锅炉空气预热器及辅助设备改造实践

杨进

贵州西能电力建设有限公司  贵州 贵阳  550081

摘要：目前，我国在线运行的300MW以上机组的空气预热器大多为回转式空气预热器。为了满足国家对环保的要求，实现超低排放，大部分机组都增加了脱硝系统。选择性催化还原SCR技术的投入，使得传统回转式空气预热器的堵塞更加严重，定期吹灰清洗无法彻底解决堵塞问题。由于堵塞问题日益严重，回转式空气预热器漏风大、压差高、维护困难等问题更加突出，也降低了锅炉运行的经济性和安全性。要彻底解决上述问题，只有从换热方式和结构上彻底改造空气预热器才有可能实现。

关键词：空气预热器；辅助设备；改造；

通过对锅炉空气预热器及其辅助设备、引风机和送风机轴承箱在日常运行中存在的腐蚀漏风、漏油问题的研究和分析，提出了相应的解决方案，实现了避免空气预热器漏风、引风机和送风机轴承箱漏油的目的，提高了锅炉运行的稳定性。

一、两级空气预热器的改造

1.高温段空气预热器上管板耐磨层的改造。(1)设置耐磨短管的机理。某钢铁设备能源部5#锅炉空气预热器为垂直管，分高温段和低温段两级布置在锅炉尾部对流竖井烟道内，按锅炉纵向和横向中心线分为四个烟气通道。立式预热器是指烟气在管内纵向流动，空气在管外横向洗管。其典型结构由钢管、管板(上、中、下)、框架、连接盖、导流板、壁板、膨胀节和冷热风道连接接口组成。英国物理学家雷诺兹通过实验发现，流体流动有两种形式:层流和湍流。由于内部结构不同，层流和湍流具有不同的能量损失规律。实验结果表明，等颈支管上下游截面的压力损失与层流中截面平均速度的一次方成正比，即h∝v 1.0；湍流与速度的1.75 ~ 2.0次方成正比，即h ∝ v 1.75 ~ 2.0。因此，湍流状态下的流体对管道内壁的磨损要比层流状态下大得多。实验表明，进入垂直管式预热器烟气入口段的气流在湍流区约为160 mm。气流中的灰粒与管道内壁碰撞，造成磨损。由于高温段空气预热器上部处于高温大流量烟气区域，空气预热器上部容易发生上管板腐蚀和脱管。为了消除这个缺陷，这里安装了一个防磨套。(2)安装耐磨层。设计在高温段空气预热器上部安装L=200mm防磨套。耐磨套筒和空气预热器管之间的空间用耐火水泥填充并弄平。当抗磨套管磨损后，耐火水泥形成的抗磨层仍能起到抗磨套管的作用。耐磨套筒的施工要求是:保证耐磨套筒与预热器管的同心度；耐火水泥在浇注时应捣实，以保证足够的强度和耐磨性；耐火材料的上表面应与耐磨套筒的上表面齐平。

2.低温空气预热器的改造。低温段空气预热器由8个管箱组成，分两层堆叠安装在锅炉尾部烟道内。由于煤气含水量高，焦炉煤气含硫量大，低温段空气预热器腐蚀严重，内部烟道腐蚀堵塞，导致锅炉热风压力低至1.3kPa，严重影响锅炉燃烧时的送风。因此，在5#锅炉大修之际，更换了4个管箱。同时，为了提高管箱迎风面的耐磨性，经与厂家协商，管箱迎风面采用不锈钢材质，以提高管箱的耐磨性。

二、自适应热管空气预热器替代回转式空气预热器的可行性分析

1．热管技术的发展。热管是一种具有高等温性能的相变换热元件。热管的高效率在于它利用了工质的潜热，即相变换热。根据热管用途的不同，热管中选用的工质也不同，最典型的工质是水。碳钢重力自然循环热管是工业上最常用、成本最低的热管。随着科技的进步，热管壁采用合金材料，双高导热搪瓷工艺，镍基铬锰合金浸渗工艺，使热管具有耐磨、耐腐蚀、寿命长、避免晶间泄漏的特点。这使得热管在锅炉烟道等恶劣环境中的应用成为可能。

2.热管的工作原理。超导热管(HTHP)是一种通过抽真空的封闭壳体内其内部工质的循环相变来传递热量的装置。其工作原理是:当热量从高温热源传到热管时，热管加热段内的工质立即被激活，吸热汽化成蒸汽。蒸汽瞬间流向热管的另一端，到了另一端，冷了就放出潜热，然后凝结成液体。冷凝后的液体通过传输段流回汽化段，经过循环相变实现传热。超导热管的超强导热系数约为普通金属的1万倍，换热效率高达98%，是任何普通换热器无法企及的。

