脫硫島GGH采用分離式橢圓熱管技術研究

鞠胤紅， 王夢純， 張金麗, 侯文廣

(1．國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，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研究

鞠胤紅1， 王夢純1， 張金麗1, 侯文廣2

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

針對大多發電機組脫硫島由于拆除或者不設計回轉式GGH，導致補水量大、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應用于脫硫島GGH系統，并從原理上進行可行性研究及提出相關的解決方案。該技術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

1 研究背景

目前國內大多發電機組脫硫島由于傳統的回轉式GGH經常發生石膏堵塞，所以拆除或不設計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，導致脫硫系統補水量(40～60 t)較大，出口凈煙氣溫度低于水露點溫度(凈煙溫度一般在55 ℃；露點溫度在58～60 ℃)，造成補水量中的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致補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，安裝在除塵器出口或引風機出口煙道與脫硫島出口處，替代原常規的GGH。

2 技術原理

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、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。而分離式熱管是對典型熱管的一種改進，它不僅具有上述普通整體熱管的一切優點，而且有其獨特的優越性，比如，其加熱段與冷卻段可以分開且可分片分組自由布置，可以實現遠距離熱交換，管外冷熱端流體無串流等，更加適合于舊設備的改造；可根據現場條件制成適宜形狀，最大限度減少改造工作量；制造時無須抽真空，實際應用中不凝結氣體可以通過閥門排放，成本低廉，運行可靠；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小，管內因呈橢圓型導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，增加現場布置的靈活性，對風機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用于脫硫島GGH系統是完善該技術比較好的設想，即采用分離式橢圓熱管換熱器的吸熱段吸收排煙余熱，管內介質水吸熱發生相變，通過導汽管(上升管)引到放熱段，管內蒸汽釋放汽化潛熱加熱脫硫島出口凈煙氣凝結后，通過導液管(下降管)回到吸熱段，循環往復實現熱量的源源不段的傳遞。由于熱管壁溫的均溫性與可調性，因而通過適當的設計保證金屬壁溫高于酸露點溫度，不會產生管壁酸腐蝕及堵灰，可以進一步降低排煙溫度。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)，因而對引風機的余量要求較低，改造容易，不會影響鍋爐帶負荷；同時磨損較輕，壽命長，即便出現局部磨漏現象，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，同時又不會發生串流問題，所以不會影響鍋爐正常運行。目前，國內外尚無分離式橢圓熱管應用于脫硫島GGH方面的技術，預計該技術研究完成后，市場應用前景廣闊。

3 方案研究

3.1 設計條件

以某350 MW發電機組為例進行分析。

3.1.1 設計燃料特性

應用基碳Cy=36.25%，應用基氫Hy=2.64%，應用基氧Oy=10.11%，應用基氮Ny=0.63%，

應用基硫Sy=0.35%，應用基灰Ay=17.89%，應用基水Wy=32.1，可燃基揮發分Vr=49.37%，

3.1.2 計算燃料消耗量：215 t/h。

3.1.3 空氣預熱器出口處過量空氣系數：a=1.5。

3.1.4原煙氣吸熱段：進口煙溫135 ℃；出口煙溫：見鍋爐廠提供的原熱力計算說明書。

3.1.5凈煙氣放熱段：進口煙溫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

3.2.2 熱管換熱器漏風系數Δα=0.01。

3.2.3 酸露點溫度校核[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 計算結果

熱力計算結果見表2。

技術方案確定應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熱力計算結果分析，方案中工況Ⅰ，雖然受熱面積較低，現場布置方便，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，增加現場布置難度，投資也增加，煙阻大對增壓風機壓頭裕度要求高，建議不采用。

最終設計選擇Ⅱ計算工況，各項參數都比較合適，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，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℃區間[4]，也就是金屬壁溫≥60 ℃。Ⅱ方案因煙氣放熱、 吸熱系數相差不大，

最低壁溫表2 熱力計算結果Table 2 Thermal calculation results

可近似為(105.7+55)/2=80.35 ℃，處在第Ⅰ腐蝕區，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。關于凈煙氣側入口可能出現的堵灰問題，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 系統布置

采用方案Ⅱ進行分離式熱管換熱器設計，根據現場條件布置如下。

對于原煙氣側的熱管組件，安裝在引風機與增壓風機之間的水平煙道中，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，橫向節距130 mm、縱向截距80 mm，47根×42排，結構尺寸6.1 m×4.5 m×3.4 m。

對于凈煙氣側熱管組件，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，結構尺寸8.2 m×4.5 m×3.4 m，前6排采用橢圓光管。兩側換熱器用14根Φ133×4 mm/Φ80×3 mm組成上升/下降管，應核算承載問題。

現場系統布置如圖1所示。

5 結 語

綜上所述，對于電廠脫硫島傳統的回轉式GGH拆除或不設計，采用分離式橢圓熱管換熱技術應用于脫硫島GGH系統，安裝在引風機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致補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圖Fig.1 Heating system diagramofseparatedtype elliptical heat pipedesulphurization

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

[1] 曾庭華，楊華，馬斌，等.濕法煙氣脫硫系統的安全性及優化[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] 陳學俊，陳聽寬. 鍋爐原理[M].北京： 機械工業出版社, 1991. CHEN Xuejun,CHEN Tingkuan.Boiler Principle[M]. Beijing: China Machine Press, 1991.

[3] 林宗虎，徐通模. 實用鍋爐手冊[M].北京：化學工業出版社, 1999. LIN Zonghu,XU Tongmo. Practical boilermanual[M]. Beijing:Chemical Industry Press, 1999.

[4] 林萬超.火電廠熱系統定量分析[M].西安：西安交通大學, 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、節能、等離子少油點火、熱能工程方向的科研工作。

TM621.7

A

2095-6843(2017)03-0265-03