回转式空气预热器换热元件寿命影响因素

舒树根

摘 要：介绍回转式空气预热器换热元件的寿命影响因素，着重介绍寿命评估方法的实施依据。希望通过文章的研究，可以为相关人士提供一定的参考和借鉴。

关键词：寿命；评估方法；回转式空气预热器

中图分类号：TK223.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）19-0074-03

Abstract： This paper introduces the factors affecting the life of heat exchanger elements of rotary air preheater， with emphasis on the implementation basis of life evaluation method.

Keywords： life； evaluation method； rotary air preheater

引言

回转式空气预热器是大中型电站锅炉上广泛采用的尾部换热设备，它的主要作用是：（1）进一步降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率，从而达到节约燃料的目的；（2）提高了送入锅炉的用于燃烧的空气温度，有利于火焰的稳定性，并提高了燃料的燃尽程度，即提高了燃烧效率；（3）提高了整台设备内烟气的温度水平，增大了与工质间的温压，从而强化了传热过程。

1 预热器的换热元件介绍

回转式空气预热器换热元件通常由薄钢板轧制而成的波形板和定位板组成，波形板和定位板相间叠放，中间形成烟气和空气通道。气流在中间流动时受到强烈的扰动，加强了气流与换热元件之间的对流换热过程。换热元件的材料选用是根据机组燃料特性、工作温度、燃烧条件、系统是否配置SCR脱硝系统和换热元件的温度场分布等确定的。对燃煤机组，热端、中温段大多数情况下采用普通碳钢。为抵御低温腐蚀，冷端换热元件大多采用的是低合金耐候（蚀）钢，常用的是等同考登钢（Cor-Ten 钢）。对燃油和劣质煤空气预热器，冷端换热元件有时采用镀搪瓷换热元件。

2 预热器的换热元件寿命影响因素和评估办法

换热元件会定期受到来自吹灰器清洗换热面时所带来的高能冲击力以及空预器烟风侧压差、气流压力波动等引起的交变应力的影响，这对换热元件的机械性能提出了更高的要求。换热元件机械性能与不同的波纹型式、不同的元件盒型式及元件盒打包时的压紧力有直接关系。换热元件在换热元件盒里打包时通常需压紧，以降低换热元件的振动以及随之而来的疲劳损坏，但是，换热元件又不能压得过紧，否则会导致换热元件的过度变形和损坏，从而引起换热元件热力性能、堵灰速率和清洗效果。如果压得过松，则会引起换热元件的疲劳损坏。

2.1 换热元件寿命影响因素分析

决定换热元件使用寿命的因素是多重而非单一的，大部分由以下因素组成：

2.1.1 波形、材料等选取的合理性

换热元件波型的选择要综合考虑传热效率、阻力特性、抗堵灰和可清洗等综合因素。传热元件的波形形式有许多，世界上各大锅炉厂或空预器厂家均开发了一系列不同的换热元件波纹型式，形成了不同的、可识别的换热元件传统家族类型，这些类型又可以更进一步细分成许多不同次级类别。几何学上微小的尺寸变化就能使换热元件在运行中的性能产生显著的差异，从而得到不同的换热元件波形，应用在不同的空预器或燃用不同燃料的锅炉上（图1）。

换热元件的材料选用是根据机组燃料特性、工作温度、燃烧条件、系统是否配置SCR脱硝系统和换热元件的温度场分布等确定的。对燃煤机组，热端、中温段大多数情况下采用普通碳钢。为抵御低温腐蚀，冷端换热元件大多采用的是低合金耐候（蚀）钢，常用的是等同考登钢（Cor-Ten 钢）。对燃油和劣质煤空气预热器，冷端换热元件有时采用镀搪瓷换热元件（表1）。

