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淺談定溫熱管在鍋爐上的應用
發布時間: 2019-09-19 08:33:30 被閱覽數: 381 次 來源: 泰州金泰環保熱電有限公司
 
      北極星大氣網訊:以萬華化學(煙臺)氯堿熱電有限公司410t/h鍋爐尾部煙氣余熱利用項目為例。

      摘要:本文以萬華化學(煙臺)氯堿熱電有限公司熱電一期410t/h鍋爐尾部煙氣余熱利用項目為例介紹了定溫熱管在鍋爐上的應用。以定溫熱管為傳熱元件,對鍋爐尾部受熱面進行改造以實現對煙氣余熱的選擇性回收利用,同時解決了換熱器尾部受熱面的積灰和低溫腐蝕的問題,解決了排煙溫度高對氨法脫硫結晶的影響。

      一、背景
      (一)熱電鍋爐排煙溫度波動大

      隨著國家對環境治理和節能減排的要求,對熱電鍋爐節能降耗的壓力均較大,鍋爐的排煙損失是占機組熱損失的最大項。

      熱電鍋爐的負荷隨著生產的波動而產生變化,因此熱電鍋爐存在負荷波動范圍較大、調節頻率較高,導致鍋爐煙氣溫度以及煙氣流量波動較大的問題。同時因鍋爐的負荷波動,以及季節溫差的變化,導致當鍋爐的排煙溫度波動較大。

      因煙氣溫度的變化,導致尾部的除塵器及脫硫工藝的生產不穩定。煙氣溫度過高可能會燒毀除塵器的布袋,煙氣溫度過低則會導致布袋進入露點產生粘帶和腐蝕,影響布袋的使用壽命;煙氣溫度波動范圍較大,對氨法脫硫的結晶影響很大,過高的煙氣溫度會導致塔內結晶困難,出料困難或無法出料。

      (二)酸露點腐蝕
      燃煤中含有一定的硫元素和氮元素,該兩種元素燃燒之后會生成酸酐,當酸酐和煙氣中的水蒸汽接觸會發生化學平衡反應,生成酸性蒸汽。當換熱器的壁面溫度低于一定的溫度(酸露點溫度)時,酸性蒸汽會在換熱器表面凝結,形成酸性液膜,對低溫換熱器產生酸腐蝕和電化學腐蝕,造成尾部換熱器的腐蝕和失效;

      (三)余熱回收的要求

      因煙氣溫度波動以及低溫腐蝕問題的存在,針對熱電鍋爐的尾部煙氣余熱,只能對高于煙氣的酸露點溫度的熱量進行選擇性的吸收,保證進入除塵器的煙氣溫度不低于酸露點溫度,同時保證在回收余熱的過程中設備不發生低溫腐蝕和積灰的問題。

      綜上所述,解決煙氣降溫過程中對換熱設備的腐蝕問題,是余熱回收系統能否安全穩定運行的關鍵。


      二、定溫熱管技術原理簡介
      熱管技術:將一根封閉管填充入工作介質后再進行密封,熱管的一端為蒸發端,熱管的另一端為冷凝端,當熱管的蒸發端受熱時液體工作介質蒸發汽化(吸熱過程),將熱量傳遞到冷凝端,在冷端遇冷后釋放出熱量后冷凝結成液體(放熱過程),液體再流回蒸發端,如此反復循環傳遞熱量。


                                                                   圖1:熱管技術

      定溫熱管是采用可變熱導熱管的原理,通過精確控制熱管的起始工作溫度,從而精確控制熱管壁面溫度的熱管。

      通過控制熱管內介質的相變溫度,實現在不同的熱介質溫度下,熱管具有不同的換熱性能,實現在某一設定溫度下,熱管不進行換熱;設定溫度之上,熱管才開始換熱的具有特殊傳熱性能的熱管。

      定溫熱管應用在鍋爐受熱面時,可實現將熱管的壁面溫度在換熱過程中控制在高于煙氣露點溫度的目的,防止稀硫酸溶液在換熱器表面凝結,對換熱面產生電化學腐蝕。同時將高于啟動溫度之上的煙氣熱量進行全部回收,可以最大限度地回收煙氣余熱,實現對可回收熱量的全部利用。同時因定溫熱管的類似于熱二級管的換熱特性,布置一定的定溫啟動熱管,可以保證在鍋爐負荷波動時,可以穩定經過定溫熱管換熱器鍋爐的煙氣溫度。

      低溫換熱技術和常規換熱器的換熱特性如下圖:


                                         圖1:常規換熱器換熱性能曲線 圖2:定溫熱管換熱性能曲線
  
      縱坐標為換熱器壁面溫度,橫坐標的煙氣流程;
      見圖1:常規換熱器換熱之后的煙氣溫度隨著進口煙氣溫度的變化而變化。當進口煙氣溫度過高,經過換熱器之后的溫度也較高;當進口煙氣溫度降低,經過換熱器之后的煙氣溫度也相應的降低,換熱器壁面溫度進入酸露點或水露點溫度之下,低溫腐蝕積灰區,換熱器就會發生嚴重的腐蝕和積灰的問題。

