XX电厂锅炉空预器改造方案

PAGEPAGE29/NUMPAGES29XX电厂200MW机组SG-690/13.6-M451循环流化床锅炉空气预热器改造方案 重庆鑫顺盛达科技有限公司 目录概述…………………31.1锅炉预热器现状…………………31.2锅炉设计煤质资料………………41.3锅炉烟风流量……………………41.4原预热器设计数据………………4锅炉空预器节能改造工程方案……52.1换热器布置方式和换热管的选择………………52.2三维内外肋片管技术介绍………62.3三维管空预器改造方案介绍……72.3.1改造方案一：空预器性能恢复性改造………72.3.2改造效果及节能经济效益……122.3.3改造方案二：深度节能改造…………………133.4改造效果及节能经济效益………153.空预器改造本体设备价格……………16附件一：三维管换热器应用业绩………17附件二：防止低温腐蚀说明……………19附件三：三维肋片换热管选型说明……20附件四：西安热工院节能依据…………261.概述1.1锅炉预热器现状预热器XX电厂SG-690/13.6-M451锅炉为循环流化床锅炉，共4台机组。配管式空气预热器，布置于锅炉尾部烟道末级省煤器后。根据锅炉总的性能要求，预热器分隔为一次风、二次风两个独立部分。整个预热器卧式布置，换热管水平顺列布置，空气从管内水平流过，烟气自上而下从管外流过。预热器一、二次风各三级。布置如图1-1所示。预热器图1-1SG-690t/h锅炉预热器布置示意图通常，同一台空气预热器进口烟气温度升高时热风温度和排烟温度均应相应升高，且温差基本不变。目前空气预热器进口烟气温度340℃比设计值296.1℃偏高约44℃，热风温度应该比设计值230℃高44℃为274℃，但实际二次风温度207℃甚至比原设计值230℃还偏低23℃左右，说明空气预热器换热能力严重不足；排烟温度应该比原设计值135℃高44℃为179℃，实际未修正的排烟温度150℃（比原设计值135℃偏高15℃左右，应该偏高44℃左右），说明空气预热器漏风严重。从运行参数可以看出：空气预热器已经严重偏离设计值，磨损泄漏、积灰和堵塞使换热器的换热能力显著降低，热风温度升不上去，严重的漏风使排烟温度也升不上去，空气预热器的经济性很差。1.2锅炉设计煤质资料序号名称单位数值1收到基碳%42.822收到基氢%2.813收到基氧%11.174收到基氮%0.405收到基硫%0.376收到基水分%21.127收到基灰分%21.308干燥无灰基挥发份%41.189低位发热量kcal/kg37381.3锅炉烟风流量序号项目名称单位设计煤种1空预器出口烟气量Nm3/h7731942空预器进口一次风量Nm3/h3755503空预器进口二次风量Nm3/h2943701.4原预热器设计数据序号名称单位空预器1管子外径mm602管子壁厚mm2.753横向节距mm904纵向节距mm805横向管子排数排1986纵向管子排数排1207受热面积m2307688烟气流通面积m244.289工质流通面积m218.4810烟气流速m/s9.711工质流速m/s16.212烟气进口温度℃296.113烟气出口温度℃135.314工质进口温度℃35.015工质出口温度℃230.016传热系数kcal/m2.h℃16.617工质吸热量kcal/kg31318附加面工质吸热量kcal/kg2.