烟气深度冷却器介绍wai

1、火电厂烟气深度冷却器增效减排技术介绍 11.项目研发背景2.技术方案介绍3.关键技术处理4.技术支撑应用提 纲 2（1）项目背景1.项目研发背景推进重点耗能工业节能减排是重要国策；1）发电原煤占原煤产量的50%2）火力发电行业是国家节能减排的主力。时间年份原煤产量亿吨电煤耗量亿吨电煤/原煤%200725.112.549.8200827.213.348.9200931.315.649.83（1）项目背景现役火电厂排烟温度情况1）现役电站锅炉设计排烟温度长期无法下潜 烟气酸露点和积灰协同作用 一般tpy设计值125130 ，褐煤140 150左右。2）现役电站锅炉排烟温度普遍偏高 设计和运行条件差

2、别 tpy运行值普遍偏高，高于设计值约2050。1.项目研发背景4（1）项目背景1.项目研发背景排烟温度偏高的危害目前锅炉排烟温度普遍偏高除尘效率降低脱硫耗水量增加锅炉效率降低 降低烟温脱硫效率降低5常见烟气余热回收装置的布置方式 1）传统未配备脱硫系统的燃煤发电机组（图1所示）改造省煤器改造空气预热器两者同时改造缺陷 ： 受空间限制较大 飞灰与结露协同 余热回收效果差图1 传统燃煤发电机组增加低压省煤器（1）项目背景1.项目研发背景6（1）项目背景常见烟气余热回收装置的布置方式 2）配套了脱硫系统的燃煤发电机组（图2所示）缺点：GGH虽然降低烟温，但并不产生节能减排效果图2 配套了脱硫系统的

3、燃煤发电机组示意图 1.项目研发背景7 湿法脱硫中GGH系统可能存在的问题受热面运行于酸露点以下烟气侧结露烟气侧表面积灰 脱硫烟气夹带冷端烟气侧换热面发生石灰的积聚 换热空间堵塞、GGH漏风 GGH耗电量增大，增压风机电耗增大，厂用电率增加，供电煤耗提高 已安装GGH的机组，取消或准备取消该系统新建机组几乎全部选择不设置GGH系统 （1）项目背景1.项目研发背景8取消了GGH系统 进入脱硫系统的烟气温度增加 脱硫效率下降 烟气最佳脱硫工作温度：85 脱硫系统前喷水减温 增加脱硫工艺用水水量 取消GGH后出现的问题（1）项目背景1.项目研发背景9若脱硫前喷水减温，烟温由125150降至85需要大

4、量的减温水 加重了除雾器的负担 浪费了烟气所蕴含的巨大热量 火电厂烟气深度冷却增效减排关键技术背景 （1）项目背景1.项目研发背景10（2）设计理念1.项目研发背景设计理念首先来源于1973年烟气深度冷却的尝试 丹麦Corrosion Centre成功完成了燃用乳化油和燃煤锅炉的排烟温度（240和190）分别降低到80和90的工业实践，后者采用了75m高CorTen钢制成的湿烟囱技术； 后来，德国Schwarze Pumpe 2800MW褐煤机组上应用。 11水泥窑生产线，窑头排烟温度降低到85以下。 悬浮预热器SuspensionPre-heter370220窑尾余热锅炉SP HRSG空气冷

5、却器Air Quenching Cooler35060窑头余热锅炉AQC HRSG回转窑Cement Kiln（2）设计理念1.项目研发背景12有机介质余热发电系统的排烟温度降低到85左右。 （2）设计理念1.项目研发背景131.项目研发背景2.技术方案介绍3.关键技术处理4.技术支撑应用提 纲 14（1）火电厂烟气深度冷却器技术方案2.技术方案介绍15（1）以烟气冷却为核心的节能脱硫、除尘增效综合技术方案 1）节能、脱硫增效综合技术方案2.技术方案介绍16（2）以烟气冷却为核心的节能脱硫、除尘增效综合技术方案 2）节能、除尘增效、脱硫增效综合技术方案2.技术方案介绍17 国外，燃煤电站选用电

