文 献 综 述

1.课题背景

空气预热器是锅炉中不可缺少的组成部分，其作用是利用锅炉燃烧产生的烟气中的余热，加热助燃空气，降低排烟温度，从而提高锅炉效率。空气预热器分为管式和回转式。 管式预热器在CFB 锅炉、200MW 以下锅炉中仍在使用。

管箱预热器工作原理：较为简单，烟气从管箱外部流经，空气从管箱内部通过，通过温差不同传热。与省煤器、过热器等原理相同。

回转式预热器的工作原理是:预热器转子部件由数万计的传热元件组成，当空预器缓慢旋转，烟气和空气逆向交替流经空气预热器。蓄热元件在烟气侧吸热，在空气侧放热，从而达到降低锅炉排烟温度，提高热风温度的预热作用。

空气预热器的正常运行方式:远方启动,盘车润滑油泵运行一盘车运弓渺是患瞥润滑油泵运行叶主电机运行叶停盘车电机。 (2)主电机跳闸联启备用主 联锁投电机:主电机跳叶备用主电机润滑油泵运行”备用主电机运行。 (3)锅炉大联锁:#l空气预热器主电机、备用主电机停运妙跳#l送风机、#1引风机。#2空气预热器主电机、备用主电机停运瞥跳#2送风机、#2引风机。#l空气预热器主电机、备用主电机停运和#2_备用主电机停运、备用主#1送风机、#l引风机、#2送风机、#2引风机。

螺纹槽管是一种有效的强化换热管型,由于螺纹槽管的粗糙表面,可以有效地防止烟气在管内积灰而造成换热能力的下降,可以提高壁温以避免低温腐蚀,与光管相比还可以提高换热器的紧凑性,因此螺纹槽管已经应用于多种换热设备,如空气预热器、高压加热器、省煤器和冷凝器等。

螺旋槽纹管是一种优良的高效异形强化传热管件，对管内单相流体的换热过程有明显的强化作用。管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中显著提高管内外的传热系数，起到双边强化的作用.。用滚轧冷加工的方法，可在光管壁上加工出各种不同的螺旋槽。与其它异形管相比，制造工艺较简单，加工方便，与阻力增加幅度相比，传热能力提高较大。

螺旋槽纹管用于强化管内外单相流体之间传热和蒸发与冷凝的相变传热。以单相流体之间的传热为例，当流体在管内流动时，受螺旋槽纹的引导，使得靠近壁面的部分流体顺槽旋流，有利于减薄边界层厚度。还有一部分流体顺壁面轴向流动，通过螺旋槽纹凸起处产生轴向旋涡而引起边界层分离，使传热热阻减小。螺纹槽纹管是将光滑管在车床上轧制而成，主要结构参数有槽深e、螺距P和螺旋角卢，可分为单头和多头［1-5］。

2.运行特性及故障分析

在锅炉投产及运行中多次发生空预器电流大幅度晃动的现象, 这主要是由于空预器动静部发生轻摩擦所致, 对此, 可采取以下处理措施:( 1) 开炉前必须及早投入空预器运行, 这样一方面可以提前发现空预器是否存在问题, 另一方面可以防止在起停炉过程中烟温过高, 引起空预器变形。( 2) 锅炉正常运行中应严格控制烟温的变化速度, 在升降负荷过程中严格控制锅炉烟气的升温降温速率, 以免造成空预器受热变形。( 3) 在室外下雨及天气温度变化时, 空预器的外壳温度会随之变化, 此时也会引起空预器电流的晃动,在这种情况下, 应注意电流的变化趋势。受热面回转

式空预器应有可靠的保温及防雨设施, 以保证下雨及气温低时空预器外壳温度不急剧冷却。( 4) 预器设置有蒸汽吹扫装置, 吹扫之前应充分进行疏水, 防止未疏尽水对空预器转子进行冷却。( 5) 设置烟温报警, 发现问题及时调整。( 6) 停炉后空预器不能停运过早, 否则会造成转子受热变形［6］。

回转式空气预热器漏风率偏大的形成原因如下：空气预热器间隙自动调整装置不能正常投入，固定密封使用寿命短，下部径向密封间隙过大，部分静密封设计欠佳，预热器传热元件堵灰严重。

