(1.云南省節(jié)能監(jiān)察中心,昆明 650041；2.云南省節(jié)能技術開發(fā)經(jīng)營有限責任公司,昆明 650041)

0 引 言

傳統(tǒng)管式預熱器換熱方式一般為換熱管采取平行布置，煙氣在換熱管內(nèi)流動，空氣垂直于煙氣流動方向管外橫掠進行換熱，大量鍋爐的換熱器均為這一類型。從各工業(yè)企業(yè)長期運行經(jīng)驗看，傳統(tǒng)管式空氣預熱器往往存在如下問題：

(1)腐蝕

對于傳統(tǒng)管式空氣預熱器，煙氣在管內(nèi)自上而下流動，經(jīng)換熱后溫度逐漸降低，空氣垂直于煙氣流動方向在管外橫掠管束流動，溫度逐漸升高。因此，管壁溫度分布不均。就單根管子而言，低部煙氣出口處壁溫最低；就管束而言，空氣進出口處的管壁溫度最低。設計中，在一定的排煙溫度下，管壁溫度不可調(diào)。運行中，壁溫一旦低于煙氣中的酸露點，煙氣中水蒸汽凝結于管子內(nèi)壁，SO2溶于水中形成H2SO3，會形成嚴重的酸腐蝕。

(2)堵塞

由于管壁上H2O及H2SO3的存在，對煙氣中飛灰有極強的粘附作用，隨運行時間延長，管內(nèi)積灰相應增多甚至全部堵死。導致鍋爐出現(xiàn)正壓向外噴灰，被迫降負荷運行等。若保證不了生產(chǎn)時，只能停爐檢修。工人進入煙道采用高壓水、蒸汽、鐵條等手段清理管內(nèi)積灰，造成了鍋爐運行、檢修的惡性循環(huán)。由于停爐檢修次數(shù)增多，開、停爐熱脹冷縮頻繁，爐門、煤閘板、爐拱、碎渣機、閥門墊片等的損壞加快，導致工作環(huán)境惡化，嚴重時供汽得不到保障，直接影響生產(chǎn)經(jīng)營。

(3)漏風

一旦空預器換熱管束因H2SO3腐蝕穿孔，大量管外正壓空氣經(jīng)穿孔處壓入管內(nèi)負壓煙氣中，進入煙道。一方面使引風機、送風機負荷增大，耗電增多；另一方面爐排底部助燃熱空氣壓力下降，造成燃燒惡化，爐渣含碳量升高，鍋爐出力下降。對于上述問題，傳統(tǒng)的處理方法是打入小套管或將漏管上下堵死。這樣雖能局部解決空預器漏風問題，但煙氣通流面積也受到影響，到一定程度時整臺空氣預熱器就必須進行更換。因場地限制，舊空氣預熱器的拆裝及新預熱器的吊入均很困難，既費力又費時。

以上問題使很多鍋爐運行的安全性、經(jīng)濟性受到影響，供汽不平穩(wěn)，檢修費用高，鍋爐房積灰嚴重，生產(chǎn)環(huán)境惡化。

1 熱管及熱管空氣預熱器工作原理

熱管是一種通過管內(nèi)介質相變進行傳熱的換熱元件，熱管的傳熱能力能達到銅的數(shù)百倍，熱管技術廣泛應用于電力、冶金、化工、石油、煙草、紡織、食品和陶瓷等行業(yè)，節(jié)能效果顯著。

熱管結構如圖1所示。由管殼、封頭、吸液芯、工質等組成。熱管內(nèi)工質被吸附在多孔的毛細吸液芯內(nèi),一般為氣、液兩相共存,并處于飽和狀態(tài)。對應于某一個環(huán)境溫度,管內(nèi)有一個與之相應的飽和蒸汽壓力。熱管與外部熱源(T1)相接觸的一端,稱為蒸發(fā)段；與被加熱體(T2)相接觸的一端,稱為冷凝段。熱管從外部熱源吸熱,蒸發(fā)段吸液芯中工質蒸發(fā),局部空間的蒸汽壓力升高,管子兩端形成壓差,蒸汽在壓差作用下被驅送到冷凝段,其熱量通過熱管表面?zhèn)鬟f給被加熱體,熱管內(nèi)工質冷凝后自流返回蒸發(fā)段,形成一個閉式循環(huán)。整個循環(huán)包括三個過程: 蒸發(fā)段液相工質吸熱蒸發(fā)； 被蒸發(fā)的工質在冷凝段放熱冷凝； 冷凝的工質又返回蒸發(fā)段再蒸發(fā)。

熱管為一封閉的鋼管，外焊高頻螺旋翅片，內(nèi)注入適量的工作液后抽成真空。熱管在傾斜狀態(tài)下工作，與水平的夾角一般不小于12度。吸熱端在下部，放熱端在上部。當熱流體(如鍋爐煙氣)對吸熱端加熱時，管內(nèi)工作液體吸熱而汽化，蒸汽在壓差作用下高速流向放熱端，向冷流體(如空氣)放出潛熱而凝結。凝結液體靠重力作用從冷端返回至熱端。如此循環(huán)把熱量不斷從熱流體傳給冷流體。

熱管具有如下優(yōu)良性能：①輸送能力強，有熱超導之稱；②均溫性能好。熱管內(nèi)一端為飽和液，一端為飽和汽，故均為相應壓力下的飽和溫度；③熱流密度可控，管壁溫度可調(diào)。通過調(diào)整冷、熱端的翅片間距和數(shù)量就可以達到目的；④對環(huán)境的適應能力強；⑤無外加輔助動力設備；⑥結構簡單，運行可靠。由熱管元件優(yōu)化設計組裝的換熱器在各行業(yè)的余熱回收、加熱、均溫、散熱和干燥等方面獲得了廣泛應用，效果良好。

