分離式橢圓熱管低壓省煤器的研究與應用

分離式橢圓熱管低壓省煤器的研究與應用

0qfsn-400-2型發(fā)電機1、2號機組hg-1.hm3-hm3為亞臨界、一次熱、單管、平衡通風、自然循環(huán)蒸汽包爐，配備cs80、n350、1677、537、537、混音器等亞臨界參數(shù)、中間故障、單軸、雙發(fā)動機、雙速、復合蒸汽輪機、qfsn-350-2兄弟兄弟兄弟水氫、氫冷卻、靜態(tài)硅治理、三相隱極同步發(fā)電。該機組自投產(chǎn)以來,鍋爐排煙溫度始終高于設計值,夏季排煙溫度為160～170℃、冬季排煙溫度為150～160℃,設計值為149℃,造成布袋式除塵器中的布袋經(jīng)常損壞,除塵效率降低,鍋爐效率降低,引風機葉片磨損嚴重,煤耗升高。為降低排煙溫度,保證機組安全經(jīng)濟運行,華電招標有限公司設計研發(fā)了一種分離式橢圓熱管低壓省煤器,以改善運行工況,提高經(jīng)濟效益。1橢圓管道和壓縮式煤炭裝置1.1熱管換熱器系統(tǒng)簡介熱管是一種高效傳熱元件,具有“熱的超導體”之稱。電站用的鋼-水重力熱管是將翅片鋼管抽成10-4Pa真空,充入一定量的水,密封后制成。由于熱管以潛熱相變方式傳熱,有很高的導熱性及均溫性,組成的熱管換熱器具有傳熱性能好、抗煙氣酸腐蝕強、漏風極小、防積灰堵灰能力強、磨損輕、壽命長、維護量小、運行可靠性高等特點。分離式熱管是對典型熱管的一種創(chuàng)新,具有上述普通整體熱管的一切優(yōu)點,可以將其加熱段與冷卻段分開,且可分片、分組自由布置,實現(xiàn)遠距離熱交換。橢圓型鋼-水熱管利用橢圓型翅片管制作而成,與普通圓型翅片管同等條件下相比,其管外迎氣流煙氣沖刷面積增大,背氣流形成的渦流區(qū)小,其傳熱性能可提高20%,阻力可降低40%。1.2空氣預熱器+低壓加熱器空氣預熱器低壓省煤器與普通省煤器結(jié)構(gòu)相同,其聯(lián)結(jié)系統(tǒng)(工質(zhì)側(cè))不同于鍋爐上的其它省煤器,工質(zhì)進出口聯(lián)結(jié)在汽機熱力系統(tǒng)的低壓加熱區(qū),從某級低壓加熱器出來的凝結(jié)水,部分(并聯(lián)系統(tǒng),并在1個或幾個低壓加熱器之間)或全部(串聯(lián)系統(tǒng),串在2個低壓加熱器之間)進入布置在空氣預熱器后的低壓省煤器中加熱,加熱后的水再返回低壓加熱器系統(tǒng)。1.3橢圓熱管技術(shù)分離橢圓熱管低壓省煤器是將分離式橢圓熱管換熱原理與低壓省煤器原理有機地結(jié)合起來,利用排煙余熱加熱熱力系統(tǒng)工質(zhì)水的新型節(jié)能設備。將分離式橢圓熱管低壓省煤器應用于低壓省煤器系統(tǒng)時,分離式橢圓熱管換熱器吸熱段吸收排煙余熱,管內(nèi)介質(zhì)水吸熱發(fā)生相變,通過導汽管(上升管)引到放熱段,管內(nèi)蒸汽釋放汽化潛熱,加熱從低壓加熱區(qū)引出的部分或全部凝結(jié)水后,通過導液管(下降管)回到吸熱段。由于橢圓熱管傳熱性能好,可加大管排間距,降低煙速,使流動阻力更小(400Pa左右),磨損較輕,壽命長。如果出現(xiàn)局部磨漏現(xiàn)象,由于每個熱管組都是各自獨立的,失效的僅是一部分受熱面,就不會發(fā)生串流問題而影響鍋爐正常運行。