锅炉空预器节能改造工程方案2.1换热器布置方式和换热管的选择：2.1.1搪瓷管损坏原因分析搪瓷管是利用搪瓷材料自身的防腐蚀能力进行防腐，属于被动防腐。磨损管外烟气，必然存在粉尘对管壁的横向冲刷，必然产生磨损，尽管搪瓷材料的主要成分SiO2有比较高的硬度，但是，灰的主要成分是Al2O3和SiO2，Al2O3的硬度要高于SiO2，因此，搪瓷管的抗磨能力十分有限，仅仅略优于普通碳钢而已。腐蚀搪瓷管耐腐蚀是建立在表面搪瓷完好基础上的，由于搪瓷与金属材料的物性差异大（膨胀系数不同、密着力有限），加上制造、安装、使用和必然存在磨损等多种原因，无法保证搪瓷不脱落和磨损，尤其是，采用搪瓷管后烟气侧的换热热阻增加，管壁温度会降低，一旦搪瓷脱落，其腐蚀速度要比普通碳钢更快，此外，由于搪瓷管的换热能力低于普通碳钢管，采用搪瓷管会使排烟温度升高，因此，采用搪瓷防腐只是治标不治本。2.1.2布置方式：管式空气预热器有卧式布置和立式布置之分。卧式布置：壳侧烟气，烟气横向冲刷，必然磨损，而且始终存在磨损与积灰的矛盾，有磨损就没有积灰，低负荷要不积灰，就必须选择较高的烟气流速，高负荷时就必然加剧磨损，反之亦然，停炉过程中的浮灰更是不可避免，一旦清除不干净就会形成灰的板结，形成烟气走廊。关键是，一旦出现硫酸氢铵堵塞，由于硫酸氢铵与灰的相互多层包裹，需要较长时间水的侵泡才能清除硫酸氢铵，因此，即使停机采用水冲洗也因为难以实现水的长时间侵泡，硫酸氢铵仍然难以清除，低温腐蚀引起的结垢更加难以清除，尤其是上下管间的结垢；立式布置：管侧烟气，由于管内肋片错列布置，运行过程中，气流对肋片的冲刷，肋片不易积灰，此外，肋片低矮，处于层流到紊流的过渡区域，肋片区域的烟气流速低于烟气平均流速(设计时控制此区域烟气流速在2m/s左右)，肋片磨损轻微；含尘烟气流动方向与管壁平行，烟气自上而下可最大限度降低磨损与积灰的风险，细小肋片的浮灰很少，采用大管径，堵管风险进一步降低。即使出现硫酸氢铵堵塞，也可以停机后以注水浸泡方式溶解硫酸氢铵，消除硫酸氢铵堵塞，也可以采用高压射流冲洗。为了防止硫酸氢铵堵塞，只能采用在线干烧方式清除硫酸氢铵，实践证明，每天干烧一次，足以清除换热管表面沉积的硫酸氢铵。为此，本次改造拟选择三维内外肋片管高效换热器，立式布置。2.2三维内外肋片管技术介绍三维内外肋片管加工工艺和设计技术是重庆大学廖光亚教授团队的发明，曾获得第39届国际尤里卡发明博览会金奖、国家发明四等奖、教育部自然科学一等奖、国家能源局科技进步二等奖等，属于第四代换热技术，国际领先，具有完全自主知识产权。（详见附件三）三维管高效换热器在电厂应用的装机总量近8000MW，包括600MW、300MW等机组（详见附件一），已经成功解决了空气预热器、管式GGH等的低温腐蚀、结垢和硫酸氢铵堵塞等问题，具有良好的推广价值。三维管换热器解决磨损与结垢的方法换热管卧式布置始终存在磨损与积灰的矛盾，低负荷不积灰，高负荷必然磨损，不可避免。烟气管外横掠，始终存在粉尘对换热管的冲刷，磨损不可避免。换热管立式布置、管侧烟气、壳侧空气，可以最大限度减少磨损与积灰。这时，必须在管板外设置整流管（防磨管）。三维管换热器解决低温腐蚀与结垢的方法近年大量的工程实践，尤其是低低温省煤器的应用已经证明，燃煤含硫率2.5%及以下时，只要金属壁温不低于68℃，低温腐蚀的发生是有限的，只要选择合适的材料和适当的管壁厚度就能够能够有效控制低温腐蚀与结垢，就能够满足使用要求（详见附件二）。