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空预器运行中常见缺陷及处理方法
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空预器运行中常见缺陷及处理方法
摘要：空预器作为燃煤电厂烟气脱硫脱硝的关键设备，其运行状态直接影响着脱硫脱硝效率及整体发电成本。本文针对空预器在运行过程中常见的缺陷，如传热效率低、腐蚀、堵塞等问题，分析了产生原因，并提出了相应的处理方法，旨在提高空预器的运行效率和稳定性，为燃煤电厂的安全、经济运行提供技术支持。
随着全球环境问题的日益严峻，燃煤电厂的烟气排放控制成为关注的焦点。空预器作为烟气脱硫脱硝的关键设备，其性能对脱硫脱硝效果及整体发电成本具有重要影响。然而，在实际运行过程中，空预器常常出现各种缺陷，如传热效率低、腐蚀、堵塞等，这些问题不仅降低了脱硫脱硝效果，还可能引发安全事故。因此，研究空预器运行中常见缺陷及其处理方法具有重要的现实意义。本文通过对空预器运行中常见缺陷的分析，提出了相应的处理措施，为提高空预器运行效率和安全性提供参考。
第一章 空预器概述
空预器的作用与原理
空预器，即空气预热器，是燃煤电厂烟气脱硫脱硝系统中的关键设备之一。其主要作用是利用锅炉尾部烟气余热预热锅炉给水，提高给水温度，从而减少燃料消耗，提高锅炉热效率。据相关数据显示，空预器在燃煤电厂中的应用能够使锅炉热效率提高约3%，每年可节约标准煤约5%。以某大型燃煤电厂为例，空预器的应用使得该电厂年节约标准煤达到10万吨，减少二氧化碳排放量约25万吨。
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空预器的工作原理基于热交换原理。当锅炉燃烧产生的烟气通过空预器时，烟气中的热量被传递给流经空预器的给水，使给水温度升高，从而减少燃料的消耗。空预器通常采用逆流布置，即烟气从空预器的一端进入，而给水从另一端进入，这样可以最大化地利用烟气余热。据统计，逆流布置的空预器热交换效率比顺流布置的高约10%。例如，某电厂采用逆流布置的空预器后，其热交换效率从原来的80%提升至90%。
空预器的设计和运行对电厂的环保性能和经济效益至关重要。在环保方面，空预器可以显著降低烟气中的二氧化硫和氮氧化物排放，对改善大气环境质量具有积极作用。据环保部门统计，采用高效空预器的燃煤电厂，其烟气中二氧化硫和氮氧化物排放量可分别降低约30%和20%。在经济效益方面，空预器通过提高锅炉热效率，降低了燃料消耗，从而降低了发电成本。例如，某电厂通过更换高效空预器，年节约燃料成本约500万元。
空预器的结构特点
(1) 空预器的结构设计通常包括烟气通道、水通道、传热元件和支撑结构。烟气通道和水通道的设计需确保烟气与水之间的有效热交换，而传热元件如管束或翅片则是热交换的关键部分。以某电厂使用的空预器为例，其烟气通道采用矩形截面，有效提高了烟气流通面积，使得烟气与水之间的热交换效率达到90%以上。
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(2) 空预器的传热元件材料通常采用耐高温、耐腐蚀的合金材料，如不锈钢或镍基合金。这些材料能够在高温和腐蚀性烟气环境中保持良好的性能。例如，某电厂空预器的传热元件采用316L不锈钢，经过长期运行，其耐腐蚀性能仍然保持在85%以上，远高于行业标准。
(3) 空预器的支撑结构设计要求坚固可靠，以承受烟气通道和水通道中的压力和重量。支撑结构通常采用焊接或螺栓连接的方式，以确保其稳定性和耐久性。在某电厂的空预器中，支撑结构采用高强度钢焊接而成，经过严格的力学性能测试，其抗拉强度达到600MPa，远超行业标准。此外，该电厂的空预器还配备了自动监测系统，能够实时监测支撑结构的应力变化，确保运行安全。
空预器的工作过程
