摘 要：為充分利用富余的冶金煤氣資源，煤氣鍋爐在國內鋼廠得到了廣泛應用。空氣預熱器是煤氣鍋爐的重要輔助設施，其漏風一直是鍋爐運行過程中的典型故障和常見問題。本文對煤氣鍋爐空氣預熱器的漏風問題進行討論，分析了漏風的原因和危害，提出了漏風的預防和治理措施，并介紹了可減少漏風的新型空預器。
關鍵詞：冶金煤氣;鍋爐;空氣預熱器;漏風
前言
近年來，國內環保形勢日益嚴峻，加之國家對工業節能減排工作的推動逐步升級，鋼廠對于其余能余熱資源的回收也越來越重視。在這種背景下，煤氣鍋爐在各大鋼廠得到了普遍推廣和應用。
空氣預熱器是煤氣鍋爐的重要組成部件，它利用鍋爐尾部煙氣的熱量來加熱燃燒所需空氣，回收煙氣余熱，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率。同時，由于空氣被加熱，強化了爐內燃料的著火和燃燒過程，減小了未完全燃燒熱損失，從而進一步提高了鍋爐效率[1]。
煤氣鍋爐在長時間運行后，會出現空氣預熱器漏風問題，影響鍋爐的安全和經濟運行。此外，空氣預熱器的漏風還會造成排煙溫度下降，導致冷端受熱面壁溫下降，進而加速空氣預熱器冷端的低溫腐蝕，造成受熱面的損壞，既增加了維修工作量和材料損耗，又影響了鍋爐的正常運行。
因此，對煤氣鍋爐空氣預熱器漏風的相關問題進行分析討論，具有一定的實用意義。
1 空預器漏風案例
某鋼廠煤氣鍋爐以高爐煤氣、轉爐煤氣和焦爐煤氣為燃料，運行一段時間后，出現了空氣預熱器的腐蝕和漏風問題，且情況非常嚴重。經停運檢修發現，空預器的換熱管出現了嚴重腐蝕，并引發漏風。圖1為該空氣預熱器的現場照片。
圖1 某鋼廠煤氣鍋爐空預器現場照片
2 空預器漏風原因分析
通過化驗該鍋爐空氣預熱器換熱管表明的結晶體沉積物可知：結晶物大部分為硫酸及亞硫酸鹽的腐蝕產物，少部分碳酸鹽物質，進一步追溯源頭可知，這是由于焦爐煤氣中含有氨、苯烴、萘、焦油、硫化氫、有機硫、氰化氫等雜質，其中硫化氫等硫化物燃燒后形成二氧化硫、三氧化硫，在煙道中和水蒸汽形成硫酸、次硫酸。當煙氣流經低溫煙道時，煙氣溫度接近二氧化硫的露點溫度，二氧化硫呈液態對金屬發生腐蝕，形成腐蝕產物，又在過飽和狀態下析出，夾雜著煙氣中固體顆粒而形成，此時各種因素發生變化，形成由點變面腐蝕，造成管道大量穿孔，從而引起低溫空氣預熱器的泄漏。
此外，作為鋼鐵企業煤氣平衡的最大緩沖用戶，煤氣鍋爐負荷變化大而且頻繁，使得鍋爐尾部排煙溫度隨著負荷變化而發生較大波動，而鍋爐在低負荷時的排煙溫度較低(尤其是冬季)，為空氣預熱器的低溫腐蝕創造便利條件。
3 空預器漏風的危害
煤氣鍋爐空氣預熱器的漏風對鍋爐的安全與經濟運行會造成很大危害，主要包括：
1)空氣預熱器漏風會造成爐內風量不足，影響燃料燃燒造成鍋爐出力下降，若要保持同負荷，則必須增加送風量，導致送風機電耗增大;
2)空氣預熱器漏風還會使煙氣流量增大，導致引風機電耗增大;
3)由于冷空氣直接進入煙氣中，會降低煙氣溫度，促進尾部受熱面的低溫腐蝕，并形成惡性循環;
4)嚴重漏風會造成鍋爐負荷下降，削減鍋爐的煤氣消耗量，打破全廠的煤氣平衡，導致煤氣平衡困難，富余的煤氣只能大量放散，造成能源浪費。