2.1.2 工厂制造质量的把控性

以搪瓷换热元件为例：

（1）基材要求：涂搪瓷用钢为进口新日铁或上海宝钢专用搪瓷钢，含碳量不高于0.004%。涂搪瓷以前应对材料进行性能试验（包括化学成分），还要作涂搪瓷试验。每一批号都应该取试样进行涂搪瓷试验，试验合格后才能扎制成规定的板型，批量涂搪瓷。

（2）喷涂工艺：干法静电喷镀质量>湿法静电喷镀>湿法浸镀。

（3）搪瓷瓷釉：进口美国FERRO、意大利卡罗比亚质量优于国产瓷釉，瓷釉成分应不低于表2。

（4）搪瓷检测指标

a.搪瓷表面光滑而連续，不应有鳞状脱皮。

b.平均每平方英尺（0.093m2）上不应有两个以上黑色斑点。

c.每块搪瓷元件上不应有瑕疵（未涂上搪瓷），在端部有局部的瑕疵是可接受的，但不能扩伸到元件内0.5mm。

d.急变温度试验：抽检搪瓷元件（搪瓷烧件）出炉后温度降至400℃，放在常温（20℃左右）水中激冷，表面无异常变化。

e.涂一层的搪瓷元件用2000伏以上的电火花检测仪检测，平均每平方英尺（0.093m2）上不超过5个火花电。对于涂二层搪瓷的元件，用3000伏电火花检测仪检测，平均每平方英尺（0.093m2）上不超过10个针孔.

f.密着力试验（按欧盟EN10204标准或国家BSEN1020

9-1996标准），在1000公斤力时，密着力98%以上。

g.耐酸试验：1%硫酸中煮沸3小时，不得失去光泽，在每5.95平米英尺（38.4cm2）上质量的减少不大于0.005克，即0.13mg/cm2（单面侵蚀）。

h.搪瓷层厚度0.14-0.19mm。

（5）元件盒框架制造指标

a.材质：元件框架的材料为耐酸腐蚀的低合金钢（Corten钢或性能相当的钢种）

b.框架设计采用改进型全包覆式框架结构，增加强度，端部角板高度不低于130mm，厚度不低于5mm（图2、图3）。

2.2 换热元件寿命评估办法

传热元件在使用中会出现损坏，导致寿命缩短，因此需对传热元件寿命进行评估。评估主要考虑以下几点：腐蚀量、蠕变裂纹、碎片、板厚减薄量和压紧力这5个指标。

以总分数100分计算，共分为三大项：机械性能占55分，热力性能占30分，外形尺寸等占15分。以三大项上述的基础分数乘以以下五小项的所占比值，综合相加后乘以0.03205的评判系数，就是最终得分。其中系数0.0325是符合正态分布图的大量实验数据累计的经验数据。五小项具体内容如下：

（1）端部侵蚀量

换热元件端部受腐蚀和吹灰等影响，其磨损量按总高度100%考虑，无侵蚀得0分，每增加25%的侵蚀量得1分，最高3分。

（2）裂纹量

以单片波纹板在整面30%范围以下统计，无裂纹的得0分，每增加5-10%得1分，最高不超过3分。

（3）碎片量

以单片波纹板在整面30%范围以下统计，无碎片的得0分，每增加5-10%得1分，最高不超过3分。

（4）板厚减薄度

此厚度指的是框架厚度，以框架厚度6mm为例，6mm以上得0分，每减薄1mm得1分，最高3分。

（5）波紋板压紧力

以设计压紧力为准，无减轻得0分，每降低5%-10%得1分，最高3分。

通过以上数据综合评判后的分数，当总分在0-29以内时可继续使用。当总分在30-49时，可继续使用，密切关注损坏度即可。当总分在50-69分以内时可暂时使用，第二年必须择机更换。当总分在70-100分时必须马上更换。

如表3～表5所示。

3 结束语

通过以上分析和论述，在空气预热器制造和使用过程中，对制造厂家可起到一定的制造指导作用，对使用厂家可起到一定的监造和更换指导作用。

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