6、除尘器居多。主要依靠5类技术实现更低排放（30mg/m3 甚或20mg/m3 ）。 1）烟气深度冷却除尘增效技术：可以达到30mg/m3的标准，与WFGD配套时，可小于10mg/m3。 2）移动电极式电除尘技术 3）电袋技术（一体式，分体式） 4）烟气调质（SO3、NH3、SO3+NH3双重调质） 5）颗粒聚合技术（20mg/m3）2.技术方案介绍（2）以烟气冷却为核心的节能脱硫、除尘增效综合技术方案 2）节能、除尘增效、脱硫增效综合技术方案18（2）以烟气冷却为核心的节能脱硫、除尘增效综合技术方案 3）除尘增效、脱硫增效、烟囱防腐蚀综合技术方案2.技术方案介绍19（2）以烟气冷却为核心的节能

7、脱硫、除尘增效综合技术方案 4）脱硫增效、烟囱防腐蚀综合技术方案2.技术方案介绍20名称单位脱硫塔前部分脱硫塔后部分锅炉总风量kg/s177.01177.01烟气进口温度14085烟气进口焓kJ/m3198.45119.12烟气出口温度11560烟气出口焓kJ/m3162.3983.06工质流量t/h212.8212.8工质进口温度90110工质进口焓kJ/kg378.15462.42工质出口温度11090工质出口焓kJ/kg462.42378.15烟气平均流速m/s12.2510.57工质平均流速m/s1.501.50换热面积m25207.665207.66换热量kW4981.344981.

8、34（2）以烟气冷却为核心的节能脱硫、除尘增效综合技术方案 4）脱硫增效、烟囱防腐蚀综合技术方案2.技术方案介绍211）布置于增压风机之后 （3）烟气深度冷却节能技术方案2.技术方案介绍222）布置于增压风机前 2.技术方案介绍（3）烟气深度冷却节能技术方案233）布置于增压风机前后 2.技术方案介绍（3）烟气深度冷却节能技术方案244）布置于静电除尘器前后 2.技术方案介绍（3）烟气深度冷却节能技术方案251）水平烟道布置 （4）本体布置方案2.技术方案介绍262）垂直烟道布置 （4）本体布置方案2.技术方案介绍27（5）强化传热概念2.技术方案介绍1）强化传热原理 原则 强化传热应从热阻最

9、大的环节入手； 把传热过程的总热阻分离开来。282.技术方案介绍1）强化传热原理 从换热过程的物理机制来分析无相变：减薄边界层、增加流体的扰动有相变减薄液膜、形成珠状凝结凝结：沸腾：增加汽化核心数（5）强化传热概念292.技术方案介绍1）强化传热原理 从对流换热的实验规律来分析无相变：提高流速减小管径改变物性这一分析适用于所有单相对流换热（5）强化传热概念302.技术方案介绍2）强化传热分类（5）强化传热概念31 螺纹管 挤压成型 横纹管 凹窝管 板状麻花片 丝状扰流子 波纹片 径向等高内翅片 非径向不等高内翅片 扰流插入物扩展内翅片内强化（6）传热单元结构方案2.技术方案介绍2）内强化元件3

10、2螺纹管横纹管麻花片弹簧丝 波纹片 等高径向内翅 不等高非径向 （6）传热单元结构方案2.技术方案介绍2）内强化元件33（6）传热单元结构方案2.技术方案介绍3）外强化元件单点焊连续焊机加工整体铸造外强化串片型翅片整体型翅片热挤压焊接型翅片复合嵌套间断焊34 串片型翅片（6）传热单元结构方案2.技术方案介绍3）外强化元件35 焊接型翅片a.点焊（6）传热单元结构方案2.技术方案介绍3）外强化元件36b.间断焊 顶力 焊接型翅片（6）传热单元结构方案2.技术方案介绍3）外强化元件37c.连续焊 焊接型翅片（6）传热单元结构方案2.技术方案介绍3）外强化元件38 整体型翅片a.热挤压（6）传热单元

