三維內(nèi)外肋管換熱元件在空預(yù)器上應(yīng)用

以三維內(nèi)外肋管為換熱元件的管箱式換熱器

在燃煤電廠的應(yīng)用胡慶權(quán)重慶九龍電力股份有限公司九龍發(fā)電分公司20012年11月目錄項(xiàng)目針對(duì)問題現(xiàn)狀12項(xiàng)目原理說明項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)56創(chuàng)造性和先進(jìn)性綜合效益評(píng)價(jià)推廣范圍和前景734經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益一、項(xiàng)目針對(duì)問題現(xiàn)狀重慶九龍電力股份有限公司九龍發(fā)電分公司#1機(jī)組，于1996年1月投產(chǎn)，機(jī)組容量1×200MW，鍋爐為DG670/140-8型超高壓中間再熱自然循環(huán)固態(tài)排渣爐。設(shè)計(jì)排煙溫度154℃，鍋爐尾部煙道布置高、中、低三段管式預(yù)熱器，低溫段采用熱管預(yù)熱器，其余為螺旋槽管預(yù)熱器。由于熱管預(yù)熱器堵灰嚴(yán)重，導(dǎo)致排煙溫度過高（達(dá)200℃），2002年對(duì)中溫段預(yù)熱器進(jìn)行改造、2004年10月由原廠家對(duì)熱管預(yù)熱器進(jìn)行改造，改造后排煙溫度165℃左右，2006年在熱管預(yù)熱器箱體頂部加裝一個(gè)由4排熱管組成的小箱體，以降低排煙溫度。幾度改造后效果仍不好，且隨運(yùn)行時(shí)間推移，排煙溫度逐年升高，到2012年排煙溫度高至170-180℃運(yùn)行，鍋爐效率降低。重慶電煤市場(chǎng)持續(xù)緊張，煤質(zhì)不斷惡化，原煤含硫量（約4.5%）和灰份（40％左右）均已大大超過設(shè)計(jì)值（3.3%和25%），隨著熱管換熱器管子的逐步失效，加速了熱管預(yù)熱器的磨損，并在熱管失效區(qū)域開始出現(xiàn)積灰和低溫腐蝕等，這已嚴(yán)重危及鍋爐機(jī)組的正常運(yùn)行，鍋爐排煙溫度的升高導(dǎo)致鍋爐熱效率逐步降低，發(fā)電煤耗隨之增加。項(xiàng)目針對(duì)的問題現(xiàn)狀二、項(xiàng)目原理說明2004年，為解決給水泵冷油器油溫偏高的問題，在不改變?cè)溆推鹘Y(jié)構(gòu)和外形尺寸的情況下，僅用三維肋片管替代原光管，使問題得到充分解決；2008年5月，為解決脫硫用蒸汽－煙氣換熱器（簡(jiǎn)稱SGH）腐蝕問題，我們以Φ102×2×6050mm的三維內(nèi)肋管為換熱元件，制成管箱式煙氣－煙氣換熱器，直接用原煙氣加熱脫硫后的凈煙氣，該裝置至今已運(yùn)行近5年，仍完好如初，無日常維護(hù)、不結(jié)垢、無腐蝕，可靠性高，由于確保了脫硫后凈煙氣處于過熱狀態(tài)，使二氧化硫無法凝結(jié)形成亞硫酸（這是煙道和煙囪腐蝕的根源），使煙道和煙囪遠(yuǎn)離腐蝕的根源（干燥的二氧化硫不腐蝕金屬和水泥），既解決了“石膏雨”的問題，也確保煙道和煙囪的安全。2008年10月，為探索三維肋片管用于空氣預(yù)熱器的可能性，我們?cè)谝患?jí)預(yù)熱器內(nèi)安裝了70多根三維內(nèi)肋管（Φ40×1.5mm），以觀察其堵灰磨損情況。運(yùn)行4年多后管子完好無損，管內(nèi)肋片清晰可見，至今完好如初，未出現(xiàn)過積灰、結(jié)垢和腐蝕等問題。照片拍攝于安裝運(yùn)行后的2010年4月22日,14:10:06，整體看預(yù)熱器管箱表面有輕微積灰，管內(nèi)無堵塞。照片拍攝于2012年6月28日9:42:16，運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)拍攝的三維管預(yù)熱器。在上述成功案例的基礎(chǔ)上，本次保留原有高、中溫段空氣預(yù)熱器，僅拆除原一級(jí)空預(yù)器低溫段熱管換熱器，同樣位置安裝一臺(tái)以三維內(nèi)、外肋管（Φ57×2）為換熱元件的管箱式空氣預(yù)熱器，重量減輕一半以上。項(xiàng)目原理說明三維內(nèi)外肋管及其加工工藝是一項(xiàng)先進(jìn)的強(qiáng)化換熱的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)。該技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先，曾獲得國(guó)際金獎(jiǎng)和國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)。