鞠胤紅， 王夢純， 張金麗, 侯文廣

(1．國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030；2．威海供電公司，山東威海 264200)

●能源及動力工程●

脫硫島GGH采用分離式橢圓熱管技術(shù)研究

鞠胤紅1， 王夢純1， 張金麗1, 侯文廣2

(1．國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030；2．威海供電公司，山東威海 264200)

針對大多發(fā)電機(jī)組脫硫島由于拆除或者不設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)式GGH，導(dǎo)致補(bǔ)水量大、石膏雨及煙道腐蝕等問題。提出采用分離式橢圓熱管換熱技術(shù)應(yīng)用于脫硫島GGH系統(tǒng)，并從原理上進(jìn)行可行性研究及提出相關(guān)的解決方案。該技術(shù)研究對降低脫硫島入口煙溫，緩解凈煙氣帶水或石膏雨及煙道腐蝕具有重要意義。

脫硫島GGH；分離式橢圓熱管；鍋爐技術(shù)

1 研究背景

目前國內(nèi)大多發(fā)電機(jī)組脫硫島由于傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式GGH經(jīng)常發(fā)生石膏堵塞，所以拆除或不設(shè)計(jì)GGH，鍋爐排煙溫度一般為130～160 ℃，而脫硫島最佳脫硫溫度為95 ℃左右，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水量(40～60 t)較大，出口凈煙氣溫度低于水露點(diǎn)溫度(凈煙溫度一般在55 ℃；露點(diǎn)溫度在58～60 ℃)，造成補(bǔ)水量中的90%被攜帶，形成石膏雨以及造成煙道腐蝕[1]。

為解決脫硫島入口煙溫高導(dǎo)致補(bǔ)水量大以及解決石膏雨與煙道腐蝕問題，必須降低排煙溫度以滿足脫硫入口煙溫90～100 ℃的最佳要求，同時(shí)提高脫硫出口煙溫高于60 ℃。所以，提出了分離式橢圓熱管換熱器技術(shù)，安裝在除塵器出口或引風(fēng)機(jī)出口煙道與脫硫島出口處，替代原常規(guī)的GGH。

2 技術(shù)原理

2.1 分離式橢圓熱管

熱管是一種高效傳熱元件，具有“熱的超導(dǎo)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，密封后即成。由于熱管是以潛熱相變方式傳熱，因此具有很高的導(dǎo)熱性及均溫性，由它組成的熱管換熱器具有傳熱性能好、抗煙氣酸腐蝕強(qiáng)、漏風(fēng)極小、防積灰堵灰能力強(qiáng)、磨損輕、壽命長、維護(hù)量小、運(yùn)行可靠性高等特點(diǎn)。而分離式熱管是對典型熱管的一種改進(jìn)，它不僅具有上述普通整體熱管的一切優(yōu)點(diǎn)，而且有其獨(dú)特的優(yōu)越性，比如，其加熱段與冷卻段可以分開且可分片分組自由布置，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離熱交換，管外冷熱端流體無串流等，更加適合于舊設(shè)備的改造；可根據(jù)現(xiàn)場條件制成適宜形狀，最大限度減少改造工作量；制造時(shí)無須抽真空，實(shí)際應(yīng)用中不凝結(jié)氣體可以通過閥門排放，成本低廉，運(yùn)行可靠；熱管排布置方式容易改變，可最大限度提高管壁溫度，解決冷端腐蝕問題。

橢圓型鋼-水熱管是近年開發(fā)的一種新型熱管，它是利用橢圓型翅片管制作而成，橢圓型翅片管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，管內(nèi)因呈橢圓型導(dǎo)致壁面換熱是紊流換熱，所以其傳熱性能可提高20%，阻力可降低40%。因此，對于大型機(jī)組的余熱利用采用分離式橢圓熱管換熱器又可以最大程度地減小體積、減輕重力、降低阻力，增加現(xiàn)場布置的靈活性，對風(fēng)機(jī)的壓頭裕度要求相對降低。

