加熱爐空氣預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, 并對熱管式空氣預熱器與水熱媒式空氣預熱器性能進行比較。
在煉廠的生產裝置中加熱爐是重要耗能設備,約占全廠能耗的30%～60% , 提高加熱爐的效率一直是煉廠節能工作的重點, 其中采用各種余熱回收設備( 如空氣預熱器、省煤器等) 回收煙氣低溫余熱,降低加熱爐排煙溫度是*有效的節能手段。但煉廠的空氣預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熱器的性能進行比較, 希望能對空氣預熱器的選型提供依據。

1 空氣預熱器技術簡介

1. 1 熱管空氣預熱器
熱管通過在全封閉真空管內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量, 具有極高的導熱性、良好的等溫性、可控制管壁溫度等一系列優點。熱管空氣預熱器由熱管、隔板、外殼三部分組成。工作時熱煙氣在隔板下側與熱管接觸換熱, 熱管將煙氣中的熱量傳給隔板上側的空氣, 熱空氣用于助燃, 從而提高熱效率。
1. 2 水熱媒空氣預熱器
利用水在提高系統壓力時汽化溫度也相應提高的原理, 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,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 低溫露點腐蝕的發生
燃料中的S 燃燒生成SO2 , 在富氧環境下SO2 的2% - 3%要轉化為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。據一些資料介紹: 當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。
當空氣預熱器低溫段管壁處于煙氣酸露點范圍內時, 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, 凝結更多的酸液, 形成惡性循環。

3 實際生產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、過剩空氣量增加都會提高露點溫度。
4 控制空氣預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。雖然煙氣側積灰仍然存在, 但是灰垢無粘性而成“干”態, 這就為清除積灰創造了有利條件。

4. 1 熱管式空氣預熱器壁溫
根據計算, 熱管式空氣預熱器壁溫大致等于煙氣溫度和空氣溫度的平均值, 在實際生產中小于平均值, 當積灰嚴重時約等于空氣側溫度。
然而在中國北方地區, 冬季生產時, 對于熱管式空氣預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熱器壁溫降低, 使熱管式空氣預熱器煙氣側結露的可能性增大, 導致積灰, 進而使排煙溫度提高。熱管式空氣預熱器壁溫無法實時調整, 所以夏季與冬季生產工況會有很大不同。
4. 2 水熱媒式空氣預熱器壁溫
通過調節熱媒水副線量, 水熱媒空氣預熱器壁溫能控制在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 與金屬的反應時, 金屬溫度高則腐蝕速度加快。所以水熱媒空氣預熱器一旦開始腐蝕則反應速度會進一步加快。因而水熱媒空氣預熱器仍有發生低溫腐蝕的風險, 并非如廠家介紹能避開煙氣露點。所以無論何種空氣預熱器, 低溫腐蝕無法避免,且冬季出現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, 即過剩空氣增多, 這是富氧環境增強的原因。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要高于夏季。