空气预热器的过热和过热现象分别是什么

空气预热器的过热和过热现象分别是什么

空气预热器的“过热”与“低温过热现象”是两种不同的运行异常状态，前者指设备局部或整体温度超过设计上限，后者则特指低温段因腐蚀与堵塞导致的异常温升。以下从定义、成因、影响及应对措施四方面展开分析：

一、空气预热器的“过热”（General Overheating）

1.定义与表现

指空气预热器内部温度超过设计允许值（通常管式预热器金属壁温＞450℃，回转式蓄热元件＞500℃），表现为：

局部金属发红：管束或转子蓄热元件因高温氧化变色；

热膨胀异常：管板变形、转子卡涩或密封片损坏；

排烟温度骤升：烟气出口温度超过正常值20℃以上；

空气温度失控：预热后空气温度波动超过设定范围。

2.主要成因

燃料品质恶化：煤中硫分、灰分超标，燃烧后生成更多SO₃和灰渣，加剧低温腐蚀与积灰，导致局部热阻增大，热量无法及时传递，引发局部过热。

配风不合理：一次风速过低或二次风分配不均，造成炉膛内燃烧延迟，火焰中心上移，高温烟气长时间冲刷预热器受热面。

吹灰系统失效：蒸汽吹灰器堵塞或压缩空气压力不足，无法有效清除积灰，形成隔热层，使金属壁温持续升高。

负荷突变：锅炉快速升负荷时，烟气流量骤增，而空气流量调节滞后，导致换热失衡，预热器超温。

3.危害与应对

危害：金属材料强度下降（450℃以上强度降低约10%/50℃），加速蠕变与疲劳损坏；蓄热元件烧毁；密封结构失效引发漏风率飙升（可能从5%升至15%以上）。

应对措施：

优化燃烧调整：通过风量在线监测系统（如氧量计）实时修正配风比例，控制火焰中心位置。

强化吹灰管理：采用声波吹灰与蒸汽吹灰联合作业，每8小时全覆盖吹灰一次，积灰严重区域增加频次。

材料升级：在高温段采用TP347H不锈钢或Inconel 625合金管，耐温能力提升至650℃。

安装温控联锁：在关键部位设置热电偶，当壁温超过430℃时自动启动减负荷程序，超过480℃紧急停炉。

二、空气预热器的“低温过热现象”（Low-Temperature Overheating）

1.定义与特殊性

特指预热器低温段（烟气温度120-200℃区域）因硫酸露点腐蚀与灰堵导致的异常温升现象，其本质是局部热阻减小引发的非正常换热强化，表现为：

低温段温差突变：该区域烟气与空气温差从正常值80℃骤降至30℃以下；

腐蚀产物堆积：蓄热元件表面形成疏松的硫酸亚铁/硫酸钙混合物，导热系数低于0.1W/(m·K)；

压差异常升高：烟气侧阻力较设计值增加50%以上，引风机电流波动。

2.形成机理

腐蚀-堵塞循环：烟气中SO₃与水蒸气在蓄热元件表面凝结生成硫酸（露点温度约120-150℃），腐蚀金属基体形成孔洞；灰分（尤其是Na₂O、K₂O）与硫酸反应生成低熔点共晶物（熔点600-700℃），在300℃以下即呈熔融态，黏附飞灰形成硬质积灰层。

流场恶化：积灰层改变流体边界层结构，使原本湍流状态的烟气转为层流，换热系数下降30%-50%；同时堵塞部分流道，迫使烟气加速通过剩余通道，局部流速提升2-3倍，导致对流换热异常增强。

3. 危害与治理

危害：低温段过热会加速硫酸腐蚀速率（腐蚀速率与温度呈指数关系，每升高10℃速率翻倍）；积灰层厚度每增加1mm，预热器阻力增加约200Pa，严重时需停炉水冲洗。

治理策略：

材质防腐蚀：低温段采用搪瓷涂层（耐酸腐蚀寿命＞5年）或Corten钢（耐候性提升3倍）。

热端驱动技术：在回转式预热器转子顶部设置蒸汽加热盘管，将低温段温度维持在150℃以上，避免硫酸凝结。

流场优化：通过CFD模拟重新设计导流板角度，消除烟气走廊，使流速均匀性提升至90%以上。

智能清灰系统：安装激光测灰仪实时监测积灰厚度，当厚度超过5mm时自动启动高压水冲洗（压力≥10MPa）。

三、典型案例分析

某660MW超超临界机组回转式空气预热器运行3年后出现低温过热现象：

现象：低温段烟气出口温度从135℃升至180℃，空气进口温度从25℃升至65℃，排烟温度波动达±15℃。

诊断：拆解发现低温段蓄热元件表面覆盖12mm厚积灰层，腐蚀速率达0.8mm/年（设计寿命应＜0.2mm/年）。

处理：更换搪瓷涂层蓄热元件，加装热端蒸汽加热盘管，优化吹灰程序后，低温段温差恢复至75℃，腐蚀速率降至0.1mm/年。

结语

空气预热器的过热与低温过热现象虽均表现为温度异常，但成因与治理路径截然不同：前者需通过燃烧控制与材料升级防范高温失效，后者则依赖腐蚀防护与流场优化破解低温难题。随着超低排放改造推进，烟气中SO₃浓度降至5mg/m³以下，低温过热现象已得到显著缓解，但针对高硫煤机组，仍需持续研发新型防腐材料与智能监测技术。