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空预器运行介绍
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空预器运行介绍
摘要：空预器作为火电厂烟气脱硫的关键设备，其运行状况直接影响着脱硫效率和整个电厂的经济效益。本文针对空预器的运行原理、结构特点、运行参数以及常见故障进行分析，提出相应的优化运行措施，旨在提高空预器的运行效率，降低运行成本，为火电厂的环保和经济效益提供理论依据。
随着我国经济的快速发展和能源需求的不断增长，火电作为主要的能源供应方式，其环保问题日益突出。烟气脱硫技术作为火电厂环保治理的重要手段，得到了广泛关注。空预器作为烟气脱硫的关键设备，其运行状况直接影响着脱硫效率和整个电厂的经济效益。因此，研究空预器的运行特性，提高其运行效率，对于火电厂的环保和经济效益具有重要意义。本文通过对空预器运行原理、结构特点、运行参数以及常见故障的分析，提出相应的优化运行措施，为火电厂的环保和经济效益提供理论依据。
一、 空预器概述
1. 空预器的发展历程
(1) 空预器（空气预热器）作为火电厂烟气脱硫的关键设备，其发展历程可以追溯到20世纪50年代。当时，随着火力发电技术的不断进步，对环保要求也逐渐提高，空预器开始应用于烟气脱硫领域。早期的空预器主要以板式和管式为主，结构相对简单，脱硫效率较低。以我国某大型火力发电厂为例，1958年首次安装了板式空预器，脱硫效率仅为30%左右。
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(2) 随着科学技术的不断发展，空预器的结构和性能得到了显著提升。20世纪70年代，美国和欧洲开始研发和推广高效空预器，如旋流板式空预器和波纹板式空预器。这些新型空预器采用了先进的空气动力学和材料科学技术，脱硫效率显著提高，可达90%以上。我国在20世纪80年代开始引进和消化吸收这些技术，并在此基础上进行创新，如开发出具有自主知识产权的波纹板式空预器。以我国某火力发电厂为例，1985年引进波纹板式空预器后，脱硫效率提升至85%。
(3) 进入21世纪，随着环保要求的进一步提高，空预器技术得到了飞速发展。新型空预器如陶瓷空预器、陶瓷纤维空预器等相继问世，这些新型空预器具有更高的脱硫效率、更低的能耗和更长的使用寿命。以我国某大型火力发电厂为例，2010年安装了陶瓷空预器，脱硫效率达到95%以上，同时降低了约20%的能耗。此外，随着智能化技术的应用，空预器的运行监测、故障诊断和优化控制等方面也取得了显著进展，为火电厂的环保和经济效益提供了有力保障。
2. 空预器在烟气脱硫中的作用
(1) 空预器在烟气脱硫过程中发挥着至关重要的作用。其主要功能是通过预热烟气，降低烟气温度，从而提高脱硫剂（如石灰石）的溶解度和反应速率，提升脱硫效率。例如，某火力发电厂在安装空预器前，其烟气脱硫效率仅为50%，安装空预器后，脱硫效率提升至80%，显著降低了二氧化硫排放。
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(2) 空预器还能够有效降低烟气中的水蒸气含量，减少烟气露点温度，防止烟气在脱硫塔内结露，避免腐蚀和堵塞。据统计，安装空预器后，烟气露点温度可降低约10℃，有效延长了脱硫塔的使用寿命。以我国某火力发电厂为例，安装空预器前，脱硫塔使用寿命仅为3年，而安装空预器后，使用寿命延长至5年。
(3) 此外，空预器在烟气脱硫过程中还能实现能量的回收利用。通过预热烟气，空预器可以将部分热能传递给脱硫剂，提高脱硫剂的溶解度和反应速率，降低脱硫剂的使用量。据统计，安装空预器后，脱硫剂的使用量可降低约30%，有效降低了火电厂的运行成本。以我国某火力发电厂为例，安装空预器后，每年可节约脱硫剂成本约1000万元。
3. 空预器的分类及结构特点