11、结构方案2.技术方案介绍3）外强化元件39（6）传热单元结构方案2.技术方案介绍3）外强化元件 整体型翅片b.机加工40c.整体铸造 整体型翅片（6）传热单元结构方案2.技术方案介绍3）外强化元件41d.复合嵌套 整体型翅片（6）传热单元结构方案2.技术方案介绍3）外强化元件42铸铁空气预热器（6）传热单元结构方案2.技术方案介绍4）内、外同时强化元件43 1）根据流体特性选型 2.技术方案介绍（7）传热单元结构选型间壁式换热均存在两种相对高、低的流体流体的特性是强化传热结构设计的基础数据 流体流量：正常工况，极端工况，热交换量 流体温度：正常工况，极端工况，热工参数 流体成分：热工计算 颗粒

12、成分：积灰，磨损，腐蚀，清灰 粒度分布：积灰，磨损，清灰 堆积密度：积灰，磨损44高温烟气低温烟气 烟气冷却器俯视图 高频焊螺旋翅片管 2）螺旋翅片管（1） 2.技术方案介绍（7）传热单元结构选型45 2）螺旋翅片管（1） 2.技术方案介绍（7）传热单元结构选型螺旋翅片管生产效率高，抗磨性能不及H型翅片46高温烟气低温烟气 烟气冷却器俯视图 电阻焊H型或双H型翅片管 3） H型或双H型翅片管（2） 2.技术方案介绍（7）传热单元结构选型47 3） H型或双H型翅片管（2） 2.技术方案介绍（7）传热单元结构选型生产效率低，具有一定自清灰性好，抗磨损性强 双H型翅片管刚性大，适合大尺寸换热器 4

13、8 2） H型或双H型翅片管（2） 2.技术方案介绍 模片化拼装，方便维修 （7）传热单元结构选型49高温烟气低温烟气 电阻焊针形管 4）针翅管（3） 2.技术方案介绍（7）传热单元结构选型50 4）针翅管（3） 2.技术方案介绍（7）传热单元结构选型生产效率低下，自清灰性好，抗沾污性强51 模片化拼装，方便维修 4）针翅管（3） 2.技术方案介绍（7）传热单元结构选型521.项目研发背景2.技术方案介绍3.关键技术处理4.技术支撑应用提 纲 533.关键技术处理形成了具有自主知识产权的火电厂烟气深度冷却增效减排关键技术、完成依托工程建设烟气冷却器设计技术烟气冷却器系统优化软件积灰特性研究（1

14、）技术路线烟气冷却器外部工作特性研究回热系统优化通流结构数值模拟换热面传热、阻力特性研究低温腐蚀研究磨损特性研究54研究内容火电厂烟气深度冷却器关键技术专 题 1烟气冷却器外部工作特性研究 专 题 2烟气冷却器回热系统优化分析 专 题 3通流结构数值模拟及结构优化 专 题 4烟气冷却器传热和阻力特性研究 专 题 5烟气深度冷却器结构和热工设计技术专 题 6烟气冷却器设计软件的开发3.关键技术处理（2）关键技术553.关键技术处理（3）烟气冷却器外部工作特性灰特性、积灰防控技术低温腐蚀防控技术磨损防控技术56灰特性研究积灰关键技术 （c）宝鸡第二发电厂灰X3000 （d）宝鸡第二发电厂灰X500

15、03.关键技术处理（3）烟气冷却器外部工作特性（a）宝鸡第二发电厂灰X500 （b）宝鸡第二发电厂灰X100057图 AQC炉灰XRD衍射图图 SP炉灰XRD衍射图AQC灰:硅酸钙，棱角而质硬，磨损性强，SP 灰:氧化物，多孔而疏松，粘结性强。 灰特性研究积灰关键技术 3.关键技术处理（3）烟气冷却器外部工作特性58（a）AQC炉灰（500倍） （b） SP炉灰（500倍）（c）AQC炉灰（2000倍） （d） SP炉灰（2000倍）灰特性研究积灰关键技术 3.关键技术处理（3）烟气冷却器外部工作特性593.关键技术处理（4）积灰防控技术 1）优化设计防治积灰 2）运行中选择恰当清灰技术 3）

