引言与传统的热交换器相比，回转式换热器属于蓄热式换热器，被广泛应用于大风量或大功率的工作环境。回转式换热器作为空预器被应用在电站锅炉尾部，通过锅炉烟气加热助燃空气；回转式换热器也作为烟气换热器(GGH)被应用于工业烟气脱硫脱硝相关工艺场合。与传统的管式空预器相比，回转式换热器的结构更加紧凑，每立方米体积的设备可以布置500 m2的换热器，占地面积较小，同等换热面积情况下，回转式换热器的体积仅为管式空预器的1/5。结构紧凑的特点使回转式换热器的布置灵活方便，能够更加合理地布置锅炉本体以及上下游的配套设备、管道等设备。回转式换热器具有特殊的热交换形式，采用厚度为0.6~1.2 mm的耐温板片作为传热元件，管式空预器的换热管壁厚通常超过1.5 mm。回转式换热器的重量轻，能够节省材料[1-2]。回转式换热器在使用过程中存在漏风情况，通常状态下的理想效果为漏风率不超过10%[3-4]。实际使用过程中，随着运行时长的增加，漏风率逐渐增大，后期甚至高达20%。300 MW机组锅炉运行时，回转式空预器的漏风率每增加1%，锅炉机组的燃煤消耗会增加0.16 g/kWh[5-6]。以湖北某钢厂烧结机组升级改造工程为例，分析换热器漏风原因，提出优化建议。1设备概况湖北某钢厂在2019年进行了烧结机组升级改造工程。其中，烟气脱硫脱硝系统采用SCR脱硝工艺，并设置1台回转式换热器作为GGH设备，设计温度为280 ℃，转子转速为0.75 r/min。两分仓换热器结构如图1所示。设备热侧采用低碳钢作为换热元件，为了防止冷端低温腐蚀，采用考登钢作为换热元件，温度较高的净烟气进入烟气换热器，加热未脱硝的原烟气，使其达到适当的脱硝反应温度。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.012.F001图1两分仓换热器结构实际运行过程中，根据烟气的进出口方向，定义原烟气通道的一侧为冷侧，另一侧的净烟气流通道被定义为热侧。回转式换热器作为特殊的动设备，通过中间轴的缓慢转动带动转子整体转动，使换热元件依次通过冷侧原烟气流及热侧的净烟气流。转子经过热侧时，净烟气将横掠过的换热元件加热，被加热的转子转到冷侧时，换热元件又将热量传递给冷侧的原烟气，从而加热原烟气。转子的不断转动使该过程持续不断进行。原烟气获得恒定的加热效果后，进入脱硝反应炉中进行下一步工艺。2换热器漏风原因分析改造工程自投产以来，定期对回转式换热器进行漏风率测试，总结运行效果。烟气换热器漏风率测试结果如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.012.T001表1烟气换热器漏风率测试结果序号时间设备位置测量对象漏风率测算/%12020年8月1#烧结SCR脱硝GGH进出口流量5.2722021年3月1#烧结SCR脱硝GGH进出口流量5.8432022年1月1#烧结SCR脱硝GGH进出口流量6.53由表1可知，设备投运初期，换热器的漏风率约5%，随着运行使用时长的增加，设备的漏风率逐渐增大。通过分析设备结构及特点，结合回转式换热器投产以来的运行经验，判断漏风的原因。2.1本身携带漏风受到回转式换热器结构的限制，转子携带漏风属于设备固有的漏风问题，运行中蓄热转子转动使留存在受热元件流通截面的净烟气被带入原烟气中，或将一侧原烟气带入净烟气中，该部分漏风量与转动速度相关。随着转子转动速度的增加，回转式换热器携带的漏风量逐渐增加，为1.0%~1.5%。2.2受热变形冷热介质经过换热器两侧，中间通过一条纵向密封板将两侧隔开，为了提高传热效率，冷介质与热介质流向相反，采用逆流的形式。