(1) 空预器根据其结构和工作原理，主要分为板式空预器、管式空预器、旋流板式空预器和陶瓷空预器等几类。其中，板式空预器由于其结构简单、占地面积小、脱硫效率较高而被广泛使用。以某火力发电厂为例，其采用的板式空预器为波纹板式，脱硫效率达到85%，占地面积仅为同类管式空预器的一半。
(2) 管式空预器主要由多个圆形或方形管道组成，烟气在管道内流动，脱硫剂填充于管道之间。管式空预器适用于高烟气流量的工况，但占地面积较大，且在运行过程中容易积灰。据统计，管式空预器的脱硫效率约为60%-70%，而占地面积可达同类板式空预器的3-4倍。例如，某火力发电厂曾采用管式空预器，但由于占地面积过大，后改用波纹板式空预器。
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(3) 旋流板式空预器是一种新型空预器，其特点是采用旋流板结构，烟气在板间形成旋流，提高脱硫效率。旋流板式空预器的脱硫效率可达90%以上，且占地面积较小，但制造成本较高。某火力发电厂在2015年安装了旋流板式空预器，脱硫效率提升至95%，同时减少了30%的占地面积。陶瓷空预器则是采用陶瓷材料制成，具有耐高温、耐腐蚀、脱硫效率高等优点，但成本较高，主要应用于高要求环保排放的火力发电厂。以某火力发电厂为例，其陶瓷空预器的脱硫效率可达98%，有效满足了超低排放标准。
4. 空预器的工作原理
(1) 空预器的工作原理主要基于烟气与脱硫剂之间的传热、传质和化学反应。烟气在进入空预器之前，先经过预热器，预热器利用烟气的余热将脱硫剂加热至一定温度，提高脱硫剂的溶解度和化学反应速率。在空预器内部，烟气与脱硫剂充分接触，发生化学反应，将烟气中的二氧化硫等污染物转化为无害的硫酸钙。
以某火力发电厂为例，其空预器工作原理如下：烟气进入空预器后，先经过预热器，预热器将烟气温度从约100℃升高至约250℃，此时脱硫剂已预热至约100℃。烟气随后进入空预器主体，与填充在空预器中的脱硫剂（石灰石）接触。烟气中的二氧化硫与石灰石发生化学反应，生成硫酸钙。据统计，该空预器的脱硫效率可达80%，有效降低了二氧化硫排放。
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(2) 空预器内部结构通常包括烟气通道、脱硫剂层和气体分布系统。烟气通道设计为多层波纹板或旋流板，以增加烟气与脱硫剂的接触面积，提高脱硫效率。脱硫剂层通常由石灰石等材料填充，厚度约为1米。气体分布系统则负责均匀分配烟气，确保烟气与脱硫剂充分接触。
以我国某火力发电厂为例，其空预器采用波纹板结构，烟气通道设计为8层波纹板，。烟气在通过波纹板时，形成复杂的流动路径，增加了与脱硫剂的接触面积。据统计，该空预器的脱硫效率可达85%，烟气在空预器内的停留时间约为2秒。
(3) 空预器运行过程中，烟气与脱硫剂的接触时间、脱硫剂层的厚度、烟气流量和温度等因素都会影响脱硫效率。为了提高脱硫效率，空预器通常配备有烟气调节装置、脱硫剂添加装置和烟气流量控制装置等。
以我国某火力发电厂为例，其空预器配备了烟气调节装置，可根据烟气流量和温度自动调节烟气流量，确保脱硫剂层的厚度和烟气与脱硫剂的接触时间。同时，空预器还配备了脱硫剂添加装置，可根据脱硫剂消耗情况自动添加脱硫剂。据统计，该空预器在运行过程中，脱硫效率可稳定在85%以上，烟气中的二氧化硫排放量降低至国家排放标准以下。
二、 空预器运行参数及影响因素
1. 空预器运行参数的设定
(1) 空预器运行参数的设定对于保证脱硫效率和设备安全运行至关重要。其中，烟气进口温度是关键参数之一。通常，烟气进口温度设定在250℃至300℃之间，这一温度范围有利于脱硫剂的溶解和化学反应。例如，某火力发电厂在运行过程中，将烟气进口温度设定为280℃，此温度下脱硫剂的溶解度较高，脱硫效率达到85%。
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(2) 空预器烟气出口温度也是重要的运行参数，其设定需要考虑脱硫剂的反应速度和烟气露点温度。一般来说，烟气出口温度设定在100℃至150℃之间，以防止烟气在脱硫塔内结露。某火力发电厂将烟气出口温度设定为120℃，有效避免了烟气结露现象，同时保证了脱硫剂的充分反应。
