空气预热器的应用

设置空气预热器是焚烧炉常用的余热回收技术之一，它对焚烧炉的节能效果十分显著。预热空气加入炉内不仅可以提高燃烧温度、改善燃烧过程、减少化学不完全燃烧热损失，由此减少燃烧空气过剩量，使得在降低排烟温度的基础上进一步提高焚烧炉的热效率，更可以明显减少燃料用量。燃烧空气预热温度越高，节约的燃料量越多，节能效果越显著。

当某些被加热的工艺物料进料温度较高而无法降低排烟温度时，采用预热空气的方案十分有效。某有机热载体加热炉（热油炉），其进炉油温高达260℃以上，排烟温度必然高于300℃，所以焚烧炉热效率无法提高上去。此时设置空气预热器可把烟气温度降下来，并把热风送至燃烧系统，既提高了热效率又节约了燃料用量。例如当焚烧炉排烟温度为370℃，用它加热空气，使烟气温度降至210℃并将热空气加入炉内燃烧，可以提高焚烧炉效率达8%。

空气预热器应用在低热值燃料时，对提高炉膛温度有重要作用。此外某些焚烧炉，像垃圾焚烧炉采用空气预热器还是必不可少的，否则将难以维持正常燃烧。

空气预热器有普通光管式空气预热器、板翅式空气预热器、翅片管热管式空气预热器、回转式（再生式）空气预热器、玻璃管空气预热器以及非金属陶瓷空气预热器、高温辐射式空气预热器、空气喷流式预热器等多种型式。前几种在石油化工上应用较多，后几种应用在冶金、机械行业中。石油化工生产中应用较多的几种空气预热器简介如下。

（1）普通光管式空气预热器

该预热器是将直径为15 ～120mm不等的钢管做成管束置于烟气通道内，通过对流将烟气热量传给空气。根据炉型及预热器结构型式的不同可以设计成烟气在管内空气在管外流动；也可空气在管内烟气在管外流动。鉴于空气必须用鼓风机送入，故相对而言空气的流速可高些，空气侧的流动阻力也允许大些。而烟气侧如不用引风机、靠烟囱抽力时必须注意其流阻不能太大，如果采用引风机，烟气侧也允许有较大的阻力降。

对于光管式空气预热器，当结构确定后按一般换热器的设计方法分别计算管内、外传热系数，然后求得总传热系数，由此再根据温差推动力来求得所需传热量下的传热面积。

普通光管式空气预热器传热系数小，计算面积较大，应注意在烟气温度较低时在预热器的空气进口端（冷端）烟气会结露而对设备材料产生腐蚀。

（2）热管式空气预热器

该预热器是采用特殊的高效传热元件（热管）组成的翅片式换热器，其烟气、空气分别在互不相通的通道，烟气通过翅片管内的工质将热量传给翅片管，然后再由翅片管内工质将热量传给空气。温度不大于350℃时可以用水作为工质，即碳钢-水热管换热器，这种热管元件成本低，技术成熟，故被广泛采用。

由于该种空气预热器烟气、空气通道分开，只要烟气温度不低于露点，翅片管是不会产生露点腐蚀的；而低温区在空气侧，空气中不含腐蚀成分故也不会产生腐蚀。因此热管式空气预热器在耐烟气低温腐蚀性方面要明显优于普通光管式空气预热器。热管式空气预热器可以把烟气温度降得更低些，烟气余热回收利用率更高、焚烧炉热效率可提得更高。这就是热管式空气预热器应用日益广泛的原因。

由于热管元件多为翅片管且工作原理多为重力式，其安装使翅片呈水平，故易于积灰，且较难清除。因此当烟气中含灰较多时，热管式空气预热器必须设置非常有效的除灰装置，以确保其长期有效运行。否则会由于积灰堵塞而迫使经常停炉，而不能发挥节能效益，甚至影响正常生产。

对于热管式空气预热器的设计选用，可以根据所需的预热空气温度、流量和烟气的温度、流量，向热管设备专业制造厂提出条件，由设备制造商设计计算后返回有关设备尺寸及荷重等资料，经确认后可作为设备布置及配管的依据并向土建、仪电专业提出有关条件，开展详细工程设计。

（3）回转式（再生式）空气预热器

回转式空气预热器是利用一组由特种成型金属板组成的转子式蓄热体，以1～5r/min转速不断缓慢旋转，交替通过烟气与空气的通道。经过烟气通道时，蓄热体吸收烟气热量，然后在空气通道中将热量传给空气。

应用回转式空气预热器有传热量大、结构尺寸小、金属消耗量少及比管式空气预热器的露点腐蚀小等优点，但也有漏风量大（达15%以上）、转动部件易损坏、维修工作量大及当燃料不完全燃烧时会有可燃物积存在蓄热体上发生着火的可能等缺点，故近年已较少使用，特别在中小焚烧炉上是不适用的。它只适合于少数大型加热炉的大烟气量的废热回收。

（4）玻璃管空气预热器

玻璃管空气预热器是针对烟气低温腐蚀而开发的，由于玻璃管耐腐蚀，故适用于烟气中氧化硫含量高的加热炉的余热回收。这种预热器比一般空气预热器的烟气热量回收率高，提高了焚烧炉的热效率，经济性更好。

玻璃管空气预热器所用的玻璃管既要耐热又要有较高的强度，且能耐温度的急变。它是以硼硅酸为原料制成的特种耐热玻璃管。通常用的玻璃管规格为ϕ32～36mm，壁厚2mm及ϕ40mm，壁厚2.3mm，长度小于4m。玻璃管空气预热器管子与管板之间的连接是关键，既要求良好的密封性又能使玻璃管自由膨胀，通常采用橡胶圈密封或特殊的石棉绒填料进行密封。

玻璃管空气预热器同样有积灰问题，通常可以用水冲洗，但此时应注意冲洗水温与玻璃管温差不能过大（小于100℃）以防温差大使玻璃管炸裂。对有压缩空气的工厂，可以用压缩空气吹灰。玻璃管空气预热器的管束以卧式布置为好，堵灰少，也易清除，管子与管板密封性好，管子破损少。因玻璃管易碰碎，要求运输安装时必须十分小心，故应用较少。
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其他一些形式的空气预热器如非金属陶瓷空气预热器，辐射式空气预热器，喷流式空气预热器等大多用于冶金、机械行业中，在污泥焚烧行业应用较少，故在此不做介绍了。还有板翅式空气预热器，其传热效率高，结构紧凑，也有应用，但烟气必须很干净以防堵塞。

此外，对于烟气余热直接用来加热燃烧空气的自身预热烧嘴也是余热利用的一种方式，在机械、冶金行业中有所应用，但石油化工行业中并不适用，本节未做介绍。