熱管煙氣換熱器在煙氣再熱系統(tǒng)中的應(yīng)用
本文主要討論熱管煙氣換熱器的工作原理、特點(diǎn)、設(shè)計與制造時的注意事項及與回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器和其他換熱器的比較。
一、熱管煙氣換熱器的工作原理及特點(diǎn)
熱管煙氣換熱器是利用熱管技術(shù)設(shè)計、制造的利用熱煙氣余熱加熱冷煙氣的換熱設(shè)備。熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的元件,它通過在全封閉真空管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量,具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變等優(yōu)點(diǎn)。由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高,流體阻力損失小、煙氣不泄漏、沒有附加動力消耗、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。
1、熱管煙氣換熱器的工作原理
熱管換熱器是一種利用高溫流體余熱加熱低溫流體的換熱設(shè)備。換熱器中的熱管一般由管殼和內(nèi)部工作液體(工質(zhì))組成。鋼制、密閉管殼內(nèi)抽成真空,工質(zhì)是經(jīng)特殊處理的液體。熱管受熱側(cè)吸收高溫流體熱量,通過熱管壁傳給管內(nèi)工質(zhì),工質(zhì)吸熱后沸騰和蒸發(fā),轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。蒸汽在壓差的作用下上升至放熱?cè),受管外低溫流體的冷卻,蒸汽冷凝并向外放出汽化潛熱,低溫流體獲得熱量,冷凝液靠重力回到受熱側(cè)。如此周而復(fù)始,高溫流體熱量便傳給低溫流體,加熱低溫流體.
2、熱管煙氣換熱器的特點(diǎn)熱管煙氣換熱器具有以下特點(diǎn):
(1)傳熱效率高。熱管煙氣換熱器中的熱管,其冷、熱側(cè)均可根據(jù)需要采用高頻焊翅片來強(qiáng)化傳熱,彌補(bǔ)了氣-氣換熱器換熱系數(shù)低的弱點(diǎn)。
(2)可有效避免冷、熱流體串流。每根熱管都是相對獨(dú)立的密閉單元,熱管的蒸發(fā)段和冷凝段同處于一個整體的上、下2個空間,冷、熱流體都在管外流動,中間密封板嚴(yán)密將冷、熱流體隔開。
(3)可有效防止露點(diǎn)腐蝕。通過調(diào)整熱管數(shù)量或熱管冷熱側(cè)的傳熱面積比,使熱管壁溫提高到露點(diǎn)溫度以上。
(4)可有效防止積灰。換熱器設(shè)計可采用變截面結(jié)構(gòu),保證流體進(jìn)、出口等流速流動,達(dá)到自清灰的目的。
(5)運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低。由于無任何轉(zhuǎn)動部件,屬靜設(shè)備,沒有附加動力消耗,運(yùn)行費(fèi)用低;另外,操作和維護(hù)簡單,不需備品、備件,即使有部分元件損壞,也不影響正常生產(chǎn)。
二、熱管煙氣換熱器的設(shè)計與制造
熱管煙氣換熱器最主要的問題是低溫區(qū)的煙氣溫度低于酸露點(diǎn)溫度,使設(shè)備長期處于酸性環(huán)境中,因此,低溫區(qū)的換熱元件需采用耐腐蝕材料制造;高溫區(qū)換熱元件可以采用低碳鋼制造;殼體則采用碳鋼Q235-A材料(內(nèi)側(cè)噴涂防腐油漆)制造。
1、燒鍍搪瓷技術(shù)的采用
熱管是低溫區(qū)的換熱元件,其外表面采用燒鍍搪瓷來防止換熱器低溫露點(diǎn)的腐蝕,即在普通碳鋼(翅片管)外涂一層耐酸搪瓷。由于搪瓷層很薄,一般厚度為0.2mm,因而與碳鋼結(jié)合緊密,對傳熱效果影響很小。搪瓷管的傳熱系數(shù)大于等于48.3W/(m2?℃),與碳鋼管相比,傳熱系數(shù)相對降低率小于7.14%;且搪瓷表面光滑,不易結(jié)垢和積灰,又耐磨損、抗腐蝕;與選用耐酸不銹鋼材料相比,可降低投資。
2、合理控制熱管壁溫
根據(jù)熱管的特點(diǎn),通過調(diào)整冷熱側(cè)的傳熱面積比,使熱管工作在“允許腐蝕區(qū)域”。根據(jù)國內(nèi)、外的試驗(yàn)證明:腐蝕速度不是簡單地隨溫度的降低而增加,而是成曲線。在酸露點(diǎn),其腐蝕程度并不高,最高腐蝕點(diǎn)在接近酸露點(diǎn)處;然后隨著溫度的繼續(xù)降低,腐蝕程度也迅速下降,直至最低腐蝕點(diǎn);再繼續(xù)降低溫度,腐蝕程度又會增加.
