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摘要：本文针对现在电站锅炉尾部烟道排烟温度偏高，同时空气预热器容易出现积灰、腐蚀以及漏风等问题，提出对空气预热器进行热管改造以提高锅炉整体效率。本文仅就热管式换热器的原理以及对其工作特点以及电站锅炉进行热管式换热器改造进行了讨论。
关键词：热管；空气预热器；电站锅炉
1.电站锅炉运行中空气预热器出现的问题
由于电站锅炉现在运行过程中受到制粉系统运行状况、煤种变化、锅炉燃烧配风方式等的影响，在尾部烟道受热面处容易出现积灰、腐蚀以及漏风等问题。为了避免出现上述问题，最直接的方式就是提高空气预热器入口风温，即采取使用热风再循环或暖风器加热风机入口冷空气温度，但是这又会造成锅炉排烟温度偏高,对锅炉运行指标以及其经济性不利。
利用热管式换热器管壁温度接传热工质的饱和温度，高于烟气中水蒸汽的露点温度，能有效防腐以及防止堵灰。同时热管换热器无须额外热源，安装简单，比较适合电站锅炉的空气预热器改造工作。
2.热管工作原理和构造
热管换热器的工作原理就是利用换热介质在液态和气态之间连续变化，通过在热段吸热液态蒸发为气态，自动上升到打冷段，在冷段放热由气态变为液态，其中利用的原理就是换热介质在液态和气态之间两相变化时吸收和释放气化潜热，同时换热介质气态下密度低于液态，无须外部强制自动自热段运动至冷段，又冷凝后自冷段回热段重复下一次循环加热。
热管换热器分为整体式和分体式两种。
整体式热管换热器（如图1），热管换热器为在一根金属管内灌注换热工质，内部抽出一定真空后两端封闭。当热管受热时，即可发生下列物理过程：液态工质吸热蒸发→蒸汽自然上升流动→气态工质放热冷凝→凝结液向下回流。
通过重复上述过程，就可以将热量源源不断的自高温吸热段传至低温放热段。由于热量传递主要是依靠换热工质蒸发与凝结时的气化潜热，因此可以在较低的温差下进行大热量交换。
分离式热管换热器（如图2），由两组并联管排组成，通过蒸发管和回流管连接形成闭合回路.
3.热管换热器的特点
相比于管式空气预热器，热管式换热器具有以下特点：
由于热管式换热器换热时，烟气和空气都在管外，故可以方便地实现烟气侧以及空气侧的表面翅化，加强换热能力。热管式换热器具有导热能力强，换热量大的特点。尤其在气体-气体的换热过程中，加入热管式换热器更能体现热管式换热器的优势。
由于热管式换热器是利用内部换热工质（一般采用水）的相变进行传热，因此换热器整体均温性较好，不易出现局部换热恶化，有较强的环境适应能力。热管式换热器相比传统的管式空气预热器其管壁温度可以提高20℃左右，，能有效避免管壁低温腐蚀。
热管式换热器分别在空气和烟气通道内换热，然后通过蒸汽管和凝结回流管连通回路，可以将空气和烟气有效隔离，使得换热器漏风系数大大降低，同时不会受运行时间影响而加大。
热管式换热器是烟气在管排外横向冲刷换热，换热能力大于传统管式空气预热器烟气在管内纵向冲刷。
热管式换热器无须额外的辅机设备，结构简单，维修方便。
4.利用热管式换热器改造电站锅炉
利用热管式换热器对电站锅炉进行改造可以有效防止积灰以及低温腐蚀，同时也可以控制排烟温度以保证锅炉效率。
利用分离式热管换热器对锅炉尾部烟道进行改造（如图3），将热管换热器吸热段布置在烟道内，放热段布置在风道内，两者通过蒸汽管和回流凝结水管形成闭合回路。蒸汽管上加装调节门以调节热管式换热器换热量，加装关断门以便检修隔离；回流凝结水管上加装关断门以便检修隔离，同时通过三通加装补水门以及逆止阀，保证在热管式换热器运行过程中可以临时补充换热介质。此外，对于热管式换热器内部维持真空的问题可以通过以下几种方式解决：
第一种：吸热段内补充足够的换热工质，打开蒸汽管和回流管的关断门，全开蒸汽调节门，打开排气门。在锅炉运行是，通过利用放热段内的蒸汽将热管式换热器内的空气排空，同时缓慢利用补水管补水。等到将热管内空气排空后，先关闭补水门再关闭排空门。这样就可以在热管式换热器内形成一定的低压环境，保证换热器的效率。这种方法简单易行，容易操作，但形成的负压较低，而且需要锅炉运行后方可操作。
第二种：打开蒸汽管和回流管的关断门，全开蒸汽调节门，打开排气门。通过补水管对热管式换热器进行补水直至排空门见到稳定持续的水流，关闭补水门和排空门，打开放水门。通过外加辅助设备抽取热管式换热器内的工质，使换热器内达到一定真空。这种方法无论锅炉运行与否都可进行，而且抽取真空度可以控制，同时可以利用在非水换热工质的热管式换热器上，但需要增设辅机，加大运行成本。
第三种：类似于第一种方法，打开蒸汽管和回流管的关断门，全开蒸汽调节门，打开空气门和补水门，首先通过补水门补充蒸汽（可以来自于启动锅炉或低压辅汽联箱）直至热管式换热器内充满蒸汽，即将空气排除干净，然后再进行补水。补充到足够换热工质后，关闭补水门和排空门，待热管式换热器冷却后即可形成真空。
结论:
综上所述，热管式换热器具有无漏风或少量漏风，腐蚀速度低，具有防堵灰性能，磨损和检修量小，具有可调特性的特点。同时利用热管式换热器对电站锅炉进行改造可以有效解决管式空气预热器积灰、低温腐蚀以及锅炉排烟温度高的问题，可以减少甚至停止暖风器或热风再循环的投入，有利于锅炉经济运行。
因此在疆内火电机组中，推广利用热管式换热器进行锅炉技术改造有着良好的前景。
论文作者:耿超1,冯豆1,王松2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/11
标签：换热器论文; 管式论文; 锅炉论文; 工质论文; 预热器论文; 换热论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2017年第27期论文;