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(jìn)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(diǎn), 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(diǎn)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(yùn)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(jìn)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(diǎn)。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(diǎn)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(diǎn)顯著升高。據(jù)一些資料介紹: 當(dāng)SO3 含量達(dá)到10mg / L 時, 煙氣露點(diǎn)溫度上升至100℃以上。煙氣中SO3 越高, 露點(diǎn)溫度也越高, 當(dāng)SO3 含量達(dá)到 50mg / L 時, 煙氣露點(diǎn)溫度不再上升, 達(dá)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(diǎn)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(yán)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(shí)際生產(chǎn)中的各項(xiàng)因素對煙氣露點(diǎn)的影響煙氣露點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)際生產(chǎn)中小于平均值, 當(dāng)積灰嚴(yán)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(dá)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(jìn)而使排煙溫度提高。熱管式空氣預(yù)熱器壁溫?zé)o法實(shí)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(rèn)為的可避開煙氣露點(diǎn)的壁溫) 。但在冬季由于燃料量增多, 富氧環(huán)境增強(qiáng), H2SO4 濃度提高, 使煙氣露點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)。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(jìn)入爐中的空氣量增多, 即過剩空氣增多, 這是富氧環(huán)境增強(qiáng)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。