2該項目的內(nèi)部設計根據(jù)該廠的運行參數(shù)進行計算與分析。2.1計算燃料消耗量設計燃料特性:Cy=41.7%;Hy=3.2%;Oy=9.05%;Ny=0.55%;Sy=0.21%;Ay=15.25%;Wy=29.98%;Vy=41.91%;Qyddy=15535kJ/kg。計算燃料消耗量為209t/h;空氣預熱器出口處過量空氣系數(shù)α=1.4;進口煙溫為160℃;出口煙溫為140℃/135℃/130℃/125℃;進口水溫為36.9℃/66.9℃/95.2℃;出口水溫為66.9℃/95.2℃/135.8℃;煙氣阻力不大于800Pa。2.2煙氣量理論空氣量V=4.266Nm3/kg;理論煙氣量V=6.468Nm3/kg;熱管低壓省煤器漏風系數(shù)Δα=0.01;煙氣及空氣焓數(shù)據(jù)如表1所示,工質(zhì)水焓值如表2所示。2.3系統(tǒng)連接方案設計根據(jù)4種不同的出口煙溫(140℃、135℃、130℃、125℃,分別設為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)及不同的入出口水溫,即低壓省煤器所對應的6種系統(tǒng)連接方式(分別與6號、7號、8號低壓加熱器聯(lián)接),對6套方案、24個工況進行計算、分析。2.3.1出口水溫方案2方案1(并8號低加入出口水溫):39.6℃/66.9℃。方案2(并7號低加入出口水溫):66.9℃/95.2℃。方案3(并6號低加入出口水溫):95.2℃/135.8℃。方案4(并8、7號低加入出口水溫):39.6℃/95.2℃。方案5(并7、6號低加入出口水溫):66.9℃/135.8℃。方案6(并8、7、6號低加入出口水溫):39.6℃/135.8℃。2.3.2出口水溫方案2:3.2控制在第一腐蝕區(qū)方案7(并6號低加入出口水溫):66.9℃/95.2℃(控制在第一腐蝕區(qū))。方案8(并7號低加入出口水溫):95.2℃/135.8℃(控制在第二腐蝕區(qū))。熱力計算結(jié)果如表3—表10所示。3該方案的分析和確定3.1方案3:2+工況以綜合考慮現(xiàn)場布置條件、受熱面酸蝕情況、機組經(jīng)濟性提高幅度及布袋除塵器安全運行為原則,對設計方案進行分析。方案1、方案4、方案6工況入口水溫較低,熱管吸熱段管壁溫度易低于酸露點溫度,會造成金屬腐蝕,建議不采用。方案2中Ⅰ、Ⅱ工況煙側(cè)受熱面積較小,排煙溫度偏高(140℃、135℃),易危及布袋除塵器的安全;煤耗降低幅度偏小,建議不采用。Ⅲ、Ⅳ工況比較合適,但工質(zhì)側(cè)水流量太大,建議不采用。方案3中Ⅰ、Ⅱ工況能滿足現(xiàn)場布置要求,但排煙溫度偏高(140℃、135℃),危及布袋除塵器的安全,建議不采用。Ⅲ、Ⅳ工況排煙溫度降低幅度大,煤耗降低幅度大,但受熱面偏大,現(xiàn)場布置困難,煙側(cè)阻力增大,投資增加,建議不采用。方案5中Ⅰ、Ⅱ工況排煙溫度偏高,煤耗降低幅度偏小,建議不采用。Ⅳ工況排煙溫度降低幅度大,煤耗降低幅度大,但煙側(cè)受熱面積大,建議不采用。方案5Ⅲ工況排煙溫度降低合理,節(jié)煤經(jīng)濟性較好,水流量較小,入口水溫低于酸露點溫度(比方案1、方案4、方案6的偏高),完全可以利用熱管調(diào)溫特性保證壁溫高于露點溫度,或者控制金屬腐蝕在第Ⅰ腐蝕區(qū),也可在受熱面冷端用抗腐蝕ND管材制造,建議采用。