I. El valor aplicativo central de los precalentadores de aire de baja temperatura
El precalentador de aire de baja temperatura (o intercambiador de calor de aire) de la caldera, como equipo clave en la salida de los gases de combustión, desempeña un papel fundamental en la recuperación del calor residual de los gases de combustión a temperaturas de 120–180 °C para calentar el aire de combustión, lo que aumenta la eficiencia térmica de la caldera en un 3%–5% y reduce el consumo de carbón estándar en más de 1.000 toneladas anuales. Sin embargo, su entorno de operación enfrenta dos desafíos principales:

Corrosión a baja temperatura: el SO₃ contenido en los gases de combustión se combina con el agua para formar ácido sulfúrico, que condensa y corroe las superficies de transferencia de calor situadas por debajo del punto de rocío del ácido (130–160 °C).

Acumulación de cenizas y escamas: El NH₄HSO₄, formado por el escape de amoníaco en el sistema de desnitrificación (fundido a 146–207 °C), se adhiere a las cenizas volantes, lo que provoca un aumento brusco de la caída de presión y obliga a la unidad a operar con una carga reducida.

II. Principio de funcionamiento y proceso dinámico del precalentador de aire de baja temperatura
(1) Componentes estructurales principales
El precalentador de aire de baja temperatura está compuesto principalmente por módulos de intercambio de calor, un sistema de guiado del fluido medio, dispositivos de estanqueidad y componentes auxiliares de control.

Módulo de intercambio de calor: Suele emplear componentes tubulares —como tubos esmaltados, tubos de acero ND o tubos con aletas— o elementos de tipo placa para formar un canal de flujo denso, aumentando así la superficie de contacto entre los gases de combustión y el aire.

Sistema de guiado del medio: incluye los conductos de entrada y salida de los gases de combustión, así como los conductos de entrada y salida del aire; la dirección y el caudal del medio se regulan mediante válvulas de compuerta.

Dispositivo de estanqueidad: Incluye sellos radiales y axiales (como tiras de sellado flexibles) para minimizar el flujo cruzado entre el aire y los gases de combustión.

Componentes auxiliares, como los limpiadores de hollín por vapor, los conductos de recirculación de aire caliente y los sensores de monitoreo del deslizamiento de amoníaco, garantizan la estabilidad operativa.

(II) Proceso operativo central (Tomando como ejemplo el precalentador de aire tubular de baja temperatura)
Intercambio de calor en el lado de los gases de combustión: Los gases de combustión a baja temperatura, con una temperatura de 120–180 °C, que salen del extremo posterior de la caldera, fluyen por el lado de la carcasa del precalentador de aire, a lo largo del exterior de los tubos de intercambio de calor. Durante este proceso, el calor de los gases de combustión se transfiere a través de las paredes de los tubos al aire frío que se encuentra en su interior, reduciendo su temperatura hasta 100–120 °C (antes de alcanzar el punto de rocío ácido, es necesario recalentarlo mediante la recirculación de aire caliente). Finalmente, los gases de combustión son aspirados por el ventilador de tiro inducido y conducidos hacia el sistema de desulfuración.

Intercambio de calor en el lado del aire: El aire frío a temperatura ambiente (20–30 °C), impulsado por el ventilador de suministro, entra en el lado de la carcasa del precalentador de aire, donde intercambia calor con las paredes de los tubos. Tras elevar su temperatura hasta 80–120 °C, se dirige a la cámara de combustión de la caldera como aire de combustión, lo que mejora la eficiencia de la combustión del combustible.

Sellado y control de fugas: Durante el funcionamiento, los sellos ajustan automáticamente su juego en respuesta a las variaciones de temperatura del rotor (en los precalentadores de aire rotatorios) o de la carcasa (en los precalentadores de aire tubulares), manteniendo un espacio de 3 a 5 mm. Esto minimiza la fuga de gases de combustión a alta temperatura hacia el lado del aire frío (con una tasa de fuga objetivo de ≤5%), evitando así un aumento de las pérdidas de calor.

Limpieza dinámica de cenizas y prevención de la corrosión: Cuando se detecta un aumento en la resistencia del gas de combustión —por ejemplo, debido a la obstrucción por cenizas—, el limpiador de hollín por vapor se activa, empleando vapor a alta presión (0,8–1,2 MPa) para eliminar las cenizas volantes y los depósitos de NH₄HSO₄ de las superficies de los tubos de intercambio de calor. Si el pH del condensado desciende por debajo de 5,5 (lo que indica una acidez excesiva), el sistema de recirculación de aire caliente se activa automáticamente, enviando aire caliente a más de 180 °C desde el extremo caliente hasta el extremo frío, con el fin de elevar la temperatura del gas de combustión por encima del punto de rocío ácido (≥160 °C) y así prevenir la condensación del ácido sulfúrico y la corrosión.

(3) Mecanismo de regulación adaptativa basado en el estado
Operación a alta carga (carga unitaria ≥ 80%): El caudal de gases de combustión y la demanda de aire aumentan de manera simultánea, elevándose las frecuencias del ventilador de tiro forzado y del ventilador de tiro inducido para mantener una velocidad media estable. En estas condiciones, el NH₄HSO₄ tiende a permanecer en estado fundido, lo que exige reducir el intervalo de soplado de hollín con vapor a una vez cada 6 horas.