2.2 分離式橢圓熱管換熱器

將分離式橢圓熱管應(yīng)用于脫硫島GGH系統(tǒng)是完善該技術(shù)比較好的設(shè)想，即采用分離式橢圓熱管換熱器的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(dǎo)汽管(上升管)引到放熱段，管內(nèi)蒸汽釋放汽化潛熱加熱脫硫島出口凈煙氣凝結(jié)后，通過導(dǎo)液管(下降管)回到吸熱段，循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)熱量的源源不段的傳遞。由于熱管壁溫的均溫性與可調(diào)性，因而通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)保證金屬壁溫高于酸露點(diǎn)溫度，不會產(chǎn)生管壁酸腐蝕及堵灰，可以進(jìn)一步降低排煙溫度。另外，由于橢圓熱管傳熱性能好，可加大管排間距，降低煙速，使得流阻更小(400 Pa左右)，因而對引風(fēng)機(jī)的余量要求較低，改造容易，不會影響鍋爐帶負(fù)荷；同時(shí)磨損較輕，壽命長，即便出現(xiàn)局部磨漏現(xiàn)象，由于每個(gè)熱管組都是各自獨(dú)立的，失效的僅是一部分受熱面，同時(shí)又不會發(fā)生串流問題，所以不會影響鍋爐正常運(yùn)行。目前，國內(nèi)外尚無分離式橢圓熱管應(yīng)用于脫硫島GGH方面的技術(shù)，預(yù)計(jì)該技術(shù)研究完成后，市場應(yīng)用前景廣闊。

3 方案研究

3.1 設(shè)計(jì)條件

以某350 MW發(fā)電機(jī)組為例進(jìn)行分析。

3.1.1 設(shè)計(jì)燃料特性

應(yīng)用基碳Cy=36.25%，應(yīng)用基氫Hy=2.64%，應(yīng)用基氧Oy=10.11%，應(yīng)用基氮Ny=0.63%，

應(yīng)用基硫Sy=0.35%，應(yīng)用基灰Ay=17.89%，應(yīng)用基水Wy=32.1，可燃基揮發(fā)分Vr=49.37%，

3.1.2 計(jì)算燃料消耗量：215 t/h。

3.1.3 空氣預(yù)熱器出口處過量空氣系數(shù)：a=1.5。

3.1.4原煙氣吸熱段：進(jìn)口煙溫135 ℃；出口煙溫：見鍋爐廠提供的原熱力計(jì)算說明書。

3.1.5凈煙氣放熱段：進(jìn)口煙溫55 ℃；出口煙溫65 ℃、70 ℃、75 ℃、80 ℃。

3.1.6 煙氣阻力降≤500 Pa 。

3.2 基本參數(shù)

3.2.2 熱管換熱器漏風(fēng)系數(shù)Δα=0.01。

3.2.3 酸露點(diǎn)溫度校核[2]

3.2.4 煙氣及空氣焓(見表1)

表1 煙氣及空氣焓Table 1 Flue gas and air enthalpy

3.3 計(jì)算結(jié)果

熱力計(jì)算結(jié)果見表2。

技術(shù)方案確定應(yīng)綜合考慮脫硫島入口煙溫降低及出口凈煙氣溫度提高幅度、現(xiàn)場布置條件、金屬受熱面腐蝕以及投資大小等為原則[3]。

通過表2熱力計(jì)算結(jié)果分析，方案中工況Ⅰ，雖然受熱面積較低，現(xiàn)場布置方便，投資最小，但脫硫入口煙溫仍偏高及凈煙氣溫度提高幅度小，所以建議不采用；工況Ⅲ、Ⅳ雖然脫硫入口煙溫很適合凈煙氣溫度大幅度提高，但因受熱面積偏高，換熱器體積偏大，增加現(xiàn)場布置難度，投資也增加，煙阻大對增壓風(fēng)機(jī)壓頭裕度要求高，建議不采用。

最終設(shè)計(jì)選擇Ⅱ計(jì)算工況，各項(xiàng)參數(shù)都比較合適，對于受熱面壁面腐蝕問題，可以考慮有限的腐蝕，即控制在第Ⅰ腐蝕區(qū)，腐蝕量<0.2 mm/年，也就是金屬壁溫控制在低于105 ℃、高于煙氣中水蒸氣飽和溫度25℃區(qū)間[4]，也就是金屬壁溫≥60 ℃。Ⅱ方案因煙氣放熱、 吸熱系數(shù)相差不大，

