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热管式换热器在烟气脱白中的必要性与实施方案
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目前国内绝大多数燃煤电厂或是其它化工行业的烟气在排放前大都进行了湿法脱硫,温度降至45℃~55℃,此时的烟气通常是饱和湿烟气,烟气中含有大量水蒸汽,水蒸汽中含有较多的溶解性盐、SO3、凝胶粉尘、微尘等(都是雾霾的主要成分)。如果烟气由烟囱直接排出,进入温度较低的环境空气中,由于环境空气的饱和湿度比较低,在烟气温度降低过程中,烟气中的水蒸汽会凝结形成湿烟羽。造成对大气的不仅是视觉的而且是实质上污染。采用的脱硫方法为湿式石灰石—石膏法烟气脱硫技术,90%以上的国内外火电厂脱硫技术均采用此种方法,在该工艺中,选择既经济又高效可靠的烟气换热装置是脱硫工艺中的关键环节,利用未脱硫的高温烟气通过换热器去加热脱硫后的净烟气,使净烟气从40℃被加热到提升烟气的抬升高度。利用脱硫换热器既可以回收高温烟气的热量、节省能源,又可以确保脱硫塔的正常工作、减少水消耗,同时提高脱硫塔的脱硫效率、降低对大气的二次污染。

1、在原烟道上安装整体式热管换热器,吸收原烟气热量。通过降低原烟道的温度吸收热能,进口烟气温度降低50℃,即将160℃脱硫塔进口烟气降至110℃。大大减少了脱硫塔内的水汽蒸发热,初步从源头上减少水汽的生成量,由于原脱硫系统的吸收反应跟烟气的温度有关系,温度越低对脱硫的吸收效率越有利,即降温的同时能够提升了脱硫塔的反应效率。


2、通过脱硫、除雾、除尘冷凝出来的烟气,温度降至50℃,此时的烟气通常是饱和湿烟气,需要整体式热管换热器再次加热升温到85℃以上,转变为蒸汽,蒸汽在压差的作用下上升至放热段;受管外净烟气的冷却作用,蒸汽冷凝并向外放出汽化潜热,净烟气获得热量,冷凝液依靠重力回到受热段,如此周而复始,原烟气热量便传给净烟气,使净烟气得到加热,达到烟气脱白的效果。


热管换热器的特点,与常规换热设备相比,热管技术具有如下的重要特点:

(1)热管换热设备较常规换热设备更安全、可靠,可长期连续运行。常规换热设备一般都是间壁换热,冷、热流体分别在器壁的两侧流过,如管壁或器壁有泄漏,则将造成停产损失。由热管组成的换热设备,是二次间壁换热,即热流体要通过热管的蒸发段和冷凝段管壁才能传到冷流体,而热管一般不可能在蒸发段和冷凝段同时破坏,所以大大增强了设备运行的可靠性;


(2)传热效率高,热管的冷、热侧均可根据需要采用缠绕翅片来增加传热面积;


(3)有效地避免冷、热流体的串流,每根热管都是相对独立的密闭单元,冷、热流体均在管外流动,并由中间密封结构将冷、热流体完全隔开;


(4)有效的防止露点腐蚀,通过调整热管根数或调整热管冷热侧的传热面积比,使热管壁温提高到露点温度以上;


(5)有效的防止积灰,换热器设计时能够采用变截面形式,确保流体通过热管换热器时等流速流动,达到自清灰的目的;


(6)无任何转动部件,没有附加动力消耗,不需要经常更换元件,即使有部分元件损坏,也不影响正常生产;


(7)单根热管的损坏不影响其它的热管,同时对整体换热效果的影响也可忽略不记。

结构形式特点:


(1)中间管板的密封


热管换热器中中孔板是分隔原烟气与净烟气的隔板,不使原烟气与净烟气串流,其密封性要求较高。设计时采用密封圈和锥面线密封对原烟气与净烟气加以双重密封,确保密封的可靠性。为了确保热管在运行中热膨胀及振动引起的密封破坏,确保中孔板的严格密封,在每根热管的顶部(或底部)用弹簧对热管进行压紧(或拉紧),确保万无一失。

(2)热管的热膨胀


热管换热器中每根热管只有一个固定点,该固定点在中孔板处,其两端均可自由膨胀,因此热管的膨胀不会对换热器产生危害。


合理的管排布置与灵活的清灰方式


考虑到整个脱硫系统中烟气的含尘量较高,在设备中,为提高传热效率,热管仍采用错排形式,但管外缠绕的翅片采用了大螺距、低翅高形式。为考虑清灰,设备内按一定间距布置了若干组吹灰管束,并且配备激波或声波吹灰器接口。同时,在换热器的冷、热流体通道中每隔4-6排管排便留出人行通道,必要时可采取人工进入彻底清灰,也利于设备的内部维护。设备底部和中部均留有排污口和排液口,方便清灰处理和及时排污。另一方面选择合适的烟气流动速度,达到自清灰性能。一般说来,能使热管具有自清灰性能的风速范围是8-12m/s,在满足烟气阻力降的要求下,烟气流速控制在9-10m/s之间,说明该设备在正常运行时,能达到自清灰的作用。


多种布置形式:


(1)立式热管GGH,原烟气、净烟气分别在换热器的下部烟道和上部烟道,采用逆流布置,实现冷、热流体的热交换。


(2)斜置式热管GGH,原烟气、净烟气分别在换热器的左下部烟道和右上部烟道,采用逆流布置,实现冷、热流体的热交换。这里,热管采取倾斜放置,这种布置形式更有利于清灰处理。


热管元件单根独立,安装方便,操作和维护简单,布置灵活,无须任何备品备件和运行费用;冷、热侧换热管管外均采用高频焊接翅片,增大换热面积,减少了换热管的数量,同时换热面作防腐处理,延长使用寿命;由于采用冷、热侧的完全隔绝措施,确保了零泄漏,使得净烟气不会受到污染。


显然,热管式换热器在烟气脱硫换热系统中有着显著的优越性。




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