空预器类型与堵灰腐蚀之间的关联

  2025-06-04         0次

空预器（空气预热器）的类型对堵灰和腐蚀的影响非常大，不同类型的空预器在结构、传热方式、材料、烟气/空气流动特性等方面存在显著差异，这些差异直接决定了其抗堵灰和抗腐蚀的能力。

以下详细分析不同类型空预器对堵灰和腐蚀的影响：

一、主要空预器类型及其特点

1. 回转式空预器 (Rotary Air Preheater, Ljungström Type)

• 结构特点： 包含一个缓慢旋转（约1-3 RPM）的转子，内部填充蓄热元件（波纹板）。烟气自上而下流经一半转子通道，将热量传递给蓄热板；空气自下而上流经另一半转子通道，吸收蓄热板储存的热量。

• 主要优点： 结构紧凑，体积小，重量轻，换热效率高。

• 主要缺点： 存在转动部件，密封复杂（存在漏风问题）；蓄热元件间隙小，易堵灰；冷端区域（烟气出口/空气入口端）易发生低温腐蚀。

2. 管式空预器 (Tubular Air Preheater)

• 结构特点： 由大量平行排列的钢管组成。烟气通常在管内纵向流动，空气在管外横向冲刷。有立式和卧式两种主要布置方式。

• 主要优点： 结构简单，制造方便，密封性好（静密封），漏风率低，相对不易堵灰（烟气走管内时），耐腐蚀性相对较好（可选用耐腐蚀材料）。

• 主要缺点： 体积庞大，笨重，金属耗量大，换热效率通常低于回转式；管外积灰（空气侧）可能影响传热；卧式布置时，烟气在管内的流速低可能导致堵灰加剧。

二、堵灰影响因素及不同类型空预器的表现

• 堵灰机理： 烟气中的飞灰颗粒在流道内沉积、板结，导致流通面积减小，阻力增大，换热效率下降。

• 关键影响因素：

• 回转式： 通常配备伸缩式蒸汽吹灰器或声波吹灰器，吹灰效果受转子位置、吹灰器覆盖范围、蓄热元件结构影响较大，有时难以彻底清除板结灰。

• 管式： 吹灰相对容易（尤其是烟气走管内时），蒸汽吹灰或压缩空气吹灰能较有效地清除管外（空气侧）或管内（烟气侧）积灰。声波吹灰也常用于管式。

• 回转式： 蓄热元件波纹板之间的间隙非常小（通常几毫米），极易被飞灰颗粒（尤其是粘性灰、大颗粒）堵塞，特别是在流速较低的区域（如转子中心附近）和转向处。堵灰是回转式空预器最常见的问题之一。

• 管式(烟气走管内)： 管内径相对较大（通常30-50mm以上），对飞灰颗粒的容纳能力较强。只要保证足够的烟气流速（一般>10-12m/s），有较强的自吹灰能力，不易堵灰。但如果流速过低（<8m/s）或灰分粘性大，管内堵灰风险会增加。

• 管式(烟气走管外)： 较少见，此时管外间隙更易被灰堵塞，且吹灰困难，堵灰风险很高。

• 流道尺寸与形状：

• 流速： 较高的流速有助于冲刷沉积的灰分。管式（烟气走管内）通过设计保证较高流速；回转式在转子中心区域流速较低，易积灰。

• 吹灰方式：

• 灰的特性： 粘性灰（如高钙、高钠、高碱金属灰）、大颗粒灰更容易导致堵灰，对回转式威胁更大。

三、腐蚀影响因素及不同类型空预器的表现

• 腐蚀机理 (主要是低温腐蚀)： 燃料中的硫燃烧生成SO₂，少量转化为SO₃。SO₃与烟气中的水蒸气结合形成硫酸蒸汽。当受热面金属温度低于硫酸露点温度时，硫酸蒸汽凝结成液态酸，严重腐蚀金属（主要是冷端区域）。

• 关键影响因素：

• 回转式： 复杂的密封结构（径向、轴向、旁路密封）在腐蚀后容易失效，导致漏风急剧增加，进一步降低排烟温度加剧腐蚀，形成恶性循环。

• 管式： 结构简单，静密封，腐蚀对漏风的影响相对较小。

• 回转式： 冷端蓄热元件通常采用耐腐蚀材料（如考登钢Corten Steel、搪瓷镀层Enamel Coating），以延缓腐蚀。但一旦保护层失效，基材腐蚀很快。更换蓄热元件成本高。

• 管式： 冷端管箱和管子可采用更厚的管壁、耐腐蚀材料（如ND钢、搪瓷管、甚至玻璃管）或防腐涂层，更换单根或部分管子相对容易和经济。

• 回转式： 冷端蓄热元件在烟气出口/空气入口端，温度最低。转子连续旋转，冷端元件周期性暴露于冷空气和低温烟气中，其平均壁温通常低于烟气/空气的平均温度（称为“冷端综合温度”），使其更容易达到或低于酸露点，腐蚀风险极高。冷端蓄热元件是腐蚀的重灾区。

• 管式(立式/烟气走管内)： 最冷的区域在烟气出口端（顶部）和空气入口端（底部）。金属壁温更接近烟气或空气的温度。通过合理设计（如提高入口风温、采用卧式布置、双级布置）可以更有效地控制最低壁温，使其高于酸露点，相对不易发生严重低温腐蚀。腐蚀通常发生在烟气出口端管口附近。

• 管式(卧式/烟气走管内)： 烟气水平流动，空气垂直冲刷。最低壁温出现在烟气出口端管束的下部。控制最低壁温的难度介于立式管式和回转式之间。

• 最低金属壁温： 这是决定是否发生低温腐蚀的最关键因素。壁温必须高于酸露点温度（通常通过提高入口风温实现）。

• 材料：

• 结构复杂性：

• 腐蚀产物的影响： 腐蚀形成的疏松氧化铁层会吸附灰分，形成硬垢，进一步加剧堵灰，这在回转式冷端尤为明显。

四、总结对比

五、选型与应对建议

• 高硫分、高灰分、灰粘性大的燃料： 管式空预器（烟气走管内，立式优先）通常是更优选择，因其更强的抗堵灰和抗腐蚀能力，以及更好的可控性。虽然初期投资可能略高或体积较大，但长期运行维护成本、可靠性和寿命往往更优。

• 对空间要求严格、燃料相对清洁（低硫、低灰、灰不粘）： 回转式空预器 因其高效率和紧凑性仍被广泛采用。但必须投入更多成本在高性能冷端材料（搪瓷）、更有效的吹灰系统（如双介质吹灰）、精确的冷端温度控制（热风再循环+监测）以及更严格的运行维护上，以缓解其固有的堵灰和腐蚀问题。

• 大型电站锅炉： 回转式是主流，但堵灰腐蚀问题突出，需要配套先进的吹灰、材料和控制技术。

• 中小型锅炉、工业锅炉、生物质/垃圾焚烧炉： 管式空预器因其可靠性和耐腐蚀性更具优势。

总之，回转式空预器在堵灰和腐蚀方面面临更大的挑战，尤其是在燃用劣质燃料时。管式空预器（特别是烟气走管内的立式布置）在结构上提供了更好的抗堵灰能力和相对更易控制的抗低温腐蚀能力。 选择哪种类型需要综合考虑燃料特性、空间限制、投资成本、运行维护要求以及对效率和可靠性的期望。无论选择哪种类型，都需要配套相应的设计（材料选择、流速控制、温度控制）和运行维护措施（吹灰、监测）来最大程度地减轻堵灰和腐蚀问题。