      見圖2:低溫換熱器根據其對熱量的選擇性吸收,當煙氣溫度出現波動時,換熱面隨著煙氣溫度發生變化。當煙氣溫度低于設置的換熱器壁面溫度時,換熱器不進行換熱。確保換熱器的排煙溫度始終在設定的壁面溫度之上,保證經過換熱器之后的煙氣溫度在一定的范圍內波動,保證后續工藝的設備對煙氣溫度范圍的要求,防止低溫腐蝕和積灰問題的發生。

      定溫熱管適用于存在低溫腐蝕和積灰,鍋爐負荷波動范圍較大、頻率較高的換熱條件。定溫熱管可以解決低溫煙氣的露點腐蝕和積灰問題,可以有效的延長設備的使用壽命;定溫熱管恒定排煙溫度的特點,可以保證換熱器之后設備運行的安全性;定溫熱管可以最大限度的降低鍋爐的排煙溫度,回收煙氣中的熱量,達到節能減排的目的。

      三、定溫熱管在410t鍋爐上的應用
      萬華化學(煙臺)氯堿熱電有限公司熱電一期有3臺410t/h和1臺220t/h無錫華光鍋爐廠生產的高溫高壓煤粉鍋爐。410t/h鍋爐運行負荷在300-410t/h范圍內波動,額定負荷或環境溫度高時鍋爐的排煙溫度在155℃,低負荷或環境溫度低時鍋爐的排煙溫度在135℃,設計溫度按145℃考慮。

      項目系統圖如下:


      在鍋爐的空預器之后,除塵器之前的水平煙道內增加一級節能器。通過節能器對換熱回水進行預熱,通過水路系統返回除氧器,達到減少除氧器除氧蒸汽的耗量。新增恒壁溫節能器水系統管道由補水母管旁通引出,恒壁溫節能器可將100t/h的補水由45℃加熱升至95℃,加熱后的補水重新匯入補水母管,再進入除氧器。將鍋爐排煙溫度從145℃降低到105℃。

      四、運行效果
      節能器投運后設備運行參數如下表:

      節能器各單元組件換熱正常,水側未出現泄漏及水阻力異常的狀況,煙氣阻力在設計范圍之內;

      經過對試運行期間的數據整理及計算,168h運行期間經過節能器的平均水流量為54.3t/h,冷脫鹽水進口平均溫度43.4℃,冷脫鹽水出口平均溫度111.8℃,節能器平均換熱功率為4438kW,節約除氧蒸汽消耗5.7t/h,單位小時節約標煤547kg/h。

      按單位小時節能量4438kW計算,單位小時節約除氧蒸汽5.7t/h,按節能器的設備保溫系數96%計算,單位小時節約脫硫用水量5.94t/h。

      節能器運行引風機阻力增加335Pa,運行阻力增加導致引風機阻力增加11%(按除塵器后系統全壓3100Pa計算),經過節能器之后引風機前煙氣溫度降低35℃,引風體積流量降低8.3%,風機軸功率降低15.8%,綜合節電效率為4.8%,每小時約節電53.8kWh。

      在設備運行1年的過程中,節能器換熱效率未見明顯下降,設備運行阻力恒定;設備運行滿1年停爐檢查,發現煙氣走廊處部分換熱管存在一定的磨損,在煙氣出口的渦流區存在浮灰,灰呈干灰狀,采用干空氣可吹走浮灰;同時卸灰閥處積灰為干灰狀,煙氣運行過程中未進入露點;換熱器未出現酸腐蝕的現象,未出現板結性積灰。



      五、結語
      綜上所述,針對熱電鍋爐的運行特點,定溫熱管可以實現對煙氣余熱的選擇性的回收和利用,同時解決了換熱器尾部受熱面的積灰和低溫腐蝕的問題;恒定經過節能器之后進入除塵器的煙氣溫度,保護除塵器及引風機不發生低溫腐蝕的問題,解決了排煙溫度高對氨法脫硫結晶的影響,為后端的生產工藝提供了穩定的煙氣條件。
      參考文獻:

      【1】莊俊. 熱管技術及工程應用〔M〕.化學工業出版社,2000

      【2】張紅.熱管技術及工程應用〔M〕.化學工業出版社,2006

      【3】莊俊. 熱管與熱管換熱器〔M〕.上海交通大學出版社,1989

      【4】趙孝保.管束式結構可變熱導熱管換熱裝置的計算機分析與研究[J].能源研究與利用 1997.3

      【5】任承欽,空冷式可變熱導熱管的性能研究[J],長沙:湖南大學,1997.8

      【6】張勇,熱管及其在電廠鍋爐上的應用[J],華東電力,1990.5


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