漏风改造方案如下：改变仓格结构，对径向密封改造，对旁路密封改造，内环向密封进行改造，对轴向密封改造［7-9］。

空气预热器堵灰的原因分析：( 1) 空气预热器管箱之间密封不严或多根钢管断裂, 冷风漏到烟气侧, 致使管箱内局部产生微正压, 烟气流通性降低, 飞灰颗粒浮积在管箱内。长期下去, 积灰越积越多。( 2)发生低温腐蚀, 形成黏聚性积灰, 并造成通烟气的管道内壁不光滑, 容易积灰。同时, 积灰黏度变大、层度加厚, 不但降低了预热温度, 也扩大了积粘性灰的区域, 加速积灰、结垢的速度。( 3)管道内部烟气温度低, 烟气中的水蒸汽含量多、湿度大, 飞灰粘在管道内壁上。( 4) 烟气流速不够(低于3m / s), 带不走大颗粒的飞灰, 使部分飞灰堆积在管子的背风面。一般需手工方法进行清除。( 5) 锅炉实际煤种严重偏离设计煤种, 造成锅炉产生的飞灰过多, 没有被烟气带走的飞灰便慢慢地聚集在管道内。预防措施如下：对空气预热器进行查漏, 及时消除漏风点。提高空气预热器受热面的壁温。随时切换# 4锅炉送风机入口的室内、室外风, 以控制空气预热器的入口风温, 从而保证空气预热器的出口烟温。严密监视# 4锅炉各段烟温的变化。积极调整燃烧, 减少烟温偏差; 合理配风,使风速均匀, 保证烟气流速变化不大; 减轻松散积灰, 维持动平衡状态。加强尾部烟道部位的吹灰工作等［10-16］。

防腐蚀措施如下：确定烟气露点，更新设计，通过调节操作严格控制排烟温度，控制过剩空气系数，降低烟气中水蒸气分压，采用高效节能燃烧器，作好保温工作，清洗管束，避免风机故障［17］。

震动和噪声原因分析：当气流横向冲刷空气预热器管束时,会在圆管的背面产生一个个旋涡, 在气流作用下, 旋涡从圆

管脱落, 形成卡门旋涡, 旋涡的脱落频率即为卡门旋涡频率,当旋涡频率接近通道内气柱的固有频率时, 卡门旋涡会激起气柱的振动, 形成共振。另外空气预热器的外壳护板厚度太薄, 不够牢固, 也是振动的原因之一。消振的办法和措施：防止管式空气预热器因卡门涡流激起振动的措施是在气柱振动工波峰和波谷处加装隔板, 使气柱失谐消除振动。在空气进出口处间隔拆除几根管子, 消除振动和噪声也很有效［18-19］。

预防着火的措施：（1）空气预热器气动马达完好，并已投入连锁，在空气预热器主电机跳闸的情况下投入运行。（2）进行全面的各部间隙及摩擦情况检查，分析空气预热器受热变形情况，消除冷热端密封装置摩擦和不平整焊接部位，防止产生卡涩而使转子停转。（3）启动时间和低负荷运行时间不宜过长，油枪出力合适，煤粉细度合适。（4）增设专用空气预热器、吹灰器蒸汽管路，改善吹灰器的吹灰效果，保证吹灰蒸汽参数满足要求。（5）增加专用空气预热器消防系统，防止火势扩大。（6）采取积极措施，清除蓄热体的污染，增加专用空气预热器蓄热体碱液清洗系统。（7）运行人员精心调整系统［20-25］。

3.发展前景与研究意义

管式空气预热器属常规间隔式换热器。考虑到积灰、磨损等问题, 一般使烟气走于管内, 空气走于管外。由于烟气在管内作纵向冲刷, 扰动较小, 所以换热能力相对较小。但管式空气预热器因其结构简单、工作可靠、制造、安装和维护方便而得到广泛应用。

目前对螺旋槽纹管的强化传热研究从理论到实际已达到了较高的水平，进一步从理论上阐明螺旋槽纹管的强化传热机理，掌握螺旋槽纹管在不同场合下传热的定量规律，使整理出的关联式具有较大的通用性，优化螺旋槽纹管的几何尺寸使之具有良好的传热与流体力学综合性能将是今后研究的主要内容 随着计算机技术和计算方法的发展，数值模拟和实验相结合，对于促进螺旋槽纹管的研究将会产生重要影响［26-30］。

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﹙1﹚课题内容

螺纹槽管式空气预热器设计内容：设计一台预热空气的螺纹槽管式空气预热器。通过设计，熟悉和了解螺纹槽管式空气预热器的设计方法，增强对螺纹槽管式空气预热器的认识；学习设计中涉及的各种参数的选取方法，掌握螺纹槽管式空气预热器的热力计算。

﹙2﹚原始数据参数

烟气: 入口温度: 320℃, 出口温度: 180℃, 微正压; 空气: 入口温度: 20℃, 出口温度: 120℃, 流量: 12000NM3/h, 微正压

﹙3﹚采用的研究手段

查阅文献资料: 要求查阅有关管壳式换热器设计，螺纹槽管的工程应用和相应的标准手册，以及相关的传热学、流体力学等方面的文献资料。热力计算, 阻力降计算，结构设计，图纸绘制，整理资料，撰写设计论文。