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炼厂加热炉空气预热器的选型思考

作者: 兴罡石化设备| 时间:2018-01-09 15:51:34 | 点击次数:

加热炉空气预热器都存在不同程度的低温腐蚀和积灰堵塞的问题, 本文介绍了低温腐蚀和积灰堵塞的原理, 并对热管式空气预热器与水热媒式空气预热器性能进行比较。
在炼厂的生产装置中加热炉是重要耗能设备,约占全厂能耗的30%~60% , 提高加热炉的效率一直是炼厂节能工作的重点, 其中采用各种余热回收设备( 如空气预热器、省煤器等) 回收烟气低温余热,降低加热炉排烟温度是最有效的节能手段。但炼厂的空气预热器普遍存在二个问题, 一是低温露点腐蚀问题, 二是积灰堵塞。这些问题使加热炉难以长周期、安全、高效运行, 成为提高加热炉热效率亟待解决的难题。本文对目前市场较为流行两种空气预热器的性能进行比较, 希望能对空气预热器的选型提供依据。

1 空气预热器技术简介

1. 1 热管空气预热器
热管通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量, 具有极高的导热性、良好的等温性、可控制管壁温度等一系列优点。热管空气预热器由热管、隔板、外壳三部分组成。工作时热烟气在隔板下侧与热管接触换热, 热管将烟气中的热量传给隔板上侧的空气, 热空气用于助燃, 从而提高热效率。
1. 2 水热媒空气预热器
利用水在提高系统压力时汽化温度也相应提高的原理, 将中压除氧水( 1. 8MPa- 2. 2 M Pa) 作为载热体, 建立一个封闭循环的能量回收体系。热水泵提供动力, 热媒水在烟气换热器、空气换热器中循环,回收加热炉烟气的余热, 将空气加热。

2 低温腐蚀及积灰原理

2. 1 低温露点腐蚀的发生
燃料中的S 燃烧生成SO2 , 在富氧环境下SO2 的2% - 3%要转化为SO3, SO3 与烟气中的水蒸汽生成硫酸蒸汽。硫酸蒸汽的存在使烟气的露点显著升高。据一些资料介绍: 当SO3 含量达到10mg / L 时, 烟气露点温度上升至100℃以上。烟气中SO3 越高, 露点温度也越高, 当SO3 含量达到 50mg / L 时, 烟气露点温度不再上升, 达到极限160℃左右。
2. 2 灰垢分为疏松灰和粘性灰疏松灰可通过吹灰去除。
当空气预热器低温段管壁处于烟气酸露点范围内时, 壁面沉积一层“酸水”, 它在腐蚀管壁的同时又吸附烟气中的灰分, 形成坚硬的粘性灰很难清除. 严重积灰使壁温下降, 凝结更多的酸液, 形成恶性循环。

3 实际生产中的各项因素对烟气露点的影响烟气露点温度是不断变化的, 燃料中S 含量增加、处理量提高、过剩空气量增加都会提高露点温度。
4 控制空气预热器壁温的重要性控制壁温使之高于烟气露点温度是降低腐蚀的有效手段。虽然烟气侧积灰仍然存在, 但是灰垢无粘性而成“干”态, 这就为清除积灰创造了有利条件。

4. 1 热管式空气预热器壁温
根据计算, 热管式空气预热器壁温大致等于烟气温度和空气温度的平均值, 在实际生产中小于平均值, 当积灰严重时约等于空气侧温度。
然而在中国北方地区, 冬季生产时, 对于热管式空气预热器壁温的控制存在较大难度。以呼和浩特为例, 冬季平均温度可达到- 20℃左右。低温空气会使空气预热器壁温降低, 使热管式空气预热器烟气侧结露的可能性增大, 导致积灰, 进而使排烟温度提高。热管式空气预热器壁温无法实时调整, 所以夏季与冬季生产工况会有很大不同。
4. 2 水热媒式空气预热器壁温
通过调节热媒水副线量, 水热媒空气预热器壁温能控制在130℃附近( 这是通常认为的可避开烟气露点的壁温) 。但在冬季由于燃料量增多, 富氧环境增强, H2SO4 浓度提高, 使烟气露点显著提高。而且H2SO4 与金属的反应时, 金属温度高则腐蚀速度加快。所以水热媒空气预热器一旦开始腐蚀则反应速度会进一步加快。因而水热媒空气预热器仍有发生低温腐蚀的风险, 并非如厂家介绍能避开烟气露点。所以无论何种空气预热器, 低温腐蚀无法避免,且冬季出现的腐蚀程度要高于夏季。另外冬季的低温空气还会使进入炉中的空气量增多, 即过剩空气增多, 这是富氧环境增强的原因。下表为《常减压装置 2009 年能耗周报》, 可看出冬季过剩空气系数要高于夏季。

空气预热器 表格

 

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