熱管式GGH取代回轉(zhuǎn)式GGH的可行性分析.doc

熱管式GGH取代回轉(zhuǎn)式GGH的可行性分析第29卷第5期2010年10月建筑熱能通風空調(diào)BuildingEnergy&Environmen!V01.29N0.50ct.2010.6668文章編號:1003.0344(2010)050664熱管式GGH取代回轉(zhuǎn)式GGH的可行性分析張杰任艷張康梁惠敏河北工程大學城市建設(shè)學院摘要:目前在濕式石灰石一石膏法脫硫工程中普遍應(yīng)用的是回轉(zhuǎn)式煙氣.煙氣換熱器(GGH),但是,回轉(zhuǎn)式GGH在運行過程中容易結(jié)垢堵塞,而且,垢層難以清理,使得系統(tǒng)阻力增大,增壓風機超負荷運行.為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行,提高設(shè)備利用率,以及產(chǎn)生良好的環(huán)保效益,考慮采用熱管取代回轉(zhuǎn)式GGH.本文對這類回轉(zhuǎn)式煙氣再熱器與熱管式煙氣再熱器的技術(shù)特點分別進行了介紹,并進行了比較,認為熱管式GGH作為濕法脫硫的煙氣再熱裝置是可行的.關(guān)鍵詞:煙氣.煙氣換熱器(GGH)回轉(zhuǎn)式熱管FeasibilityAnalysisofReplacementofHeat-PipeGGHtoRegenerativeGGHZHANGJie,RENYan,ZHANGKang,LIANGHuirainSchoolofUrbanConstruction,HebeiUniversityofEngineeringAbstract:Currently,theregenerativeGasGasHeater(GGH)iswidelyusedinthelimestonegypsumWFGDprocess,however,theregenerativeGGHcaneasilyplugduringoperationandthemineralcoatingisdifficulttoclean,whichincreasingtheresistanceofthesystemandmakingtheboosterfanoverloaded.Inordertoensurestableandsecurityoperationofsystemandimprovedequipmentutilization,aswellastoproducegoodenvironmentalperformance,heatpipesthatistoreplacetheregenerativeGGHshouldbeconsidered.Thispaperintroducesthetechnicalfeaturesofheat-pipeGGHandregenerativeGGH,respectively,andmakescomparison.TheconclusionisthattheheatpipeGGHisalsoagoodchoicebesidestheregenerativegasgasheater.Keywords:GasGasHeater(GGH),regenerative,heatpipe1回轉(zhuǎn)式煙氣一煙氣換熱器工作原理回轉(zhuǎn)式GGH利用裝在轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子中的數(shù)十萬m的換熱元件的蓄熱和放熱(如圖1所示),吸收鍋爐排出的煙氣(120160)熱能加熱脫硫塔排出的煙氣(4555),達到熱量交換的目的,最終將脫硫后煙氣加熱到7080以上.濕法脫硫系統(tǒng)在吸收塔脫硫反應(yīng)完成后,煙溫降至4555.該溫度范圍內(nèi)含飽和水蒸氣的凈煙氣很容易產(chǎn)生冷凝酸,直接排放不但帶來嚴重的煙囪煙道腐蝕,而且冷煙霧下沉還會嚴重污染電廠周邊環(huán)境.所以吸收塔排口的凈煙氣經(jīng)過煙氣加熱器(GGH)加熱,煙氣溫度從50C左右升至70C以上,然后排人煙囪.由于排煙溫度的提高,對脫硫裝置后設(shè)備的腐蝕將會減輕,同時經(jīng)煙囪排放煙氣的提升高度會增加50mt1左右,改善了電廠周邊地區(qū)的大氣環(huán)境.