這說明,在酸露點(diǎn)以下存在著一個腐蝕速度很小的區(qū)域———“允許腐蝕區(qū)域”。如果受熱面工作在這個區(qū)域內(nèi),就可把腐蝕降低到最小?？赏ㄟ^調(diào)整熱管冷熱側(cè)的傳熱面積比,使熱管工作在“允許腐蝕區(qū)域”。
3、選擇合適的煙氣流速
選擇合適的煙氣流動速度,使熱管具有自清灰性能。一般說來,使熱管具有自清灰性能的風(fēng)速范圍是8～12m/s。該熱管式GGH中,在滿足煙氣阻力降的要求下,煙氣流速應(yīng)控制在9～11m/s,此時設(shè)備正常運(yùn)行時,能起到自清灰作用。
4、合理的管排布置與靈活的清灰方式
為提高傳熱效率,熱管采用錯排形式,但考慮清灰,設(shè)備內(nèi)按一定間距布置了若干組蒸汽吹灰管束;同時,在換熱器的冷、熱流體通道中,各留出4個人行通道,必要時可采取人工清灰。也利于設(shè)備的內(nèi)部維護(hù)。設(shè)備底部和中部均留有排污口和排液口,可方便清灰和及時排污。
5、換熱器內(nèi)中孔板的密封
熱管煙氣換熱器中孔板是分隔原煙氣與凈煙氣的隔板,為不使原煙氣與凈煙氣串流,其密封性要求較高。設(shè)計時必須注意確保密封的可靠性。另外,為了確保熱管在運(yùn)行中不會因熱膨脹及振動引起密封破壞,為保證中孔板嚴(yán)格密封,可在每根熱管的頂部用彈簧對熱管壓緊。
6、熱管的熱膨脹熱管在換熱器內(nèi)只有1個固定點(diǎn),設(shè)在中孔板處,其兩端可自由膨脹,因此熱管的膨脹不會對換熱器產(chǎn)生危害。
三、熱管煙氣換熱器與其他換熱器比較
1、回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器
回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器的工作原理和結(jié)構(gòu)類似于鍋爐回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器,是通過作為載熱體的波紋金屬薄板將高溫?zé)煔獾臒崃總鬟f給凈化的冷煙氣?；剞D(zhuǎn)式煙氣換熱器運(yùn)行時,熱煙氣從煙氣壓力高的一側(cè)通過轉(zhuǎn)子及軸向密封和徑向密封系統(tǒng)泄漏到壓力低、已凈化的冷煙氣一側(cè),導(dǎo)致凈化的煙氣被污染,使脫硫效率降低。
造成回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器漏風(fēng)的情況有2種,即直接泄漏和攜帶泄漏。直接泄漏是煙氣從煙氣壓力高的一側(cè)通過轉(zhuǎn)子軸向密封和徑向密封系統(tǒng)泄漏到煙氣壓力低的一側(cè);而攜帶泄漏是轉(zhuǎn)子格倉中的煙氣,由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動從煙氣的一側(cè)攜帶到另外一側(cè)。
實(shí)際應(yīng)用時,可采取有效措施最大限度地減少漏風(fēng)量:徑向密封系統(tǒng)設(shè)計成網(wǎng)格狀密封,安裝在轉(zhuǎn)子徑向格板和徑向密封板之間。徑向密封板上帶有傳感器,能自動控制轉(zhuǎn)子與徑向密封板之間的間隙,從而使這個間隙一直保持最小值,不受轉(zhuǎn)子發(fā)生熱變形的影響。另外,在設(shè)備中氣體壓力最大的位置即位于熱煙氣側(cè),安裝一個特殊的漏風(fēng)量最小化裝置,消除直接泄漏。這個裝置包括1個小型風(fēng)機(jī),為轉(zhuǎn)子和徑向密封板之間的間隙吹進(jìn)處理過的清潔氣體,這部分氣體可以防止熱煙氣穿過氣體壓力大的一側(cè),同時將轉(zhuǎn)子和徑向密封板之間熱煙氣清除出轉(zhuǎn)子,進(jìn)入到未處理的熱煙氣管道中。盡管采用這些措施可以大大減少漏風(fēng)量,但回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器轉(zhuǎn)子軸向密封和徑向密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜,安裝、檢修技術(shù)要求較高,往往運(yùn)行一段時間后系統(tǒng)泄漏增大,煙氣泄漏量能達(dá)到3%～5%。這對于煙氣SO2濃度高或者對脫硫效率要求高的電站來說,是不太適宜的。而且回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器的工程造價、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用都比較高。
2、各種煙氣換熱器的性能比較
石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中的煙氣換熱器,除采用上述的回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器和熱管煙氣換熱器外,還采用蒸氣管式換熱器等煙氣換熱設(shè)備為了對各種換熱器進(jìn)行比較。
從對各種換熱器的比較看,熱管煙氣換熱器以其具有傳熱效率高、流體阻力損失小、煙氣不泄漏、脫硫系統(tǒng)有較高的脫硫效率、沒有附加動力消耗、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),更適合石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)。
回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器的進(jìn)、出煙道必須垂直、平行布置,煙道轉(zhuǎn)彎點(diǎn)多,所占空間較大;而熱管煙氣換熱器盡管體積龐大,但它的進(jìn)、出煙道水平布置,實(shí)際所占空間較小,且工程投資也低于回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器。因此,一些大型火電廠的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)更傾向于采用熱管煙氣換熱器。
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