解决10－220t/h蒸汽汽锅低温侵蚀的实用技术

原电力学院能源工程系学术委员会主任

中源科扬节能技术有限公司顾问孔祥谦教授

摘要：为了不下级空气预热器由于结露所引发的堵灰和侵蚀，需要保证
其金属受热面低壁面温度高于燃料的酸露点温度，所以10－220t/h燃煤汽锅的
设计排*温度凡是在147－165℃之间，高于一般煤燃料酸露点温度80℃以上。
虽然如斯，空预器低壁面温度依然只能到达85℃，仅高于酸露点温度10℃左右。
所以在汽锅的现实运行中，空预器的低温侵蚀现象时有发生，给汽锅的平安运行
带来严重隐患。

本文介绍了我们在现实工程中，经由过程运用复合相变换热技术，对空预器的
低壁温进行控制（设定并可调整），成功地将排*温度控制在120℃以下，不
仅保证空预器的低壁面温度不低于95℃，同时还可以凭据汽锅负荷、燃料含硫
、含水的变化，使壁面温度实现自动调理。实践证实，运用复合相变换技术，
不仅保证了空预器平安靠得住、年夜年夜延长其使用寿命，同时还能够年夜幅度地下降锅
炉排*温度，节能效益显著。

要害词：蒸汽汽锅　低温侵蚀　酸露点　复合相变换热技术

汽锅的低温侵蚀

今朝，我国国内运用汽锅的行中，由于煤、石油、自然气等燃料中均含
有硫，燃烧时凡是会发生硫氧化物，硫氧化物与水蒸气连系后即形成硫酸蒸汽。
当汽锅尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝聚点（称为酸露点），就会
在其概况形成液态硫酸（称为结露）。持久以来，空气预热器的尾部受热面由于
结露而引发的侵蚀时常发生，难以免。以致于今朝在汽锅设计时不能不经由过程提
高排*温度或使用传热极差的非金属材料（如搪瓷管）来减缓结露和侵蚀现象的
发生，并没有从基本上解决问题。而单纯提高排*温度又势必造成年夜低温能源
的浪费，没法进一步收受接管。虽然如斯，空气预热器往往在运行一到两年后照旧会
泛起侵蚀，直至穿孔。这是一个性难题。

今朝，中小型汽锅年夜多采用管式空气预热器，设计排*温度居高不下。上
世纪九十年月初，热管换热器曾在空预器改造中一度被推行，虽然一定水平上将
排*温度下降，但其尾部受热面的低壁面温度仍会低于酸露点温度，不能避免
结露致使的侵蚀，且热管普遍存在发生和堆集不凝气体，逐渐老化，从而传热效
率急剧下降。随着它的这些错误谬误不竭被表露，人们对运用热管换热器也接纳了谨
慎的立场。

经常使用的换热器

一般经常使用的换热器为管式换热器，其金属受热面低壁面温度与热流体排
放温度之间年夜致处于一种倍数关系，即排*温度为140℃时响应的低壁温仅为
70℃左右。

对于热管换热器，“假设金属受热面壁面温度要求不低于77.8℃时，其排
*温度凡是不得低于155℃，否则必然引发低温结露侵蚀”（参见顾维藻等著《
强化传热》，科学出书社）；

上述换热器的壁温只能作为校核温度，也就是说，当运行工况因运行需要
必需进行调整时，即使知道必然会发生低温侵蚀也没法避免，没有任何法子直接
对壁温进行调整控制；

复合相变换热技术

复合相变换热技术是一个全新的换热技术，它采用了热管的原理，提出了
“相变段”这一概念，开创了以“壁面温度”作为换热器基本的设计参数这一
新理念。从基本上解决了低温侵蚀难题。

“相变段”的概念是将原来热管换热器中一根根相互自力的热管，机关成
整体热管。保证“相变段”受热面低壁面温度只有细小的梯度温降。同时，利
用“相变段”将被加热介（如空气、水）的温度适当地提高。被预热了的空气
可以保证下级空预器的平安，解决了低温侵蚀问题；被加热的水收受接管了*气中的
余热，实现了节能的目的。

经由过程“相变段”水的调理，可以对受热面低壁温面度实现闭环控制，
实现了壁面温度的恒定和调高调低。

归纳综合复合相变换热技术，其焦点内在在于：

（1）能够在汽锅的设计和改造中，年夜幅度下降*气的排放温度，使年夜
的中低温热能被有用收受接管，发生十分可观的经济效益；

（2）在下降排*温度的同时，连结金属受热面壁面温度处于较高的温度
水平，远离酸露点的侵蚀区域，从基本上避免了结露侵蚀和堵灰现象的泛起，年夜
幅度下降装备的维护成本；

（3）实现了换热器金属受热面低壁面温度处于可控可调状态，使复合
相变换热器能够在相当年夜幅度内，顺应汽锅的各类品种和传热负荷的变化，使
排*温度和壁温连结相对稳定；

（4）保留了热管换热器所具有的高效传热同时，破除不凝气体，年夜年夜延
长了装备的使用寿命。

复合相变换热技术的运用

福建凤竹团体是福建省年夜的针织漂染厂家和针织品生产基地。团体
总资产近5亿元。水、电、汽及污水处置等根蒂根基举措措施配套齐全。该团体公司十分
重视节能环保，前后获得情况庇护举措措施运营天资证书和“全国乡镇情况庇护进步前辈
单元”等多项声誉。

以2001年福建凤竹纺织科技股份有限公司新购置的40t/h轮回流化床汽锅
为例，设计排*温度在154℃。以其燃煤的酸露点在80℃左右斟酌，以上的汽锅
所设计的排*温度是合理的。