布置圖如圖2所示.圖收稿日期:2009一ll一3O作者簡介:張杰(1962),男,博士,教授;河北省邯鄲市河北工程大學城建學院(056038);E-mail:圖第29卷第5期張杰等:熱管式GGH取代回轉(zhuǎn)式GGH的可行性分析67圖2回轉(zhuǎn)式GGH布置圖2回轉(zhuǎn)式GGH存在的問題2,1GGH堵塞回轉(zhuǎn)式GGH在運行過程中最常見的問題主要是GGH蓄熱元件結(jié)垢,造成GGH堵塞,煙氣系統(tǒng)阻力增加,導致增壓風機喘振,脫硫系統(tǒng)用電量增加,同時GGH差壓增大,造成鍋爐爐膛負壓降低,影響到脫硫系統(tǒng)的安全運行,以致部分電廠不得不長期開旁路運行,帶來了嚴重的安全隱患.因此,解決GGH堵塞,選擇技術(shù),經(jīng)濟性能更好的GGH換熱型式是脫硫藝中一個關(guān)鍵環(huán)節(jié).2.2結(jié)垢成分分析及原因通過結(jié)垢成分分析得知GGH結(jié)垢主要由SiO,CaO,Fe20,AI20,21構(gòu)成,其成分和水泥很接近,導致GGH蓄熱元件上積垢清洗困難,并且粉煤灰中CaO的含量增加,會加速GGH堵塞,這說明換熱元件上積垢主要是由凈煙氣中的石膏和原炯氣中的粉塵構(gòu)成.主要原因在于凈煙氣攜帶石膏漿液液滴較多,這不僅與除霧器的除霧效率有關(guān),還與采用的脫硫工藝和運行參數(shù)的選擇及運行調(diào)整有關(guān).如果吸收塔漿液PH值偏大,漿液中的CaCO濃度較高,凈煙氣中攜帶的CaCO濃度相應(yīng)增加,加劇結(jié)垢;在機組負荷調(diào)整時,一部分凈煙氣經(jīng)旁路倒流會與一部分原煙氣混合,降低了GGH熱端的人口煙溫,原煙氣中的HSO蒸汽凝結(jié)加快,凝結(jié)量更多;由于原煙氣溫度的降低,煙氣中的SO也直接吸收水分而生成H:SO.換熱元件表面稀硫酸的增多也加劇了CaSO等結(jié)垢.垢樣圖如圖3所示圖3GGH蓄熱元件結(jié)垢圖2-3回轉(zhuǎn)式GGH差壓高問題回轉(zhuǎn)式GGH經(jīng)過一段時間運行后,出現(xiàn)了積灰現(xiàn)象,兩側(cè)差壓也超過設(shè)計值,同時,增壓風機電流也隨之增大,嚴重時GGH電流跳變,增壓風機靜葉全開,引風機靜葉全開,爐膛變正壓,脫硫系統(tǒng)被迫停運.原因如下:由于燃煤中產(chǎn)生的煤粉顆粒較細,電除塵器對粉塵中較細的顆粒幾乎無法去除,從而使較細顆粒的粉塵隨煙氣進入脫硫系統(tǒng);原煙氣溫度在GGH中由于熱交換會由120160C降低到酸露點以下,在GGH的熱側(cè)會產(chǎn)生大量黏稠的濃酸液,這些酸液不僅對GGH的換熱原件和殼體有很強的腐蝕作用,而且會黏附大量煙氣中的飛灰,造成流通面積變小,差壓升高;除霧器除霧效果不理想,帶水,使凈煙氣含濕量大,造成GGH傳熱原件表面變濕容易積灰;沒有被除去的微小漿液液滴穿過除霧器在換熱原件的表面蒸發(fā)后,會形成固體結(jié)垢物,這些固體物會堵塞換熱原件的通道,進一步增加GGH的壓降.3熱管式GGH工作原理熱管是通過密閉真空管殼內(nèi)工作介質(zhì)的相變潛熱來傳遞熱量,典型的重力熱管工作原理如圖4所示.密閉管內(nèi)部處于(12)x10Pa的負壓.在熱管的下端吸收原煙氣的熱量,工質(zhì)吸收熱量汽化為蒸汽,在微小的壓差下,上升到熱管上端,向凈煙氣放出熱量,并凝結(jié)為液體.中間由熱管管板分隔.冷凝液在重力的作用下,沿熱管內(nèi)壁返回到受熱段,并再次受熱汽化,如此循環(huán)往復(fù)地將熱量由一端傳向另一端.圖4重力熱管工作原理圖4熱管優(yōu)勢(I)傳熱效率高,有效清洗垢層1)由于是相變傳熱,因此,熱管內(nèi)熱阻很小,煙氣建筑熱能通風空調(diào)流動阻力小,能以較小的溫差獲得較大的傳熱率,且結(jié)構(gòu)簡單,具有單向?qū)岬奶攸c,冷熱流體問的熱交換均在管外進行.此外,由于熱管內(nèi)部一般抽成(0.13-1.3)x10Pa的真空【3J,工質(zhì)極易沸騰與蒸發(fā),熱管起動非常迅速,具有很高的導熱能力.