管式空预器二三事

  2023-11-03         0次

空气预热器是锅炉的重要节能装置，直接影响锅炉的安全可靠性和经济性。

一直以来锅炉多采用管式空气预热器，只是随着 300MW 及以上容量机组的出现，由于烟气量、烟气的温 降以及烟气-空气换热量在全部换热量所占的比例等随着锅炉容量的增加而显著增加，并期望更小的换热端差，为了解决管式预热器体积过大布置困难、阻力和造价大幅度增加的问题，在大机组上才逐步采用了回转式空气预热器取代常规管式空气预热器，

即使如此，由于管式空气预热器低泄漏、高安全可靠性、低运行及维修成本和长寿命等具有回转式空气预热器不可比拟的优势，使得300MW循环流化床锅炉和200MW及以下机组仍然多采用管式空气预热器，为数众多，提高其安全可靠性和经济性就显得非常必要。

管式空气预热器的换热管主要采用光管,少量采用螺旋槽管,为解决低温腐蚀问题，有低温段采用 ND 钢或者搪瓷管，极少量采用玻璃管。热管空气预热器因为热管失效（通常 4 年左右）、磨损和积灰等原因，已经很少采用；螺旋槽管由于易磨损等原因，也已很少采用，本文重点介绍常规光管式管式空气预热器的改造。

1.管式空气预热器存在的问题及原因 

管式空气预热器主要存在磨损、积灰、低温腐蚀（结垢）和硫酸氢铵堵塞等问题。

1.1 磨损与积灰：

1）含尘烟气冲刷换热管都会产生磨损，管外烟气横掠的磨损始终大于管内烟气纵向冲刷的磨损。

2）布置方式对磨损与积灰的影响积灰是灰在重力的作用下使灰沉积在换热管表面所致。换热管有卧式和立式布置之分，显而易见，立式布置换热管因重力方向的投影面积最小，积灰自然最少。卧式布置：重力方向的投影面积大，必然存在积灰风险，且只能通过增加烟气流速的方式减少积灰,要低负荷不积灰，就必须选择足够高的烟气流速，高负荷时就必然加速磨损，反之亦然，可见，换热管卧式布置始终存在磨损与积灰的矛盾；停炉过程中的浮灰更是不可避免，一旦清灰不干净就易形成灰的板结，就会形成烟气走廊，就会加剧磨损。卧式布置只能通过降低烟气流速来降低磨损风险，因此，必须设置吹灰器。立式布置：理论上换热管重力方向投影面积为零，没有干灰沉积的风险，由此而化解了磨损与积灰的矛盾。当管内烟气时，粉尘流动方向与管壁平行，最大限度减少了磨损风险，但管口有磨损风险，这可以通过将易磨损管口部分的换热管伸出管板外（设置防磨整流管，简称防磨套管）的方式解决，即使管口磨损也不影响换热器的正常使用；当管外烟气时，可1 / 6通过降低烟气流速方式降低磨损风险，但流速降低换热能力和阻力也降低。立式布置可不设吹灰器。

1.2 低温腐蚀引起的结垢、积灰与磨损： 

通过低温省煤器等的大量应用，人们已经认识到腐蚀的有限性，当燃煤含硫率≤2.5%时，只要换热管的壁温≥68℃，换热管的使用寿命是有保证的。低温腐蚀必然伴随结垢，就 有积灰和堵塞风险，这会使烟气通流截面减小，烟气流速升高，磨损加剧（磨损与速度的三次方成正比），泄漏又会使冷空气漏进原烟气，低温腐蚀加剧，恶性循环，最终导致换热器换热能力显著降低，阻力升高，排烟温度升高，热风温度降低，既影响锅炉安全，也影响锅炉效率，控制最低金属壁温是防止低温腐蚀的关键，这是最低成本的防腐。

1.3 硫酸氢铵凝结引起的结垢、积灰与磨损： 

要保证脱硝效率，就必须喷入适当过量的氨，有 SO3存在就必然产生硫酸氢铵，并在金属壁温低于 147℃的金属表面形成硫酸氢铵与灰的混合物的结晶，而 SCR 会促成部分 SO2转化成 SO3，使硫酸氢铵堵塞风险加大，随着脱硝装置效率的降低，喷氨量必然增加，硫酸氢铵堵塞的风险进一步增大。

硫酸氢铵在 147℃～220℃范围内呈浓稠的液态，具有很强的吸附性，导致飞灰流动性变差进而在预热器表面沉积，造成空预器局部结垢、积灰、堵塞，使烟气通流面积减小，烟气流速升高，磨损加剧，冷空气漏进原烟气会加速低温腐蚀，恶性循环，既影响锅炉安全，也影响锅炉效率。

精准喷氨和流场优化都很有必要，可以减少喷氨量，降低运行成本，但都不可能消除硫酸氢铵，也就不可避免产生硫酸氢铵堵塞，仅仅是堵塞的程度不同而已，如果停炉后不及时清除，最终也会堵塞。管内出现积灰、结垢和硫酸氢铵堵塞比管外更容易清除，因此，换热管立式布置、管内烟气是防止换热管磨损、积灰与堵塞的最佳布置方式。

1.4 搪瓷管损坏原因分析

1)磨损基于尾部烟气自上而下、卧式布置换热器比立式布置换热器换热能力更强、最低管壁温度更高和管外搪瓷易于加工等原因，搪瓷管多采用卧式布置，管外烟气的横向冲刷，加剧了粉尘对管壁的磨损，尽管搪瓷材料的主要成分 SiO2有比钢管更高的硬度，但是，灰的主要成分是 Al2O3和 SiO2，且 Al2O3的硬度高于 SiO2，因此，搪瓷管的抗磨能力十分有限，仅仅略优于普通碳钢而已，不能保证长期耐磨。

2)腐蚀搪瓷材料的抗腐蚀能力是建立在搪瓷层完好基础上的，由于搪瓷与金属材料的物性差异大（膨胀系数不同、密着力有限），加上制造、安装、使用和必然存在磨损等多种因素，难 以保证搪瓷层一直完好，也就难以保证不低温腐蚀，管口焊接处的搪瓷层也会损坏，尤其是搪瓷层会增加烟气侧换热热阻，会降低管壁温度，使硫酸析出的风险加大，一旦搪瓷层损坏， 2 / 6其腐蚀速度将高于普通碳钢，此外，由于搪瓷管的换热能力低于普通碳钢管，采用搪瓷管会使排烟温度升高，锅炉效率降低；搪瓷管立式布置、管内原烟气时金属壁温更低，腐蚀风险更大，因此，搪瓷管的抗低温腐蚀能力有限，不能保证长期安全运行，治标不治本。

解决空预器堵灰问题可选用山东泓江自主设计研发的锯震式清灰设备，通过在空预器竖向管排间加装锯齿板，通过PLC控制驱动装置带动锯齿往复运动。由空预器外部输入动力使锯齿上下震动，通过锯齿的上下震动切削管排间积灰，实时在线清理，实现不堵灰的效果，解决了空预器的堵灰问题。