淺談鍋爐水媒換熱器在工程領(lǐng)域應(yīng)用

康春源

（太原鍋爐集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000）

1 水媒換熱器替代常規(guī)空預(yù)器

現(xiàn)代企業(yè)特別是冬天天氣寒冷地區(qū)的企業(yè)已經(jīng)開始采用二次換熱形式的水媒換熱器，代替一次換熱形式的常規(guī)空預(yù)器。二次換熱的水媒換熱器是采用冷空氣與熱水換熱后，空氣變熱，水介質(zhì)變冷，水介質(zhì)再和熱煙氣換熱，水介質(zhì)恢復(fù)到原來的溫度，熱煙氣溫度降低至排煙溫度。該系統(tǒng)由原來一個部件的常規(guī)空預(yù)器變?yōu)閮蓚€部件的水媒換熱器，其中降低水溫提高冷空氣溫度的裝置為水媒空預(yù)器和恢復(fù)水溫降低煙溫的煙冷器。較一次換熱系統(tǒng)有其缺點(diǎn)：（1）所需的安裝空間大；（2）所用受壓件材料多；（3）水系統(tǒng)較為復(fù)雜，閥門及管道較多，水阻力較大，設(shè)備運(yùn)行檢修點(diǎn)較多。但也有其自身的優(yōu)點(diǎn)：可以滿足空氣較冷地區(qū)長期穩(wěn)定使用，避免因空氣溫度低造成的低溫結(jié)露堵灰及低溫?zé)煔飧g現(xiàn)象，延長運(yùn)行時間，降低檢修勞動強(qiáng)度。

2 水媒換熱器的設(shè)計情況

2.1 關(guān)于布置位置

水媒換熱器分為兩部分，煙冷器和水媒空預(yù)器。目前鍋爐的煙冷器布置在低溫省煤器之后的煙道內(nèi)，即常規(guī)鍋爐空預(yù)器布置的位置，用以恢復(fù)水介質(zhì)溫度和減低煙氣溫度至排煙溫度；水媒空預(yù)器布置在鍋爐本體右側(cè)柱外，運(yùn)轉(zhuǎn)層之上。這種布置形式也是目前這種設(shè)備常規(guī)的布置方式，哈鍋、太鍋、杭鍋均采用這種形式。煙冷器的布置方式較為合理，水媒空預(yù)器有其自身的弊端。

（1）水媒空預(yù)器布置在鍋爐右側(cè)，非鍋爐中心線上，所以水媒空預(yù)器的冷風(fēng)道、熱風(fēng)道相對鍋爐為非對稱布置，導(dǎo)致一、二次風(fēng)機(jī)布置困難；一、二次冷風(fēng)道布置較為緊湊；一、二次熱風(fēng)道兩個支風(fēng)道不對稱，行程不一致導(dǎo)致風(fēng)量和阻力有偏差等。

（2）水媒空預(yù)器布置在鍋爐右側(cè)，包含外保溫在內(nèi)的空預(yù)器寬度基本都在3.5～5m，水媒空預(yù)器自身還有檢修平臺，而此處鍋爐本身柱外有自身的平臺、轉(zhuǎn)身平臺及扶梯，這樣會導(dǎo)致鍋爐右側(cè)的運(yùn)行層平臺基本作廢，運(yùn)轉(zhuǎn)層以上鍋爐自身平臺、扶梯布置困難，熱風(fēng)道布置困難。若鍋爐采用緊身封閉結(jié)構(gòu)，情況就更不樂觀。

改進(jìn)建議：后期設(shè)計同類型鍋爐時，可將水媒空預(yù)器布置在鍋爐尾部煙道之后的鍋爐中心線上，這樣一、二次風(fēng)機(jī)，冷、熱風(fēng)道對稱布置，風(fēng)道自身布置較為暢通，相對于鍋爐本體及平臺扶梯無太多干涉情況，鍋爐設(shè)計、現(xiàn)場安裝都較為方便。

2.2 關(guān)于管路系統(tǒng)

現(xiàn)在常規(guī)的煙冷器和水媒空預(yù)器的汽水管路系統(tǒng)設(shè)置在鍋爐常規(guī)給水操作臺之前，即進(jìn)入鍋爐省煤器之前，水系統(tǒng)先流經(jīng)水媒空預(yù)器進(jìn)行水介質(zhì)的降溫以及冷空氣的加熱，再經(jīng)過煙冷器，進(jìn)行水介質(zhì)溫度的恢復(fù)和排煙溫度的降低。

圖1

在實際工程運(yùn)用中，分為以下幾種情況：

（1）鍋爐正常運(yùn)行時，鍋水由1分為2和3-4-6-8-9兩路，之后匯合形成11，再進(jìn)入省煤器。在鍋爐運(yùn)行時主要參考排煙溫度和熱風(fēng)溫度來調(diào)節(jié)2和3路給水分配的多少。如果排煙溫度高時，可適當(dāng)提高管路3的給水量，當(dāng)排煙溫度低時，可適當(dāng)降低管路3的給水量，并且此時的熱風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)計狀態(tài)，并與排煙溫度相匹配。若入鍋爐的熱風(fēng)溫度與設(shè)計有一定的偏差，熱風(fēng)溫度較高時，此時可加大3路給水量，并打開5管路，部分短路水媒空預(yù)器；熱風(fēng)溫度較低時，此時可加大3路給水量，并打開7管路，部分短路煙冷器；這也是水媒換熱器的設(shè)計理念和基本操作形式。

