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5.3防露點(diǎn)腐蝕的翅片管省煤器

日期：2022-01-11 01:36:59點(diǎn)擊：425

5.3防露點(diǎn)腐蝕的翅片管省煤器
5.3.1運(yùn)行條件和設(shè)計(jì)方案
為了回收燃煤鍋爐的低溫排煙余熱用來(lái)加熱給水，省煤器遇到的最大風(fēng)險(xiǎn)是煙氣的硫酸露點(diǎn)腐蝕。關(guān)于硫酸露點(diǎn)腐蝕的產(chǎn)生和機(jī)理已有相關(guān)文獻(xiàn)作了詳細(xì)的介紹'曰，其機(jī) 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(diǎn)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(diǎn)溫度，硫酸蒸汽會(huì)在換熱表面上凝結(jié)成硫酸，從而對(duì)受熱面造成腐蝕。
為了避免露點(diǎn)腐蝕，應(yīng)保證省煤器受熱面的溫度高于露點(diǎn)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(jìn)入腐蝕區(qū)的余熱回收省煤器,其運(yùn)行參數(shù)為:進(jìn)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(diǎn)溫度為90 ~ 1()0 Y；外供水入口溫度為20~50無(wú)。
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(huì)低于露點(diǎn)溫度,極易受到露點(diǎn)腐蝕。為了回收這部分低溫余熱，必須采用防露點(diǎn)腐蝕的技術(shù)方案。
目前應(yīng)對(duì)露點(diǎn)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(jìn)行閉式循環(huán)(簡(jiǎn)稱循環(huán)水)，該循環(huán)水具有較高的進(jìn)出口溫度，因而可以避免露點(diǎn)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(jìn)行熱交換，將熱量傳給外供水。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(diǎn)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(guò)循環(huán)水和外供水的流量調(diào)節(jié)來(lái)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(diǎn)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(tái)附加設(shè)備:水-水換熱器，因而一次投資和運(yùn)行成本會(huì)有所提高。
該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行要點(diǎn)為：
① 根據(jù)煙氣與循環(huán)水之間的熱平衡條件設(shè)計(jì)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(jì)管殼式水-水換熱器。
② 在運(yùn)行的初期，循環(huán)水需要一個(gè)逐漸升溫的過(guò)程，可以將外供水的流量調(diào)至最低，當(dāng)循環(huán)水逐漸升至設(shè)計(jì)溫度時(shí),再增大外供水流量。
③ 在正常運(yùn)行階段，依靠調(diào)節(jié)循環(huán)水和外供水的流量來(lái)控制循環(huán)水的進(jìn)出口溫度，主要以外供水的流量調(diào)節(jié)為主。當(dāng)循環(huán)水進(jìn)入省煤器的溫度偏高時(shí)，可增大外供水流量，反之，當(dāng)循環(huán)水進(jìn)入省煤器的溫度偏低時(shí),可減小外供水流量。應(yīng)實(shí)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(lái)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(gè)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(yùn)行溫度的控制是該方案的技術(shù)關(guān)鍵，可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)外供水的流量來(lái) 實(shí)現(xiàn),當(dāng)外供水流量增加時(shí),換熱量增加，介質(zhì)溫度下降，當(dāng)外供水流量減少時(shí)，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(yùn)行溫度控制在 110 Y左右,使其在微正壓下運(yùn)行，并接近或高于露點(diǎn)溫度,從而避開(kāi)露點(diǎn)腐蝕。實(shí)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(lái)進(jìn)行。該系統(tǒng)也是對(duì)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(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行管理也需要特別注意，需采用可靠的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)對(duì)相變介質(zhì)運(yùn)行溫度的自動(dòng)控制。
方案3：除了上述兩種采用中間介質(zhì)的方案之外，對(duì)于中小型的供熱鍋爐，當(dāng)回水溫

度大于50 T時(shí)，可以通過(guò)特殊設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)外供水的直接加熱，同時(shí)防止露點(diǎn)腐蝕，該方案的要點(diǎn)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(shí)，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(jì)算結(jié)果如下：

在上述兩種情況下，壁溫的計(jì)算結(jié)果如下：
對(duì)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(dāng)"=底/如= 2時(shí)，兀=£警 =96.6℃，可滿足防腐要求；
對(duì)圖5.3.3所示的入口水溫為50 Y的情況，當(dāng)"=2時(shí)，幾= 83.3℃，小于90無(wú)；當(dāng) "=1.5時(shí),7>90幻，基本滿足防腐要求。
計(jì)算表明,在較高的入口水溫下,只要同時(shí)實(shí)行上述兩項(xiàng)措施:降低〃值，并釆用順流結(jié)構(gòu)，就可以使壁溫高于露點(diǎn)溫度,從而避免了露點(diǎn)腐蝕。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)和加工上需給予特別的注意。

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