3.自适应热管空气预热器替代回转式空气预热器的理论可行性分析。为了从根本上解决上述问题，结合多年对热管技术的了解和研究，提出了用热管空气预热器替代回转式空气预热器的设想。首先，回转式空气预热器的空间位置比较狭窄，在空间布局上很难用其他类型的换热器替代回转式空气预热器。热管是相变换热元件，换热效率高，在空间布局上容易实现高效热管空气预热器。其次，热管具有管外换热、寿命长、稳定可靠等特点。 可从根本上解决空气预热器漏风率高、积灰堵塞、压差大、能耗大、换热效果差等问题。第三，采用先进的自适应(即变导热)热管技术和先进的耐磨耐腐蚀材料技术，可以彻底解决回转预热器低温腐蚀、磨损严重、排烟温度调节不好的问题，既节能降耗，又更好地利用了烟气余热，改善和增强了机组安全运行的可靠性。

4.自适应热管空气预热器替代回转式空气预热器的技术可行性分析。研究内容在同省内尚属首次。对于热管的认识，国内普遍停留在普通热管技术的应用上。在电站锅炉和工业余热节能中，碳钢一水重力自然循环热管被用作基本传热元件。这种工艺水平生产的热管，对低温传热、耐腐蚀、兼容性、耐磨性的考虑比较浅。传统粗工艺生产的热管，无论是性能寿命还是机械寿命，都已经不能满足当前机组工况的要求。

三、引风机轴承箱端盖的改造

1.轴承箱漏油分析。锅炉引风机和送风机轴承箱两端的密封端盖一般用三个毡密封圈密封，以密封润滑油。实际使用中发现，轴承箱端盖密封效果不理想，容易造成泄漏，使风机随时出现缺油现象，影响设备安全运行。另外，毡密封圈一旦磨损，更换起来非常不方便。需要拆下风扇罩上部的三角帽和轴承箱上盖，取出一组转子，取下风轮和联轴器，然后取出侧盖更换毛毡；更换后，按相反顺序安装。这不仅会造成大量停工损失，还会增加工人的劳动强度。因此，如何有效防止锅炉引风机和送风机轴承箱端盖漏油一直是相关技术人员面临的难题。

2.轴承箱端盖设计。根据两个端盖的实际结构和润滑油轴向流量的测量，确定漏油的主要原因是两个端盖毡密封厚度不够，级数太小，没有回油孔，润滑油不能有效密封。因此，决定对风扇轴承箱两侧的端盖进行改造：设计了一对小密封盖安装在两侧的盖上，增加了毡密封件的数量，并增加了回油孔以密封润滑油。（1） 首先，对原端盖进行加工改造：将原端盖上的三个油封槽加深2mm，使槽底直径达到146mm，油槽加宽4mm，宽度达到10mm。两侧加毛毡密封，中间留一块作为回油槽。在外端面加工一个深度为3毫米、直径为160毫米的凹台作为定位尺寸，固定安装小密封盖。(2)设计回油孔。回油孔直径为20mm，位于原端盖内腔和第二密封槽之间，使润滑油可以通过回油孔回流到轴承箱内。(3)设计制造外径190mm、厚度25mm的小型密封盖，固定在原端盖外。选择Q235作为材料。在外端面加工一个高3毫米、直径160毫米的凸台，与原端盖的定位槽相配合，保证小密封盖与原端盖的同心度；内孔中间加工有外径为146毫米、槽宽为10毫米的梯形毛毡密封槽，可再次有效阻挡溢出的润滑油。为了保证原端盖和小密封盖的同轴度，加工时需要配套，装配时用M8螺栓固定。组装后的后端盖的整体结构如图1所示。

图1整体装配示意图(单位:mm)

总之，空气预热器改造更换后，解决了锅炉漏风问题，热风压力由1.3kPa提高到2.3kPa，改善了锅炉燃烧状况，减少了燃料不完全燃烧的热量损失。增加耐磨套筒对空气预热器的换热效果没有明显影响，热风温度仍可在350℃左右。轴承端盖密封改造后，解决了箱体漏油问题，减少了润滑油的消耗。通过改造，全燃气锅炉的运行稳定性大大提高，为燃气锅炉的后续改造提供了重要的技术经验支持。

参考文献：

[1]孙慧．CFB锅炉热效率与环保特性及可靠性分析．2019.

[2]杜克锋．浅谈锅炉空气预热器及辅助设备改造实践.2021.