彌補了一般GGH換熱系數(shù)低的缺點.2)熱管的冷,熱側(cè)不采用翅片強化傳熱,盡管加翅片會大大提高傳熱系數(shù),但是考慮到加翅片會使得垢層很難清洗,所以,設(shè)計中不考慮翅片.3)在熱管的外表面采用搪玻璃的技術(shù)來防止其低溫腐蝕.由于搪玻璃層很薄,對傳熱效果影響很小,且玻璃表面光滑,不易結(jié)垢和積灰,又耐磨損,抗腐蝕,垢層也容易去除.(2)避免”漏風”現(xiàn)象產(chǎn)生,提高脫硫率在回轉(zhuǎn)式GGH里,原煙氣壓力高于凈煙氣壓力,使得少量未經(jīng)處理的原煙氣直接進入到凈煙氣中去,因此將直接降低脫硫效率.即使采用一系列代價不菲的措施,泄漏率也只能保證在1%左右,隨著設(shè)備的老化,漏風率也會增大.若采用熱管式GGH,熱管的受熱段與放熱段之間有密封結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)與管板管孔配合,形成對原煙氣,凈煙氣的有效密封,使它們互不竄漏,可以完全避免原煙氣和凈煙氣問的煙氣泄漏.(3)減少脫硫系統(tǒng)阻力,減少動力消耗回轉(zhuǎn)式GGH的接入,接出口煙道受布置的限制,一般有急劇的90.彎頭,加之設(shè)備本身的阻力,裝設(shè)GGH系統(tǒng)的阻力占整個脫硫系統(tǒng)壓降的一半左右.如果GGH結(jié)垢嚴重,阻力還會增大.而熱管無任何轉(zhuǎn)動部件,傳熱過程無需附加動力消耗.在使用性能上不消耗外界能源.(4)可靠性強,維護費用低熱管元件間相互獨立,即使單根或數(shù)根熱管損壞,也不會造成煙氣泄漏,不影響整體換熱效果.可以針對不同的系統(tǒng)度身定做.適用于新廠的煙氣脫硫項目,也適合老廠改造項目場地狹小,條件多變的情況.(5)良好的流通結(jié)構(gòu),有效防垢和清灰1)將熱管根據(jù)現(xiàn)場條件,配以相應(yīng)的流通結(jié)構(gòu).熱管的管束排列方式選用正三角形錯列布管方式.為方便與外部煙道連接并保證氣流的均勻性,每側(cè)迎風截面大體上構(gòu)成正方形或接近正方形.蒸發(fā)段與冷凝段的長度比為1.03t51.2)熱管與外部煙道接口處布置縮口將不易產(chǎn)生堵灰現(xiàn)象,原因是煙氣在煙道縮口處能形成紊流區(qū),煙塵不易凝結(jié).故此在煙道的布置上也該相應(yīng)地采取一定的縮口問.3)為了清灰,在熱管殼體外部布置若干吹灰器接口.同時,在冷,熱流體通道中,每隔4-6排管排就留出人行通道,必要時可采取人工進入徹底清灰,也利于設(shè)備的內(nèi)部維護.設(shè)備底部和中部均留有排污口和排液口,方便清灰處理和及時排污.(6)減少初投資一臺600Mw回轉(zhuǎn)式GGH連同鋼支架及防腐的造價在兩千萬左右,占整個脫硫系統(tǒng)投資的約20%t4,而相同條件的熱管式GGH的設(shè)備總投資大概在一千萬左右.5工程實例以內(nèi)蒙古某有限公司為例,該企業(yè)對現(xiàn)有鍋爐房中設(shè)置的載熱油鍋爐排煙系統(tǒng)進行技術(shù)改造,改造方案為:在鍋爐尾部加裝熱管式余熱回收系統(tǒng),用排煙余熱加熱空氣,提高鍋爐送風溫度,提高鍋爐效率.本工程的計算依據(jù)如下:廢氣來源:載熱油鍋爐廢氣;空氣量:8800Nm3/h;最大煙氣量:11000Nm3/h;排煙溫度:200210(計算取值200C);環(huán)境空氣溫度:20C.余熱回收計算,煙氣出口溫度:135C;空氣出口溫度:120;回收熱量:268.6kW.經(jīng)過一系列的計算,得到如下預(yù)測:(1)經(jīng)濟效益預(yù)測:節(jié)約燃料量:337.4噸/年;節(jié)約燃料費:2O.24萬元/年;回收期限:0.62年,其中,燃料發(fā)熱量:25080kJ/kg(6000kcal/kg);燃料單價:600元/噸;設(shè)備費:l2.56萬元.(2)環(huán)境效益預(yù)測:煙塵減排量:8.22噸/年;二氧化硫減排量:2.16噸/年(煤中含硫量0.4%);氮氧化物減排量:4.64噸/年(煤中含氮量1.5%);一氧化碳減排量:21.23噸/年(煤中含碳量90%o6結(jié)論熱管作為一種新型高效的傳熱元件,與目前廣泛應(yīng)用的回轉(zhuǎn)式GGH相比,在設(shè)備的傳熱效率,可靠性,運行低維護以及設(shè)備的初投資方面有著很大的優(yōu)勢.