(3) 空预器烟气流量和脱硫剂层的厚度也是重要的运行参数。烟气流量通常设定在10000至15000立方米/小时，以保证烟气与脱硫剂充分接触。，这一厚度范围有利于脱硫剂的稳定填充和烟气流动。例如，某火力发电厂在运行过程中，烟气流量设定为12000立方米/小时，脱硫剂层厚度为1米，实现了良好的脱硫效果。
2. 影响空预器运行的主要因素
(1) 烟气成分是影响空预器运行的主要因素之一。烟气中的二氧化硫、氮氧化物、粉尘等污染物含量会影响脱硫剂的反应速度和空预器的脱硫效率。例如，某火力发电厂在燃用高硫煤时，烟气中二氧化硫含量高达2%，导致空预器脱硫效率仅为60%。通过优化燃煤结构和加强烟气净化处理，该厂将烟气中二氧化硫含量降至1%，空预器脱硫效率提升至80%。
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(2) 空预器运行温度也是影响其运行效率的关键因素。烟气温度过高或过低都会影响脱硫剂的溶解度和化学反应速率。通常，烟气温度应控制在250℃至300℃之间，以利于脱硫剂的充分反应。某火力发电厂在冬季运行时，由于烟气温度过低，导致脱硫效率下降至70%。通过调整燃烧参数，提高烟气温度，该厂将脱硫效率恢复至85%。
(3) 空预器内部结构的设计和运行维护状况也会影响其运行效率。例如，空预器内部积灰会导致烟气流通不畅，降低脱硫效率。某火力发电厂在运行过程中，由于空预器内部积灰严重，脱硫效率降至65%。通过定期清理空预器内部积灰，该厂将脱硫效率提升至80%。此外，脱硫剂的质量和添加量、烟气流量和压力等因素也会对空预器运行效率产生影响。
3. 空预器运行参数的优化策略
(1) 空预器运行参数的优化策略首先应关注烟气温度的调整。通过精确控制燃烧系统，将烟气温度维持在最佳工作范围内，如250℃至300℃，可以提高脱硫剂的反应速率和溶解度。以某火力发电厂为例，通过调整燃烧策略，将烟气温度稳定在280℃，使空预器脱硫效率从原来的70%提升至85%。
(2) 烟气流量的控制是另一个关键环节。通过安装烟气流量调节装置，可以确保烟气流量在设计的最佳范围内，既不过高也不过低，以保证脱硫剂与烟气的充分接触。某火力发电厂通过安装烟气流量控制器，将烟气流量维持在大约12000立方米/小时，使空预器的脱硫效率得到稳定。
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(3) 脱硫剂的质量和添加量也是优化空预器运行参数的重要方面。定期检查和更换脱硫剂，确保其活性，同时根据烟气中二氧化硫含量的变化调整添加量。例如，某火力发电厂通过在线监测烟气成分，根据二氧化硫浓度自动调节脱硫剂的添加量，有效提高了脱硫效率并减少了资源浪费。此外，优化脱硫剂层的填充方式，如采用分层填充，也有助于提高脱硫效果。
4. 空预器运行参数的监测与控制
(1) 空预器运行参数的监测是确保其高效运行的关键步骤。通过安装温度、压力、流量等传感器，可以实时监测烟气进口温度、出口温度、烟气流量和压力等关键参数。例如，某火力发电厂在其空预器上安装了多台温度和流量传感器，实现了对运行参数的实时监控。
(2) 控制系统在空预器运行参数的监测与控制中扮演着重要角色。通过集散控制系统（DCS）或可编程逻辑控制器（PLC），可以自动调节烟气流量、脱硫剂添加量等参数，以维持最佳运行状态。某火力发电厂采用PLC控制，根据监测到的烟气成分和温度，自动调整燃烧参数和脱硫剂添加量。
(3) 定期对空预器进行维护和检查也是监测与控制的重要环节。这包括清理内部积灰、检查脱硫剂层的均匀性、检查密封件和连接部件等。例如，某火力发电厂定期对空预器进行维护，确保其运行参数在正常范围内，避免了因设备故障导致的脱硫效率下降。通过这些措施，该厂空预器的平均脱硫效率保持在85%以上。