福建凤竹纺织科技股份有限公司连系运用复合相变换热技术改造前二台锅
炉的经验，为提高汽锅的运行平安和运行效率，再次在新购置的40t/h轮回流化
床汽锅运用了该技术。

提出以下运行参数和要求：

1、省煤器出口进进复合相变换热器的*气温度为245℃，排*温度低于
130℃；

2、相变换热器出口热风温度不低于140℃；

3、相变换热器受热面壁面温度不低于100℃；

4、相变换热器受热面不发生结露和结露引发的侵蚀；

5、相变换热器*/空气侧阻力不年夜于或略年夜于普通换热器的尺度；

6、装备使用寿命在6年以上（年接连运行时间很多于8000小时）

我公司凭据用户要求，为其设计了一台复合相变换热器。设计参数以下：

项目数值项目数值

汽锅蒸发40t/h

空气流45230Nm3/h*气流50630Nm3/h

空气进口温度20℃空气出口温度145℃

*气进口温度252℃*气出口温度125℃

水进口温度40℃水出口温度76℃

水流11.7t/h

燃料含硫≤1

*气酸露点≤83℃

受热面低壁温≥102℃

斟酌到这类节能设计方案必需将收受接管的能哄骗，提高汽锅热效率，我们
在原汽锅系统的根蒂根基上进行了改良。

运用复合相变换热技术的经济效益

仍以2001年福建凤竹纺织科技股份有限公司新购置的40t/h轮回流化床锅
炉为例，运用复合相变换器取得的直接经济效益情况分析计较以下：

1.换热器收受接管热Qg

式中Vg＝50630Nm3/h，为蒸气产为40t/h时的*气流；

ρg＝1.295kg/Nm3，为*气密度；

Cpg＝1.12kJ/（kg℃），为*气比热；

t1为普通汽锅设计排*温度；

t2为使用复合相变换热器后的排*温度；

为装备保热系数，可取0.92.

所以Qg＝50630×1.295×1.12×（160－125）×0.92/3600＝656.8kw

2.每一年节煤Gc

式中Qg＝656.8kw，为收受接管热的千瓦数；

Qp＝5000年夜卡/kg，为煤的发烧；

ηk＝78％，为汽锅效率；

860[年夜卡/（千瓦时）]为单元转换系数；

HR为装备每一年运行时数，即8000小时。

所以Gc＝860×656.8×8000/（5000×0.78）＝1158705kg/年＝1159
吨/年。

经过几年对节能效果的校核，计较的节能与现实运行的节能基本一致。

用户陈述

2003年福建凤竹团体有限公司出具的用户陈述以下：

我团体公司自1999年起前后在三台汽锅上运用了九江科洋公司（中源科扬
节能技术有限公司前身　编者）的《复合相变换热器》，替换原设计的管式空气
预热器。

复合相变换热器在汽锅上，持久运行讲明：

平安、稳定、靠得住，至今未发生任何结露、灰堵、侵蚀、穿孔等现象，未
经过任何一次维修。2002年3月，打开早一台（1999年9月起运行）的25t/h
汽锅*道的人孔旁观，未见任何侵蚀和积灰现象，磨损相当稍微。

前两台汽锅运行的日志讲明：排*温度始终维持在120℃－125℃之间；
热风温度完全到达设计要求，≥140℃；尾部受热面的低管壁温度稳定地连结
在100℃左右，且凭据需要可调高调低；*风道阻力正常。完全到达设计指标和
经济运行指标的要求。

第三台汽锅于2002年5月份正式运行，排*温度为120℃－125℃，管壁
温度≥95℃，可以调控且调控利便，热风温度到达设计要求，≥151℃。

复合相变换热器的设计值及运行值比力：

序号项目名称单元设计值运行值

1*气流NM3/h53446

2空气流NM3/h45230

3进口*气温度℃252

4出口*气温度℃125123

5进口空气温度℃20

6出口空气温度℃144151

7阻力损失空气侧/*气侧Pa≤450/500

8受热面低壁温℃10095

2003年2月，福建凤竹纺织科技股份有限公司再次将复合相变换热器运用
在新购置的2台600万年夜卡/小时的导热油炉上。对于一般导热油炉而言，由于
被加热介的温度在260℃左右，所以造成设计排*温度没法下降，往往跨越230
℃。

2003年10月28日出具的用户陈述以下：

我团体公司于2003年2月，在两台600万年夜卡/小时的导热油炉上采用了
九江科洋热技术装备有限公司（中源科扬节能技术有限公司前身　编者）的《复
合相变换热器》装备，现已运行8个月。经我公司2003年10月22－23日测定有关
参数以下：

检测项目1号炉2号炉

进口*温246℃245℃

排*温度120℃118℃

低管壁温度98℃103℃

热风温度136℃140℃

各指标全数到达或跨越设计值，至今未发生一次故障，未发生结露、侵蚀、
灰堵现象。

导热油炉：

序号项目名称单元数值

1*气流NM3/h16292

2空气流NM3/h13300

3进口*气温度℃245

4出口*气温度℃119

5进口空气温度℃20

6出口空气温度℃138

7阻力损失空气侧/*气侧Pa≤245/482

8受热面低壁温℃100

结论

福建凤竹团体自1999年起头在自备电站25t/h汽锅采用复合相变换热器技
术，五年来接连改造安装了7台（自备电厂汽锅25吨、35吨、40吨、50吨各一台，
600万年夜卡导热油炉3台）。前三年，用户自己丈平均每台汽锅年勤俭燃煤为
1244吨，估算年综合节能效益约400余万元；

福建凤竹纺织科技股份有限公司经由过程运用复合相变换热技术，证实了220t/h
以下蒸汽汽锅设计排*温度完全可以低于120℃，不仅从更从基本上解决了低温
侵蚀难题，还可以带来可观的经济效益和社会效益。