三维管可以通过在烟气侧加工肋片、空气侧不加工肋片的方式减小烟气侧的热阻，提高金属壁温，有效降低低温腐蚀风险。三维管换热器解决硫酸氢铵堵塞的方法气气换热器管内外介质均为热容小的气体，只要切断进入换热器的低温气体，并引入高温气体，就可以迅速将换热管的金属壁温提高到与高温气体相同的温度，实现干烧，只要金属壁温高于硫酸氢铵气化温度就可以清除沉积在换热管表面的硫酸氢铵，关键是，管式换热器可以很容易地将进出换热器的烟风道和换热器本体进行分隔，形成若干独立的通道，通过对每一个独立通道进行轮流、依次干烧，既可以提高干烧换热器的金属壁温（大于207℃以上），使硫酸氢铵气化，又可以使排出的高温气体与没有干烧的低温气体混合，将混合温度降低到147℃以下，使硫酸氢铵以结晶形式进入后续系统，从而避免硫酸氢铵的再次凝结。2.3三维管空预器改造方案介绍2.3.1改造方案一：空预器性能恢复性改造将空气预热器性能指标恢复到原设计值状态，并解决原来空气预热器存在的磨损、低温腐蚀和硫酸氢铵堵塞问题，实现空气预热器长期经济安全运行。三级卧式改两级立式。在原空预器框架内，用强化换热元件三维肋管（详见附件一）制作管式预热器替换原光管预热器。原预热器三级卧式布置改为两级立式布置，每级间留800mm维护检查空间，二次风部分管箱布置于锅炉中间，一次风管箱布置于锅炉两侧，管箱分前后两组对称布置，如图2-1、2-2所示。将原一次风进、出风口改为从管箱中间进、出，二次风进出风口改为前后进、出，如图2-3、2-4所示。同时将一、二次风管箱分割为16个独立通道（其中一次风8个，二次风8个）并加装隔离挡板门，构成“干烧”系统，运行中逐一干烧消除硫酸氢铵造成的结垢、积灰、腐蚀。由于锅炉运行工况发生重大变化，按照原有边界条件设计已经不能满足运行要求，锅炉效率显著降低，新空气预热器必须按照实际预热器进口烟温340℃，一、二次风进口风温35℃设计，每台锅炉配置2台空气预热器，单台空气预热器设计参数如下：项目单位原参数新参数换热器净长m1818换热器净宽m3.003.00换热器净高（含管板）m3.313.31管子平均长度mm32743274管子外径mm5757管子壁厚mm2.22.2管子材质/Q235Q235管组纵向个数个22管组换热面积m21125711257换热器总重（仅含管板）t234234烟气流量Nm3/h377824377824空气流量Nm3/h326921326921进口烟温℃296.1340出口烟温℃135150进口风温℃3535平均出口风温℃230280平均空气速度m/s9.58610.004空气阻力Pa13701437平均烟气速度m/s9.1209.670烟气阻力Pa10261033热量kw2485729242最低金属壁温℃97109换热器管箱布置图图2-1三维管空预器改造布置平面图图2-2三维管空预器改造布置立面图图2-3一次风管箱进、出风口及干烧挡板布置示意图图2-4二次风管箱进、出风口及干烧挡板布置示意图防止低温腐蚀：在一、二次风冷空气进口区域的前15排换热管采用ND钢管防腐，并采用三维肋管变肋参数设计，仅在换热管管内（烟侧）加工肋片强化传热，前15排换热管的管外（空气侧）不加工肋片，调整管内外换热热阻，提高换热管管壁温度，确保最低管壁温度不低于70℃，此温度远大于美国GE公司推荐的冷端平均温度导则提出的68.3℃这一安全温度（详见附件二），降低低温腐蚀风险。