方案7為采用普通式橢圓型低壓省煤器設計方案,將低壓省煤器壁溫腐蝕控制在第Ⅱ腐蝕區(qū),設計入口水溫必須高于煙氣露點,受低壓省煤器出口水溫接入低加點溫度的限制,此方案經(jīng)濟性較低。方案8為采用普通式橢圓型低壓省煤器設計方案,將低壓省煤器有限腐蝕控制在第Ⅰ腐蝕區(qū),金屬壁溫低于105℃,高于煙氣中水蒸氣飽和溫度25℃,腐蝕量小于0.2mm/a,所以要求入、出口水溫為60～105℃。此方案因水側(cè)換熱系數(shù)遠大于煙氣側(cè),所以金屬壁面最低溫度近似為進口水溫66.9℃,滿足第Ⅰ腐蝕區(qū)壁溫要求,建議選擇Ⅰ設計工況,Ⅱ工況因水流量較大不采用。3.2中工況連接a.采用熱管式低壓省煤器。適合采用方案5中Ⅲ工況,即連接6、7號低加,如圖1所示。b.采用普通式低壓省煤器。適合采用方案8中Ⅰ工況,即連接6號低加,如圖2所示。4煙氣側(cè)熱管組安裝采用方案5中Ⅲ工況熱管式低壓省煤器設計方案,根據(jù)現(xiàn)場條件及設備尺寸,將煙氣側(cè)熱管組件安裝在預熱器出口轉(zhuǎn)向后兩側(cè)水平煙道(2.1m×8.0m)中,煙道在高度方向擴到4.5m,寬度方向不變,長度方向需要4m。橢圓翅片管選擇56mm×38mm×4mm(?48mm×4mm制作),單根長度4.5m,總共4768根,煙側(cè)吸熱段受熱面布置48排、每排50根,橫向節(jié)距160mm、縱向節(jié)距80mm,結(jié)構(gòu)尺寸8m×4.5m×3.8m,兩側(cè)煙道共2臺;水側(cè)可設有8個水箱式換熱器,水箱可安放在廠房內(nèi)13m平臺或改動后的水平煙道上,煙氣側(cè)熱管組與水箱換熱器用16根蒸汽上升聯(lián)管和16根液體回流管連接,組成熱管低壓省煤器系統(tǒng)。安裝煙氣側(cè)熱管組件時,應根據(jù)現(xiàn)場條件考慮承載問題。采用方案8中Ⅰ工況普通式低壓省煤器設計方案,煙道在高度方向擴到3.5m,寬度方向不變,長度方向需要4m,結(jié)構(gòu)尺寸8m×3.5m×3.1m,兩側(cè)煙道共2臺,無水箱換熱器。5投資預算和經(jīng)濟效益5.1設備重量及投資設備費按1.2萬元/1000kg進行計算。熱管式低壓省煤器:煙氣側(cè)橢圓翅片管重量170×103kg;工質(zhì)側(cè)水箱重量17×103kg;聯(lián)箱及導汽導液管重量12×103kg。設備重量170+17+12=199×103kg;設備總價1.2×199=238.8萬元。普通式低壓省煤器:設備重量(橢圓翅片管+聯(lián)箱)122×103kg;設備總價1.2×122=146.4萬元。煙道及支架改造費60萬元;設計、試驗費10萬元;安裝費30萬元(含安裝材料);不可預見費20萬元?？傆嬓柰顿Y:熱管式358.8萬元;普通式266.4萬元。5.2效率計算5.2.10/133方案5(Ⅲ):ΔB=3.5×5000×350000/106=6125t。方案8(Ⅰ):ΔB=3.0×5000×350000/106=5250t。5.2.2設定5/10.4%節(jié)點方案5(Ⅲ):ΔH=500×6125/100004=306.25萬元。方案8(Ⅰ):ΔH=500×5250/10