基于升温降阻试验的锅炉空预器差压治理技术研究
肖克
（国能（泉州）热电有限公司，福建省 泉州市 362804）
Research on Differential Pressure Control Technology of Boiler Air Preheater Based on Temperature Rise and Resistance Reduction Test
XIAO Ke
(Chn Energy (Quanzhou) Thermal Power CO.,LTD , Quanzhou 362804)
ABSTRACT: This study selects a 300MW-class coal-fired power plant boiler from a company in southern China as an example. By optimizing the heat exchange surface structure, adopting corrosion-resistant materials, and integrating an intelligent cleaning system for real-time surface cleaning, the efficiency of the air preheater is enhanced. Additionally, precise temperature control systems regulate flue gas temperature to further optimize performance. The results indicate that the optimized air preheater achieves an average pressure drop reduction of approximately 25% and a thermal efficiency improvement of 7% under identical operating conditions. Through this mitigation technology, the differential pressure of the air preheater decreases from 2500 Pa to around 1875 Pa, significantly enhancing production efficiency and economic benefits.
Key words: boiler air preheater；differential pressure mitigation；temperature rise and resistance reduction test
摘要：本研究选取位于中国南方某公司300MW级燃煤发电锅炉为例，通过优化换热面结构、采用抗腐蚀性强的材料，并结合智能清洁系统对换热面进行实时清理。同时，通过精准的温控系统调节烟气温度，优化了空预器的工作效率。研究表明，优化后的空预器在相同运行条件下，平均差压降低了约25%，并提高了热效率7%。通过该治理技术，空预器的差压由原来的2500 Pa下降至约1875 Pa，显著提高了生产效率和经济效益。
关键词：锅炉空预器；差压治理；升温降阻试验
0 引言
随着工业化发展，锅炉空预器在高硫煤环境下积灰和腐蚀问题突出，导致差压增大、换热效率下降，并增加维护成本和停机风险。为此，本研究以中国南方某公司300MW燃煤锅炉为例，通过优化空预器设计、选用抗腐蚀材料、调节烟气温度及引入智能清洁系统，旨在降低差压，提升热效率与设备稳定性。
1 锅炉空预器差压问题的成因分析
锅炉空预器作为提升锅炉效率的关键组件，其运行中常见的差压增大问题主要由积灰、腐蚀及设计缺陷等因素引起。积灰是导致差压增加的主要原因之一，随着锅炉的长期运行，烟气中的飞灰在空预器换热面沉积形成隔热层，阻碍热量传递的同时增加了流体通过时的阻力；由于硫酸盐的形成，加剧了高硫煤时的积灰情况[1]。同时，腐蚀现象也不可小觑，特别是在低温段空预器区域，烟气中的水蒸气和硫氧化物冷凝形成的酸液对金属表面产生侵蚀作用，削弱结构完整性并促进积灰粘附，进一步加大流动阻力。设计上的不足同样影响显著，传统设计未能充分考虑长期运行的实际挑战，如缺乏有效的积灰和腐蚀预防措施或换热面布局不合理等导致局部流速异常进而引起差压升高。