4 空預器漏風的預防與治理
對于煤氣鍋爐，要想預防空氣預熱器的漏風，可從以下幾方面著手：
1)確保安裝和施工質量，避免密封處出現焊縫缺陷。
2)加強對空氣預熱器的維護，定期對空氣預熱器進行吹掃和清理。
3)通過熱力系統優化，提高排煙溫度，避開煙氣酸露點，具體包括：投入高壓加熱器，提高鍋爐給水溫度，進而提高排煙溫度;或者增加熱風再循環系統或暖風器，提高空預器入口風溫，從而將煙氣溫度抬升。
4)通過鍋爐運行調整，在保證爐膛燃燒穩定的前提下盡量采用低氧量運行，將過量空氣系數控制在較低值，以減少SO3的形成，從而避免或減輕低溫腐蝕。
5)在上游煤氣系統上增設煤氣脫硫設施，提高煤氣質量，降低硫化物含量。
5 空預器防漏風新技術
近年來，隨著材料技術的不斷發展，煤氣鍋爐空預器的防腐蝕和漏風問題出現了一些新的解決方案，主要包括兩類技術：
1)采用新型材料
ND鋼和搪瓷管是目前已經在鋼廠煤氣鍋爐上成功應用并具有較好市場潛力的空預器新型材料。其中，ND鋼又稱09CrCuSb合金管，是一種廣泛應用于預熱器和熱交換器的合金鋼管，可以抵御高含硫煙氣結露腐蝕，是目前國內外最理想的“耐硫酸低溫露點腐蝕”用鋼材。
搪瓷管的主要成分是含硅量高的瓷釉，它是覆蓋在陶瓷制品表面的無色或有色的玻璃態薄層，通過950℃搪燒，使瓷釉密著于金屬鐵胎表面制成，因此具有類似玻璃的化學穩定性和金屬強度的雙重優點。搪瓷管具有耐腐蝕性，且表面光滑，不易積灰，減少堵塞，更容易清洗。
考慮尾部空氣預熱器換熱管腐蝕破損一般只發生在空氣預熱器低溫段，因此可將低溫段的換熱管由普通碳素鋼管改為ND鋼、搪瓷管，只投入有限成本，加強酸露點溫度附近管子的耐腐蝕性，以避免空預器管的漏風。
2)采用新型換熱結構
熱管式換熱器是近年來在煤氣鍋爐上得到小范圍示范和推廣的新型換熱結構，熱管式空氣預熱器可以通過調節熱管冷熱兩側的熱阻比來調節熱管的管壁溫度，使其高于酸露點溫度以上，從而有效防止低溫腐蝕的發生。由于每根熱管都是相對獨立的密閉單元，煙氣和空氣被隔開分別與熱管進行換熱，所以即使有些熱管發生了腐蝕也不會引起漏風，之多是這部分熱管失去了有效的傳熱作用，待檢修時更換即可。目前，已經有不少鋼鐵廠采用了熱管式空氣預熱器，取得了較好的效果。
6 結語
煤氣鍋爐近年來在國內鋼廠得到了大量推廣應用，幾乎每個鋼廠都有煤氣鍋爐，數量少則2~3臺，多則8~10臺。作為煤氣鍋爐的重要組成部件，空氣預熱器的漏風問題一直是鋼廠動力廠或能控中心的運維重點。本文對煤氣鍋爐空氣預熱器的漏風問題進行研究，結合漏風案例，分析了漏風的原因和危害，并提出了漏風的預防和治理措施，還介紹了最新的空氣預熱器結構型式，可為鋼廠煤氣鍋爐的空氣預熱器漏風治理提供參考。
參考文獻
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推薦閱讀：《鍋爐技術》(雙月刊)1970年創刊，專業技術性刊物。反映鍋爐技術(電站鍋爐和工業鍋爐)的科研成果,包括鍋爐產品試驗成果,運行經驗總結,鍋爐總體及零部件的設計理論、方法、結果和計算機程序,鍋爐制造的新工藝、新技術、新材料,厚壁壓力容器的制造工藝和檢驗等。
