淺談鍋爐水媒換熱器在工程領域應用

康春源

（太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 030000）

1 水媒換熱器替代常規空預器

現代企業特別是冬天天氣寒冷地區的企業已經開始采用二次換熱形式的水媒換熱器，代替一次換熱形式的常規空預器。二次換熱的水媒換熱器是采用冷空氣與熱水換熱后，空氣變熱，水介質變冷，水介質再和熱煙氣換熱，水介質恢復到原來的溫度，熱煙氣溫度降低至排煙溫度。該系統由原來一個部件的常規空預器變為兩個部件的水媒換熱器，其中降低水溫提高冷空氣溫度的裝置為水媒空預器和恢復水溫降低煙溫的煙冷器。較一次換熱系統有其缺點：（1）所需的安裝空間大；（2）所用受壓件材料多；（3）水系統較為復雜，閥門及管道較多，水阻力較大，設備運行檢修點較多。但也有其自身的優點：可以滿足空氣較冷地區長期穩定使用，避免因空氣溫度低造成的低溫結露堵灰及低溫煙氣腐蝕現象，延長運行時間，降低檢修勞動強度。

2 水媒換熱器的設計情況

2.1 關于布置位置

水媒換熱器分為兩部分，煙冷器和水媒空預器。目前鍋爐的煙冷器布置在低溫省煤器之后的煙道內，即常規鍋爐空預器布置的位置，用以恢復水介質溫度和減低煙氣溫度至排煙溫度；水媒空預器布置在鍋爐本體右側柱外，運轉層之上。這種布置形式也是目前這種設備常規的布置方式，哈鍋、太鍋、杭鍋均采用這種形式。煙冷器的布置方式較為合理，水媒空預器有其自身的弊端。

（1）水媒空預器布置在鍋爐右側，非鍋爐中心線上，所以水媒空預器的冷風道、熱風道相對鍋爐為非對稱布置，導致一、二次風機布置困難；一、二次冷風道布置較為緊湊；一、二次熱風道兩個支風道不對稱，行程不一致導致風量和阻力有偏差等。

（2）水媒空預器布置在鍋爐右側，包含外保溫在內的空預器寬度基本都在3.5～5m，水媒空預器自身還有檢修平臺，而此處鍋爐本身柱外有自身的平臺、轉身平臺及扶梯，這樣會導致鍋爐右側的運行層平臺基本作廢，運轉層以上鍋爐自身平臺、扶梯布置困難，熱風道布置困難。若鍋爐采用緊身封閉結構，情況就更不樂觀。

改進建議：后期設計同類型鍋爐時，可將水媒空預器布置在鍋爐尾部煙道之后的鍋爐中心線上，這樣一、二次風機，冷、熱風道對稱布置，風道自身布置較為暢通，相對于鍋爐本體及平臺扶梯無太多干涉情況，鍋爐設計、現場安裝都較為方便。

2.2 關于管路系統

現在常規的煙冷器和水媒空預器的汽水管路系統設置在鍋爐常規給水操作臺之前，即進入鍋爐省煤器之前，水系統先流經水媒空預器進行水介質的降溫以及冷空氣的加熱，再經過煙冷器，進行水介質溫度的恢復和排煙溫度的降低。

圖1

在實際工程運用中，分為以下幾種情況：

（1）鍋爐正常運行時，鍋水由1分為2和3-4-6-8-9兩路，之后匯合形成11，再進入省煤器。在鍋爐運行時主要參考排煙溫度和熱風溫度來調節2和3路給水分配的多少。如果排煙溫度高時，可適當提高管路3的給水量，當排煙溫度低時，可適當降低管路3的給水量，并且此時的熱風溫度達到設計狀態，并與排煙溫度相匹配。若入鍋爐的熱風溫度與設計有一定的偏差，熱風溫度較高時，此時可加大3路給水量，并打開5管路，部分短路水媒空預器；熱風溫度較低時，此時可加大3路給水量，并打開7管路，部分短路煙冷器；這也是水媒換熱器的設計理念和基本操作形式。

