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5.3防露點腐蝕的翅片管省煤器

日期：2022-01-11 01:36:59點擊：374

5.3防露點腐蝕的翅片管省煤器
5.3.1運行條件和設(shè)計方案
為了回收燃煤鍋爐的低溫排煙余熱用來加熱給水，省煤器遇到的最大風險是煙氣的硫酸露點腐蝕。關(guān)于硫酸露點腐蝕的產(chǎn)生和機理已有相關(guān)文獻作了詳細的介紹'曰，其機理是:煙氣中的硫分，燃燒后生成S02, 一部分又轉(zhuǎn)化為SO₃,SO₃與煙氣中的水蒸氣結(jié)合, 生成硫酸蒸汽H₂SO_4o硫酸蒸汽的露點受很多因素影響,一般在90 -120℃之間，如果受熱表面溫度低于硫酸蒸汽的露點溫度，硫酸蒸汽會在換熱表面上凝結(jié)成硫酸，從而對受熱面造成腐蝕。
為了避免露點腐蝕，應(yīng)保證省煤器受熱面的溫度高于露點溫度。為此,燃煤鍋爐低溫省煤器的排煙溫度往往控制在160 ~ 150 Y ；為了回收更多的余熱，需采用進入腐蝕區(qū)的余熱回收省煤器,其運行參數(shù)為:進入省煤器的排煙溫度為150 ~ 180 % ；省煤器岀口處的排煙溫度為110 ~ 130 Y；假定酸露點溫度為90 ~ 1()0 Y；外供水入口溫度為20~50無。
由于省煤器的管壁溫度在水溫和煙氣溫度之間，因而在上述條件下，省煤器大部分排管的壁面溫度會低于露點溫度,極易受到露點腐蝕。為了回收這部分低溫余熱，必須采用防露點腐蝕的技術(shù)方案。
目前應(yīng)對露點腐蝕的技術(shù)方案主要有三種：
方案1：利用單相流體水作為中間介質(zhì)，在省煤器的翅片管束中進行閉式循環(huán)(簡稱循環(huán)水)，該循環(huán)水具有較高的進出口溫度，因而可以避免露點腐蝕。循環(huán)水吸收了煙氣的熱量后，在另外的水/水管殼式換熱器中與低溫的外供水進行熱交換，將熱量傳給外供水。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點如圖5. 3. 1所示，圖中指出的相關(guān)溫度為：煙氣從150℃降至 120℃，循環(huán)水從入口 90℃被加熱至120 由于入口溫度較高，因而可保證省煤器的壁溫高于露點溫度。外供水從20 Y加熱到80℃，低溫的外供水不與省煤器的翅片管直接接觸。該系統(tǒng)可通過循環(huán)水和外供水的流量調(diào)節(jié)來保證循環(huán)水的較高溫度。

圖5.3. 1采用循環(huán)水中間介質(zhì)的省煤器

該系統(tǒng)的熱平衡特點是：
煙氣傳出的熱量=循環(huán)水吸收的熱量=外供水吸收的熱量
該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的省煤器比較，增加了一臺附加設(shè)備:水-水換熱器，因而一次投資和運行成本會有所提高。
該系統(tǒng)的設(shè)計和運行要點為：
① 根據(jù)煙氣與循環(huán)水之間的熱平衡條件設(shè)計翅片管省煤器，按循環(huán)水和外供水之間的熱平衡條件設(shè)計管殼式水-水換熱器。
② 在運行的初期，循環(huán)水需要一個逐漸升溫的過程，可以將外供水的流量調(diào)至最低，當循環(huán)水逐漸升至設(shè)計溫度時,再增大外供水流量。
③ 在正常運行階段，依靠調(diào)節(jié)循環(huán)水和外供水的流量來控制循環(huán)水的進出口溫度，主要以外供水的流量調(diào)節(jié)為主。當循環(huán)水進入省煤器的溫度偏高時，可增大外供水流量，反之，當循環(huán)水進入省煤器的溫度偏低時,可減小外供水流量。應(yīng)實現(xiàn)系統(tǒng)的自控調(diào)節(jié)。
方案2 ：該技術(shù)方案是相變換熱器方案，采用相變中間介質(zhì)來隔斷低溫外供水與煙氣的直接換熱，如圖5. 3. 2所示。相變換熱器由兩部分組成:下部是相變介質(zhì)蒸發(fā)器，是一個由翅片管組成的換熱器，相變介質(zhì)在內(nèi)部沸騰，吸收煙氣熱量，產(chǎn)生的蒸氣流入上部的相變介質(zhì)凝結(jié)器，內(nèi)部有外供水排管，蒸汽在管外凝結(jié),將熱量傳給外供水。

圖5.3.2釆用相變中間介質(zhì)的省煤器

相變介質(zhì)運行溫度的控制是該方案的技術(shù)關(guān)鍵，可以通過自動調(diào)節(jié)外供水的流量來實現(xiàn),當外供水流量增加時,換熱量增加，介質(zhì)溫度下降，當外供水流量減少時，隨著換熱量的減少，介質(zhì)溫度升高。一般采用水作為相變介質(zhì)，將相變介質(zhì)的運行溫度控制在 110 Y左右,使其在微正壓下運行，并接近或高于露點溫度,從而避開露點腐蝕。實際上, 這種形式的省煤器屬于分離式熱管換熱器的范疇，其內(nèi)部的排氣和充液等工藝需要按熱管的相關(guān)制造工藝來進行。該系統(tǒng)也是對外供水的間接加熱,與方案1 一樣，需要增加額外的設(shè)備一一相變介質(zhì)凝結(jié)器，從而使一次性投資有所增加。此外,對系統(tǒng)的運行管理也需要特別注意，需采用可靠的技術(shù)方案實現(xiàn)對相變介質(zhì)運行溫度的自動控制。
方案3：除了上述兩種采用中間介質(zhì)的方案之外，對于中小型的供熱鍋爐，當回水溫

度大于50 T時，可以通過特殊設(shè)計方案，實現(xiàn)外供水的直接加熱，同時防止露點腐蝕，該方案的要點是：
①改變管外煙氣側(cè)換熱系數(shù)奶與管內(nèi)水側(cè)換熱系數(shù)屆的比值，從而盡可能提高管壁溫度T”設(shè)煙氣溫度為水的溫度為4,在假定管壁的內(nèi)外面積相等且溫度相同時，由熱平衡：令 n = h/h₀

(5. 3. 1)式（5.3. 1）表明，為了提高管壁溫度「，幾值應(yīng)盡量縮小，例如，在, = 110℃，氣=80 Y條件下的計算結(jié)果如下：

在上述兩種情況下，壁溫的計算結(jié)果如下：
對圖5. 3. 4所示的情況，在順流段入口處,煙溫為150 °C，水溫為70℃，當"=底/如= 2時，兀=£警 =96.6℃，可滿足防腐要求；
對圖5.3.3所示的入口水溫為50 Y的情況，當"=2時，幾= 83.3℃，小于90無；當 "=1.5時,7>90幻，基本滿足防腐要求。
計算表明,在較高的入口水溫下,只要同時實行上述兩項措施:降低〃值，并釆用順流結(jié)構(gòu)，就可以使壁溫高于露點溫度,從而避免了露點腐蝕。該方法結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，不需要增加額外設(shè)備，節(jié)省了一次投資，但在設(shè)計和加工上需給予特別的注意。

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