管式空預(yù)器二三事

  2023-11-03         0次

空氣預(yù)熱器是鍋爐的重要節(jié)能裝置，直接影響鍋爐的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

一直以來(lái)鍋爐多采用管式空氣預(yù)熱器，只是隨著 300MW 及以上容量機(jī)組的出現(xiàn)，由于煙氣量、煙氣的溫 降以及煙氣-空氣換熱量在全部換熱量所占的比例等隨著鍋爐容量的增加而顯著增加，并期望更小的換熱端差，為了解決管式預(yù)熱器體積過(guò)大布置困難、阻力和造價(jià)大幅度增加的問(wèn)題，在大機(jī)組上才逐步采用了回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器取代常規(guī)管式空氣預(yù)熱器，

即使如此，由于管式空氣預(yù)熱器低泄漏、高安全可靠性、低運(yùn)行及維修成本和長(zhǎng)壽命等具有回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器不可比擬的優(yōu)勢(shì)，使得300MW循環(huán)流化床鍋爐和200MW及以下機(jī)組仍然多采用管式空氣預(yù)熱器，為數(shù)眾多，提高其安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性就顯得非常必要。

管式空氣預(yù)熱器的換熱管主要采用光管,少量采用螺旋槽管,為解決低溫腐蝕問(wèn)題，有低溫段采用 ND 鋼或者搪瓷管，極少量采用玻璃管。熱管空氣預(yù)熱器因?yàn)闊峁苁Вㄍǔ?4 年左右）、磨損和積灰等原因，已經(jīng)很少采用；螺旋槽管由于易磨損等原因，也已很少采用，本文重點(diǎn)介紹常規(guī)光管式管式空氣預(yù)熱器的改造。

1.管式空氣預(yù)熱器存在的問(wèn)題及原因 

管式空氣預(yù)熱器主要存在磨損、積灰、低溫腐蝕（結(jié)垢）和硫酸氫銨堵塞等問(wèn)題。

1.1 磨損與積灰：

1）含塵煙氣沖刷換熱管都會(huì)產(chǎn)生磨損，管外煙氣橫掠的磨損始終大于管內(nèi)煙氣縱向沖刷的磨損。

2）布置方式對(duì)磨損與積灰的影響積灰是灰在重力的作用下使灰沉積在換熱管表面所致。換熱管有臥式和立式布置之分，顯而易見(jiàn)，立式布置換熱管因重力方向的投影面積最小，積灰自然最少。臥式布置：重力方向的投影面積大，必然存在積灰風(fēng)險(xiǎn)，且只能通過(guò)增加煙氣流速的方式減少積灰,要低負(fù)荷不積灰，就必須選擇足夠高的煙氣流速，高負(fù)荷時(shí)就必然加速磨損，反之亦然，可見(jiàn)，換熱管臥式布置始終存在磨損與積灰的矛盾；停爐過(guò)程中的浮灰更是不可避免，一旦清灰不干凈就易形成灰的板結(jié)，就會(huì)形成煙氣走廊，就會(huì)加劇磨損。臥式布置只能通過(guò)降低煙氣流速來(lái)降低磨損風(fēng)險(xiǎn)，因此，必須設(shè)置吹灰器。立式布置：理論上換熱管重力方向投影面積為零，沒(méi)有干灰沉積的風(fēng)險(xiǎn)，由此而化解了磨損與積灰的矛盾。當(dāng)管內(nèi)煙氣時(shí)，粉塵流動(dòng)方向與管壁平行，最大限度減少了磨損風(fēng)險(xiǎn)，但管口有磨損風(fēng)險(xiǎn)，這可以通過(guò)將易磨損管口部分的換熱管伸出管板外（設(shè)置防磨整流管，簡(jiǎn)稱(chēng)防磨套管）的方式解決，即使管口磨損也不影響換熱器的正常使用；當(dāng)管外煙氣時(shí)，可1 / 6通過(guò)降低煙氣流速方式降低磨損風(fēng)險(xiǎn)，但流速降低換熱能力和阻力也降低。立式布置可不設(shè)吹灰器。

1.2 低溫腐蝕引起的結(jié)垢、積灰與磨損： 

通過(guò)低溫省煤器等的大量應(yīng)用，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到腐蝕的有限性，當(dāng)燃煤含硫率≤2.5%時(shí)，只要換熱管的壁溫≥68℃，換熱管的使用壽命是有保證的。低溫腐蝕必然伴隨結(jié)垢，就 有積灰和堵塞風(fēng)險(xiǎn)，這會(huì)使煙氣通流截面減小，煙氣流速升高，磨損加?。p與速度的三次方成正比），泄漏又會(huì)使冷空氣漏進(jìn)原煙氣，低溫腐蝕加劇，惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱能力顯著降低，阻力升高，排煙溫度升高，熱風(fēng)溫度降低，既影響鍋爐安全，也影響鍋爐效率，控制最低金屬壁溫是防止低溫腐蝕的關(guān)鍵，這是最低成本的防腐。

