回轉式空氣預熱器換熱元件壽命影響因素

舒樹根

摘 要：介紹回轉式空氣預熱器換熱元件的壽命影響因素，著重介紹壽命評估方法的實施依據。希望通過文章的研究，可以為相關人士提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：壽命；評估方法；回轉式空氣預熱器

中圖分類號：TK223.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）19-0074-03

Abstract： This paper introduces the factors affecting the life of heat exchanger elements of rotary air preheater， with emphasis on the implementation basis of life evaluation method.

Keywords： life； evaluation method； rotary air preheater

引言

回轉式空氣預熱器是大中型電站鍋爐上廣泛采用的尾部換熱設備，它的主要作用是：（1）進一步降低鍋爐排煙溫度，提高鍋爐效率，從而達到節約燃料的目的；（2）提高了送入鍋爐的用于燃燒的空氣溫度，有利于火焰的穩定性，并提高了燃料的燃盡程度，即提高了燃燒效率；（3）提高了整臺設備內煙氣的溫度水平，增大了與工質間的溫壓，從而強化了傳熱過程。

1 預熱器的換熱元件介紹

回轉式空氣預熱器換熱元件通常由薄鋼板軋制而成的波形板和定位板組成，波形板和定位板相間疊放，中間形成煙氣和空氣通道。氣流在中間流動時受到強烈的擾動，加強了氣流與換熱元件之間的對流換熱過程。換熱元件的材料選用是根據機組燃料特性、工作溫度、燃燒條件、系統是否配置SCR脫硝系統和換熱元件的溫度場分布等確定的。對燃煤機組，熱端、中溫段大多數情況下采用普通碳鋼。為抵御低溫腐蝕，冷端換熱元件大多采用的是低合金耐候（蝕）鋼，常用的是等同考登鋼（Cor-Ten 鋼）。對燃油和劣質煤空氣預熱器，冷端換熱元件有時采用鍍搪瓷換熱元件。

2 預熱器的換熱元件壽命影響因素和評估辦法

換熱元件會定期受到來自吹灰器清洗換熱面時所帶來的高能沖擊力以及空預器煙風側壓差、氣流壓力波動等引起的交變應力的影響，這對換熱元件的機械性能提出了更高的要求。換熱元件機械性能與不同的波紋型式、不同的元件盒型式及元件盒打包時的壓緊力有直接關系。換熱元件在換熱元件盒里打包時通常需壓緊，以降低換熱元件的振動以及隨之而來的疲勞損壞，但是，換熱元件又不能壓得過緊，否則會導致換熱元件的過度變形和損壞，從而引起換熱元件熱力性能、堵灰速率和清洗效果。如果壓得過松，則會引起換熱元件的疲勞損壞。

2.1 換熱元件壽命影響因素分析

決定換熱元件使用壽命的因素是多重而非單一的，大部分由以下因素組成：

2.1.1 波形、材料等選取的合理性

換熱元件波型的選擇要綜合考慮傳熱效率、阻力特性、抗堵灰和可清洗等綜合因素。傳熱元件的波形形式有許多，世界上各大鍋爐廠或空預器廠家均開發了一系列不同的換熱元件波紋型式，形成了不同的、可識別的換熱元件傳統家族類型，這些類型又可以更進一步細分成許多不同次級類別。幾何學上微小的尺寸變化就能使換熱元件在運行中的性能產生顯著的差異，從而得到不同的換熱元件波形，應用在不同的空預器或燃用不同燃料的鍋爐上（圖1）。

換熱元件的材料選用是根據機組燃料特性、工作溫度、燃燒條件、系統是否配置SCR脫硝系統和換熱元件的溫度場分布等確定的。對燃煤機組，熱端、中溫段大多數情況下采用普通碳鋼。為抵御低溫腐蝕，冷端換熱元件大多采用的是低合金耐候（蝕）鋼，常用的是等同考登鋼（Cor-Ten 鋼）。對燃油和劣質煤空氣預熱器，冷端換熱元件有時采用鍍搪瓷換熱元件（表1）。

2.1.2 工廠制造質量的把控性

以搪瓷換熱元件為例：

（1）基材要求：涂搪瓷用鋼為進口新日鐵或上海寶鋼專用搪瓷鋼，含碳量不高于0.004%。涂搪瓷以前應對材料進行性能試驗（包括化學成分），還要作涂搪瓷試驗。每一批號都應該取試樣進行涂搪瓷試驗，試驗合格后才能扎制成規定的板型，批量涂搪瓷。

