三维肋片立式空预器技术在循环流化床机组的应用
国能亿利能源有限责任公司电厂
一、项目案例基本信息
二、项目案例详细内容
1.项目案例简介
立项背景
亿利电厂4×200MW循环流化床机组，2008年陆续投产。2014年至2022年期间，亿利电厂空预器由于积灰、低温腐蚀、磨损等问题，每年对#1-#4锅炉空预器进行重大检修工作，重点更换一级空预器受热面管排。由于施工难度大和检修工期受限，二级和三级空预器受热面管排存在的漏风问题未能得到有效排查和处理。尽管检修后空预器的漏风率有所控制，但随着机组持续运行及服役时间增长，漏风问题逐渐加剧，排烟温度逐年升高。
2020年，电厂实施锅炉脱硝超低排放改造。改造后，由于氨逃逸现象严重，导致硫酸氢铵沉积于空预器管壁外部，造成空预器堵塞情况更加严重。空预器一、二次风通道阻塞程度加重，压差升高，局部烟速增大，进一步加剧了对空预器管束的冲刷磨损，空预器漏风率明显升高，积灰导致空预器换热效果大幅下降，排烟温度居高不下。根据近年来现场检测数据，空预器漏风率长期维持在15%以上，排烟温度远高于设计值。
改造前#1机组在高负荷运行工况下，一次风总量达到24.4万m³/h，二次风总量达33.6万m³/h；一次风温仅为187℃，较设计值低55℃；二次风温为171℃和176℃，较设计值分别低9℃；排烟温度维持在165℃左右，高于设计值约30℃；空预器压差达到1.6kPa，超过设计值0.6kPa，说明系统阻力明显增大。
综上所述，面对国家日益严格的节能减排和能效提升要求，有必要对影响机组热效率的关键设备空预器，开展针对性的改造研究。通过系统分析空预器管排堵塞机理，解决硫酸氢铵沉积引起的低温腐蚀与积灰问题，从而有效降低空预器冲刷磨损和漏风率，降低排烟温度，提高锅炉热效率，全面提升机组运行的安全性、可靠性和经济性。因此，开展空预器系统的优化改造工作势在必行，具有显著的经济效益和社会效益。
技术原理
为根本解决空预器在长期运行过程中存在的磨损严重、积灰堵塞、低温腐蚀以及硫酸氢铵结晶堵塞等典型问题，对亿利电厂#1机组空预器系统实施整体优化升级改造。
本次技术改造的核心在于：彻底拆除原有卧式布置、三级结构的空预器及其相关附属设施，采用先进的立式布置、一体化设计的三维肋片管式空预器系统。三维肋片管具有较高的换热效率和较强的抗腐蚀、抗磨损能力，能够显著改善空预器的传热性能与结构稳定性。同时，该结构在气流组织上更加合理，有效降低了积灰和堵塞风险。
为进一步改善运行环境，改造还同步增设模块化高温气流冲洗系统，通过控制空预器入口风量，减少硫酸氢铵的生成与沉积，从源头上减少低温腐蚀与结晶堵塞问题。
综合而言，通过采用三维肋片管空预器与模块化高温气流冲洗系统协同优化设计，可有效提升空预器的换热效率，降低排烟温度，减少运行阻力，延长设备使用寿命，保障机组长期安全、稳定、经济运行。
应用领域
三维肋片管式空预器技术具有广泛的适用性，适用于多种类型锅炉系统的空气预热环节，特别适合于对换热效率、抗腐蚀性能以及抗磨损能力要求较高的工况环境。其典型应用场景包括：
循环流化床锅炉空预器：该类锅炉烟气含尘浓度高、流速大，三维肋片管良好的耐磨性能和强化换热能力能够显著延长设备寿命并提升热效率；
煤粉炉回转式空预器下部烟气暖风器：在低温腐蚀环境下运行，三维肋片结构能够有效降低积灰堵塞与低温腐蚀风险；
煤粉炉管式空预器系统：在传统卧式或立式布置基础上，采用三维肋片管结构，有助于提升整体换热效率并改善气流分布，减少能耗与漏风。
综上，三维肋片管式空预器可广泛应用于新建或改造的各类燃煤锅炉空预器系统中，特别适用于存在低温腐蚀、结晶堵塞、受热面磨损等典型运行问题的场合，具有显著的技术推广价值和应用前景。
2.主要技术创新点
加工工艺创新——内壁刻切技术实现肋片管一体化
本技术采用先进的刻切加工工艺，在空预器管内壁直接刻切三维肋片，实现肋片与基管的一体化结构。相比传统焊接工艺，刻切方式有效消除了因焊接造成的接触热阻大、热应力集中及金相组织变化等问题，显著提升了三维肋片管的结构强度与传热性能。