防止磨损与积灰：烟气横掠换热管必然产生磨损和积灰，尤其是一旦出现硫酸氢铵堵塞，纵向管间的结垢基本无法清除，只有换热管立式布置，管侧烟气，自上而下，才能最大限度降低积灰与磨损的风险；采用φ57×2.2mm管径大于常规φ40×1.5mm换热管，堵塞风险降低。在上管板上方安装长度180mm的整流防磨管，防磨管周围浇筑耐火骨料，形成牢固的防磨层，如图2-5所示，提高管口抗磨损能力，确保烟气经过整流后，管板区域的换热管内烟气与粉尘的流向与重力方向一致，与换热管壁面平行，降低换热管磨损风险。换热管立式布置和三维肋管具有的自清灰能力（详见附件三），可确保换热管不积灰，预热器不设吹灰器。防磨层防磨层 图2-5：整流防磨管布置图防止硫酸氢铵堵塞和二次凝结：1）硫酸氢铵的形成及危害超净排放改造后，可能出现氨逃逸，由于锅炉烟气中还存在SO2等气体,催化剂V2O5中的活性组分钒在催化降解NOx的过程中,也会对SO2的氧化起到一定的催化作用，使烟气中部分SO2氧化生成SO3（V2O5+SO2——V2O4+SO3）,SO3与SCR脱硝过程(简称SCR过程)中未反应的氨(逃逸的氨或过剩的氨)反应生成硫酸氢氨（NH3+SO3+H2O=NH4HSO4）。硫酸氢铵在147℃～220℃范围内呈浓稠的液态，具有较强的吸附性，导致飞灰流动性变差进而在空预器中沉降，造成空预器局部结垢、积灰、堵塞。完全堵塞的预热器管没有烟气流通，冷空气从管外流过使管壁温度降低，管内发生垢下腐蚀；部分堵塞的预热器管由于管内侧壁面附着含尘的硫酸氢铵垢层导致换热减弱，管壁温度降低，发生垢下腐蚀。部分预热器管堵塞后，烟气侧通流面积减小，阻力上升，局部烟气流速加大，而磨损与速度的三次方成正比，流通截面减小将加剧对空预器管的磨损，磨穿后冷空气漏入，管壁温度降低，发生硫酸蒸汽结露，产生低温腐蚀。出现堵塞后烟气侧阻力增加，引风机电耗升高；腐蚀穿孔后空气漏入烟气中导致风机电耗增加。2）防止硫酸氢铵结垢、积灰措施设置空气预热器干烧系统，即利用隔板将每一天空气预热器的本体和整个进出口风道分隔成16个独立通道，并在最下面第1、第2级管箱的转折风道设置16个干烧挡板门，运行过程中，通过切断空气流通，烟气与空气没有热交换，即形成烟气对换热器的干烧，干烧时，由于空气热容小，没有相变，可以快速使换热管金属壁温达到进口烟气的温度，只要金属壁温高于硫酸氢铵气化温度，就可以清除换热器表面沉积的硫酸氢铵。干烧采取程序控制，建议每天对空气预热器管箱依次轮流干烧一次，每次只干烧一组，确保干烧时排出的高温烟气与未干烧的低温烟气充分混合，将混合后的烟气温度降到140℃以下，使硫酸氢铵以结晶形式进入除尘器，以此防止硫酸氢铵二次凝结。2.3.2改造效果及节能经济效益1）解决空气预热器磨损、积灰、低温腐蚀和硫酸氢铵堵塞问题；2）降低排烟温度，改善锅炉燃烧工况，提高锅炉效率；3）改造后空气预热器本体空气侧、烟气侧阻力低于改前的实际运行阻力，风机能够满足运行要求；4）节能收益将现在空预器运行性能指标恢复到原设计值状态。按照原设计，当进口烟气温度296.1℃时，热风温度230℃，按照实际进口烟气温度340℃测算，原来的管式空气预热器（新的）应该可以将热风温度加热到274℃，目前实际的热风温度只有207℃，比设计值274℃低67℃，热损失（少回收的热量）：Q=C×m×△t空气定压平均比热为：1026.16J/kg.℃空气质量：m=ρV=1.29×653842Nm3/h=843456kg/h△t=274℃-207℃=67℃Q=1026.16J/kg.