在此工艺的基础上，设备中间的纵向密封板的密封效果是影响漏风的关键因素。动静设备之间的间隙是漏风的主要原因，间隙越大，漏风量越大。设计阶段，采用密封装置对间隙进行处理，但在实际使用过程中，原烟气和净烟气侧具有较大的温度差，设备本身的受热形变，引起密封间隙逐渐增大，特别是径向密封间隙的变化。转子转动过程中，在原烟气和净烟气侧交替运行，为了增强传热效果，通常采用原烟气和净烟气逆流的形式。原烟气侧时，沿着原烟气的流动方向，靠近烟气一侧温度高，转子的径向变形大；净烟气侧情况相反，导致转子运行时，沿着气流方向的一侧温度永远高于另一侧温度，温度影响金属的受热形变，转子在热冷之间交替通过，一冷一热使得转子的刚性降低，加剧了形变。受到自重的影响后，处于中间轴远端的蓄热元件开始向下变形，“蘑菇”状变形如图2所示。蓄热元件“蘑菇”状变形使转子远端与热端扇形板之间的间距逐渐增大，形成三角形漏风区域，该区域随着运行时间的增加逐渐增大，造成较大的漏风量，是整个回转式换热器设备漏风的主要因素。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.012.F002图2蓄热元件“蘑菇”状变形2.3堵灰腐蚀以及两侧风压的影响锅炉运行过程中，燃料中存在的硫杂质燃烧后形成硫酸蒸汽。机组的排烟温度如果低于硫酸蒸汽的露点温度，硫酸蒸汽会在换热器运行过程中形成液态，随着烟气附着在转子上，对金属设备造成腐蚀，同时烟气中的灰分会在形成液态硫酸时与其混合，在转子表面形成黏着物，加剧了腐蚀的速率，使得蓄热板片破损影响换热效果，灰尘会堵塞气体的流通通道，增加进风入口的压力，导致漏风情况的加剧。转子积灰堵塞如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.012.F003图3转子积灰堵塞设备作为锅炉空预器进行运行过程中，空气侧压力大，烟气侧压力相对小，导致了空气侧向烟气侧漏风，受到积灰、腐蚀、密封老化等方面的影响，加大了漏风的趋势；为了保证进锅炉内的空气量，维持炉内含氧量，必须通过增加空气测流量以消减漏风产生的影响，导致了空气侧风压进一步增大，使空气侧的漏风量逐步扩大，各个环节之间相互影响，逐渐形成恶性循环。2.4安装误差回转式换热器结构特殊，需要在现场按照顺序将分散部件依次进行装配，受到现场施工环境及工人经验水平的影响，装配时会出现各种装配问题，如设备转子吊装时变形、装配找正时偏差过大、密封板安装不细致导致与转子接触不充分或运行前已存在间隙等，均会在实际运行过程中暴露，增大设备的漏风量并随着运行的进一步深入被放大，影响设备的使用效果及使用寿命。3漏风的优化建议3.1优化设计转子是回转式换热器的转动部件，也是换热的核心部件，由若干换热元件组成。通过对蓄热板片的优化设计，可以依照使用工况设计不同波形的蓄热板片，依照安装位置调整板片的安装形式，使得板片根据不同的间距在转子单元中交替布置、层叠。烟气在转子中形成紊流效果，增强传热效果的同时，降低气体在板片间的存留度。同时采用模块化的设计及安装形式，将整体转子均分成若干单元，根据运行时壁面温度的不同，安装规格不同的换热元件盒，转子分仓如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.012.F004图4转子分仓优化转子与风罩等设备的结构，提高转动部件在整个设备中的体积占比，降低漏风量。另一方面结合实际使用情况，调整设备运行状态下转子的转动速度，使其处于稳定高效的热交换过程之中，提高设备的换热效率，满足冷热流体的温度需求，通过合理的转速将携带漏风的影响降低在可控的范围，又起到一定程度清灰的效果，可将这部分的漏风量控制在1%以内。