三維內(nèi)外肋管換熱元件在空預器上應用

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月目錄項目針對問題現(xiàn)狀12項目原理說明項目技術特點56創(chuàng)造性和先進性綜合效益評價推廣范圍和前景734經(jīng)濟效益和社會效益一、項目針對問題現(xiàn)狀重慶九龍電力股份有限公司九龍發(fā)電分公司#1機組，于1996年1月投產(chǎn)，機組容量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。設計排煙溫度154℃，鍋爐尾部煙道布置高、中、低三段管式預熱器，低溫段采用熱管預熱器，其余為螺旋槽管預熱器。由于熱管預熱器堵灰嚴重，導致排煙溫度過高（達200℃），2002年對中溫段預熱器進行改造、2004年10月由原廠家對熱管預熱器進行改造，改造后排煙溫度165℃左右，2006年在熱管預熱器箱體頂部加裝一個由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，且隨運行時間推移，排煙溫度逐年升高，到2012年排煙溫度高至170-180℃運行，鍋爐效率降低。重慶電煤市場持續(xù)緊張，煤質(zhì)不斷惡化，原煤含硫量（約4.5%）和灰份（40％左右）均已大大超過設計值（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，這已嚴重危及鍋爐機組的正常運行，鍋爐排煙溫度的升高導致鍋爐熱效率逐步降低，發(fā)電煤耗隨之增加。項目針對的問題現(xiàn)狀二、項目原理說明2004年，為解決給水泵冷油器油溫偏高的問題，在不改變原冷油器結(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，該裝置至今已運行近5年，仍完好如初，無日常維護、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熱器的可能性，我們在一級預熱器內(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。照片拍攝于安裝運行后的2010年4月22日,14:10:06，整體看預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，運行的現(xiàn)場拍攝的三維管預熱器。在上述成功案例的基礎上，本次保留原有高、中溫段空氣預熱器，僅拆除原一級空預器低溫段熱管換熱器，同樣位置安裝一臺以三維內(nèi)、外肋管（Φ57×2）為換熱元件的管箱式空氣預熱器，重量減輕一半以上。項目原理說明三維內(nèi)外肋管及其加工工藝是一項先進的強化換熱的設計、制造技術。該技術國際領先，曾獲得國際金獎和國家發(fā)明獎。利用該技術制造的換熱管其強化傳熱效果可達光管的2—4倍，已在家電、石化、電力等行業(yè)領域的換熱器上應用，取得了很好的經(jīng)濟和社會效益，本項目是首次在火電廠酸腐蝕嚴重的低溫段空氣預熱器上應用。三、項目技術特點：項目技術特點與普通光管、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：1、 熱力性能最好、加工工藝最先進、應用領域最廣泛、結(jié)構(gòu)最緊湊的管式換熱器。單相流體的對流換熱系數(shù)可達光管的2.5—6倍，沸騰換熱系數(shù)可達光管的2—5倍，凝結(jié)換熱系數(shù)可達光管的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、免日常維護，加上較大口徑（空氣預熱器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)強化換熱技術，其他技術難以企及，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組回轉(zhuǎn)式空氣預熱器，以克服回轉(zhuǎn)式空氣預熱器固有的蓄熱式結(jié)構(gòu)（冷熱交替）和不可避免（動靜間隙）的漏風引起的結(jié)露、結(jié)垢、積灰和腐蝕，徹底解決回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的漏風問題，如果深度利用排煙熱源，則必須進一步降低排煙溫度，這將造成回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的結(jié)露、積灰、結(jié)垢和腐蝕加劇，這也是回轉(zhuǎn)式空氣預熱器難以進一步降低排煙溫度的根本原因；三維管內(nèi)、外換熱強度的可調(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、積灰和腐蝕的風險。主要技術規(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、綜合效益評價與目前國內(nèi)外鍋爐廣泛使用的回轉(zhuǎn)式空預器比較，本裝置采用管式換熱器結(jié)構(gòu)，設備漏風率低，而且換熱管腐蝕危害遠小于回轉(zhuǎn)式空預器，與其換熱效果比較，優(yōu)點明顯。與回轉(zhuǎn)式空預器比較，本項目的空預器無回轉(zhuǎn)部分，也不需備用臺套。設備可靠性高，基本無維護費用。綜合效益評價測試200MW、160MW、120MW三個負荷下，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℃，滿足設計要求。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，標煤單價700元，發(fā)電煤耗均降7.6g/kWh計，年節(jié)省700×1000000000×7.6=5320000元考慮到進口風溫提高后，對爐內(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。本管箱式空預器采用的三維內(nèi)外肋化技術，其換熱系數(shù)可達光管的2—6倍，減少換熱器的體積和重量，實現(xiàn)小型化，節(jié)省投資。通過管箱式煙氣－空氣換熱器溫度場分布特點計算肋片位置、密度、高度等方式調(diào)整局部換熱強度保證管壁溫度不低于酸露點溫度。有利于防止管子腐蝕和磨損，實現(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?？蛇M一步降低排煙溫度和減少漏風。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)造性和先進性充分利用煙氣余熱，在200MW機組改造總投入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、環(huán)境效益，為節(jié)能減排做出較大貢獻。該技術簡單，不僅在鍋爐空預器上易于推廣，同時在電站其他換熱器上易于推廣，可取得較好安全經(jīng)濟、社會環(huán)境效益。六、經(jīng)濟效益和社會效益七、推廣范圍及前景應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)在脫硫裝置已累計運行30000小時以上，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1月后，其傳熱效果均未出現(xiàn)降低現(xiàn)象。在負荷200MW時，鍋爐排煙溫度維持在145℃以下，空氣溫度由20℃升至132℃；負荷200MW時，煙氣側(cè)溫225℃降至145℃，其傳熱效果較好并保持穩(wěn)定。推廣應用前景：本項目改造系技術創(chuàng)新，改造后根據(jù)性能試驗結(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機組空預器改造后評價試驗報告》，達到預期目標。作為國際上首臺管箱式三維內(nèi)外肋管換熱器，于2012年10月在本公司200MW機組鍋爐中首次使用，至今已運行1000多小時，實現(xiàn)了該裝置的安全、可靠、經(jīng)濟運行，效果良好，目前仍在繼續(xù)運行。推廣范圍及前景推廣范圍及前景推廣應用前景：中電投遠達環(huán)保工程有限公司正跟蹤收集我公司三維內(nèi)外肋管換熱器運行情況并進行推廣。重慶火