℃×843456kg/h×67℃×10-6=57989MJ/h折标煤：57989MJ/h÷29.307MJ/kg=1979kg/h相当于发电标煤耗：1979kg/h×1000g/kg/（200000kW/h）=9.895g/kWh以年利用小时5000计，年节约标煤：1979kg/h×5000h=9895t/a以标煤单价800元/吨计，比改前年节约燃料费： 800元/吨×9895吨/年=791.6万元/年以上收益还没有包括：改后比改前空气预热器本体阻力降低、排烟温度降低使烟气系统阻力降低、除尘器效率提高、脱硫工艺水耗降低、净烟气温度降低、碳排放权益等的收益。此方案改造为恢复性改造，采用原来的空气空预器或者采用三维肋管空气预热器（3级变2级），可以降低发电煤耗9.895g/kWh，每年可以节约燃料费311.69万元/年，但采用三维肋管空气预热器可以解决原来空气预热器存在的磨损、低温腐蚀和硫酸氢铵堵塞问题，实现空气预热器长期经济安全运行。2.3.3改造方案二：深度节能改造将空气预热器排烟温度降低到120℃，预热器出口风温从改前的207℃提升至308℃，实现深度节能，并解决原来空气预热器存在的磨损、低温腐蚀和硫酸氢铵堵塞问题，实现空气预热器长期经济安全运行。三级卧式改三级立式。在空预器恢复性改造2级基础上增加1级，可以进一步降低排烟温度，实现深度节能。三维肋管预热器设计参数每台锅炉配两台预热器，单台预热器计算数据如下表：项目单位方案1方案2换热器净长m1818换热器净宽m3.003.00换热器净高（含管板）m3.313.31管子平均长度mm32743274管子外径mm5757管子壁厚mm2.22.2管子材质/Q235Q235管组纵向个数个（级）23管组换热面积m21125716885换热器总重（仅含管板）t234353烟气流量Nm3/h377824377824空气流量Nm3/h326921326921进口烟温℃340340出口烟温℃150128进口风温℃3535平均出口风温℃280308平均空气速度m/s10.010.3空气阻力Pa14372291平均烟气速度m/s9.69.4烟气阻力Pa10331546热量kw2924232674最低金属壁温℃10994图3-6三维管空预器改造布置平面图图3-7三维管空预器改造布置立面图图3-8一次风管箱进、出风口及干烧挡板布置示意图2.3.4改造效果及节能经济效益1)解决空气预热器磨损、积灰、低温腐蚀和硫酸氢铵堵塞问题；2)降低排烟温度，改善锅炉燃烧工况，提高锅炉效率；3)改造后空气预热器本体空气侧、烟气侧阻力低于改前的实际运行阻力，风机能够满足运行要求；4)节能收益改造后，预热器出口风温从改前的207℃提升至308℃，热风温度比改前升高101℃，多回收烟气余热：Q=C×m×△t空气定压平均比热为：1026.16J/kg.℃，空气质量：m=ρV=1.29×653842Nm3/h=843456kg/h△t=308℃-207℃=101℃Q=1026.16J/kg.℃×843456kg/h×101℃×10-6=87417MJ/h折标煤：87417MJ/h÷29.307MJ/kg=2982.75kg/h相当于发电标煤耗：2982.75kg/h×1000g/kg/（200000kW/h）=14.91g/kWh以年利用小时5000计，年节标煤：2982.75kg/h×5000h=14913.75t/a以标煤单价800元/吨计，年节约燃料费：800元/吨×14913吨/年=1193.04万元/年以上收益还没有包括：改后比改前空气预热器本体阻力降低、排烟温度降低使烟气系统阻力降低、除尘器效率提高、脱硫工艺水耗降低、净烟气温度降低、碳排放权益等的收益。