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低低温烟气换热器选型与可靠性分析
发布时间:2020-7-21 11:23:31          浏览次数:45
 

  烟气余热的利用与回收是节能降耗的主要工作方面,很多电厂都会安装低温换热器,但是低温换热器工程常出现达不到设计出口温度、磨损腐蚀加重、堵塞等问题,对出现的问题进行汇总分析并采取针对性的防范措施显得尤为重要。
  低低温烟气换热器的选型
  低低温烟气换热器出口烟温与入口水温的确定
  一台锅炉,在给定的设计排烟温度、烟气流量的情况下,确定了出口烟温与入口水温。即确定了换热面积、换热器的尺寸、换热器的管壁厚度,可计算出总体换热器重量、确定换热器的投资规模。出口烟温与入口水温决定着总换热量即决定着低低温烟气换热系统降低发电煤耗的数值。
  出口烟温的确定。锅炉烟气中SO3凝结过程:当烟温或受热面壁温降低到酸露点以下时,锅炉烟气中的SO3开始凝结生成硫酸。硫酸引起腐蚀,其腐蚀速率与壁温变化过程分为三个阶段(如图1所示)。
  取水方式与端差
  低低温烟气换热器取水都是从机组低加系统引入凝结水,加热后的凝结水再返回低加系统。换热器可分为以下三种取水方式。
  并联取水方式:换热器取水与回水管道之间有并联的低压加热器。采用并联取水方式时,为控制水的流量需在主回路中需装设升压泵。升压泵采用变频控制,通过变频调节水流量来维持出口烟温在设定温度。
  换热器系统还需设置再循环回路。在机组负荷较低时,通过两路进水的混合仍无法达到入口水温设定值时,就需打开再循环回路。通过再循环回路将换热器出口的水引回,加热给水,保证换热器进口水温达到设定值,避免水温过低加剧换热器的腐蚀、影响换热器寿命。再循环水流量增大会降低低低温烟气换热系统节能效果。
  串联取水方式:换热器取水与回水管道之间没有并联的低压加热器,换热器串入低加回路,循环水泵安装于再循环回路。与并联运行方式比较,可选择较小水泵容量。串联经济性好、投资小(同样入口水温、出口烟温下);但负荷低,排烟温度低时,凝泵需增加压力,增加功耗。
  串并联取水方式:是工程上常用的取水方式。可以更加灵活的选取取水和回水位置,方便不同工况下运行方式的转换。
  端差:同样工况下,获得最大端差,以期取得最好节能效果。端差在20℃以上时,入口水温变化对吸热、投资影响不大。端差在20℃以内时,入口水温变化对吸热、投资影响非常大。工程上需将不同的端差、取水方式进行组合测算,找到最佳组合。
  管型选择
  低低温换热器常用的有两种管型:H型翅片管、螺旋翅片管。
  H型翅片管。它是把两片中间有圆弧的钢片对称地与光管焊接在一起形成翅片(肋片)正面形状颇像字母“H”,故称为H型翅片管。H型翅片管的两个翅片为矩形,近似正方形,其边长约为光管直径的2倍,属扩展受热面。H型翅片管还可以制造成双管的“双H”型翅片管,其结构的刚性好,可以应用于管排较长的场合。
  螺旋翅片管。肋片以螺旋的形式连续缠绕在换热母管上。
  H型翅片管的节距、翅片高、管径可根据换热量和不同的换热面的换热效率进行选择。H型翅片管通常采用ND钢(09CrCuSb)制作。考虑到实际运行时,锅炉的启停、低负荷及燃烧煤质成分变化等因素的影响,ND钢换热管的腐蚀速率按0.2mm/年考虑。工程上,换热管管壁厚,以该腐蚀速率计算,壁厚满足理论寿命超15年的要求,并预留1mm的腐蚀余量。
  H型翅片管有优异的防磨损性能,寿命可达10年以上。H型管,翅片中间留有6~12mm的间隙,可引导气流吹扫管子翅片积灰,在合适的风速下,有很好的自清灰功能。
  采用双H型翅片结构型式可扩展受热面。这种受热面的换热系数最高,空气侧阻力适中。考虑把换热管排两端的弯头设置在烟气外侧,烟气侧的换热管束为定长整根制作,无对接焊缝,大大减少因制作原因造成管排泄漏的质量隐患。
  可靠性影响因素分析
  磨损
  磨损主要是由于飞灰颗粒的机械作用,即由于飞灰颗粒的冲击作用和切削作用而引起的。由此可见,影响飞灰对管子磨损的因素主要有烟气流速、飞灰浓度、灰的物理化学性质,受热面的布置与结构特性和运行工况。