结构设计创新——高效抗积灰、防结垢肋片结构
通过优化肋片几何结构设计，在不增加体积的前提下显著提高了换热比表面积，使换热介质在管内形成充分湍流，有效提高换热效率。同时，该肋片结构具备优异的抗积灰与防结垢性能，能显著减少因灰尘沉积引起的换热能力衰减。
换热布置创新——立式布置与整流防磨结构设计
空气预热器采用立式布置、一体式管式结构，空气侧实现多段分区布置，烟气在管内流动、空气在管外流动。该结构在提升换热效率的同时，有效减少了积灰和磨损风险。此外，在换热管上端设置整流管（防磨管），对烟气流动方向进行引导，进一步减缓磨损程度，提升系统运行稳定性。
腐蚀防控创新——解决低温腐蚀与结垢问题
采用“烟气侧加工肋片、空气侧不加工肋片”的差异化布置，降低了烟气侧热阻，显著提高了空预器管壁温度，从源头上抑制低温腐蚀的发生。管壁温度的提升亦有效避免硫酸氢铵在壁面结垢，形成良性循环，确保系统长期安全运行。
积晶治理创新——解决硫酸氢铵堵塞问题
空预器采用多通道模块化设计，利用模块化高温气流冲洗系统实施依次、轮流、循环运行策略。通过对各通道模块空预器管壁温加热至207℃以上，促使硫酸氢铵气化，随后利用模块区排出高温气体与未加热的低温气体混合，使混合烟气温度迅速降至硫酸氢铵结晶温度以下，使硫酸氢铵以结晶形式进入除尘系统，有效避免其在空预器内部的二次凝结和堵塞。
运行设计创新——空预器烟气动态调节技术
针对机组低负荷运行时空预器管壁温度不足，易导致硫酸氢铵冷凝沉积的问题，本项目引入空预器烟气动态调节技术。在空预器入口烟道两侧对二次风区域进行流场优化设计，通过调控风量分配策略，使更多高温烟气优先进入一次风侧管排，从而显著提高一次风侧的烟气流速与换热强度。该措施在低负荷工况下有效提升一次风侧管壁温度，确保硫酸氢铵充分气化，防止其在管壁低温区域形成积灰和晶体沉积。通过这一调节机制，增强了空预器系统在变负荷运行条件下的适应性、安全性和长期运行稳定性。
防堵技术创新——冷灰斗导流优化与流速提升设计
在空预器出口冷灰斗弯头处增设导流板，并将该处横截面积缩减约1/4，在不增加磨损的前提下有效提高烟气流速。导流板的设置优化了烟气流线，增强了灰粒携带能力，防止灰斗区域发生积灰堵塞，从而保障空预器系统的连续稳定运行。
3.技术实现路径及方法
2022年底，亿利电厂#1机组完成三维肋管式空预器改造，改造后至今机组运行稳定，空预器运行性能显著提升。监测数据显示，改造后排烟温度稳定在120℃左右，较改造前下降45℃，空预器漏风率由原来的15%以上降至3%以内，系统压差明显降低，节能减排效果突出，显著提升了锅炉热效率和运行经济性。
目前，国内外电站锅炉常见的空预器类型主要分为回转式空预器和管式空预器两大类。
其中，大型煤粉炉机组普遍采用回转式空预器，但其漏风率普遍在7%左右，且在面对低温腐蚀、硫酸氢铵结晶堵塞等问题时难以有效应对，运行可靠性较差。
管式空预器根据材料与结构差异，又可分为普通钢管空预器、搪瓷管空预器及氟塑钢管空预器等。目前行业应用最广泛的是普通钢管空预器，但普遍存在积灰严重、腐蚀率高、漏风率大的问题，运行维护负担重。搪瓷管空预器在一定程度上提升了抗低温腐蚀能力，但其对硫酸氢铵堵塞问题仍缺乏有效解决手段，运行一段时间后同样面临积灰加剧的问题。氟塑钢管空预器因实际应用案例较少，投运效果尚缺乏系统验证，难以广泛推广。
相比之下，三维肋管式空预器在结构设计与换热性能方面实现多项技术突破，具备高效换热、强抗堵塞能力、优异的抗腐蚀性能及较低的漏风率等优势，能够有效应对硫酸氢铵结晶、低温腐蚀、积灰堵塞等行业难题，是当前管式空预器技术中的先进代表，具有广阔的推广应用前景。
指标对比分析见下表：
提升空预器热效率，推动节能降耗技术进步
三维肋管式空预器替代传统光管式空预器，显著提升换热能力，有效降低排烟温度，显著提高一次风、二次风的进风温度，全面改善锅炉热力性能，从而提高锅炉热效率、降低机组供电煤耗，推动火电机组节能提效技术的发展。