但是,熱管作為低溫煙氣再熱裝置也有其自身的局限.大型的煙氣脫硫工程由于其換熱量很大,這就要求很大的傳熱面積.本文所述熱管式GGH未加翅片,也只能通過增大傳熱面積或者增加熱管數(shù)量來滿足換熱量大的要求,這就會增加占地面積.對一個大型熱管式GGH而言,如果加大熱管管徑和管長,這就(下轉(zhuǎn)45頁)第29卷第5期何丹懷等:多標準評估分析成都居住建筑自然通風潛力?45?3結(jié)論1)應(yīng)用成都地區(qū)的典型氣象年的氣象數(shù)據(jù)對某擬定的成都城市住宅建筑的自然通風潛力加以分析.結(jié)果表明,對于常規(guī)的開口率,全年逐時有效壓差略高于實際壓差需要,自然通風潛力一般.2)風壓和熱壓影響自然通風量的大小,僅考慮風壓和熱壓對自然通風潛力的影響,從PDPH值可以看出這三個城市的自然通風潛力排列是:昆明,蘭州,成都.當綜合考慮室外空氣質(zhì)量,環(huán)境噪聲使用多標準評估自然通風潛力時,這三個城市的自然通風潛力排列是:昆明,成都,蘭州.因此,采用多標準評估更全面,準確.3)成都由于有較好的室外空氣質(zhì)量,并且環(huán)境噪聲較低,即使自然通風量不大,但自然通風潛力仍較大.建議建筑設(shè)計者適當增大窗孔開口率,或者輔助機械通風都能更好的利用自然通風創(chuàng)造健康舒適的室內(nèi)環(huán)境.參考文獻1】GermaneM,RouletCA,AllardF,eta1.Potentialfornaturalventilationinurbancontext:allassessmentmethod【hi.In:ProceedingsofIndoorAir2oo2c,Beijing:2002,832835【2張國強,陽麗娜,周軍莉,等.自然通風潛力評估體系的建立與應(yīng)用【J.湖南大學(自然科學版),2006,33(1):2528.3GhiausC,AllardF.Assessingclimaticsuitabilitytonatural(上接68頁)加大了熱管的加工,制造,運輸?shù)碾y度,也會影響整個換熱裝置的剛度,防振以及結(jié)構(gòu)性能;如增加熱管數(shù)量,就會加大占地面積,對于場地有限的電廠很不利.另外,回轉(zhuǎn)式GGH吹灰器的布置簡單有效,而熱管式GGH,隨著處理的煙氣量增大,體積也會增加,加之熱管式GGH又屬于靜設(shè)備,使得吹灰器的布置有一定難度.綜上:對小型機組來講,回轉(zhuǎn)式GGH與熱管式GGH在占地和重量方面差不多,考慮到其受空間位置的限制,熱管式GGH更具優(yōu)勢.但對于大機組濕法脫硫系統(tǒng),回轉(zhuǎn)式GGH比熱管式GGH重量輕,占地也要結(jié)合具體的工程情況,綜合比較,統(tǒng)籌考慮,優(yōu)先選,ventilationbyusingglobalandsatelliteclimaticdata【A.In:ProceedingsofROOMVENT2002【c.Copenhagen:TheTechnicalUniversityofDenmarkandDanvak,2002:62562林文,周軍莉,張國強,等.自然通風潛力的多標準評估方法J】建筑熱能通風空調(diào),2007,26(4):1-5MGermane,RouletCA.MulticriteriaassessmentofnaturalventilationpotentialJ.SolarEnergy,2006,8O(4):393401JPaelinck.Qualitativemultiplecriteriaanalysis,environmentalprotectionandmultiregionaldevelopmentJlPapersofthe】RegionalScienceAssociation,1976,36:5974JPaelinck.Qualiflex:aflexiblemultiple?criteriamethod【J1.Economicletters,1978,(3):193197JPaelinck.ThemulticriteriamethodQUALIFLEX:pastexperiencesandrecentdevelopments【R.Rotterdam: