余热利用暖风器换热管冻裂原因分析及解决方案的探讨

黄大钊

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

随着火电厂大气污染排放标准执行力度的慢慢加大，越来越多的燃煤电厂开始寻找新的烟气治理技术，以满足国家环保要求。其中余热暖风器技术通过近2年的发展运用，也日趋成熟。该技术是通过余热利用装置和暖风器的串联结合，在减轻空预器冷端腐蚀和堵灰现象的同时，提高了锅炉效率以及电除尘的除尘效率，达到了节能减排作用。余热利用暖风器的中间传热媒介为除盐水。

除盐水经热媒水循环泵升压后进入余热利用装置吸收热烟气余热，加热后的除盐水通过循环管道进入一、二次风暖风器，释放热量，加热空预器入口冷空气，经一、二次风暖风器冷却后的除盐水再通过循环管道回到热媒水循环泵入口，共同形成一个闭式循环系统，实现热量的转换。在国内北方地区，冬季环境温度相对较低，远低于0℃，甚至达到-30℃以下。余热利用暖风器系统中，暖风器是布置在一、二次风机出口，其换热管长期处在低温环境下运行，存在冻裂的风险。本文以某电厂余热利用暖风器换热管防冻改造为例，详细分析了换热管冻裂的原因并提出防冻解决方案，为其他余热利用暖风器在冬季运行期间防止换热管冻裂措施上提供了有价值的技术参考。

1 项目概况

某电厂配套余热利用暖风器，余热利用装置布置在除尘器入口水平烟道，暖风器布置在空在一、二次风送风机出口的冷风道上。布置在除尘器前的余热利用装置吸收烟气热量，利用闭式循环水，将热量传递给布置在送风机出口冷风道上的暖风器，用来加热空预器入口的冷空气。

暖风器采用螺旋翅片管，传热系数高，同时水侧采用逆流布置方案，可有效保障出口风温提升至设计要求温度。每台一次风暖风器分两个模块，每台二次风暖风器分3个模块，均可独立控制。余热利用暖风器相关设计参数如表1所示。

表1 余热利用暖风器相关设计参数

2 暖风器换热管冻裂原因分析

暖风器运行至今，暖风器空气侧出口风温优于设计要求，实际运行中，余热利用装置入口烟温偏低，为了防止除尘器低温腐蚀，余热利用装置出口烟温控制一般高于95℃，而设计要求为不高于85℃，导致余热利用装置吸收的热量不足，从而导致暖风器水侧出口水温普遍偏低，影响余热利用暖风器安全运行。实际运行中，空预器出口风温超温，影响其下游设备运行，由于空预器无法调节出口风温，所以必须对一、二次风暖风器出口风温进行控制。为此需要对暖风器运行方案进行调整，即对暖风器模块进行限流控制，以保证空预器出口风温不超温。

入冬后，由于环境温度不断降低，暖风器入口空气温度在0℃以下，二次风暖风器限流模块的换热管发生爆管泄漏。经过比对运行数据发现，二次风入口空气温度低于-10℃，由于限流模块的进出口阀门开度不够，过于限流，导致内部水流速过慢，在处于零度以下风温下运行，引起管内结冰挤压管道而撑裂管道。因此，暖风器系统需要进行相应的调整，以满足使用要求。图1为二次风暖风器爆管情况图。

图1 二次风暖风器爆管情况

3 暖风器系统调整方案

系统调整主要分为4部分：

（1）暖风器水侧顺流、逆流可相互切换。

（2）增加暖风器水侧旁路。

（3）改造暖风器水侧进出水分集箱。

（4）暖风器水侧增加相应壁温测点。

3.1 暖风器水侧顺流、逆流可相互切换

将一次风、二次风进回水管道进行顺流、逆流相互切换的改造，增加部分手动闸阀和管道，改造后，暖风器水侧可根据实际运行需要进行顺逆流切换。

冬季工况下，可切换成顺流运行，即水流方向与风向一致，迎风面的管内为高温热水，当环境温度低时，可以快速将暖风器入口冷空气温度抬升至0℃以上；此时，暖风器出口端的空气温度将高于0℃以上，由于水温肯定比空气温度高，这样就避免了换热管内水结冰冻裂的问题发生。

夏季工况下，可切换为逆流运行，即水流方向与风向相对，提高了换热平均温压，从而增强传热效果。图2为改造前一、二次风暖风器系统图，图3为改造后一、二次风暖风器系统图。

图2 改造前一、二次风暖风器系统图

图3 改造后一、二次风暖风器系统图

3.2 增加暖风器水侧旁路

在锅炉0m层进暖风器的水侧总管道上设置暖风器再循环旁路，循环管道大小为Φ219×6，管道上依次设置手动闸阀、电动调节阀、手动闸阀。

暖风器水侧旁路可以通过减少暖风器的闭式循环水流量，从而降低暖风器处的换热量，达到解决空预器出口空气超温问题的目的。

同时，当暖风器吸热量少了，由于暖风器和余热利用装置是闭式循环系统，因此，进入除尘器前余热利用装置的水侧温度也会提高，这样可以防止其因进水温度偏低引起烟气冷凝而堵灰的现象出现，同时也避免换热管低温腐蚀，更有利于余热利用装置的运行。暖风器水侧旁路管道布置图如图4。

图4 暖风器水侧旁路管道布置图

3.3 改造暖风器水侧进出水分集箱

一次风暖风器共有4个模块，二次风暖风器共有6个模块，现需每个模块一分为二，即将各模块的进水集箱和出水集箱分别隔离成独立的2个小集箱，同时增设进口及出口接管以及相应的阀门等。

改造后，一次风暖风器共有8个模块，二次风暖风器共有12个模块。通过对暖风器水侧进出水分集箱的改造，相当于增加了暖风器模块数量，从而削弱了重力对并联分集箱流量分配的影响。

水流量分配均匀性提高了，也可有效减小暖风器换热管冻裂的风险。暖风器水侧单个模块进出水分集箱改造方案示意图如图5。

图5 暖风器水侧单个模块进出水分集箱改造方案示意图

3.4 暖风器水侧增加相应壁温测点

在一、二次分暖风器每组模块出口集箱上加设壁温测点，以便运行人员暖风器出口水温进行实时监测，暖风器出口水温即换热管最低壁温，通过温度数据显示、统计，有助于暖风器的运行调整。

4 结语

暖风器水侧顺流、逆流可视环境温度变化来灵活相互切换，有效避免暖风器换热管冻裂，提高系统的适用性。暖风器水侧旁路可以调节暖风器出口风温，防止空气出口风温超温，也可以提高余热利用装置的进口水温，提升系统的安全性；增加暖风器模块数量来均匀分集箱水流的分配，布置壁温测点来实时监测暖风器换热管最低壁温，这些措施也会进一步提升系统的安全性。国内北方地区，冬季和夏季环境温度相差较大，余热利用暖风器所处环境恶劣，容易引起换热管冻裂或者空预器出口风温超温问题的发生，本文解析了冻裂原因和解决方案，可为今后余热利用暖风器的设计或改造方案提供技术参考。