（南通醋酸纤维有限公司 226001）
摘要：在燃煤机组中，锅炉的空气预热器的运行状况直接影响整台机组的电耗和经济性。但我厂130t/h的燃煤锅炉采用的管式空预器，其耐腐蚀性能较差，易积灰。从而引起传热恶化，空气预热不足，漏风率增大等问题。若腐蚀情况较严重，则必须停炉检修，更换空气预热器换热管道，不仅增加检修工作量，降低锅炉可利用率，也会对公司的整体效益产生不良影响。
关键词：管式空预器；磨损；积灰；腐蚀
一、前言
管式空预器应用很广，常采用立式布置，管内通过烟气、管外通过空气，烟气的热量通过管壁连续传给空气，其优点为结构简单，制造方便，漏风量小；其缺点为体积大，耗材多。我厂空气预热器采用管式立式结构，与省煤器交叉分两级布置，两台中温中压锅炉上级一个行程，下级两个行程；两台高温高压锅炉上级一个行程，下级三个行程。考虑到低温引起的局部腐蚀，将下级最下面的一个行程作成单独管箱，以便于检修更换。各行程之间有连通箱连接，还装有胀缩接头以保证热态可靠运行，在上级空气预热器及下级空气预热器（上部）每只管箱的烟气入口处安装防磨套管，在下级空气预热器（下部）每只管箱的上管板处设有防磨短管。
二、管式空预器运行中磨损的分析
1、磨损的机理
煤粉炉的烟气中带有大量的飞灰粒子，烟气冲刷受热面时，飞灰粒子就不断地冲击管壁，时间一长，管壁因磨损而变薄，强度降低，结果造成管子的损坏。气流对管子表面的冲击有垂直冲击和斜向冲击两种。冲击角（气流方向与管子表面切线方向之间的夹角）为90°时为垂直冲击，小于90°时为斜向冲击。如图5-1所示。
实践和理论都说明，管子上的磨损是不均匀的。例如，当气流横向冲刷管束时，第一排管子的磨损最严重处是偏离管子沿气流方向的中心线30°~40°的地方，如图5-2所示。从第二排管子往后，磨损情况与管束的排列方式有关：错列管以正面迎风，磨损最严重处为α=25°~35°的地方；顺列管以侧面迎风。磨损最严重处为α=60°的地方。显然，磨损最严重的正是冲击力和切向力的综合磨损作用最大的地方。
2、影响磨损的因素
①飞灰速度
磨损量与飞灰速度的三次方成正比。烟气流速增加一倍，磨损量要增加七倍。但是烟气流速降低，会使对流放热系数降低，以致增加了传过一定热量所需要的受热面，而且烟气流速降低，还会增加受热面上的积灰和堵灰。因此，应进行全面的技术经济比较来确定最佳的烟气流速。
②飞灰浓度
飞灰浓度增大，灰粒冲击次数增多，因而磨损加剧。所以，烧多灰分的煤时，磨损严重。
③灰粒特性
灰粒特性的影响也相当大，具有锐利棱角的灰粒比球形灰粒的磨损更严重的多。灰粒越粗、越硬，磨损越重。
④管束的结构特性
管子的排列情况对管子的磨损的影响也很大。烟气横向冲刷时，错列管束的磨损比顺列管束的严重。烟气纵向冲刷时，磨损将大为减轻。
⑤飞灰撞击率
飞灰撞击管壁的撞击率由多因素决定。一般的说，飞灰颗粒大、飞灰比重大、烟气流速快、烟气黏度小，则飞灰的撞击机会就多。
二、管式空预器运行中积灰的分析
1、积灰的机理
松灰的积聚情况，随着烟速的不同而不同，图5-5表示三种烟速下的积灰情况。由图可知，积灰主要积在背风面，迎风面很少。而且，烟速越高，积灰越少，迎风面甚至没有。
灰粒是依靠分子引力或静电引力吸附在管壁上的，而管子的背风面由于有旋涡区，因而能使细灰积聚下来。飞灰颗粒一般都小于200μm，但大多数是10μm~20μm的颗粒。当烟气横向冲刷管子时，管子背风面产生旋涡区，如图5-6所示。由图可知，气体向管子接近时，流动方向改变，然后绕过管子，并在管子的中部（与流动方向成90°角的地方）离开管子壁面，这样，管子的背面产生旋涡运动，将很多小灰粒旋了进去，并沉积在管壁上。
2、影响积灰的因素
①烟气流速