  主要因素分析。烟气流速:受热面金属表面的磨损正比于飞灰颗粒的动能和撞击次数。飞灰颗粒的动能和速度的平方成正比,而撞击次数同速度的一次方成正比,管子金属面的磨损就同烟气速度的三次方成正比例。
  在选型设计时,需对烟道内部的烟气动力场进行数值计算和优化处理,防止烟气偏流的发生;避免出现烟气走廊、烟气偏流、局部漩涡;针对不同的工况使用条件选择合适的烟气流速进行设计,并保证烟气进、出口端和受热面烟气流场均匀。
  飞灰物理特性:在磨损中起主要作用的是飞灰中那些大的颗粒;其次,具有足够硬度和锐利棱角的颗粒要比球形颗粒磨损更严重些。灰粒磨损性能主要决定于灰中SiO2的含量,当其含量超过60%时,磨损显著加重。
  换热管的布置与结构:H型翅片管换热器采用顺列布置,翅片把空间分成若干小的区域,对气流有均流作用,可大大减小磨损,提高使用寿命。
  影响磨损的其它因素。除上述因素外,燃料灰分、炉型、燃烧方式、烟道形状、局部飞灰浓度、管径等对磨损均有影响。
  锅炉运行时,随着锅炉负荷的增加,烟气流速亦相应增加,飞灰磨损亦就加快。对于负压燃烧的锅炉,烟道漏风量增大时,因烟气容积增大流速相应增高,磨损也将加快。锅炉燃烧时,因燃烧不良而使飞灰含碳量增高时,由于焦碳颗粒的硬度比飞灰的硬度高,因此磨损亦会增大。此外,当烟气余热换热器受热面发生局部烟道堵塞时,烟气偏流向未堵塞侧烟速提高,造成单侧局部磨损。
  减少磨损的措施烟气换热器最前端加装两排假管;
  在第一排换热管顺烟气方向加装2mm厚的合金耐磨罩瓦,进一步减轻前端换热管排的磨损,提高设备可靠性。
  腐蚀
  主要因素分析。低温腐蚀:工程实践中会出现低低温换热器出口烟温达不到设计值。温度达不到设计值的原因主要有:换热器换热面积预留余量太小,在工况发生变化时便达不到设计温度值;设计时未实测各烟道不同的烟气流量和烟温,不同烟道按照统一参数设计同规格的换热器,导致个别烟道烟温达不到设计值。
  泄漏:大多数尾部受热面发生严重腐蚀的根本原因并不是烟温太低造成的,而是尾部受热面的漏风。因此,在结构设计上,严格避免烟气外漏或者空气内漏,防止漏风造成低温腐蚀。
  因换热器本体制作的时候采用的是模块化制造,在加工制造时可保证穿墙管和弯头处密封的严密性。为确保烟道的密封性,集箱处的穿墙管和烟道壁及弯头穿出烟道部分均采用密封满焊方式,将管子和烟道焊死;在弯头外侧位置设计有密封盒子,双重防护保证烟道的密封性。
  减少腐蚀的措施。防低温腐蚀:按照不同烟道实测工况数据进行设计校核,确保各烟道出口温度均能达到设计值。
  设计时出口烟温保证值按照出口烟温设定值上下浮动8-10℃来界定。换热器留有足够的换热余量,以保证在运行工况改变时,换热器出口烟温仍能达到设定值。
  防泄漏:做好换热管的防腐蚀、防磨损是预防换热管泄漏的首要措施。其它措施:把换热管排两端的弯头设置在烟气外侧,烟气侧的换热管束为定长整根制作,无对接焊缝,大大减少因制作原因造成管排泄漏的质量隐患;换热器分组设计,当出现泄漏时可实现在线隔离,不影响其它小区正常换热;设置受热面泄露监控报警装置。在烟气余热回收装置每个分模块小区底部设置独立的汇水导槽,并安装高温烟气湿度仪,当有换热管泄漏时,高温烟气湿度仪的检测触点发出短路报警信号。
  积灰
  当机组运行负荷低时,烟气中飞灰容易沉积鳍片管间隙内,形成积灰,积灰会减弱低低温烟气换热器本体传热效果,同时会加速换热器的低温腐蚀。采取如下措施:合理设计换热器结构,在保证流场均匀的前提下,使烟气流对换热面保持适度的冲刷,可实现一定的自清洁作用;采用划小区域多点布置方式,设置吹灰器;停机时彻底清理。
  防冻
  在寒冷天气,机组停运时烟气冷却器内会因存有大量积水而容易造成换热管及管道冻坏,机组冬季停运时,采取以下措施:供水管道及排气、排污阀均设保温层;设备本体各管组的集箱和母集箱、供水管道均设置有排污阀,停运后及时开阀排污。

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