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分离热管技术在燃煤df888经典版网页登录低温余热回收中的应用

 

前言

    我国df888经典版网页登录的使用量大面广,且以燃煤df888经典版网页登录为主。据统计,2007年我国煤炭产量为25.8亿吨,其中电站df888经典版网页登录用煤达16亿 吨,工业df888经典版网页登录用煤6亿 吨,两者合计用煤占煤炭产量的85%1。由于df888经典版网页登录排放大量烟尘以及SO2NOX等污染物,成为我国大气主要煤烟污染源。提高df888经典版网页登录热效率将节能减排,有效降低环境污染。

    众所周知,降低df888经典版网页登录排烟温度会使df888经典版网页登录热效率得到提高,但现有设计df888经典版网页登录尾部设备的排烟温度普遍偏高,若进一步排烟温度降低,换热表面温度低于烟气中硫酸蒸汽的凝结点(酸露点),引起酸气换热表面上结露2形成硫酸溶液。硫酸溶液与金属管壁反应腐蚀金属管壁,这种腐蚀属于低温腐蚀,腐蚀严重时低压df888经典版网页登录部位可能出现穿孔或爆管泄露现象3-4此外,结露表面易引起积灰,加速腐蚀并引起堵塞,影响设备正常操作。,以往的各种df888经典版网页登录设计通常以牺牲df888经典版网页登录热效率为代价,通过提高排烟温度来缓解酸露腐蚀。

分离热管技术是一种降低df888经典版网页登录排烟温度,减少df888经典版网页登录排烟热损失和污染物排放量的解决方案。与一般df888经典版网页登录、管式换热器相比,它将整个低温段受热面壁温维持在较高温度水平的同时降低了烟气排放温度,既避免了因结露引起低温腐蚀和灰堵现象,又最大限度地提高了df888经典版网页登录的热效率,减少污染物排放量

1 分离热管技术及特点

(1) 分离热管技术

分离热管技术采用的是本公司专利:热管壁温可控的分体式热管换热器(专利号:ZL201120524937.0)及热介质出口温度可控的热管式换热器(专利号:ZL2013208501983)技术。该技术采用的是间接换热方式,即将换热设备分为两部分:烟气侧换热器和水侧换热器,二者之间通过上连管和下连管连接,经传热媒介构成传热回路。传热媒介在烟气侧换热器吸收烟气热量后蒸发成为蒸汽,蒸汽通过上连管进入安装于烟气换热器上部的水侧换热器,与温度较低的水换热,传热媒介冷凝成液体后通过下连管返回烟气换热器,再次与烟气换热,如此不断循环,将烟气的热量源源不断地传递给水。

(2) 分离热管技术的壁温控制

 

                                                                                                                                 

   图1 分离热管壁温控制示意图

分离热管技术的壁温控制原理见图1。在烟气侧换热器和水侧换热器之间的回流管上设置一个自控阀,按烟气酸露点加一个温度裕量如510℃,控制热管蒸发段管壁温度。当阀全开时,相当于未施控,传热媒介回流量最大,此时换热器换热能力也最大。当阀全关时,相当于传热媒介无回流,此时水侧换热器壳体内会逐渐被传热媒介充满,换热面积逐渐减少,换热量逐渐减少最终趋于零。通过压力或温度变送器调节自控阀的开度可以达到一个合适的回流量,使管壁温度或管内传热媒介的饱和压力维持在设定值,进而保持热管壁温基本恒定且略高于烟气酸露点。同时在烟气出口侧安装温度传感器和变送器,水进口管路上安装可接收变送器信号的自控阀,通过调节自控阀的开度可以达到一个合适的流量,使烟气出口温度维持在设定值。随着操作负荷变化或环境温度变化,烟气侧的热管壁温及烟气出口温度也随之发生相应的变化,温度传感器检测到这种变化,经变送器将其转化成标准信号送至自控阀的控制部分,使自控阀的控制部分控制阀门开启量,进而控制传热媒介回流量及除盐水的流量,使烟气侧换热器的热管壁温始终略高于烟气酸露点、烟气出口温度始终维持在设定值。防止腐蚀的发生。

(3) 分离热管技术的特点:

1) 适于回收烟气低温余热经换热后排烟温度可降到烟气酸露点之上10~20℃左右,可最大限度地回收烟气余热并减少污染物排放量,达到节能、降耗和减排目的;

2) 属受热面壁温可控可调,使受热面最低壁面温度与烟气酸露点只有微小的温差,适应df888经典版网页登录运行负荷变化和燃料含硫量、烟气酸露点变化, 能有效避免或减缓换热面酸露点腐蚀和积灰,延长设备使用寿命;

3) 操作不需动力和压力平衡源,换热管束内传热媒介蒸发冷凝换热过程两相流自然循环,不需外部提供动力和机械设备,传热媒介适应烟气和给水温度变化,压力自然平衡,不需要压力平衡源;

4) 适于长周期运行,换热器由多组独立的换热管束构成,单组管束泄露不影响其它管束的继续使用,也不会引起水泄露到烟气中,不需马上停车维修设备,不会影响生产运行,系统操作周期长;