利用該技術(shù)制造的換熱管其強(qiáng)化傳熱效果可達(dá)光管的2—4倍，已在家電、石化、電力等行業(yè)領(lǐng)域的換熱器上應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，本項(xiàng)目是首次在火電廠酸腐蝕嚴(yán)重的低溫段空氣預(yù)熱器上應(yīng)用。三、項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)：項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)與普通光管、螺旋槽管、二維內(nèi)肋管、砂粒型粗糙管以及波紋管等比較，三維肋片管有如下特點(diǎn)：1、 熱力性能最好、加工工藝最先進(jìn)、應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛、結(jié)構(gòu)最緊湊的管式換熱器。單相流體的對(duì)流換熱系數(shù)可達(dá)光管的2.5—6倍，沸騰換熱系數(shù)可達(dá)光管的2—5倍，凝結(jié)換熱系數(shù)可達(dá)光管的3—5倍，減少換熱器的體積和重量，省材30—70%，體積縮小30—70%；2、 易于通過調(diào)整內(nèi)、外肋片高度、布置方式和數(shù)量等方式調(diào)整管壁溫度，而“卡門渦街”的存在使得干灰難以在管壁表面沉積，這有利于盡可能降低管子表面在鍋爐煙道中的結(jié)垢和腐蝕等問題，無漏風(fēng)、免日常維護(hù)，加上較大口徑（空氣預(yù)熱器Φ57及以上，脫硫用煙氣－煙氣管箱式換熱器Φ102及以上）確保了換熱器不堵灰，更加安全可靠；3、 最優(yōu)秀的管內(nèi)強(qiáng)化換熱技術(shù)，其他技術(shù)難以企及，能夠比其他換熱器在更低的溫差下工作；4、 管箱式換熱器是安全可靠性最高的換熱器，以三維內(nèi)、外肋管為傳熱元件的管箱式空氣預(yù)熱器，其緊湊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的整體換熱性能，能夠在滿足阻力要求的情況下替代大機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，以克服回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器固有的蓄熱式結(jié)構(gòu)（冷熱交替）和不可避免（動(dòng)靜間隙）的漏風(fēng)引起的結(jié)露、結(jié)垢、積灰和腐蝕，徹底解決回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)問題，如果深度利用排煙熱源，則必須進(jìn)一步降低排煙溫度，這將造成回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的結(jié)露、積灰、結(jié)垢和腐蝕加劇，這也是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器難以進(jìn)一步降低排煙溫度的根本原因；三維管內(nèi)、外換熱強(qiáng)度的可調(diào)節(jié)性（管壁溫度可調(diào)），可以更加有效地降低結(jié)露、結(jié)垢、積灰和腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。主要技術(shù)規(guī)范和參數(shù)如下：換熱元件照片空氣側(cè)照片三維內(nèi)外肋管箱照片四、綜合效益評(píng)價(jià)與目前國(guó)內(nèi)外鍋爐廣泛使用的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器比較，本裝置采用管式換熱器結(jié)構(gòu)，設(shè)備漏風(fēng)率低，而且換熱管腐蝕危害遠(yuǎn)小于回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，與其換熱效果比較，優(yōu)點(diǎn)明顯。與回轉(zhuǎn)式空預(yù)器比較，本項(xiàng)目的空預(yù)器無回轉(zhuǎn)部分，也不需備用臺(tái)套。設(shè)備可靠性高，基本無維護(hù)費(fèi)用。