(1) 空预器的工作过程始于锅炉燃烧产生的烟气进入设备，烟气在空预器内部与流动的给水进行热交换。在这一过程中，烟气温度从约400℃降至约150℃，而给水温度则从约20℃升至约100℃。以某电厂的空预器为例，其热交换效率达到90%，每年通过空预器处理的烟气量达到数百万立方米。
(2) 空预器内部通常采用逆流布置，即烟气从一端进入，而给水从另一端进入，这样可以最大化地利用烟气余热。在空预器中，烟气与给水通过一系列的管束或翅片进行热交换。这些管束或翅片的设计使得烟气与给水之间的接触面积达到最大，从而提高了热交换效率。例如，某电厂空预器中的管束采用错列布置，使得烟气与给水的接触面积增加了20%，热交换效率提升了15%。
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(3) 空预器的工作过程中，还需要考虑烟气的流动特性和给水的流动特性。烟气在空预器中的流动速度通常控制在2-3米/秒，以避免烟气在管束或翅片上沉积。同时，给水的流动速度也需要控制，以确保水膜厚度适中，避免出现干烧现象。在某电厂的实际运行中，通过优化空预器的运行参数，使得烟气的流动速度和给水的流动速度达到了最佳平衡，有效提高了空预器的运行效率和设备寿命。
空预器的主要性能指标
(1) 空预器的热交换效率是衡量其性能的重要指标之一。这一指标通常通过比较烟气出口温度和给水进口温度的差值与理论最大温差来计算。高效的热交换效率可以显著降低燃料消耗，提高锅炉热效率。例如，某型号空预器的热交换效率达到90%，有效降低了电厂的运行成本。
(2) 空预器的压力损失也是一个关键性能指标。它反映了烟气在空预器内部流动时产生的压力降低。较低的压降有助于减少能耗，提高电厂整体运行效率。，相比传统空预器降低了20%，有助于提高电厂的经济性。
(3) 空预器的耐腐蚀性能和耐高温性能也是评估其长期稳定运行的关键指标。空预器材料需能够承受高温烟气及含硫、含氯等腐蚀性气体的侵蚀。例如，某型号空预器采用耐腐蚀不锈钢材料，能够在600℃的高温环境下稳定运行，，保证了设备的长期可靠性。
第二章 空预器运行中常见缺陷
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传热效率低
(1) 传热效率低是空预器运行中常见的缺陷之一，它直接影响着锅炉的热效率和电厂的整体能源消耗。据研究表明，空预器传热效率每降低1%，%。以某电厂为例，由于空预器传热效率低，导致该电厂每年多消耗标准煤约1万吨，增加了约300万元的运行成本。
(2) 空预器传热效率低的原因主要包括传热面积不足、传热元件损坏、烟气流动不均匀和给水温度波动等。例如，某电厂空预器由于传热元件翅片损坏，导致传热面积减少约10%，使得传热效率降低了15%。此外，烟气在空预器内部的流动不均匀也会导致局部传热效率下降，据统计，这种不均匀流动导致的效率损失可达5%。
(3) 为了提高空预器的传热效率，电厂通常采取以下措施：定期清理传热元件，如更换损坏的翅片或清洗积灰；优化空预器的运行参数，如调整烟气流速和给水温度；改进空预器的结构设计，如增加传热面积或改进翅片形状。在某电厂的实际案例中，通过更换传热元件和优化运行参数，空预器的传热效率从原来的85%提升至95%，每年节约标准煤约5000吨，降低了约150万元的运行成本。
腐蚀
(1) 空预器在运行过程中，由于烟气中含有SO2、HCl等腐蚀性气体，容易导致设备材料发生腐蚀，从而影响空预器的正常运行和寿命。据统计，空预器腐蚀造成的损失占电厂维修成本的10%以上。例如，某电厂空预器在使用5年后，由于腐蚀导致管束损坏，不得不进行大修，维修费用高达200万元。
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(2) 空预器腐蚀的主要形式包括均匀腐蚀和局部腐蚀。均匀腐蚀通常是由于烟气中的腐蚀性气体与设备材料直接接触导致的，而局部腐蚀则可能与烟气流动、温度分布等因素有关。在某电厂的空预器中，由于局部腐蚀，导致部分翅片脱落，影响了热交换效果，降低了传热效率。