4.空预器本体设备价格（万元）项目材质单位数量单价金额备注预热器管箱ND钢/Q235t468方案一预热器管箱ND钢/Q235t706方案二本报价为报价表内设备报价，不含运输、包装保险费用。报价以当前钢材市场价测算，若钢材价格涨幅超过5%，报价做相应调整。附件一：三维肋管技术改造业绩：空预器节能改造1.重庆九龙火力发电有限责任公司1×200MW机组空气预热器改造（2012年2月投运，节能、解决低温腐蚀）2.松藻电厂2×150MW机组管式空气预热器一体化改造（2014年10月投运，节能、解决低温腐蚀和消除白烟）3.大唐保定电厂2×200MW机组管式空气预热器（2015年9月投运，解决脱硝装置布置和硫酸氢铵堵塞问题）4.溢达自备电厂3×12MW机组空气预热器一体化改造（2017年3月投运，节能、解决低温腐蚀和消除白烟）5.贵州金源集团习水发电厂4×135MW机组1号炉管式空预器低温段管箱改造（2017年5月，节能、解决硫酸氢铵堵塞），第二台低温段管箱改造2018年8月完成。6.粤泷发电有限责任公司2×135MW等级1、2号机组空气预热器中低温段改造（2017年10月投运，节能、解决低温腐蚀和硫酸氢铵堵塞）7.国家电投合川双槐电厂2×300MW机组锅炉空气预热器一体化改造（国家电投重大科技项目，拆除回转式空气预热器改为三维管空气预热器，2018年6月投运，节能、解决低温腐蚀、硫酸氢铵堵塞和消除白烟）8.大连北海热电4×220t/h锅炉空气预热器低温段改造（解决低温腐蚀、结垢问题，降低排烟温度，2018年12月投运）9.山东京博控股股份有限公司恒丰分公司240t煤粉炉空预器中温段更换（降低排烟温度，2018年11月投运）10.河北诚信集团九天医药公司#1炉空预器改造。（解决空预器堵塞、腐蚀等问题，减小布置空间，2019年11月投运）11.山西西山热电有限责任公司240t锅炉空预器改造。（节能、解决空预器堵塞、腐蚀等问题，2019年9月投运）12.新疆华泰重工责任有限公司热电厂410t锅炉#1双效节能空预器改造。(节能，消除白烟等，2019年9月投运）13.河北诚信集团九天医药公司#6炉2空预器改造。（解决空预器堵塞、腐蚀等问题，减小布置空间，2019年11月投运）14.新疆华泰重工责任有限公司热电厂410t锅炉#2双效节能空预器改造。(节能，消除白烟等，2020年6月投运）15.福建瓮福紫金化工股份有限公司150t锅炉空预器改造。（节能，解决空预器堵塞、磨损，2021年1月投运）16.山东垦利75t/h循环流化床锅炉预热器改造17.川维空预器更换（东锅）GGH改造1.重庆九龙火力发电有限责任公司1×200MW机组三维管GGH改造（烟气脱白，2008年5月投运）2.国家电投平顶山热电有限公司2×210MW机组#6炉三维管GGH改造（烟气脱白，2016年10月投运）3.粤电集团韶关电厂2×600MW机组管式GGH改造（烟气脱白，2017年3月、10月投运）4.东莞市道滘兴隆造纸厂有限公司自备电厂GGH贵州（烟气脱白，2018年2月23日投运）5.东莞顺裕纸业有限公司3#、4#锅炉GGH改造（烟气脱白，2018年2月27日投运）6.