Ahorro de picos a baja carga (carga unitaria ≤ 50%): La temperatura del gas de combustión disminuye; se activa la válvula automática de placa ciega para cerrar determinadas vías de flujo de intercambio de calor no esenciales (como en el caso de la central térmica de Xilin), reduciendo así el caudal de aire frío. Al mismo tiempo, se pone en marcha la recirculación de aire caliente para mantener la temperatura del gas de combustión en el extremo frío a ≥140 °C, evitando así la corrosión y la acumulación de cenizas.

Cambio de combustible (por ejemplo, de carbón con alto contenido de azufre a carbón con bajo contenido de azufre): reduce la formación de SO₃, lo que permite disminuir la frecuencia de la recirculación de aire caliente; sin embargo, es necesario mantener la vigilancia del deslizamiento de amoníaco (objetivo ≤ 2 ppm) para evitar fluctuaciones en el sistema de desnitrificación que podrían provocar la acumulación de cenizas.

III. Soluciones técnicas clave y flujo de trabajo de aplicación (gestión de ciclo completo)

(1) Diagnóstico en etapa temprana: Localización precisa de la lesión

Monitoreo de parámetros : Monitorear de manera continua la temperatura de los gases de combustión, la tasa de fugas de aire, la concentración de SO₃ y el deslizamiento de amoníaco (objetivo ≤ 3 ppm) durante 72 horas consecutivas;

Inspección de componentes La profundidad de corrosión de los componentes del extremo frío se evalúa mediante inspección endoscópica, mientras que la medición ultrasónica del espesor se utiliza para determinar la vida útil restante.

Análisis de carga : Determinar el rango de pico de la unidad generadora (por ejemplo, el requisito de operación a carga variable entre el 30 % y el 100 %).

(II) Selección y diseño: Adecuación a los requisitos operativos

(3) Construcción y renovación: control estricto de los hitos clave

Reemplazo de componentes : Se emplea el levantamiento mecánico para sustituir los componentes corroídos en el extremo frío, con una desalineación por junta a tope de ≤2 mm en los tubos esmaltados.

Actualización del sello : Sustituya el sello rígido convencional por un sello flexible de tipo rodante, manteniendo la junta en 3–5 mm;

Integración de sistemas : Instale un conducto de aire de fuga caliente para suministrar aire caliente a 180 °C o más, desde el extremo caliente hasta el módulo del extremo frío.

(4) Depuración y operaciones y mantenimiento: garantizar la fiabilidad operativa a largo plazo

Puesta en servicio en estado frío : Compruebe la tasa de fugas de aire (objetivo ≤ 5%) y ajuste la frecuencia de apertura/cierre de la válvula de placa ciega (a baja carga, opere una vez cada 15 minutos);

Estrategia de eliminación de cenizas : Combinar la limpieza con vapor (8 horas por ciclo) con la purga de aire caliente para evitar el endurecimiento del NH₄HSO₄;

Monitoreo de la corrosión : Realizar muestreos y análisis mensuales del pH del condensado; si el valor supera el límite, activar el sistema de recirculación de aire caliente para elevar la temperatura.

IV. Caso de aplicación típico: Resultados prácticos de la modernización de una central eléctrica

Caso 1: Modernización para el ahorro de energía en la Compañía de Generación Eléctrica Ke You Zhong

Puntos críticos antes de la renovación : Los precalentadores de aire de las dos unidades de 330 MW presentan una tasa de fuga de aire del 18%, y los ventiladores de tiro inducido registran un consumo energético relativamente elevado, lo que ocasiona pérdidas anuales de electricidad superiores a 2 millones de kWh.

Solución técnica Se emplea el sistema antiasfixia y de sellado coordinado Nanjing Bowo, con la sustitución de los sellos flexibles y la instalación de un dispositivo de purga por aire caliente.

Eficacia de la implementación : La tasa de fugas de aire se ha reducido a menos del 5%, lo que ha permitido un ahorro anual de electricidad de 600.000 kWh y una disminución de los costos de mantenimiento de 3 millones de RMB al año.

Caso 2: Modernización de la flexibilidad en la Central Térmica de Xilin

Requisitos de renovación La unidad está obligada a operar en modo de seguimiento de carga entre el 30 % y el 100 % de la capacidad nominal, pero el precalentador de aire original presenta una severa acumulación de cenizas a cargas bajas.

Solución técnica : Presentamos el sistema automatizado de válvulas de placa ciega de la Universidad de Kentucky, con tres grupos de válvulas que operan bajo control coordinado para aislar las áreas no pertenecientes a intercambiadores de calor;

Eficacia de la implementación : La temperatura de los gases de combustión disminuyó de 165 °C a 128 °C, el tiempo de respuesta para la reducción del pico de carga se acortó en un 40 % y no se produjeron paradas relacionadas con las cenizas.

V. Recomendaciones de selección y actualización

1. Compatibilidad de combustible : Para las unidades de combustión de carbón con alto contenido de azufre, se prefiere el acero ND recubierto con esmalte; para las unidades alimentadas con gas natural, los componentes pueden simplificarse utilizando aluminio.

2. Colaboración en la protección ambiental Cuando la eficiencia de desnitrificación es igual o superior al 85 %, deben instalarse como equipos complementarios un sistema de control del deslizamiento de amoníaco (≤2 ppm) y un sistema de prevención de la obstrucción por cenizas.

3. Actualización inteligente : Instalar un sistema de monitoreo en línea para la humedad y la tasa de corrosión de los gases de combustión, y vincularlo al ajuste automático de la válvula de recirculación del aire caliente.