5) 传热媒介相容性好,本技术较好地解决了传热媒介与壳体材料的相容性问题,当使用钢、铜等工程常用金属材料作为传热元件时,与传热媒介不易发生化学反应,利于减少不凝气体生成量,保证传热元件长期稳定工作;

6) 使用安全可靠,低温余热回收中传热媒介工作压力较低,接近于大气压,不会发生爆管,在设计工况内使用安全可靠。

2分离热管技术与低温df888经典版网页登录比较

1) 分离热管技术是将烟气与水分开,间接换热,给水温度不受烟气酸露点的限制;低温df888经典版网页登录是给水与烟气均在烟气侧,烟气通过换热管壁直接将热量传给水,直接换热;

2) 分离热管技术换热面的管壁温度恒定不再取决于给水温度;低温df888经典版网页登录的换热面管壁温度基本取决于给水温度;

3)分离热管技术被加热水的出口水温低于出口烟气温度;低温df888经典版网页登录的出口水温可不受出口烟气温度的限制;

4)分离热管技术虽然结构复杂但控制系统比较简单:只需控制传热媒介回流量、进口水量,不需控制进口水温,不需使用变频泵;低温df888经典版网页登录虽然结构简单但控制系统比较复杂:控制给水温度、控制变频泵转速;

5)分离热管技术不仅适用于给水温度较高的系统,更适用于进口水温比较低,远低于烟气酸露点如除盐水;低温df888经典版网页登录仅适用于给水温度比较高的系统。

6)分离热管技术与低温df888经典版网页登录相比测点比较少,只需要测试换热面的管壁温度和出口烟气的温度;

7)分离热管技术适用于供热机组,低温df888经典版网页登录适用于纯凝式机组。

分离热管技术的应用 

某热电厂为了解决df888经典版网页登录排烟温度高、排烟热损失较大的问题,采用我公司分离热管技术对其130t/h循环流化床df888经典版网页登录进行了技术改造,回收df888经典版网页登录烟气余热,加热除盐水,以达到合理用热、节能降耗、减少污染物排放的目的。

df888经典版网页登录主参数如下:

最大连续蒸发量(BMCR)

130t/h

额定蒸汽压力

5.29Mpa

额定汽包压力

5.92 Mpa

额定蒸汽温度

450℃

空气预热器入口风温

20℃

给水温度

25-30℃

df888经典版网页登录的原设计排烟温度为138℃,改造前df888经典版网页登录运行排烟温度为145-150℃左右,df888经典版网页登录排烟热损失较大。通过df888经典版网页登录运行炉负荷实际参数,核算成df888经典版网页登录在额定负荷情况下运行时的烟气量,额定负荷运行时的烟气量为158400Nm3/h,以该烟气量作为参考设计烟气量;根据核算的酸露点温度,设计换热壁面温度大于酸露点15℃以上,确定排烟温度为110±5℃。

df888经典版网页登录改造设计参数如下:

项    目

烟气换热器

水加热器

壳程

管程(除盐水)

设计温度       ℃

150 

180

150

设计压力      MPa

常压

1.0

1.0

工作压力      MPa

常压

0.04

0.5

流量

158400Nm3/h

2040t/h

进口温度       ℃

 145±5

 2530

出口温度       ℃

110±5

9095

阻力降         

400 Pa

0.1MPa

设计中考虑以壁面温度作为第一控制参数,其最低壁面温度整体均匀,在正常运行状况下,可根据负荷及燃料变化可控可调,使其始终控制在酸露点温度以上,所以能从机理上根本解决酸露腐蚀及堵灰问题。同时因为煤粉的含矸石量以及灰量不同,对于水冷壁、df888经典版网页登录、空预器、低温余热回收设备的磨损不可忽视。防止磨损的主要措施是合理的设计烟气平均流速,减缓对受热面管壁的冲刷同时在前两排(沿烟气方向)加装防磨瓦。

设备安装后运行参数达到设计要求,低温余热回收效果良好。

2 效益分析

以上述余热回收设备为例:

换热回收热量2100KW,节约标煤: 258kg/h;每年运行时间按8000h,df888经典版网页登录效率按85%计算,节省标煤量为:2428/年;每吨标煤按850元计算,节约费用:206万元/年;估算投资回收期少于一年。

该项目的实施增加了企业的经济效益,同时也给国家和地方带来长远的环境效益和积极的社会效益。

参考文献:

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[2] 邵国桢,张兴元,赵之军,.动态控制df888经典版网页登录低温腐蚀和节能的有效措施[J].动力工程,2003,23(1):2139-2143.

[3] 张百军,张琛.余热df888经典版网页登录df888经典版网页登录泄露原因探讨[J].石油化工腐蚀与防护,2003,20(3:36-37.

[4] 周宁,刘子亮.余热df888经典版网页登录df888经典版网页登录的泄露原因及对策[J].石油炼制与化工,2002,33(8):56-57.