复合相变换热器技术在循环硫化床锅炉中的应用

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1、复合相变换热器技术在循环硫化床锅炉中的应用张志宇宋建新周刚磊许昌市锅炉压力容器检验所摘要:复合相变换热器技术在循环硫化床锅炉上的应用已经有了成功的先例。利用复合相变换热器替代其它型式空气预热器，能在大幅度降低排烟温度的前提下有效地防止锅炉尾部受热面的低温腐蚀，并可自动调控受热面壁温；采用低频声波除灰器技术较好地解决了翅片管的灰堵问题，从而为锅炉节能技术的发展开劈了一条广阔的途径。关键词：节能复合相变换热器烟气酸露点壁温空气预热器低频声波除灰器0前言循环硫化床锅炉有很多优点，主要是可以有效地燃烧无烟煤、贫煤、高硫高灰煤及其它劣质煤，特别适合于我国国情。所以这类锅炉在

2、我国发展很快，某些方面在世界上已经处于领先地位。由于它无法克服机械不完全燃烧损热失较大这一不足，这类锅炉的效率相对较底。为了弥补这种不足，一条行之有效的途径就是从降低排烟温度来挖掘潜力，大约降低排烟温度17℃可以把锅炉效率提高一个百分点。现在一般锅炉的排烟温度约在140～160℃，若能将排烟温度降至110℃，则将提高锅炉效率1.8～2.9个百分点，对节能和环保都能起到显著作用。1节能与低温腐蚀间的矛盾众所周知，随着排烟温度的下降，尾部受热面的温度也不断降低。一但壁温低于烟气的酸露点，受热面开始结露而形成强烈的低温腐蚀。一般来说，燃煤锅炉的烟气酸露点在80～120℃

3、之间，渣油的烟气酸露点则在130～150℃之间。由于我国燃料供应混乱，烟气露点值变化很大，造成设计和运行的困难，有些锅炉的空气预热器往往刚刚使用半年就开始腐蚀穿孔，然后漏风愈演愈烈，勉强维持使用二年，最后不得不更换。随着燃料与钢铁比价的不断上升，锅炉设计排烟温度不断下降，这样一来尾部受热面的低温腐蚀问题就日益尖锐。表1示出不同结构空预器为保证受热面最低壁温为Tw时所要求的排烟温度。表1进口空气温度为20℃时不同结构空预器最低壁温Tw要求的排烟温度受热面形式TW=80℃TW=100℃TW=120℃TW=140℃立式管式空预器170℃220℃270℃320℃卧式管式空

4、预器120℃150℃180℃220℃热管式空预器120℃150℃180℃220℃253回转式空预器110℃140℃170℃200℃复合相变换热器100℃120℃140℃160℃由表1可见，传统烟气管内流动的立管式空气预热器要求很高的排烟温度，否则尾部受热面会严重结露；烟气在管外绕流的卧管式空气预热器相比之下就能承受较低的排烟温度，正因为这一点，在最近空气预热器的设计中，卧式顺列管束结构被越来越多地采用；热管空气预热器具有与卧管式空气预热器大致相同的壁温性能；回转式空气预热器能承受更低的排烟温度；复合相变换热器则能承受最低的排烟温度。由表1还可以看出，随着烟气酸露点

5、的提高（即要求Tw的提高），不同受热面对排烟温度要求的差距也加大，也就愈显出复合相变换热器性能的优越。2复合相变换热器的基本原理及特性复合相变换热器由不同的换热部件组成，其中，相变工作段是它的核心部件之一。相变段通过使置于相互连通空间中的合适媒质处于“相变”状态，从而保证相变段全部容器壁面的温度处于大致相同状态，为整个相变段金属壁面温度处于较高温度水平，并为可控、可调提供了可能。另一方面，“复合”则意味着对不同强化换热技术不同优势的综合利用，并根据不同的使用要求，借助于设置冷热流体的不同分流和不同配比，以实现现代高效换热器不同形式的优化组合，构造成不同具体形式的复

6、合相变换热器。当复合相变换热器应用于锅炉上时，传统锅炉设计将会出现一些新的设计理念：(1)尾部受热面的最低壁温能够实现整体可调可控；(2)受热面最低壁面温度不再仅仅是一个校核量，而作为一个最基本的设计变量或一种必要的约束条件，纳入到锅炉的设计规范中；(3)在通常压降和经济性设计的前提下，能将最低壁面温度与排烟温度之差有效控制在15～25℃之间；(4)同一台锅炉在使用不同燃料而需要不同的最低壁面温度时，能够通过调节器，使锅炉的空气预热器处于最佳工况。3复合相变换热器在循环硫化床锅炉上的应用复合相变换热器一般由螺纹槽管段、相变段和水调节装置三部分组成，置于省煤器的下面

7、（结构如下图）。冷空气首先进入相变段，吸收热量后温升至60～70℃，然后进入螺纹槽管段加热至设计要求温度；常温水通过相变段上部汽包内的水调节装置吸收热量温升至80℃左右，然后进入除氧器，并通过调节水量来控制相变段的壁温；烟气首先进入螺纹槽管段，温度降至120℃左右后从相变段尾部排出，其余热得到了充分利用。烟气水253水调节装置水空气空气空气烟气烟气螺纹槽管段相变段由九江科洋热技术设备有限公司设计制造的复合相变换热器已分别应用于安装在福建凤竹集团的25/t和40/t循环硫化锅炉上，并已正式投入热电联产运行近两年。经福建省电力试验研究院（火电工程国家甲级调试单位）对该

8、装置进行的