大唐贵州发耳发电有限公司2、3号机组(600MW)回转式GGH改为三维管GGH（烟气脱白，2018年4月10日投运、2018年11月投运）7.国家电投合川双槐电厂1号300MW机组三维管GGH改造（2018年12月投运）8.大唐贵州发耳发电有限公司1号机组(600MW)回转式GGH改为三维管GGH（烟气脱白，2019年11月投运）9.东莞金洲纸业有限公司热电厂烟气消白系统MGGH2018年10月10.成都锐思环保技术股份有限公司脱销GGH2020年5月专项改造1.国电海南乐东电厂2×350MW机组烟气脱白（2018年12月第一台投运，第二台2019年1月投运）2.鄂尔多斯市西北能源化工有限责任公司2×130t/h锅炉SGH改造（烟气脱白，2019年6月投运）3.山西西山热电有限责任公司#2炉低温省煤器改造。（2019年11月投运）4.重庆旗能电铝有限公司2X300MW机组煤电节能改造。（2021年4月投运）5.广西钢铁集团有限公司防城港钢铁基地项目脱硫脱硝改造。（烧结机，2021年4月投运）附件二：防止低温腐蚀说明图附2-1为API（美国石油协会）及GE公司推荐的冷端平均温度导则，折线以上为运行温度范围，该导则专门针对Corten钢及类似的钢种如ND钢或搪瓷。从图中可以看出当含硫量小于1.5%时，冷端平均壁温大于68.3℃左右，冷端运行是安全的；当含硫等于2时，冷端平均壁温大于73℃运行是安全的；含硫等于2.5时，冷端平均壁温大于77℃左右是安全的。本项目最低壁温为88℃，远高于安全线。图附2-1燃煤机组冷端平均壁温导则据前苏联1973年版锅炉机组热力计算标准，受热面金属壁温大于水蒸气露点温度25℃，小于105℃，受热面金属低温腐蚀速率小于0.2mm/年，这个腐蚀速度是可以接受的。本工程的最高水露点温度为47.9℃左右，因此认为换热面壁温大于72.9℃是安全的。3）中科院金属研究所联合上海成套设计院及外高桥第三发电厂进行了旨在确定设备使用寿命和合理选择传热管金属材料的锅炉烟气低温腐蚀模拟实验研究，在设备预期10年的寿命周期内，传热管金属壁温控制在>65±1℃，烟气余热回收装置的运行是安全可靠的。综上，根据国内外的研究及实践，本案最低壁温控制在88℃是安全的。附件三：三维肋片换热管选型说明1.三维肋片管介绍三维内、外肋片是在金属管内、外壁采用刻切加工的方法而形成的（见图附2-1），其肋面是一个曲面与平直面的结合体，称之为“三维”肋化技术，这既是一种新型加工技术，又是强化换热的技术，尤其是实现了管内换热强化。三维肋片管是由肋片组成的非连续的新一代强化传热管，实现了二元流动向三元流动的转变；换热能力、抗积灰能力更强；一体化加工形成，没有接触热阻；能调整管壁温度，有利于降低低温腐蚀风险；能使换热管管间距适当加大，利于清灰和检修换管；管内、外同时换热强化，使换热器更加高效和紧凑，是一种换热性能优异的高效传热元件。图附2-1三维内外肋片管螺旋翅片管、H型翅片管肋化系数高，在省煤器的上已得到应用，H型翅片、螺旋翅片为二维连续肋片，流体流经肋片表面形成连续流动边界层，其流动传热局限于二维流动条件下的对流换热。实验研究表明，非连续的三维肋片使流动边界层得不到连续的充分发展（三维肋片截断了流动边界层），导致气流产生翻越流、横向二次流、回流、以及涡漩流，其强化传热机理非常复杂，但强化传热效果更佳。三维内肋管加工工艺技术曾获得1990年布鲁塞尔国际发明金奖、国家发明奖，三维管GGH等曾获能源局科技进步奖等荣誉。