积灰程度与烟气流速有很大的关系。烟速越高，灰粒的冲刷作用越大，因而背风面的积灰越少，迎风面的积灰更少甚至没有。如烟速小于2.5m/s~3.0m/s时，迎风面也有较多的积灰，当烟速大于8m/s~10m/s时，迎风面一般不沉积灰粒。
②飞灰颗粒度
如果粗灰多，则冲刷作用大而积灰轻，如果细灰多，则冲刷作用小而积灰较多。
③管束的结构特性
错列布置的管束迎风面受冲刷，背风面受冲刷也较充分，故积灰比较轻。顺列布置的管束背风面受冲刷时，从第二排起，管子迎风面也不受正面冲刷，因此积灰严重。
三、管式空预器运行中腐蚀的分析
1、烟气的酸露点和低温腐蚀
当燃用含硫燃料时，硫燃烧后形成二氧化硫，其中一部分会进一步氧化成三氧化硫。三氧化硫与烟气中水蒸气结合为硫酸蒸汽。烟气中蒸汽的凝结温度称为酸露点。它比水露点要高很多。烟气中三氧化硫含量愈多，酸露点就愈高，可达140℃~160℃甚至更高。烟气中硫酸蒸汽本身对受热面金属的工作影响不大，但当它在壁温低于酸露点的受热面上凝结下来时，就会对受热面金属产生严重的腐蚀作用。
烟气中的三氧化硫量是很少的，但是极少量的三氧化硫，就会使烟气露点提高到不允许的程度。
2、影响低温腐蚀的因素
低温腐蚀与烟气露点（即硫酸露点）有关，如果烟气露点很低，腐蚀就不容易发生；如果烟气露点很高，腐蚀就不易避免。烟气中硫酸蒸汽量加多，既提高烟气露点，又增多硫酸凝结量，因而提高了腐蚀程度。硫酸蒸汽量决定于三氧化硫量，所以说三氧化硫量的多少对腐蚀程度有决定性的影响。
烟气中三氧化硫的形成与燃料硫分、火焰温度、燃烧热强度、燃烧空气量、飞灰性质和数量以及催化剂的作用等有关。
①硫分越多则烟气中的三氧化硫越多；
②火焰温度高或燃烧强度大，则火焰中的原子氧增多，因而三氧化硫也多；
③过量空气增加，也会使火焰中原子氧增加，从而增加了三氧化硫量；
④飞灰中有些物质如Fe2O3、V2O5等有催化作用，使SO2再氧化成SO3。
四、管式空预器磨损、积灰及腐蚀的预防措施
1、减轻磨损的积极措施应该是控制烟气流速，尤其是烟气走廊区的烟气流速。但是局部区域烟速过高是难以避免的，所以应在管子易磨损处加装防磨装置，检修时予以更换。
管式空预器的防磨装置如图5-4所示。由图可知，气流进入管口后先收缩后扩张，因而飞灰磨损最严重处是在离管口约300~400mm长的一段内。为保护管子，可在进口处加装一段套管，检修时将磨损的套管换去即可。
2、定期吹灰。尾部烟道受热面应有合适的吹灰装置，并坚持定期吹灰的制度。
3、控制烟气流速。提高烟气流速，可以减轻积灰，但会加剧磨损。为了使积灰不过分严重，在额定负荷时，烟气流速不得小于5m/s~6m/s，一般可以保持在8m/s~10m/s。
4、低氧燃烧。低氧燃烧可以大大减少二氧化硫的量，这样不但露点降低，而且减少了凝结量，使腐蚀减轻。
5、采用热风再循环。提高空预器冷端的壁温，使之高于烟气露点，至少应高于腐蚀速度最快时的壁温，这是防止低温腐蚀最有效的方法。
6、管式空预器冷端采用抗腐蚀材料。用于管式空预器的抗腐蚀管材有铸铁管、玻璃管、09铜管、钛管等。
五、结语
总之，为了保证管式空预器能够安全经济的运行，除了设备材料具有耐腐蚀性外，运行中的燃烧调整与风量的控制也是必须的。
参考文献：
[1]叶江明主编 电厂锅炉原理及设备 第二版 北京：中国电力出版社 2007
[2]杜渐主编 锅炉及锅炉房设备 北京：中国电力出版社 2004
[3]张磊 李广华主编 锅炉设备与运行 北京：中国电力出版社 2007
论文作者:李礼
论文发表刊物:《河南电力》2019年1期
论文发表时间:2019/9/3
标签：烟气论文; 磨损论文; 氧化硫论文; 流速论文; 露点论文; 管式论文; 预热器论文; 《河南电力》2019年1期论文;