余熱利用暖風器換熱管凍裂原因分析及解決方案的探討

黃大釗

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

隨著火電廠大氣污染排放標準執行力度的慢慢加大，越來越多的燃煤電廠開始尋找新的煙氣治理技術，以滿足國家環保要求。其中余熱暖風器技術通過近2年的發展運用，也日趨成熟。該技術是通過余熱利用裝置和暖風器的串聯結合，在減輕空預器冷端腐蝕和堵灰現象的同時，提高了鍋爐效率以及電除塵的除塵效率，達到了節能減排作用。余熱利用暖風器的中間傳熱媒介為除鹽水。

除鹽水經熱媒水循環泵升壓后進入余熱利用裝置吸收熱煙氣余熱，加熱后的除鹽水通過循環管道進入一、二次風暖風器，釋放熱量，加熱空預器入口冷空氣，經一、二次風暖風器冷卻后的除鹽水再通過循環管道回到熱媒水循環泵入口，共同形成一個閉式循環系統，實現熱量的轉換。在國內北方地區，冬季環境溫度相對較低，遠低于0℃，甚至達到-30℃以下。余熱利用暖風器系統中，暖風器是布置在一、二次風機出口，其換熱管長期處在低溫環境下運行，存在凍裂的風險。本文以某電廠余熱利用暖風器換熱管防凍改造為例，詳細分析了換熱管凍裂的原因并提出防凍解決方案，為其他余熱利用暖風器在冬季運行期間防止換熱管凍裂措施上提供了有價值的技術參考。

1 項目概況

某電廠配套余熱利用暖風器，余熱利用裝置布置在除塵器入口水平煙道，暖風器布置在空在一、二次風送風機出口的冷風道上。布置在除塵器前的余熱利用裝置吸收煙氣熱量，利用閉式循環水，將熱量傳遞給布置在送風機出口冷風道上的暖風器，用來加熱空預器入口的冷空氣。

暖風器采用螺旋翅片管，傳熱系數高，同時水側采用逆流布置方案，可有效保障出口風溫提升至設計要求溫度。每臺一次風暖風器分兩個模塊，每臺二次風暖風器分3個模塊，均可獨立控制。余熱利用暖風器相關設計參數如表1所示。

表1 余熱利用暖風器相關設計參數

2 暖風器換熱管凍裂原因分析

暖風器運行至今，暖風器空氣側出口風溫優于設計要求，實際運行中，余熱利用裝置入口煙溫偏低，為了防止除塵器低溫腐蝕，余熱利用裝置出口煙溫控制一般高于95℃，而設計要求為不高于85℃，導致余熱利用裝置吸收的熱量不足，從而導致暖風器水側出口水溫普遍偏低，影響余熱利用暖風器安全運行。實際運行中，空預器出口風溫超溫，影響其下游設備運行，由于空預器無法調節出口風溫，所以必須對一、二次風暖風器出口風溫進行控制。為此需要對暖風器運行方案進行調整，即對暖風器模塊進行限流控制，以保證空預器出口風溫不超溫。

入冬后，由于環境溫度不斷降低，暖風器入口空氣溫度在0℃以下，二次風暖風器限流模塊的換熱管發生爆管泄漏。經過比對運行數據發現，二次風入口空氣溫度低于-10℃，由于限流模塊的進出口閥門開度不夠，過于限流，導致內部水流速過慢，在處于零度以下風溫下運行，引起管內結冰擠壓管道而撐裂管道。因此，暖風器系統需要進行相應的調整，以滿足使用要求。圖1為二次風暖風器爆管情況圖。

圖1 二次風暖風器爆管情況

3 暖風器系統調整方案

系統調整主要分為4部分：

（1）暖風器水側順流、逆流可相互切換。

（2）增加暖風器水側旁路。

（3）改造暖風器水側進出水分集箱。

（4）暖風器水側增加相應壁溫測點。

3.1 暖風器水側順流、逆流可相互切換

將一次風、二次風進回水管道進行順流、逆流相互切換的改造，增加部分手動閘閥和管道，改造后，暖風器水側可根據實際運行需要進行順逆流切換。

冬季工況下，可切換成順流運行，即水流方向與風向一致，迎風面的管內為高溫熱水，當環境溫度低時，可以快速將暖風器入口冷空氣溫度抬升至0℃以上；此時，暖風器出口端的空氣溫度將高于0℃以上，由于水溫肯定比空氣溫度高，這樣就避免了換熱管內水結冰凍裂的問題發生。

夏季工況下，可切換為逆流運行，即水流方向與風向相對，提高了換熱平均溫壓，從而增強傳熱效果。圖2為改造前一、二次風暖風器系統圖，圖3為改造后一、二次風暖風器系統圖。

圖2 改造前一、二次風暖風器系統圖

圖3 改造后一、二次風暖風器系統圖

3.2 增加暖風器水側旁路

在鍋爐0m層進暖風器的水側總管道上設置暖風器再循環旁路，循環管道大小為Φ219×6，管道上依次設置手動閘閥、電動調節閥、手動閘閥。

暖風器水側旁路可以通過減少暖風器的閉式循環水流量，從而降低暖風器處的換熱量，達到解決空預器出口空氣超溫問題的目的。

同時，當暖風器吸熱量少了，由于暖風器和余熱利用裝置是閉式循環系統，因此，進入除塵器前余熱利用裝置的水側溫度也會提高，這樣可以防止其因進水溫度偏低引起煙氣冷凝而堵灰的現象出現，同時也避免換熱管低溫腐蝕，更有利于余熱利用裝置的運行。暖風器水側旁路管道布置圖如圖4。

圖4 暖風器水側旁路管道布置圖

3.3 改造暖風器水側進出水分集箱

一次風暖風器共有4個模塊，二次風暖風器共有6個模塊，現需每個模塊一分為二，即將各模塊的進水集箱和出水集箱分別隔離成獨立的2個小集箱，同時增設進口及出口接管以及相應的閥門等。

改造后，一次風暖風器共有8個模塊，二次風暖風器共有12個模塊。通過對暖風器水側進出水分集箱的改造，相當于增加了暖風器模塊數量，從而削弱了重力對并聯分集箱流量分配的影響。

水流量分配均勻性提高了，也可有效減小暖風器換熱管凍裂的風險。暖風器水側單個模塊進出水分集箱改造方案示意圖如圖5。

圖5 暖風器水側單個模塊進出水分集箱改造方案示意圖

3.4 暖風器水側增加相應壁溫測點

在一、二次分暖風器每組模塊出口集箱上加設壁溫測點，以便運行人員暖風器出口水溫進行實時監測，暖風器出口水溫即換熱管最低壁溫，通過溫度數據顯示、統計，有助于暖風器的運行調整。

4 結語

暖風器水側順流、逆流可視環境溫度變化來靈活相互切換，有效避免暖風器換熱管凍裂，提高系統的適用性。暖風器水側旁路可以調節暖風器出口風溫，防止空氣出口風溫超溫，也可以提高余熱利用裝置的進口水溫，提升系統的安全性；增加暖風器模塊數量來均勻分集箱水流的分配，布置壁溫測點來實時監測暖風器換熱管最低壁溫，這些措施也會進一步提升系統的安全性。國內北方地區，冬季和夏季環境溫度相差較大，余熱利用暖風器所處環境惡劣，容易引起換熱管凍裂或者空預器出口風溫超溫問題的發生，本文解析了凍裂原因和解決方案，可為今后余熱利用暖風器的設計或改造方案提供技術參考。