最低壁溫表2 熱力計(jì)算結(jié)果Table 2 Thermal calculation results

可近似為(105.7+55)/2=80.35 ℃，處在第Ⅰ腐蝕區(qū)，滿足要求。另外，也可以對于換熱器冷端采用抗腐蝕的ND鋼管制作，解決腐蝕問題。關(guān)于凈煙氣側(cè)入口可能出現(xiàn)的堵灰問題，可采用光管受熱面及加大管排間距緩解，也可以增加蒸汽吹灰器解決。

4 系統(tǒng)布置

采用方案Ⅱ進(jìn)行分離式熱管換熱器設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)場條件布置如下。

對于原煙氣側(cè)的熱管組件，安裝在引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)之間的水平煙道中，橢圓翅片管選擇56 mm×38 mm×4 mm(Φ48×4 mm制作)，單根長度4.5 m，總共1 974根，橫向節(jié)距130 mm、縱向截距80 mm，47根×42排，結(jié)構(gòu)尺寸6.1 m×4.5 m×3.4 m。

對于凈煙氣側(cè)熱管組件，安裝在脫硫島出口至煙囪之間水平煙道中，總共2 638根，63根×42排，結(jié)構(gòu)尺寸8.2 m×4.5 m×3.4 m，前6排采用橢圓光管。兩側(cè)換熱器用14根Φ133×4 mm/Φ80×3 mm組成上升/下降管，應(yīng)核算承載問題。

現(xiàn)場系統(tǒng)布置如圖1所示。

5 結(jié) 語

綜上所述，對于電廠脫硫島傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)式GGH拆除或不設(shè)計(jì)，采用分離式橢圓熱管換熱技術(shù)應(yīng)用于脫硫島GGH系統(tǒng)，安裝在引風(fēng)機(jī)出口煙道與脫硫島出口處，利用排煙余熱加熱提高凈煙氣溫度，可以解決脫硫島入口煙溫高導(dǎo)致補(bǔ)水量大以及石膏雨及煙道腐蝕等問題。

圖1 分離式橢圓熱管脫硫加熱系統(tǒng)圖Fig.1 Heating system diagramofseparatedtype elliptical heat pipedesulphurization

分離式橢圓熱管換熱技術(shù)具有換熱效率高、阻力小、避免煙氣腐蝕、系統(tǒng)布置靈活、維護(hù)量少、投資回收年限小等諸多優(yōu)越性，對于電廠環(huán)保及減輕環(huán)境霧霾具有重要意義，市場應(yīng)用前景廣闊。

[1] 曾庭華，楊華，馬斌，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的安全性及優(yōu)化[M].北京：中國電力出版社，2004. ZENG Tinghua, YANG Hua,MA Bin,et al. Safety and optimization of wet flue gas desulphurization system[M]. Beijing: China PowerPress, 2004.

[2] 陳學(xué)俊，陳聽寬. 鍋爐原理[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社, 1991. CHEN Xuejun,CHEN Tingkuan.Boiler Principle[M]. Beijing: China Machine Press, 1991.

[3] 林宗虎，徐通模. 實(shí)用鍋爐手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 1999. LIN Zonghu,XU Tongmo. Practical boilermanual[M]. Beijing:Chemical Industry Press, 1999.

[4] 林萬超.火電廠熱系統(tǒng)定量分析[M].西安：西安交通大學(xué), 1985. LIN Wanchao. Quantitative analysis of thermodynamic?system in thermal power plant[M].Xi’an Jiaotong University,1985.

(編輯 李世杰)

Research of desulphurization island GGH on using separated type elliptical heat pipetechnology

JU Yinhong1, WANG Mengchun1, ZHANG Jinli1, HOU Wenguang2

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030, China;2. Weihai Power Supply Company, Weihai 264200, China)

For most generating units, the removal or no design of rotary type GGH in the desulphurization island results problems such as a large amount of water supply, gypsum rain and chimney flue corrosion.As to the problem, it is proposed to use separated type elliptical heat pipe transfer technology applied in the desulphurization island GGH system. Then feasibility study is conducted in principle and related solutions are put forwards. The research of this technology is of great significance to reduce the inlet flue gas temperature and alleviate the situations of flue gas water entrainment, gypsum rain or flue corrosion.

desulphurization island GGH; separate style elliptical heat pipe; boiler technology

2017-03-17。

鞠胤紅(1964—)，男，高級工程師，從事鍋爐、節(jié)能、等離子少油點(diǎn)火、熱能工程方向的科研工作。

TM621.7

A

2095-6843(2017)03-0265-03