2 试验装置与测试方法
2.1升温降阻试验装置的构成
为深入研究锅炉空预器差压问题，本研究设计并构建了一套升温降阻试验装置，具体如下：
锅炉空预器模拟装置是整个试验装置的核心部分，它被设计成能够真实反映工业锅炉中空预器工作环境的结构。本研究模拟装置采用了模块化设计理念，便于调整换热面面积、管道布局等参数以适应不同的测试需求。
为了更准确地模拟积灰情况，装置内部设置了可调节的粉尘喷射系统，能够按照预定的速率向换热面注入特定粒径分布的飞灰。结合酸液喷淋系统，该试验还能模拟低温段空预器区域的酸性腐蚀环境，从而在试验室条件下重现导致差压增大的各种因素，为优化设备性能提供数据支持和理论依据[2]。
温度控制系统则是确保试验条件稳定性的关键。本研究试验装置集成了高精度的温控系统，能够实现对烟气入口温度的精准调控。系统采用电加热器（选用HRS-330型）与冷却水循环相结合的方式，既可以迅速提升烟气温度至设定值，也能有效地进行降温操作。
最后，差压测量系统负责实时监测空预器两侧的压力差。本研究选用了DPS-4000型高灵敏度差压传感器，其量程覆盖了从0到5000 Pa的范围，足以满足大多数试验条件下的测量需求。同时，为了消除外界干扰对测量结果的影响，需所有连接管道均采用了耐高温、抗腐蚀材料制成（选用Inconel 625和PTFE衬里钢管），并且尽可能缩短长度以减少压力损失。
2.2试验参数设置与数据采集
为了确保试验结果的准确性和可靠性，本研究在设计升温降阻试验装置时，对各项试验参数进行了精心设置，并采取了严格的数据采集方法。首先，在模拟锅炉空预器的实际运行条件方面，本研究选择高效换热性能测试、积灰影响评估以及腐蚀与积灰综合效应研究三种测试场景。每种场景下，根据研究目的调整换热面面积、管道直径和间距等关键参数，以探索它们对差压的具体影响，如表1：
在粉尘注入速率和酸液喷淋速率的设定上，也充分考虑到了实际情况中的差异性。对于积灰影响评估试验，研究设定了粉尘粒径分布为PM10，并以2g/min的速度向换热面注入飞灰，旨在模仿工业环境中常见的积灰情况。而在腐蚀与积灰综合效应研究中，采用了混合粒径分布（PM10 & PM2.5），并增加了硫酸溶液作为酸液类型，其浓度控制在20%，喷淋速率为50ml/min，用来模拟低温段空预器区域可能遇到的严重腐蚀环境[3]。考虑到烟气温度变化对空预器工作状态的影响，采用HRS-330型电加热器与冷却水循环系统相结合的方式进行温度调控。通过这种方式，可以在短时间内将烟气温度精确调整到所需值，并维持在±1℃的波动范围内。最后，研究选用了DPS-4000型高灵敏度差压传感器，其量程覆盖了0至5000 Pa，能够满足各种试验条件下差压的测量需求。所有连接管道均使用耐高温、抗腐蚀材料（Inconel 625和PTFE衬里钢管）制成，同时尽可能缩短长度以减少压力损失。经过多次重复试验验证，该系统的测量误差控制在读数的±0.5%以内，确保了数据采集的高度精准性。
3 空预器差压治理技术
3.1改进空预器设计
为解决锅炉空预器差压问题，本研究提出一种新型换热面结构设计，通过优化管束布局和提升表面光滑度减少积灰与腐蚀影响。管道间距调整为60mm以改善烟气流动，采用交错排列分散气流，并安装扰流装置促进灰尘排出。选用304不锈钢、双相不锈钢等抗腐蚀材料，结合电抛光或化学镀镍技术将表面粗糙度降至Ra 0.8μm以下，降低灰尘附着几率，增强设备耐久性。
传统空预器多用普通碳钢，易受高硫环境酸性腐蚀。本研究选用Inconel 625合金制造关键部件，试验表明其抗硫酸盐侵蚀性能优异，同时减少积灰粘附。为控制成本，仅在易腐蚀区域局部应用高性能材料，兼顾防护效果与经济性。
为进一步优化性能，本研究引入智能清洁系统，结合实时监测技术，根据差压变化启动清洁程序。当差压超出设定阈值15%时，系统激活压缩空气脉冲或机械刷清扫装置清除积灰，确保设备高效运行。智能清洁系统启动条件如公式1：