破解硫酸氢铵结晶堵塞难题，提供工程化改造路径
针对长期困扰行业的空预器硫酸氢铵结晶堵塞问题，本技术通过结构创新与热态控制手段，实现对结晶堵塞的有效抑制和脱除，为火电机组空预器系统优化改造提供了可复制、可推广的技术方案，填补了该领域工程化解决路径的空白。
降低漏风率与电耗，提升系统可靠性和运行经济性
三维肋管式空预器显著降低系统漏风率，减少引风机无效功率消耗，提升系统整体运行稳定性和可靠性；同时，通过减少维护工作量与提升运行效率，为企业带来显著的经济效益与社会效益，推动空预器系统向高效、节能、环保方向发展。
4.实施应用情况及推广前景
三维肋片管式空气预热器成功要用到亿利电厂#1-#4 机组空预器，# 1 机组三维肋片管式空气预热 器 2022 年 12 月改造完成； #2 机组三维肋片管式空气预热器 2023 年 12 月改造完成； #3 机组三维肋片 管式空气预热器 2024 年 11 月改造完成； #4 机组三维肋片管式空气预热器 2024 年 09 月改造完成；
亿利电厂#1-#4 机组于 2007 年 12 月-2008 年 8 月先后投产，设计排烟温度 135℃ ，实际排烟温度 154℃- 168℃ 。为解决空气预热器低温腐蚀、堵塞、漏风率高等问题。2021 年 11 月立项，2022 年 10 月，2023 年、2024 年分别实施四台锅炉三维内肋片管式空气预热器改造，改造后采用立式布置，钢结 构、烟风道和引送风机均不改动，排烟温度从 168℃降到 120℃以下（冬季 115℃） ，低温段预热器管 箱空气进口侧前 5 排采用 ND 钢管，同时，在换热管烟气侧加工肋片、空气侧不加工肋片方式来提高 金属壁温，防止低温腐蚀，截止 2024 年 10 月，空气预热器未出现低温腐蚀、磨损泄漏和粘结性积灰 等问题，换热管表面浮灰可以利用压缩空气清除。
5.社会效益与间接经济效益
本项目实施后锅炉运行排烟温度明显降低，改造后空预器出口修正排烟温度为 115.4℃，改造前BMCR工况下排烟温度为154℃，按照15%漏风率修正，经济效益显著。
本项目实施后锅炉运行排烟温度明显降低，改造后空预器出口修正排烟温度为 115.4℃，改造前平均排烟温度154℃，节能量=1.076 (kJ/kg.℃)×288(kg/s)×(154-115.4)(℃)=11961.68kW。
平均负荷工况下可降低机组发电煤耗=11961.68(kW)×3600s/h/(200×1000)(kW/h)/(29.307kJ/g)=7.35(g/kWh)。
年5600利用小时折合标煤=11961.68×3600/29307×5600/1000=8228t/a。按照标煤单价534.48元/吨计算，节约燃煤成本 8228×534.48/10000=439.78万元。
脱硫系统所需工艺水量也大幅降低。在发电量基本相同情况下工艺水耗量降低 0.38t/万度，按照工业水 6.5元/吨计算，由此一年可节省的脱硫工艺水费用为：0.38t/万度×105 万度×6.5 元/吨=24.7万元。
空预器改造后每年减少维修费用，按照每年检修一次更换空预器管2500 根计算，空预器换管人工费350元/根，材料费200元/根，每年可节约维护成本为（350+200）×2500=137.5万元。
合计每年可节约成本 601.98万元。
成果经济效益
实施应用单位经济效益
6.项目案例获专利及奖励情况
7.单位评审意见
申报单位意见表
8.第三方评价证明
(1)第三方报告-#1锅炉空预器改造后性能试验报告
(2)工作总结报告-三维肋片式空预器的研究与应用其他评价证明
(3)技术研究报告-三维肋片式空预器的研究与应用2025.11.25
(4)#1锅炉空预器改造后评价
(5)三维肋片式空预器研究与应用-查新报告
(6)国家节能中心专家意见
(7)项目成果汇总-论文
(8)2025年第106号-三维肋片式空预器关键技术研发及应用成果鉴定报告
京公网安备 11011502004515号 