1.3 硫酸氫銨凝結(jié)引起的結(jié)垢、積灰與磨損： 

要保證脫硝效率，就必須噴入適當(dāng)過(guò)量的氨，有 SO3存在就必然產(chǎn)生硫酸氫銨，并在金屬壁溫低于 147℃的金屬表面形成硫酸氫銨與灰的混合物的結(jié)晶，而 SCR 會(huì)促成部分 SO2轉(zhuǎn)化成 SO3，使硫酸氫銨堵塞風(fēng)險(xiǎn)加大，隨著脫硝裝置效率的降低，噴氨量必然增加，硫酸氫銨堵塞的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增大。

硫酸氫銨在 147℃～220℃范圍內(nèi)呈濃稠的液態(tài)，具有很強(qiáng)的吸附性，導(dǎo)致飛灰流動(dòng)性變差進(jìn)而在預(yù)熱器表面沉積，造成空預(yù)器局部結(jié)垢、積灰、堵塞，使煙氣通流面積減小，煙氣流速升高，磨損加劇，冷空氣漏進(jìn)原煙氣會(huì)加速低溫腐蝕，惡性循環(huán)，既影響鍋爐安全，也影響鍋爐效率。

精準(zhǔn)噴氨和流場(chǎng)優(yōu)化都很有必要，可以減少?lài)姲绷?，降低運(yùn)行成本，但都不可能消除硫酸氫銨，也就不可避免產(chǎn)生硫酸氫銨堵塞，僅僅是堵塞的程度不同而已，如果停爐后不及時(shí)清除，最終也會(huì)堵塞。管內(nèi)出現(xiàn)積灰、結(jié)垢和硫酸氫銨堵塞比管外更容易清除，因此，換熱管立式布置、管內(nèi)煙氣是防止換熱管磨損、積灰與堵塞的最佳布置方式。

1.4 搪瓷管損壞原因分析

1)磨損基于尾部煙氣自上而下、臥式布置換熱器比立式布置換熱器換熱能力更強(qiáng)、最低管壁溫度更高和管外搪瓷易于加工等原因，搪瓷管多采用臥式布置，管外煙氣的橫向沖刷，加劇了粉塵對(duì)管壁的磨損，盡管搪瓷材料的主要成分 SiO2有比鋼管更高的硬度，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，僅僅略優(yōu)于普通碳鋼而已，不能保證長(zhǎng)期耐磨。

2)腐蝕搪瓷材料的抗腐蝕能力是建立在搪瓷層完好基礎(chǔ)上的，由于搪瓷與金屬材料的物性差異大（膨脹系數(shù)不同、密著力有限），加上制造、安裝、使用和必然存在磨損等多種因素，難 以保證搪瓷層一直完好，也就難以保證不低溫腐蝕，管口焊接處的搪瓷層也會(huì)損壞，尤其是搪瓷層會(huì)增加煙氣側(cè)換熱熱阻，會(huì)降低管壁溫度，使硫酸析出的風(fēng)險(xiǎn)加大，一旦搪瓷層損壞， 2 / 6其腐蝕速度將高于普通碳鋼，此外，由于搪瓷管的換熱能力低于普通碳鋼管，采用搪瓷管會(huì)使排煙溫度升高，鍋爐效率降低；搪瓷管立式布置、管內(nèi)原煙氣時(shí)金屬壁溫更低，腐蝕風(fēng)險(xiǎn)更大，因此，搪瓷管的抗低溫腐蝕能力有限，不能保證長(zhǎng)期安全運(yùn)行，治標(biāo)不治本。

解決空預(yù)器堵灰問(wèn)題可選用山東泓江自主設(shè)計(jì)研發(fā)的鋸震式清灰設(shè)備，通過(guò)在空預(yù)器豎向管排間加裝鋸齒板，通過(guò)PLC控制驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)鋸齒往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由空預(yù)器外部輸入動(dòng)力使鋸齒上下震動(dòng)，通過(guò)鋸齒的上下震動(dòng)切削管排間積灰，實(shí)時(shí)在線清理，實(shí)現(xiàn)不堵灰的效果，解決了空預(yù)器的堵灰問(wèn)題。