其中，ΔP 表示实时监测得到的当前差压值。
3.2烟气温度控制与优化
烟气温度的精确控制对于空预器性能的优化至关重要.本研究通过升温降阻试验装置对烟气温度进行了系统的调控，并探索了最佳操作参数以减少差压增大的问题。
在烟气温度控制方面，研究采用了HRS-330型电加热器与冷却水循环系统相结合的方式，确保了烟气入口温度能够在短时间内被调整至所需值，并维持在±1℃的波动范围内]。试验中设置了多个温度梯度，从低温（80℃）逐步增加至高温（250℃），以便全面分析不同温度条件下差压的变化规律，如图1：
图1 温度梯度统计图
Fig.1 Temperature Gradient Distribution
为进一步优化烟气温度分布，本研究引入了一种基于反馈控制原理的智能温控系统。该系统能够实时监测烟气入口及出口处的温度变化，并根据预设的目标值自动调节电加热器的工作功率以及冷却水的流量。当检测到实际温度偏离设定值超过±2℃时，控制系统会启动相应的调节机制，使温度迅速回归至目标区间内。
针对特定工况下的温度优化，本研究提出了一套基于环境条件和燃料特性的个性化调整方案。研究在处理高硫煤燃烧产生的烟气时，适当降低烟气温度（降至160℃左右）可以减少硫酸盐的形成，从而减轻腐蚀程度；而对于低硫煤，则可以考虑适度提高烟气温度（至190℃左右），以增强热量传递效果并抑制积灰。温度设置结合实际情况进行灵活调整，并配合使用耐高温、抗腐蚀材料制成的连接管道（Inconel 625和PTFE衬里钢管），确保系统的稳定运行和长期可靠性。
4 技术应用与效果分析
为验证本研究提出的锅炉空预器差压治理技术，本研究选取中国南方某公司300MW燃煤发电锅炉作为研究对象。该锅炉用于提供蒸汽和电力，配备两台传统碳钢材质空预器，设计时未考虑高硫环境。由于长期使用高硫煤，空预器面临积灰和腐蚀，导致运行效率下降，差压值超过2500 Pa。过去一年因差压过高导致12次非计划停机。本研究通过改进设计、精确控制烟气温度和应用智能清洁系统，取得显著成效，如图2：
图2 效果分析
Fig.2 Effect Analysis
研究表明，通过将管道间距优化至60mm、采用交错排列方式并安装扰流装置，同时使用具有优异抗腐蚀性和低表面粗糙度的材料304不锈钢和双相不锈钢，并应用电抛光或化学镀镍等表面处理技术，使得灰尘颗粒更易于排出，导致相同运行条件下空预器的平均差压从原来的超过2500 Pa降至约1875 Pa，减少了约25%。此外，通过智能温控系统精确调节烟气温度于150℃至200℃之间，不仅提升了换热效率，还有效减缓了积灰和腐蚀现象，在实际案例中调整烟气温度后，空预器的平均差压进一步降低至大约2125 Pa，热效率提升了7%，显示了温度管理对提升设备性能的重要性。引入智能清洁系统根据实时监测自动启动清洁程序，当检测到差压超出设定阈值（150Pa）的15%时，系统会自动激活压缩空气脉冲或机械刷清扫装置，有效地提高了生产的连续性和经济效益。本研究所提出的差压治理技术在实际应用中展示了显著的效果，大幅提升了设备的工作效率和长期稳定性。
5 总结
本研究基于升温降阻试验深入分析了锅炉空预器差压问题的成因，主要由积灰、腐蚀和设计缺陷引起。通过优化空预器设计、选用高性能材料并采用表面处理技术，显著改善了积灰和腐蚀问题，降低了差压。此外，引入智能温控系统和清洁系统，通过精确调节烟气温度和自动清洁，进一步提升了空预器的工作效率和稳定性。本研究有效减少了差压，提升了设备效率，降低了停机次数，为类似研究提供参考。
参考文献
[1] 崔体磊. 660MW燃煤锅炉磨煤机入口风量精准测量及风道降阻耦合技术研究[J].装备制造技术, 2024(5):40-43.
[2] 高志勇. 600MW燃煤锅炉烟道流场优化改造研究[J].中国高新科技, 2023(17):113-115.
[3] 杨靖，王妮妮，杨勇等. 燃用高硫煤锅炉空预器选型分析[J].能源工程, 2024, 44(2):20-24.
作者简介：
肖克（1987-），男，工程师，主要从事大型火力发电厂运行和电力交易。
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