2 熱管式鍋爐空氣預熱器的優(yōu)點

電站鍋爐、工業(yè)鍋爐應用熱管空氣預熱器，解決了過去長期難以解決的腐蝕、堵灰和漏風問題。降低了爐渣含碳量、減少了排煙熱損失。保證鍋爐長周期負壓燃燒，提高鍋爐安全、經(jīng)濟運行水平。

熱管空氣預熱器為長方體管箱，熱管元件一根根插入管箱中，中隔板將其分成冷、熱兩段，分別通過空氣及煙氣。熱管元件中部設計有密封部件，采用高溫密封膠與中隔板粘貼密封。同時，熱端設計有螺桿上緊螺母壓在端隔板上，從而拉緊熱管，使中隔板與密封面緊貼。熱管空預器與管式空預器相比有如下優(yōu)點：

(1)防腐蝕：設計中，可通過調(diào)整熱管冷、熱段翅片的間距、多少來調(diào)整管壁溫度，使其高于露點，防止H2SO3的形成，達到減少腐蝕之目的。

(2)防堵塞：熱管空氣預熱器把管式空氣預熱器傳統(tǒng)的煙氣在管內(nèi)流動轉化為管外流動橫掠換熱，管外流動阻力小，煙氣擾動加強。同時管壁溫度升高，管壁更加干燥，不易粘附煙灰，有效防止堵塞。

(3)防漏風：熱管元件為一封閉體，中隔板處進行了可靠密封，即使煙氣側熱管管壁因多年飛灰磨損穿孔，而空氣側仍保持密閉，所以煙氣、空氣也不會出現(xiàn)串流。這就徹底解決了漏風問題。這是傳統(tǒng)管式空預器所無法解決的。

(4)檢修方便：運行多年后，若部分熱管元件實效，只需將熱管管箱兩端蓋拆開，抽出失效熱管，插入備用的熱管元件(管子中部密封面先涂上一層密封膠)，熱端上螺母拉緊即可。不需要打套管、堵管或整臺更換。

(5)換熱效率高：利用熱管的高傳熱性能，將冷空氣的管內(nèi)換熱轉換為管外換熱，這樣就很容易擴展換熱面積，從而減少換熱器的體積和重量，節(jié)能效果顯著。

3 熱管空預器設計及配置

在舊鍋爐改造中，根據(jù)原有鍋爐工況，對熱管空預器進行合理設計選型是改造能否成功的重要因素。為保證改造后新裝熱管空預器能滿足鍋爐的換熱量和煙風阻力的要求，需要對原鍋爐煙氣量、煙氣進出口溫度、新風量、新風進出口溫度，以及鼓、引風機風壓，鍋爐的煙、風道設計阻力等參數(shù)詳細校核，并進行詳細計算和驗證，結合現(xiàn)場可利用安裝尺寸，確定熱管的數(shù)量、長度、排列方式、翅片間距等相關參數(shù)，使熱管空預器達到最好的使用效果。

4 技改方案

隨著熱管技術的發(fā)展，目前可供選擇的材料、工藝以及設計參數(shù)都比較完備。熱管空預器一般采用鋁軋翅片管，其結構為分離式熱管結構，比較容易布置換熱面。技改過程只需拆除原管式空預器；安裝熱管空預器；煙風道進行重新配置設計、安裝。

熱管空氣預熱器的安裝、使用：

4.1 安裝

(1)停爐后，應對整個鍋爐進行徹底清灰，以免影響施工及防止省煤器積垢脫落堵塞熱管空預器。

(2)對舊空氣預熱器進行拆除。

(3)安裝前應檢查每個換熱組件中的緊固螺母是否松脫，以確保煙風側的密封性。

(4)安裝過程中應對換熱組件上部進行遮蓋，以防雜物進入管箱內(nèi)。

(5)熱管空氣預熱器安裝完畢，再裝焊煙、風道。煙、風道焊接均為滿焊，焊裝完畢，分別啟動送、引風機對風、煙道進行氣密性檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏應補焊。

(6)管箱、熱風道、煙道按標準進行可靠保溫。冷風道刷二遍防銹漆。

4.2 使用

(1) 投運前，應對煙氣側換熱組件進行清理(如安裝過程中，遺留的電焊條，保溫材料等)，以免堵塞，增大阻力。

(2)鍋爐啟動，停爐或低負荷過程中，有旁通煙道的鍋爐應打開旁通煙道，當空預器進口煙溫高于200度時，將旁通關閉。

(3)當煙氣阻力明顯增加，空氣出口溫度明顯降低時，利用壓縮空氣進行清灰，吹灰時間10～20 min。停爐或壓火前，也需清灰。

(4)保持煤種穩(wěn)定，負荷或煤種變動時，應及時調(diào)整燃燒，保證爐膛的合理配風。

5 結束語

熱管式冷卻器與傳統(tǒng)的列管式空預器比較，具有換熱效率高、重量輕，造價低、解決了管道堵塞問題，減少維護工作量，等優(yōu)點的。

熱管式空預器替代傳統(tǒng)的列管式空預器，在鍋爐空氣預熱中的應用，可以給運行性能和檢修維護帶來明顯效益，為企業(yè)節(jié)能增效提供顯著的助力。