计

2.1 钢管式省煤器设计

2.1.1 管径、壁厚以及布置方式设计

钢管一般为20号碳钢，外径为28～42mm，管壁厚度为4～5mm。省煤器大都采用光管，但为使结构紧凑，有的省煤器管子采用鳍片式。对于管子布置方式的设计，为使结构紧凑，并减少积灰，管子多采用水平错列布置，横向相对管距略大于2，纵向相对管距与管子弯头弯曲半径有关，一般取管子的弯曲半径大于1.5～2倍管子外径。也有因管子支吊方便而做成顺列布置的。蛇形管的两端与进水联箱和出水联箱相连，联箱一般均布置在锅炉烟道外面。省煤器管子固定在支架上，支架支撑在横梁上，而横梁则与锅炉钢架相连接。横梁位于烟道内，受到烟气冲刷，为避免过热，多将横梁做成空心，外部用绝热材料包起来，或者把它接到送风系统，用空气冷却。

2.1.2 工质流速设计

在设计省煤器管子时，应该根据工质的流速来确定。管内水的流速不仅会对传热有所影响，同时还会对管壁的金属产生一定的腐蚀。在省煤器管内烟气流动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，因为这种流向能够有效的消除管内的气泡，从而减少因为气泡的存在而对金属壁产生腐蚀或者烧坏。在管子为水平状态时，如果水的流速大于0.5m/s时，则可降低金属发生局部腐蚀现象。在省煤器管子的总数确定后，就能够根据管间的横向间距来确定管簇的横向排数以及每排管子的绕数。省煤器管子的布置方式，不仅会影响到管壁的腐蚀，还会影响省煤器的运行效率，所以一定要注意管子的布置形式。

2.1.3 烟气流速选取

烟气流速对省煤器的结构设计有很大的影响，因为烟气的流速关系到省煤器的磨损和堵灰。如果烟气流速过高，烟气中所携带的颗粒与省煤器的撞击力度就会加大，由此会加剧省煤器的磨损度，降低省煤器的使用寿命。但是如果烟气流速过低，就会使受热面发生堵灰现象，威胁到省煤器运行的安全性。所以应该选取适当的烟气流速，综合燃料的性能以及锅炉自身的运行状况，设定合理的烟气流速，在保证省煤器运行效率的同时，又能够提高省煤器运行的安全性。

2.2 管式空气预热器设计

空气预热器主要有管式和回转式两种类型，有时还遇到一些板式空气预热器，由于它耗钢多，结构庞大、传热差、漏风多，因而已基本被管式和回转式所代替，这里主要介绍管式。在管式空气预热器设计时，选择直径和厚度适宜的管子，其两端焊接于管板，形成立方体受热面。在管子排列时，要注意管间距的控制，防止焊接时出现变形。空预器的布置方式不同，对空气和烟气的流速会产生一定的影响。在空预器设计时，管径大小决定管子使用的数量以及排列方式，并且会对运行效率、安全性以及经济性产生一定的影响。在空预器设计时，除了运行效率以及经济性的因素外，还应该考虑在不同的运行参数下，对受热面所产生的磨损、腐蚀等现象，在设计时就应该对结构布置、管材等因素进行综合考量，在保证余热回收效率的同时，又能够减少对受热面造成的损害。所以应该根据空预器以及锅炉系统的实际情况，选择适宜的设计方案。

3 结束语

省煤器和空气预热器是位于锅炉烟道后方的受热面，主要功能为回收锅炉烟气余热，起到节能降耗的作用，降低锅炉排烟热损失，提高锅炉综合运行效率。由于省煤器和空气预热器所处的位置比较特殊，所以其运行状态会受到很多因素的影响。为了减少尾部受热面磨损、积灰以及低温腐蚀现象的发生，应该根据锅炉的实际运行状况，有针对性的进行优化设计，最大程度的保证尾部受热面的运行效率和安全性，从而提高锅炉运行的可靠性和安全性。

参考文献

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[2]刘强，杨少娟，刘璐.浅谈循环流化床锅炉尾部对流受热面的防磨设计[J].工业锅炉，2015.

[3]张方春，张立廷，李允龙.浅谈锅炉尾部受热面的设计[J].工业锅炉，2011.