（2）噴涂工藝：干法靜電噴鍍質量>濕法靜電噴鍍>濕法浸鍍。

（3）搪瓷瓷釉：進口美國FERRO、意大利卡羅比亞質量優于國產瓷釉，瓷釉成分應不低于表2。

（4）搪瓷檢測指標

a.搪瓷表面光滑而連續，不應有鱗狀脫皮。

b.平均每平方英尺（0.093m2）上不應有兩個以上黑色斑點。

c.每塊搪瓷元件上不應有瑕疵（未涂上搪瓷），在端部有局部的瑕疵是可接受的，但不能擴伸到元件內0.5mm。

d.急變溫度試驗：抽檢搪瓷元件（搪瓷燒件）出爐后溫度降至400℃，放在常溫（20℃左右）水中激冷，表面無異常變化。

e.涂一層的搪瓷元件用2000伏以上的電火花檢測儀檢測，平均每平方英尺（0.093m2）上不超過5個火花電。對于涂二層搪瓷的元件，用3000伏電火花檢測儀檢測，平均每平方英尺（0.093m2）上不超過10個針孔.

f.密著力試驗（按歐盟EN10204標準或國家BSEN1020

9-1996標準），在1000公斤力時，密著力98%以上。

g.耐酸試驗：1%硫酸中煮沸3小時，不得失去光澤，在每5.95平米英尺（38.4cm2）上質量的減少不大于0.005克，即0.13mg/cm2（單面侵蝕）。

h.搪瓷層厚度0.14-0.19mm。

（5）元件盒框架制造指標

a.材質：元件框架的材料為耐酸腐蝕的低合金鋼（Corten鋼或性能相當的鋼種）

b.框架設計采用改進型全包覆式框架結構，增加強度，端部角板高度不低于130mm，厚度不低于5mm（圖2、圖3）。

2.2 換熱元件壽命評估辦法

傳熱元件在使用中會出現損壞，導致壽命縮短，因此需對傳熱元件壽命進行評估。評估主要考慮以下幾點：腐蝕量、蠕變裂紋、碎片、板厚減薄量和壓緊力這5個指標。

以總分數100分計算，共分為三大項：機械性能占55分，熱力性能占30分，外形尺寸等占15分。以三大項上述的基礎分數乘以以下五小項的所占比值，綜合相加后乘以0.03205的評判系數，就是最終得分。其中系數0.0325是符合正態分布圖的大量實驗數據累計的經驗數據。五小項具體內容如下：

（1）端部侵蝕量

換熱元件端部受腐蝕和吹灰等影響，其磨損量按總高度100%考慮，無侵蝕得0分，每增加25%的侵蝕量得1分，最高3分。

（2）裂紋量

以單片波紋板在整面30%范圍以下統計，無裂紋的得0分，每增加5-10%得1分，最高不超過3分。

（3）碎片量

以單片波紋板在整面30%范圍以下統計，無碎片的得0分，每增加5-10%得1分，最高不超過3分。

（4）板厚減薄度

此厚度指的是框架厚度，以框架厚度6mm為例，6mm以上得0分，每減薄1mm得1分，最高3分。

（5）波紋板壓緊力

以設計壓緊力為準，無減輕得0分，每降低5%-10%得1分，最高3分。

通過以上數據綜合評判后的分數，當總分在0-29以內時可繼續使用。當總分在30-49時，可繼續使用，密切關注損壞度即可。當總分在50-69分以內時可暫時使用，第二年必須擇機更換。當總分在70-100分時必須馬上更換。

如表3～表5所示。

3 結束語

通過以上分析和論述，在空氣預熱器制造和使用過程中，對制造廠家可起到一定的制造指導作用，對使用廠家可起到一定的監造和更換指導作用。

參考文獻：

[1]陳干錦，蔡明坤.上海鍋爐廠有限公司新型容克式換熱器設計技術[J].鍋爐技術，2003（1）.

[2]李建平.哈爾濱鍋爐廠有限公司回轉式空預器換熱元件簡介[J].鍋爐制造，2006（11）.

[3]段曉云，李志剛.廣州中電荔新電力公司空預器熱端元件失效原因分析及措施[J].寧夏電力，2015（12）.

[4]胡雪紅，曾先林.容克式空氣預熱器傳熱元件失效分析[J].華中電力，2003（5）.

[5]Shah RK，，Skiepko T，Influence of Leakage distribution on the thermal performance of a rotary regenerator[J].Appl.Therm. Eng.199，19（7）685-705.

[6]Test Code ASME PTC 4.3，performance Test Codes for Air heater， supplement to performance test code for steam generating unites PTC 4.1，Released by ASME Engineers United Engineering Center，1968.