綜合效益評(píng)價(jià)測(cè)試200MW、160MW、120MW三個(gè)負(fù)荷下，改造前修正后排煙溫度分別為178.7℃、167.4℃及162.8℃，排煙溫度嚴(yán)重偏高，鍋爐效率不到90%；改造后修正后排煙溫度分別為143.8℃、141.7℃及130.7℃，滿足設(shè)計(jì)要求。改造后排煙溫度分別降低了34.9℃、25.7℃、32.1℃，排煙溫度平均降低30.9℃，鍋爐熱效率將提升1.85%～2.16%，發(fā)電煤耗降低7g/kWh～8.2g/kWh，供電煤耗降低8g/kWh～9.3g/kWh。按年發(fā)電10億kWh，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)700元，發(fā)電煤耗均降7.6g/kWh計(jì)，年節(jié)省700×1000000000×7.6=5320000元考慮到進(jìn)口風(fēng)溫提高后，對(duì)爐內(nèi)燃燒有利可能降低固體不完全燃燒損失，排煙溫度降低后提高鍋爐效率，發(fā)電煤耗和供電煤耗降低值可能更高。本管箱式空預(yù)器采用的三維內(nèi)外肋化技術(shù)，其換熱系數(shù)可達(dá)光管的2—6倍，減少換熱器的體積和重量，實(shí)現(xiàn)小型化，節(jié)省投資。通過管箱式煙氣－空氣換熱器溫度場(chǎng)分布特點(diǎn)計(jì)算肋片位置、密度、高度等方式調(diào)整局部換熱強(qiáng)度保證管壁溫度不低于酸露點(diǎn)溫度。有利于防止管子腐蝕和磨損，實(shí)現(xiàn)余熱的深度利用。利用三維內(nèi)肋管自吹掃功能解決管子堵灰問題。可進(jìn)一步降低排煙溫度和減少漏風(fēng)。采用換熱管與管板焊接密封方式，方便檢修。采用雙煙道布置，其高可靠性可滿足環(huán)保部門取消脫硫裝置旁路系統(tǒng)的要求。五、創(chuàng)造性和先進(jìn)性充分利用煙氣余熱，在200MW機(jī)組改造總投入800萬元，減少生產(chǎn)成本532萬元/年，投資回收期不足2年。每年節(jié)約標(biāo)煤8100噸，減少SO2排放25噸，并減少粉塵、氮氧化物排放，取得較好社會(huì)、環(huán)境效益，為節(jié)能減排做出較大貢獻(xiàn)。該技術(shù)簡(jiǎn)單，不僅在鍋爐空預(yù)器上易于推廣，同時(shí)在電站其他換熱器上易于推廣，可取得較好安全經(jīng)濟(jì)、社會(huì)環(huán)境效益。六、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益七、推廣范圍及前景應(yīng)用三肋管取得的成果：從2008年5月18日至2012年10月20日，我公司應(yīng)用三維內(nèi)肋管為傳熱元件的管箱式煙氣－煙氣換熱器（GGH)在脫硫裝置已累計(jì)運(yùn)行30000小時(shí)以上，未發(fā)生堵灰、腐蝕，至今完好如初。推廣范圍及前景三維內(nèi)外肋管為傳熱元件的管箱式煙氣-空氣換熱器投運(yùn)1月后，其傳熱效果均未出現(xiàn)降低現(xiàn)象。在負(fù)荷200MW時(shí)，鍋爐排煙溫度維持在145℃以下，空氣溫度由20℃升至132℃；負(fù)荷200MW時(shí)，煙氣側(cè)溫225℃降至145℃，其傳熱效果較好并保持穩(wěn)定。推廣應(yīng)用前景：本項(xiàng)目改造系技術(shù)創(chuàng)新，改造后根據(jù)性能試驗(yàn)結(jié)果（詳見西安熱工研究院《《重慶九龍電力股份有限公司九龍發(fā)電分公司200MW機(jī)組空預(yù)器改造后評(píng)價(jià)試驗(yàn)報(bào)告》，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。作為國(guó)際上首臺(tái)管箱式三維內(nèi)外肋管換熱器，于2012年10月在本公司200MW機(jī)組鍋爐中首次使用，至今已運(yùn)行1000多小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了該裝置的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，效果良好，目前仍在繼續(xù)運(yùn)行。推廣范圍及前景推廣范圍及前景推廣應(yīng)用前景：中電投遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司正跟蹤收集我公司三維內(nèi)外肋管換熱器運(yùn)行情況并進(jìn)行推廣。重慶火