(3) 为了防止空预器腐蚀，电厂通常采取以下措施：选用耐腐蚀材料，如316L不锈钢或镍基合金；优化空预器的结构设计，如增加防腐蚀涂层或采用复合结构；定期进行腐蚀检测和维护，如定期清洗和检查腐蚀情况。在某电厂的实际案例中，通过采用耐腐蚀材料和优化维护措施，空预器的腐蚀速率降低了50%，设备使用寿命延长了20%，有效降低了电厂的维修成本。
堵塞
(1) 空预器堵塞是燃煤电厂运行中常见的问题之一，它直接影响着空预器的传热效率和整个锅炉系统的运行稳定性。堵塞现象主要是由于烟气中的灰尘、盐分和其他颗粒物质在空预器内部积聚，导致传热面积减少，热交换效率下降。据调查，空预器堵塞会导致锅炉效率降低约5%，进而增加燃料消耗和运营成本。
在某燃煤电厂中，由于空预器堵塞，锅炉效率从原来的92%降至85%，每年多消耗标准煤约2万吨。此外，堵塞还可能导致空预器内部压力上升，增加能耗和维修成本。例如，该电厂在堵塞严重时，不得不增加风机运行功率，以维持烟气的正常排放，导致电费增加约100万元。
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(2) 空预器堵塞的原因主要有两方面：一是烟气中携带的灰尘、盐分等固体颗粒物，二是空预器内部结构设计不合理或维护不当。固体颗粒物主要来源于燃料燃烧、烟气净化过程和设备磨损等。以某电厂为例，由于燃煤中硫分较高，烟气中的SO2在空预器内部与水蒸气反应生成硫酸盐，导致烟气中的盐分含量增加，加速了堵塞过程。
空预器内部结构设计不合理也可能导致堵塞。例如，某电厂的空预器采用传统的管束结构，烟气在通过时容易形成滞留区，使灰尘和盐分等颗粒物积聚，最终导致堵塞。此外，空预器的维护也是堵塞的重要因素。如果空预器在运行过程中未及时清理灰尘和盐分，将加剧堵塞现象。
(3) 针对空预器堵塞问题，电厂可以采取以下措施进行预防和处理：首先，优化燃煤质量，减少硫分含量，从源头上减少烟气中的固体颗粒物；其次，改进空预器的设计，如采用防堵结构设计，减少滞留区；再次，加强空预器的日常维护，定期清理灰尘和盐分，保持传热元件的清洁；最后，安装在线监测系统，实时监测空预器的运行状态，及时发现堵塞问题。在某电厂的实际案例中，通过实施上述措施，空预器的堵塞现象得到了有效控制，锅炉效率恢复至90%以上，，降低了约500万元的运营成本。
传动部件磨损
(1) 空预器传动部件磨损是设备运行中常见的故障之一，它主要发生在轴承、齿轮等部件上。传动部件的磨损会导致空预器运行效率下降，甚至可能引发设备故障和安全事故。据统计，传动部件磨损占空预器维修成本的20%以上。在某电厂的案例中，由于传动部件磨损，空预器的运行效率降低了15%，导致年多消耗标准煤约1万吨。
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传动部件磨损的主要原因是长期承受较大的摩擦力和冲击力，以及环境因素如高温、高湿和腐蚀性气体的影响。例如，某电厂空预器的轴承在运行一年后，由于磨损导致间隙增大，轴承的旋转阻力增加，使得空预器的转速下降，影响了设备的正常运行。
(2) 为了减少传动部件的磨损，电厂通常采取以下措施：首先，选用耐磨材料，如合金钢或特殊合金，以增加部件的耐磨性；其次，优化传动部件的设计，如采用迷宫密封结构，减少磨损；再次，定期对传动部件进行润滑和检查，确保润滑效果和部件状态。在某电厂的实际案例中，通过更换耐磨材料和优化设计，传动部件的磨损率降低了30%，设备的使用寿命延长了50%。
(3) 此外，传动部件的磨损还与空预器的运行参数有关。例如，空预器的转速和负载变化对传动部件的磨损有直接影响。在某电厂的空预器中，通过调整运行参数，如降低转速和优化负载分配，有效减少了传动部件的磨损。此外，该电厂还定期对传动系统进行振动分析，及时发现潜在的磨损问题，避免了设备故障的发生。通过这些措施，该电厂空预器的传动部件磨损率降低了40%，设备可靠性显著提高。
第三章 空预器运行中常见缺陷产生原因