省煤器的作用及结构

7.3.1　省煤器的作用及结构

1.省煤器的作用

省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热给水的一种热交换器。省煤器的作用主要为：

（1）降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。

（2）充当部分加热受热面或蒸发受热面。

如果锅炉的给水不经过省煤器（即不安装省煤器）而直接进入锅筒，由于锅筒内的水温接近饱和温度，而且压力越高，这个饱和温度的数值就越高。这势必导致离开锅炉的烟气温度仍很高。而有了省煤器后，给水先流经省煤器，利用给水和烟气的较大温差进行换热，使烟气充分冷却，降低了排烟温度。值得注意的是，由于采用回热循环可提高电厂的热效率，现代大型锅炉的给水温度也较高，仅利用省煤器已不能充分降低排烟温度了，而需要布置空气预热器。

2.省煤器的分类

按材料，省煤器可分为铸铁式和钢管式；按出口是否沸腾可分为沸腾式和非沸腾式。

铸铁省煤器由一系列外侧带有方形肋片的铸铁管通过180°铸铁弯头串接组成，如图7.37所示。水从最下层排管的一侧端头进入，水平来回流动至另一侧的最末一根管子，再进入上一层排管，如此由下向上流动。烟气则由上向下流动，与水流形成逆流换热。一般水流速不小于0.3m/s，使给水加热过程中产生的O₂及CO₂等气体能随水流带走。铸铁式省煤器的优点是耐腐蚀、耐磨损。

图7.37　组装成的铸铁式省煤器^［11］

（a）圆形鳍片省煤器；（b）方形鳍片省煤器

1—鳍片管；2—弯头

小容量低压锅炉一般都没有装置良好的给水除氧设备，内部易发生氧腐蚀；同时由于给水进省煤器时水温很低，管外壁容易结露，烟气中的SO₃和水蒸气结合形成的酸雾达到露点后就在管外壁形成酸液而发生外部酸腐蚀。因此，大多数小容量低压锅炉都采用铸铁省煤器。但是铸铁省煤器的强度不高，即承压能力低（不大于2.4MPa）。容量较大的低压锅炉及中等参数以上锅炉普遍采用钢管省煤器。

铸铁式省煤器的缺点是不能做成沸腾式。否则易发生水击，损坏省煤器；铸铁省煤器管壁较厚，体积和重量都大；肋片间易积灰、堵灰；弯头多易渗水漏水。

因铸铁较脆，承受冲击能力差，要防止水在铸铁省煤器中汽化而发生水击。故铸铁省煤器又称为非沸腾式省煤器，其出口水温至少应比相应压力下的饱和温度低30～40℃，以保证安全可靠。

铸铁式省煤器已经系列化，设计时可按有关手册选用。

管内介质中的水的放热系数非常大，并且流速的影响不大。流过省煤器（横向冲刷）的烟速应在6～9m/s，以避免严重积灰。为了保证受热面清洁，需布置吹灰器。最好有旁通烟道，水路也有旁通水路。

为了保证和监督铸铁省煤器的安全运行，在其进、出口的管路上安装各种仪表附件。进口装安全阀是为了避免给水管水击，出口装安全阀为了汽化、超压时泄压，放气阀用以启动时排除空气。管路还要考虑省煤器损坏、漏水而在锅炉运行时检修，隔绝省煤器，给水直接进锅筒而设的旁路。

当锅炉点火与停炉时，不进行给水，但高温烟气仍流经省煤器，而使水汽化。为了避免汽化，铸铁省煤器常设烟气旁路，见图7.38。锅炉启动时高温烟气流过旁通烟道而不经省煤器，同时在省煤器出口处引一根管子与水箱相连，此管称为再循环管，锅炉启动时，其中的水与水箱不断循环。

图7.38　铸铁式省煤器的连接系统

1—烟气挡板；2—旁通烟道挡板；3—旁通烟道；4—铸铁肋片管；5—连接弯头；6—烟道挡板；7—安全阀；8—截止阀；9—旁通管；10—安全阀；11—逆止阀；12—疏水管

钢管式省煤器一般都是蛇形管，见图7.39。钢管式省煤器可做成沸腾式，也可做成非沸腾式。管子可错列，也可顺列布置，钢管直径一般在25～51mm，每组高度不超过1.5m，以便于检修和吹灰。蛇形管的平面可平行前墙，也可垂直前墙。当平行前墙时，省煤器受到磨损时更换容易，并且只需更换几排，故多采用。钢管式省煤器中的水速：对非沸腾式不应低于0.3～0.4m/s，以便能带走空气（溶解在水中的受热后析出的气体），避免氧腐蚀；对沸腾式，不低于1m/s，以避免汽水分层。任何情况下不应高于2m/s，否则阻力太大。低压不大于8%p_g（锅筒压力）；高压不大于5%p_g。图7.40示出省煤器蛇形管在尾部竖井中的布置。

对于含灰量高的劣质燃料，省煤器受热面设计应该采用适当的防磨措施，才能有效地解决磨损问题，这除了在省煤器受热面设计中采用大直径的厚壁管和管束作顺列布置外，主要是针对容易引起磨损的部位，装设各种形式的防磨装置，如图7.41所示。

图7.39　钢管式省煤器

1—集箱；2—蛇形管；3—支撑梁；4—定位支架

图7.40　省煤器蛇形管在尾部竖井中布置

（a）垂直于前墙；（b）平行于前后墙，双面进水；（c）平行于前后墙，单面进水

图7.41　省煤器防磨措施

（a）弯头部位加装防磨板；（b）弯头和炉墙之间的防磨阻流板；（c）、（d）弯头和直段部位加装半圆形防磨罩；（e）前几排直管正面焊上圆钢条；（f）直接焊角钢形的防磨罩

图7.42　带扩展表面的省煤器受热面

（a）焊接鳍片管式省煤器；（b）轧制鳍片管式省煤器；（c）膜式省煤器；（d）肋片管式省煤器

近几年来为了进一步强化传热，采用了鳍片管式省煤器和膜式省煤器并取得一定的效果，其结构示于图7.42。鳍片管的成本稍高，而中间焊上2～3mm厚的扁钢成本稍便宜些。

图7.43　再循环工作原理

1—调节阀；2—逆止阀；3—截止阀；4—再循环阀；5—再循环管

无论是鳍片管省煤器还是膜式省煤器大约可增加烟气侧受热面积30%左右，从而降低了单位蒸发量的金属耗量，阻力及积灰也减轻了。

钢管式省煤器可用于任何压力和容量的锅炉，置于不同形状的烟道中。其优点是体积小，重量轻，价格低廉。在钢管式省煤器进口集箱和锅筒之间还应装有不受热的再循环管。在启动过程中，省煤器中预先上满的水受热升温或产生蒸汽，而再循环管中水温较低，形成自然循环来保护省煤器，如图7.43所示。