（2）管路系統10，是將經過水媒空預器和煙冷器的水直接進除氧器的管路。此管路設計的意圖為：若受熱面積灰，排煙溫度高于設計值，利用全部與鍋爐負荷相匹配的給水量仍不足以降低排煙溫度時，供給水媒空預器和煙冷器的水將多于鍋爐的實際需求用水量，來降低排煙溫度，之后鍋水分為兩路，一路是進省煤器進行鍋爐循環，一路進除氧器。這也是水媒換熱器較常規空預器更加貼合非正常工況下的使用條件，對尾部積灰嚴重的燃用高灰分的燃煤鍋爐和生物質鍋爐具有重要意義，可提高鍋爐的連續使用時間。

在實際使用過程中由于參考兩個變量（排煙溫度和熱風溫度）來調節水媒換熱器系統，如果既保證排煙溫度又保證熱風溫度，司爐人員操作比較繁瑣，沒有太大的積極性，并且必要性也不是很強。

（1）在鍋爐啟爐階段，通常給水溫度較低，給水量較少，此時的排煙溫度遠遠低于設計值，此時鍋爐只會開啟1—11的管路系統，將煙冷器和水媒空預器整體短路。此時的給水溫度低，熱風溫度低，排煙溫度也低，司爐人員是不會去做調整的。

（2）當鍋爐啟動以后，給水溫度上升與否，一般都不會改變1-11的管路系統，只有當排煙溫度超出設計值時，才會主動調節給水系統，形成鍋水由1分為2和3-4-6-8-9兩路，分配量由排煙溫度決定；熱風溫度達到設計值與否，一般不會調節，因此不會主動調整管路5和管路7。

（3）管路系統10，利用全部與鍋爐負荷相匹配的給水量仍不足以降低排煙溫度時，供給水媒空預器和煙冷器的水將多于鍋爐的實際用水量，來降低排煙溫度，此系統在鍋爐高負荷時，實現較為困難，水阻力特別大；在鍋爐低負荷時，鍋爐系統可實現此流程，但除氧器的壓力（一般是公斤級別的）遠低鍋爐系統壓力（中壓鍋爐都是30多公斤級別），此系統進入除氧器的管路中需設置減溫減壓裝置，一般設計院都不會設置，運行人員也不會去實際操作。因此常規此管路比較雞肋。

改進建議：水媒換熱器系統只保留1分為2和3-4-6-8-9兩路之后匯合形成11這趟管路系統，去掉管路5，管路7和管路10，精簡優化系統，使運行人員只參考排煙溫度一個變量進行給水分配調節，簡單可靠；系統優化，檢修同樣不繁瑣。

3 水媒換熱器的結構情況

（1）水媒換熱器具體管子形式各家都有各家的特色，但基本都是非光管的形式，來提高換熱效率。煙冷器是煙氣和水介質換熱，考慮在煙氣中有堵灰的可能，因此一般采用H型翅片管形式，既擴大換熱面積又能有效防止積灰；水媒空預器由于是水介質和空氣進行熱交換，不會形式積灰，因此常見采用換熱效率更高的螺旋翅片管形式。

（2）水媒換熱器的支撐形式通常有采用通風梁形式，端部支撐護板的形式，或者兩種支護相結合的形式。

但由于水媒換熱器均采用非光管的形式，因此一排制作完成后，不能采用直接對其進行端部大管板的固定工作，而是采用獨立的小梳形板的形式，此梳形板工廠制作非常困難，厚度厚，制作精度要求高，現場組焊時有扭曲變形現象，定位安裝等工作量大，效果也不好。

改進建議：后期設計時，可采用僅依靠通風梁支撐水媒換熱器設備，首層及彎頭處加裝護瓦的形式，這樣制作和現場安裝都比較方便，事半功倍。

4 結語

常規空預器和水媒換熱器各有自身獨特的特點和使用場景，但隨著現代人們對工業產品低人工勞動、高機械化理念的增強，在冬天溫度較低的北方，水媒換熱器的使用優點遠遠超出它自身的不足，必將會隨著其技術的改進，迅速占領市場。