加熱爐空氣預(yù)熱器都存在不同程度的低溫腐蝕和積灰堵塞的問題, 本文介紹了低溫腐蝕和積灰堵塞的原理, 并對熱管式空氣預(yù)熱器與水熱媒式空氣預(yù)熱器性能進行比較。
在煉廠的生產(chǎn)裝置中加熱爐是重要耗能設(shè)備,約占全廠能耗的30%～60% , 提高加熱爐的效率一直是煉廠節(jié)能工作的重點, 其中采用各種余熱回收設(shè)備( 如空氣預(yù)熱器、省煤器等) 回收煙氣低溫余熱,降低加熱爐排煙溫度是*有效的節(jié)能手段。但煉廠的空氣預(yù)熱器普遍存在二個問題, 一是低溫露點腐蝕問題, 二是積灰堵塞。這些問題使加熱爐難以長周期、安全、高效運行, 成為提高加熱爐熱效率亟待解決的難題。本文對目前市場較為流行兩種空氣預(yù)熱器的性能進行比較, 希望能對空氣預(yù)熱器的選型提供依據(jù)。

1 空氣預(yù)熱器技術(shù)簡介

1. 1 熱管空氣預(yù)熱器
熱管通過在全封閉真空管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量, 具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、可控制管壁溫度等一系列優(yōu)點。熱管空氣預(yù)熱器由熱管、隔板、外殼三部分組成。工作時熱煙氣在隔板下側(cè)與熱管接觸換熱, 熱管將煙氣中的熱量傳給隔板上側(cè)的空氣, 熱空氣用于助燃, 從而提高熱效率。
1. 2 水熱媒空氣預(yù)熱器
利用水在提高系統(tǒng)壓力時汽化溫度也相應(yīng)提高的原理, 將中壓除氧水( 1. 8MPa- 2. 2 M Pa) 作為載熱體, 建立一個封閉循環(huán)的能量回收體系。熱水泵提供動力, 熱媒水在煙氣換熱器、空氣換熱器中循環(huán),回收加熱爐煙氣的余熱, 將空氣加熱。

2 低溫腐蝕及積灰原理

2. 1 低溫露點腐蝕的發(fā)生
燃料中的S 燃燒生成SO2 , 在富氧環(huán)境下SO2 的2% - 3%要轉(zhuǎn)化為SO3, SO3 與煙氣中的水蒸汽生成硫酸蒸汽。硫酸蒸汽的存在使煙氣的露點顯著升高。據(jù)一些資料介紹: 當(dāng)SO3 含量達到10mg / L 時, 煙氣露點溫度上升至100℃以上。煙氣中SO3 越高, 露點溫度也越高, 當(dāng)SO3 含量達到 50mg / L 時, 煙氣露點溫度不再上升, 達到極限160℃左右。
2. 2 灰垢分為疏松灰和粘性灰疏松灰可通過吹灰去除。
當(dāng)空氣預(yù)熱器低溫段管壁處于煙氣酸露點范圍內(nèi)時, 壁面沉積一層“酸水”, 它在腐蝕管壁的同時又吸附煙氣中的灰分, 形成堅硬的粘性灰很難清除. 嚴重積灰使壁溫下降, 凝結(jié)更多的酸液, 形成惡性循環(huán)。

3 實際生產(chǎn)中的各項因素對煙氣露點的影響煙氣露點溫度是不斷變化的, 燃料中S 含量增加、處理量提高、過?？諝饬吭黾佣紩岣呗饵c溫度。
4 控制空氣預(yù)熱器壁溫的重要性控制壁溫使之高于煙氣露點溫度是降低腐蝕的有效手段。雖然煙氣側(cè)積灰仍然存在, 但是灰垢無粘性而成“干”態(tài), 這就為清除積灰創(chuàng)造了有利條件。

4. 1 熱管式空氣預(yù)熱器壁溫
根據(jù)計算, 熱管式空氣預(yù)熱器壁溫大致等于煙氣溫度和空氣溫度的平均值, 在實際生產(chǎn)中小于平均值, 當(dāng)積灰嚴重時約等于空氣側(cè)溫度。
然而在中國北方地區(qū), 冬季生產(chǎn)時, 對于熱管式空氣預(yù)熱器壁溫的控制存在較大難度。以呼和浩特為例, 冬季平均溫度可達到- 20℃左右。低溫空氣會使空氣預(yù)熱器壁溫降低, 使熱管式空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)結(jié)露的可能性增大, 導(dǎo)致積灰, 進而使排煙溫度提高。熱管式空氣預(yù)熱器壁溫?zé)o法實時調(diào)整, 所以夏季與冬季生產(chǎn)工況會有很大不同。
4. 2 水熱媒式空氣預(yù)熱器壁溫
通過調(diào)節(jié)熱媒水副線量, 水熱媒空氣預(yù)熱器壁溫能控制在130℃附近( 這是通常認為的可避開煙氣露點的壁溫) 。但在冬季由于燃料量增多, 富氧環(huán)境增強, H2SO4 濃度提高, 使煙氣露點顯著提高。而且H2SO4 與金屬的反應(yīng)時, 金屬溫度高則腐蝕速度加快。所以水熱媒空氣預(yù)熱器一旦開始腐蝕則反應(yīng)速度會進一步加快。因而水熱媒空氣預(yù)熱器仍有發(fā)生低溫腐蝕的風(fēng)險, 并非如廠家介紹能避開煙氣露點。所以無論何種空氣預(yù)熱器, 低溫腐蝕無法避免,且冬季出現(xiàn)的腐蝕程度要高于夏季。另外冬季的低溫空氣還會使進入爐中的空氣量增多, 即過?？諝庠龆? 這是富氧環(huán)境增強的原因。下表為《常減壓裝置 2009 年能耗周報》, 可看出冬季過剩空氣系數(shù)要高于夏季。