3.2调整密封形式及修正措施减小径向漏风的关键是在设计时抵消运行过程中存在的变形，运行阶段通过调整热端及冷端径向扇形板的间距，减小因为转子远端变形产生的间隙。烟气换热器的静态密封件由扇形板和轴向密封板组成。扇形板沿转子直径方向布置，轴向密封板位于上下两端，与上下扇形板装配成密封整体。将蓄热板片制作成向远端往上倾斜一定角度的形式，以减小其在运行过程中的向下变形；将冷端扇形板设计成向下倾斜的形式，留出转子在变形过程中向下的空间，避免因变形过大导致转子卡壳、接触摩擦的问题。在径向扇形板安装柔性接触式密封条，以中轴为中心，从里到外分段布置在径向扇形板上，结合转子近端远端变形的规律，将每一段的密封条设置成不同的长度及厚度，有利于在使用过程中减小因转子热变形不同产生的间隙。扇形板调整方式如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.12.012.F005图5扇形板调整方式通过动态检测并调节扇形板与转子的间距，调整纵向密封板的位置，以达到保持密封效果，无论使用环境工况如何变化，其纵向密封间隙均能被调节在最佳范围。装置通过传感器实时监测纵向密封板与密封片之间的间隙，并将数据传递给控制驱动装置的机构以给边轴向扇形板位置，从而调整密封板与密封片的间隙，达到动态密封。3.3加强运行管理低温腐蚀与堵灰问题是引起回转式换热器漏风量逐渐增大的重要原因，通过控制排烟温度以及采取吹扫系统等方式减小或防止腐蚀及堵灰问题的发生。利用热风循环，引入部分经过换热器换热后的热空气，与入口处冷空气混合，以提高空气入口温度，从而提高排烟温度。通过提高回转式换热器的壁面温度，将温度提高至硫酸露点温度以上，从而避免低温腐蚀情况。采用耐硫酸腐蚀的材质作为主要的蓄热元件，提高设备的整体耐腐蚀性，保证换热器设备的运行稳定性。对于露天或半露天布置的烟气换热器，在恶劣天气下要加强巡视和维护，确保烟气换热器保温层完好无泄漏。必要时采取避雨措施，严禁雨水或雪水渗入保温层，发生锈蚀导致烟气换热器外壳收缩卡死转子，影响设备使用。采用吹灰系统定期对转子进行吹扫，能够延长设备使用寿命，减小积灰以及腐蚀发生的概率。原烟气含较多的灰尘及腐蚀性介质，在每套换热器的原烟气进口及出口处各配置1台吹灰器，采用声波吹灰的形式或者用压缩空气作为吹扫介质。定期对换热器进行吹扫工作，保证运行阻力维持在合理范围之内。脱硝系统停运及启用前的特定时刻均需要进行一次吹灰工作。系统停运后换热器设备温度逐渐降低，在停运前进行一次吹灰工作，目的是清除转子中所附着的灰尘及其他杂质等，有助于避免因冷却过程导致的低温腐蚀情况。在脱硝系统再次启动之前进行吹灰，有助于清除转子表面上因检修作业所沾染的油渍或灰尘等。吹灰系统正常工作时，应选择在系统达到稳定的工况下进行，保证设备壁温处于较高值，避免换热元件因吹扫导致表面结露。3.4减小各环节对设备的影响制造环节先通过标准及设计图纸严格控制设备结构、焊接变形，保证设备部件在出厂前满足相关的尺寸及安装要求。设备运输过程中，采用支架或木托盘对设备部件进行支撑及保护，防止在运输及吊装时发生形变，影响后期安装。安装时进行技术交底，增强现场指导，加强施工人员的责任心，在转子找正及密封板的安装阶段强化检验过程，确保安装精度及安装质量，避免因为安装问题导致的漏风量增加。4结语回转式换热器的漏风对设备运行及使用寿命具有很大的负面影响，为了降低漏风率，总结运行经验从而对设备的设计进行优化，提高设备运行环节的管理把控，将低温腐蚀及积灰等因素对设备的影响降至最低，采用科学合理的方式降低漏风率，使得设备可以稳定高效运行，提高生产效率。