作者:马宗庆
[摘 要] 石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中有几种换热器,热管烟气换热器具有传热效率高、流体阻力损失小、烟气不泄漏、脱硫率高、没有附加动力消耗、运行及维护费用低等优点,该换热器更适合石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统。热管烟气换热器设计、制造时,应注意热管烟气换热器低于酸露点温度区的酸腐蚀;合理控制热管壁温;选择合适的烟气流速;合理布置管排;采用合适的清灰方式和注意换热器中孔板的密封。
[关键词] 湿法烟气脱硫 热管烟气换热器 应用 比较
石灰石-石膏湿法烟气脱硫(FGD)工艺是应用最多、最成熟的技术,具有脱硫效率高(脱硫效率可达95%以上)、吸收剂价廉易得、副产品便于利用、煤种适用范围广等优点。随着湿法脱硫设备的国产化,工程造价可大幅度降低,因此,该工艺是我国大型火电机组烟气脱硫的基本工艺,是重点发展的脱硫技术。在石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中,由引风机来的烟气温度一般在130～150℃,在进入吸收塔前,需降温至100℃以下(由吸收塔内衬防腐材料所要求)。在吸收塔喷雾区内烟气上升过程中,SO2被喷淋层循环喷出的石灰石浆液吸收,生成亚硫酸钙随同浆液从烟气中分离出来,落入吸收塔底部循环氧化槽内。在吸收塔经洗涤、净化的烟气温度降至50℃以下,这个温度低于酸的露点。为防止烟气对下游设备的腐蚀和对环境的影响,一般需要在热交换器中将烟气加热至80℃以上,然后再由烟囱排出进入大气。烟气在上述降温和升温处理中,最节能的方法是让高温烟气与低温烟气间进行热交换,可用来在其间进行热交换的气-气换热器有热管烟气换热器。下面叙述热管烟气换热器的工作原理、特点、设计与制造时的注意事项及与回转式烟气换热器和其他换热器的比较。
1 热管烟气换热器的工作原理及特点
热管烟气换热器是利用热管技术设计、制造的利用热烟气余热加热冷烟气的换热设备。热管是一种具有极高导热性能的元件,它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量,具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变等优点。由热管组成的换热器具有传热效率高,流体阻力损失小、烟气不泄漏、没有附加动力消耗、运行及维护费用低等优点。
1.1 热管烟气换热器的工作原理热管换热器是一种利用高温流体余热加热低温流体的换热设备。换热器中的热管一般由管壳和内部工作液体(工质)组成。钢制、密闭管壳内抽成真空,工质是经特殊处理的液体,如图1所示。热管受热侧吸收高温流体热量,通过热管壁传给管内工质,工质吸热后沸腾和蒸发,转变为蒸汽。蒸汽在压差的作用下上升至放热侧,受管外低温流体的冷却,蒸汽冷凝并向外放出汽化潜热,低温流体获得热量,冷凝液靠重力回到受热侧。如此周而复始,高温流体热量便传给低温流体,加热低温流体。
由于热管内一般抽成10-4～1.3×10-1Pa的真空,工质极易沸腾与蒸发,热管启动非常迅速,因此,它具有很高的导热能力。
1.2 热管烟气换热器的特点热管烟气换热器具有以下特点:
(1)传热效率高。热管烟气换热器中的热管,其冷、热侧均可根据需要采用高频焊翅片来强化传热,弥补了气-气换热器换热系数低的弱点。(2)可有效避免冷、热流体串流。每根热管都是相对独立的密闭单元,热管的蒸发段和冷凝段同处于一个整体的上、下2个空间,冷、热流体都在管外流动,中间密封板严密将冷、热流体隔开。(3)可有效防止露点腐蚀。通过调整热管数量或热管冷热侧的传热面积比,使热管壁温提高到露点温度以上。(4)可有效防止积灰。换热器设计可采用变截面结构,保证流体进、出口等流速流动,达到自清灰的目的。(5)运行及维护费用低。由于无任何转动部件,属静设备,没有附加动力消耗,运行费用低;另外,操作和维护简单,不需备品、备件,即使有部分元件损坏,也不影响正常生产。
2 热管烟气换热器的设计与制造
热管烟气换热器最主要的问题是低温区的烟气温度低于酸露点温度,使设备长期处于酸性环境中,因此,低温区的换热元件需采用耐腐蚀材料制造;高温区换热元件可以采用低碳钢制造;壳体则采用碳钢Q235-A材料(内侧喷涂防腐油漆)制造。
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