2.三维内、外肋管强化换热机理三维肋管换热器，其优良的传热性能得力于三维内、外肋管的换热特性，三维管肋化技术主要从七个方面强化了换热，分别为：1）扩展表面：可在圆管内、外侧采用三维肋化技术，扩大换热面积，实现强化传热，得到较高的传热系数。2）加强流体扰动：每个肋片就是一个独立的扰动元，在肋片扰动作用下，流体成三元流动。流体沿流动方向在波谷处（近壁面）速度降低、静压增大，波峰处速度增加、静压减小，使流速和压力周期性地变化。沿流动方向肋片区域的流体被一个个肋片截流，形成非连续的边界层流动，极大地减薄了边界层的平均厚度，流动状态达到充分湍流，使得三维肋片管换热系数明显提高，并减少积灰。3）肋间流体加速：沿周向方向布置的不连续肋片，缩小了流体的有效流通面积，提高了整体横截面内的流通速度，也同时提升了相邻肋片间的流体流速。流体流速的增加，可使边界层减薄，减小热阻并减少积灰。4）流体受到扩缩的振动：当流体沿轴向方向通过管道，分布在圆周方向上的肋片减小了流通面积，形成收缩段。而当流体流经无肋片段的管道时，流通面积回复正常，形成扩张段。这种交替的“扩张-收缩”，使流体产生脉动及振动，增加了流体的湍动度，强化了对流换热，并减少积灰。5）重复冲刷：非连续肋的设计，产生流体的脉动流动，使得流体在翻越肋片后，对肋片后的正常段（无肋的直管段）的壁面，形成反复冲刷，不仅仅破坏了层流底层，降低了热阻，同时，当流体在翻越肋片后，与远离壁面的流体混合，这使得流体近壁面温度梯度增加，增强了换热能力，并减少积灰。6）增加管壁粗糙度：在三维肋片管生产过程中，一方面，刀具刮起金属管壁表面，形成肋片和凹坑，使未加工表面高于加工表面，形成粗糙凸起物，另一方面，经刀具加工后的表面的粗糙度要高于初始表面的表面粗糙度，形成一个个微小的粗糙凸起物。两种粗糙凸起物，可增强流动的湍流度，同时能抑制流体边界层的充分发展，可大大强化流体与壁面的换热强度，并减少积灰。加工后的表面与初始表面之间粗糙度差别大，7）减小当量直径：沿圆周方向的多个肋片，减小了工质流通面积，同时增加了湿周，可同时减小当量直径。而湍流对流换热系数与当量直径的0.2次方成反比，即，当量直径de越小，则越大。换热管外表面的三维肋片，除了具备前面描述的影响机理外，还解决了流体绕流光管时，层流到湍流转变、湍流边界层与壁面脱离两个区域换热能力弱的问题。管外肋片破坏了流体绕流圆管时的流动边界层、分离区回流边界层，肋片将边界层截流成为了短节流，流体绕流外肋管时在壁面消除或减弱流动分离，降低了绕流脱体阻力。3.三维肋管防积灰、磨损、腐蚀机理3.1管内流场分布有利于减少积灰和磨损在三维肋片管流场中，肋片对气固两相流场和管内颗粒流动都产生重要影响。烟气在流经肋片时，会出现垂直翻越肋片和水平绕过肋片两种情况。图附2-2为肋片区域的速度矢量图，用速度矢量分布说明了烟气垂直翻越的过程。由肋片附近的速度矢量分布可以看出，当烟气流经肋片顶部时，呈现翻越式的流动。这一方面促进了壁面区域低温烟气与流动中心区域的高温烟气之间的混合，同时也影响了粉尘颗粒在管内的运动轨迹。烟气在翻越肋片的同时，部分粉尘颗粒受到肋片及周围烟气流动的影响，会产生变向，远离肋片区域，进入管内中心区域。这降低了壁面附近区域的煤粉颗粒浓度，一定程度上缓解积灰、磨损。图附2-2肋片区域速度矢量分布图图附3-3肋片周围速度矢量场分布三维肋片管技术与传