（2）管路系統(tǒng)10，是將經(jīng)過水媒空預(yù)器和煙冷器的水直接進(jìn)除氧器的管路。此管路設(shè)計的意圖為：若受熱面積灰，排煙溫度高于設(shè)計值，利用全部與鍋爐負(fù)荷相匹配的給水量仍不足以降低排煙溫度時，供給水媒空預(yù)器和煙冷器的水將多于鍋爐的實際需求用水量，來降低排煙溫度，之后鍋水分為兩路，一路是進(jìn)省煤器進(jìn)行鍋爐循環(huán)，一路進(jìn)除氧器。這也是水媒換熱器較常規(guī)空預(yù)器更加貼合非正常工況下的使用條件，對尾部積灰嚴(yán)重的燃用高灰分的燃煤鍋爐和生物質(zhì)鍋爐具有重要意義，可提高鍋爐的連續(xù)使用時間。

在實際使用過程中由于參考兩個變量（排煙溫度和熱風(fēng)溫度）來調(diào)節(jié)水媒換熱器系統(tǒng)，如果既保證排煙溫度又保證熱風(fēng)溫度，司爐人員操作比較繁瑣，沒有太大的積極性，并且必要性也不是很強(qiáng)。

（1）在鍋爐啟爐階段，通常給水溫度較低，給水量較少，此時的排煙溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計值，此時鍋爐只會開啟1—11的管路系統(tǒng)，將煙冷器和水媒空預(yù)器整體短路。此時的給水溫度低，熱風(fēng)溫度低，排煙溫度也低，司爐人員是不會去做調(diào)整的。

（2）當(dāng)鍋爐啟動以后，給水溫度上升與否，一般都不會改變1-11的管路系統(tǒng)，只有當(dāng)排煙溫度超出設(shè)計值時，才會主動調(diào)節(jié)給水系統(tǒng)，形成鍋水由1分為2和3-4-6-8-9兩路，分配量由排煙溫度決定；熱風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)計值與否，一般不會調(diào)節(jié)，因此不會主動調(diào)整管路5和管路7。

（3）管路系統(tǒng)10，利用全部與鍋爐負(fù)荷相匹配的給水量仍不足以降低排煙溫度時，供給水媒空預(yù)器和煙冷器的水將多于鍋爐的實際用水量，來降低排煙溫度，此系統(tǒng)在鍋爐高負(fù)荷時，實現(xiàn)較為困難，水阻力特別大；在鍋爐低負(fù)荷時，鍋爐系統(tǒng)可實現(xiàn)此流程，但除氧器的壓力（一般是公斤級別的）遠(yuǎn)低鍋爐系統(tǒng)壓力（中壓鍋爐都是30多公斤級別），此系統(tǒng)進(jìn)入除氧器的管路中需設(shè)置減溫減壓裝置，一般設(shè)計院都不會設(shè)置，運(yùn)行人員也不會去實際操作。因此常規(guī)此管路比較雞肋。

改進(jìn)建議：水媒換熱器系統(tǒng)只保留1分為2和3-4-6-8-9兩路之后匯合形成11這趟管路系統(tǒng)，去掉管路5，管路7和管路10，精簡優(yōu)化系統(tǒng)，使運(yùn)行人員只參考排煙溫度一個變量進(jìn)行給水分配調(diào)節(jié)，簡單可靠；系統(tǒng)優(yōu)化，檢修同樣不繁瑣。

3 水媒換熱器的結(jié)構(gòu)情況

（1）水媒換熱器具體管子形式各家都有各家的特色，但基本都是非光管的形式，來提高換熱效率。煙冷器是煙氣和水介質(zhì)換熱，考慮在煙氣中有堵灰的可能，因此一般采用H型翅片管形式，既擴(kuò)大換熱面積又能有效防止積灰；水媒空預(yù)器由于是水介質(zhì)和空氣進(jìn)行熱交換，不會形式積灰，因此常見采用換熱效率更高的螺旋翅片管形式。

（2）水媒換熱器的支撐形式通常有采用通風(fēng)梁形式，端部支撐護(hù)板的形式，或者兩種支護(hù)相結(jié)合的形式。

但由于水媒換熱器均采用非光管的形式，因此一排制作完成后，不能采用直接對其進(jìn)行端部大管板的固定工作，而是采用獨(dú)立的小梳形板的形式，此梳形板工廠制作非常困難，厚度厚，制作精度要求高，現(xiàn)場組焊時有扭曲變形現(xiàn)象，定位安裝等工作量大，效果也不好。

改進(jìn)建議：后期設(shè)計時，可采用僅依靠通風(fēng)梁支撐水媒換熱器設(shè)備，首層及彎頭處加裝護(hù)瓦的形式，這樣制作和現(xiàn)場安裝都比較方便，事半功倍。

4 結(jié)語

常規(guī)空預(yù)器和水媒換熱器各有自身獨(dú)特的特點(diǎn)和使用場景，但隨著現(xiàn)代人們對工業(yè)產(chǎn)品低人工勞動、高機(jī)械化理念的增強(qiáng)，在冬天溫度較低的北方，水媒換熱器的使用優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出它自身的不足，必將會隨著其技術(shù)的改進(jìn)，迅速占領(lǐng)市場。