16、停炉时选取水清洗除灰。60 1）优化设计防治积灰 布置在除尘器之后，烟气中99.9%灰分被分离； 根据灰成分预测灰的粘污系数指导设计； 选择合理管型、烟气流速，减轻积灰； 避免硫酸结露引起灰在管壁上的粘结； 优化横向节距和纵向节距，改善自清灰；3.关键技术处理（4）积灰防控技术613.关键技术处理（4）积灰防控技术 2）运行中选择恰当清灰技术 根据灰的粘污性选择清灰技术； 根据清灰技术特点选择清灰技术； 由于金属壁温低于酸露点，管壁上灰具有粘结性； 除尘器之后的灰粒子很细，具有一定吸附能力； 非冷凝受热面可以选用燃气脉冲和压缩空气吹灰； 冷凝受热面可以选择蒸汽吹灰和燃气脉冲； 623.关键技术

17、处理（4）积灰防控技术 3）停炉时选取水清洗除灰。 由于金属壁温低于酸露点， 硫酸结露使灰具有粘结性； 长时间运行会形成灰增量沉积； 停炉时用水冲洗可以试积灰得到彻底的清除。633.关键技术处理（5）磨损防控技术 烟气中99.9%灰分被分离，磨损大大减弱； H型翅片管自身具有抑制贴壁磨损的功能； 烟气进、出口和受热面组织均匀烟气流场 优化横向节距和纵向节距，避免尾迹磨损； 选取合适的烟速，降低受热面磨损；643.关键技术处理（6）低温腐蚀防控技术 正确理解硫酸结露的机理； 排烟温度高于酸露点温度，避免形成H2SO4酸雾； 选择抗腐蚀能力强的的材料作为传热管； 调节进口水温控制传热管金属壁温；

18、非传热管采取有效涂敷措施。653.关键技术处理（6）低温腐蚀防控技术酸沉积率腐蚀速率金属壁面温度（） 酸沉积率 腐蚀速率 正确理解硫酸结露的机理； 排烟温度高于酸露点温度，避免形成H2SO4酸雾；663.关键技术处理（6）低温腐蚀防控技术选择抗腐蚀能力强的的材料作为传热管；元素CSiMnPSCrCuSbNi/Ti10CrCuSbTi0.100.410.610.0120.0011.010.350.06/0.0409CrCuSb0.090.350.520.0120.0130.880.360.060.05元素CSiMnPSCrNiMo20G0.200.270.500.0250.0150.250.25

19、0.20TP316L0.030.551.400.0370.00618.210.282.07Cor-Ten和ND钢碳钢和不锈钢对比67（7）电厂方案的关键参数设计 1）项目目的 3.关键技术处理68（7）电厂方案的关键参数设计 1）项目目的 3.关键技术处理69（7）电厂方案的关键参数设计 1）项目目的 3.关键技术处理703.关键技术处理（7）电厂方案的关键参数设计 2）煤质 71将表1中的数据代入式（1）可得设计/校核煤种的酸露点为103.4/102，水露点为43.9。 3）酸露点 3.关键技术处理（7）电厂方案的关键参数设计723.关键技术处理（7）电厂方案的关键参数设计 4）灰的沾污系数

20、 这是国内通用的灰的沾污系数计算公式但是该公式并没有突出Na2O低熔点物质的影响。通过实验和现场研究，我们提出了修正公式。733.关键技术处理（7）某电厂方案的关键参数设计 5）工质和烟气参数 项目名称单位数值锅炉总风量kg/s223.98烟气进口温度145.5烟气出口温度130工质进口温度110工质出口温度125.03烟气平均流速m/s9.73工质平均流速m/s1.04烟气冷却器换热面积m28023.8烟气冷却器换热量kW3811.2743.关键技术处理（7）某电厂方案的关键参数设计 6）安装位置 753.关键技术处理（7）某电厂方案的关键参数设计 6）安装位置 763.关键技术处理（7）某

21、电厂方案的关键参数设计 6）安装位置 773.关键技术处理（7）某电厂方案的关键参数设计 6）安装位置 783.关键技术处理（7）某电厂方案的关键参数设计 7）烟气冷却器结构尺寸 名称单位数值烟道截面长度m4.5烟道截面宽度m10.08受热面管束沿流向长度m2.154受热面管箱沿流向长度m2.754异径烟道进出口长度m21.5整体烟道纵向长度m5.754有效受热面积m28023.8793.关键技术处理（8）通流结构数值模拟及结构优化 1）烟道流通结构数值模拟（垂直） 空流道模拟80 一段渐扩模型 二段渐扩模型 3.关键技术处理（8）通流结构数值模拟及结构优化 2）烟道流通结构数值模拟（水平）

