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8第八章省煤器和空气预热器

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8第八章省煤器和空气预热器

摘要：省煤器和空气预热器是现代锅炉系统中重要的辅助设备，它们在提高锅炉热效率、降低能源消耗和减少环境污染方面发挥着重要作用。本文首先介绍了省煤器和空气预热器的基本原理和结构，然后详细分析了它们在锅炉系统中的应用及其对锅炉性能的影响。通过对国内外相关研究文献的综述，探讨了省煤器和空气预热器的设计与优化方法，最后提出了提高省煤器和空气预热器性能的建议。本文的研究成果对提高锅炉系统的热效率和能源利用效率具有重要的理论意义和应用价值。

随着社会经济的快速发展，能源消耗和环境污染问题日益突出。锅炉作为工业生产和生活中重要的热能转换设备，其能源利用效率直接关系到能源消耗和环境污染的程度。提高锅炉热效率、降低能源消耗和减少环境污染已成为锅炉技术研究和应用的重要方向。省煤器和空气预热器作为锅炉系统中的辅助设备，在提高锅炉热效率、降低能源消耗和减少环境污染方面具有重要作用。本文旨在通过对省煤器和空气预热器的研究，为提高锅炉系统的热效率和能源利用效率提供理论依据和技术支持。

一、1.省煤器和空气预热器概述

1.1省煤器的基本原理与结构

(1)省煤器是一种热交换设备，其主要功能是通过利用锅炉排烟余热来预热给水，从而降低燃料消耗和提高锅炉热效率。其基本原理是利用烟气中的热量，通过热交换器将热量传递给给水，使给水温度升高，减少燃料燃烧所需的热量。省煤器的设计通常采用逆流布置，即烟气流向与给水流向相反，这样可以最大限度地提高热交换效率。

(2)省煤器的结构主要包括壳体、管束、进出口管道、烟道和支架等部分。壳体通常由钢板焊接而成，用于容纳管束和烟气通道。管束是省煤器的核心部分，由若干根细长的管子组成，管子内部流动给水，外部则与烟气进行热交换。进出口管道连接省煤器与锅炉本体，烟道则用于引导烟气通过省煤器。支架用于支撑整个省煤器结构，确保其在锅炉中的稳定运行。

(3)省煤器的管束设计对热交换效率有很大影响。常见的管束形式有列管式、螺旋管式和翅片管式等。列管式管束结构简单，制造方便，但热交换效率相对较低。螺旋管式管束可以提高热交换面积，增强传热效果，但制造难度较大。翅片管式管束通过增加翅片面积，进一步提高了热交换效率，但成本较高。在实际应用中，根据锅炉的具体工况和热交换需求，选择合适的管束形式至关重要。

1.2空气预热器的基本原理与结构

(1)空气预热器是锅炉系统中的一种高效预热设备，其主要作用是利用锅炉排烟中的热量预热进入锅炉的空气，从而提高燃烧效率，降低燃料消耗。其基本原理是利用烟气与空气之间的温差进行热交换，将烟气中的热量传递给空气，使空气温度升高，从而提高燃烧温度，增加燃烧效率。

以某电厂300MW汽轮机组为例，该机组使用的空气预热器采用回转式结构，其热交换面积为1500平方米。在正常运行情况下，烟气温度约为350℃，空气温度约为20℃，通过空气预热器后，空气温度可提升至约100℃。根据热交换原理，空气预热器可以将烟气中的热量传递给空气，热交换效率约为85%。假设该电厂年运行时间为8000小时，则空气预热器每年可节约标准煤约5000吨。

(2)空气预热器的结构主要包括壳体、换热元件、烟道、空气分配器和排风管道等部分。壳体通常由耐高温、耐腐蚀的钢板焊接而成，用于容纳换热元件和烟道。换热元件是空气预热器的核心部分，常见的换热元件有管式、板式和翅片管式等。管式换热元件结构简单，但传热效率较低；板式换热元件传热效率较高，但易积灰；翅片管式换热元件在提高传热效率的同时，也增加了空气流动阻力。

以某钢铁厂1.2MW链条炉为例，该炉使用的空气预热器采用管式换热元件，换热管采用φ38×3的无缝钢管，管间距为60mm。在运行过程中，烟气在管内流动，空气在管外流动，通过换热管壁进行热交换。该空气预热器的热交换面积为100平方米，烟气温度从350℃降至约150℃，空气温度从20℃升至约100℃。根据实验数据，该空气预热器的热交换效率可达80%。

(3)空气预热器的性能受到多种因素的影响，如换热面积、气流速度、烟气温度、空气温度等。在设计和运行过程中，需要综合考虑这些因素，以实现最佳的热交换效果。例如，在烟气温度较高的情况下，应适当增加换热面积，以提高热交换效率；在空气温度较低的情况下，应适当提高烟气温度，以充分利用烟气中的热量。

以某水泥厂4.5MW旋风炉为例，该炉使用的空气预热器采用翅片管式换热元件，换热管采用φ38×3的无缝钢管，翅片间距为10mm。在运行过程中，烟气温度约为400℃，空气温度约为25℃，通过空气预热器后，空气温