22、81 一段渐扩 两段渐扩3.关键技术处理（8）通流结构数值模拟及结构优化 2）烟道流通结构数值模拟（水平） 823.关键技术处理（8）通流结构数值模拟及结构优化 1）传热结构数值模拟 图 H型翅片节距对综合性能的影响图 H型翅片节距对传热的影响 833.关键技术处理（9）换热器热力和阻力计算1）对流受热面热力计算 对流受热面热平衡方程式 传热过程和传热系数 对流换热系数 传热温压 对流面积843.关键技术处理（9）换热器热力和阻力计算1）对流受热面热力计算 对流受热面热平衡方程式 通常采用校核计算法,设计结构几何尺寸 假定受热面出口烟温 ,烟焓853.关键技术处理（9）换热器热力和阻力计算1）

23、对流受热面热力计算 传热过程和传热系数863.关键技术处理（9）换热器热力和阻力计算1）对流受热面热力计算 对流换热系数放热量=传热量，以灰层外表为基础的传热系数873.关键技术处理（9）换热器热力和阻力计算1）对流受热面热力计算 传热温压tdtx所谓温压,是指两种换热介质在整个受热面的平均温差。当纯逆流和纯顺流时：883.关键技术处理（9）换热器热力和阻力计算1）对流受热面热力计算 传热温压 纯逆流布置时，温压最大； 纯顺流布置时，温压最小； 其它情况的温压均介于这两者之间。893.关键技术处理（9）换热器热力和阻力计算1）对流受热面热力计算 对流面积a.若管壁两侧放热系数相差很大而采用平壁

24、传热系数的计算公式时，以放热系数小的一侧的湿润面积作为传热面积;b.如果管壁两侧热阻相当或放热系数相近而采用平壁传热系数计算公式时,以管壁内外表面积算术平均值作为传热面积。901.项目研发背景2.技术方案介绍3.关键技术处理4.技术支撑应用提 纲 914.技术支撑应用（1）西安交通大学技术支撑 1) “十一五”863计划水泥窑余热发电技术成果 924.技术支撑应用（1）西安交通大学技术支撑 1) “十一五”863计划水泥窑余热发电技术成果（6项） 934.技术支撑应用（1）西安交通大学技术支撑 1) “十一五”863计划强化传热技术成果应用942）实验平台（积灰、清灰、磨损1）积灰磨损试验台（

25、1）西安交通大学技术支撑4.技术支撑应用952）实验平台（积灰、清灰、磨损1）（1）西安交通大学技术支撑4.技术支撑应用962）试验平台（翅片管传热和阻力特性2）试验装置 翅片管 导流叶片图方形翅片管 螺旋翅片管 （1）西安交通大学技术支撑4.技术支撑应用97 低温腐蚀试验平台 2）试验平台（低温腐蚀3）（1）西安交通大学技术支撑4.技术支撑应用982）现场试验（低温腐蚀4）（1）西安交通大学技术支撑4.技术支撑应用CS1+CS2+316SS+ND+CorTen994.技术支撑应用（1）西安交通大学技术支撑 3）已列入“十二五”国家支撑计划优先重点指定项目 项 目 名 称：基于风险的特种设备事故预防关键技术研究(2011BAK06B00)申报课题名称：基于典型失效模式的超(超)临界电站锅炉事故预防关键技术研究(2011BAK06B04),批复经费883万课题负责单位：西安交通大学07子课题：烟气深冷节能装置材料低温腐蚀安全防控技术100项目名称：燃煤工业炉窑余能高效回收利用及能源合同管理技术与示范 课题名称：基于有机介质低温余热发电关键技术及能源合同管理课题负责单位：中信重工机械股份有限公司课题协作单位：西安交通大学 中国科学院工程热物理研究所4.技术支撑应用（1）西安交通大学技术支撑 4