基于三维内外肋片管技术的电厂深度节能环保系统(2015-4-24正式稿于青岛)

从三维内外肋片管空气预热器在火电厂的应用谈节能减排----锅炉尾部烟道系统综合解决方案

重庆九龙火力发电有限责任公司2015.4.23本系统解决方案可解决的问题：排烟损失大；回转式空气预热器腐蚀、结垢和堵灰，以及运行维护成本高，寿命短；静电除尘器除尘效率低，粉尘排放不达标；烟囱腐蚀和“石膏雨”；一三维内外肋片管换热器应用情况重庆九龙火力发电有限责任公司200MW机组湿法脱硫三维内肋片管烟气-烟气换热器从2008年5月16日投运至2014年10月31日发电厂环保关停，已累计运行近6年半，设备至今仍完好。2011年4月24日脱硫GGH成果鉴定会烟气换热器型式管式换热器额定蒸汽压力Mpa0.27最高蒸汽压力Mpa0.8额定蒸汽温度℃270最高蒸汽温度℃350入口烟气温度℃50.6出口烟气温度℃82凝结水温度℃95蒸汽消耗量t/h15.2原蒸汽-烟气换热器（简称SGH）重庆九龙火力发电有限责任公司三维内外肋片管低温空气预热器重庆安稳电厂2×150MW三维内外肋片管空气预热器锅炉脱硝装置原空气预热器静电除尘器脱硫塔烟囱烟气热风冷风烟气二现状及存在的问题引风机回转式空气预热器结构性原因存在漏风、腐蚀、结垢和堵灰、寿命短、故障率高等问题，脱硝使问题更加严重；常规管式空气预热器也存在腐蚀、结垢和堵灰等问题；锅炉设计排烟温度普遍高于130℃，锅炉排烟热损是目前锅炉最大的损失；三电场或四电场静电除尘器无法满足国家新排放标准，出口粉尘浓度普遍高于30mg/Nm3，电袋除尘器的使用限制了排烟温度的进一步降低，不利于余热回收；取消脱硫GGH，导致脱硫塔进口烟气温度偏高，使工艺水消耗加大，脱硫装置的除尘效率和脱硫效率均降低，烟气携带粉尘量增加（仅此就可能造成粉尘排放超标！），必然产生烟囱等的腐蚀和“石膏雨”。最近大量使用的低温省煤器，寿命短，挤占了锅炉的节能空间，节能效果差；普遍采用酸露点计算公式计算酸露点，以此确定排烟温度，导致排烟损失严重偏大。事实上酸露点并不会发生腐蚀，根据我们的经验和测试情况，发生腐蚀的温度比计算酸露点至少低50℃以上；送风机烟气净烟气大气层三三维内外肋片片管强化传热机理其肋面是一个曲面与平直面的结合体，因此称之为“三维”肋化技术；加工工艺在1990年获布鲁塞尔国际发明金奖；被国际知名强化传热专家称为：第四代强化传热技术；三三维内外肋片片管强化传热机理扩展表面：通过在内外两侧加装肋结构，提高单位体积内的有效换热面积，提升换热设备的换热效率；加强扰动：每个肋片就是一个独立的扰动元，会产生强烈扰动。流动状态达到充分湍流，极大地减薄了边界层的厚度；肋间加速：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。流速增加，可实现减薄边界层厚度，减小热阻；扩缩管的振动原理：交替的“扩张-收缩”，使流体产生脉动及振动，增加了流体的紊动度，强化了对流换热重复冲刷：非连续肋流体的脉动流动形成反复冲刷。破坏层流层，降低了热阻，近壁面温度梯度增加。增加管壁粗糙度：加工后的表面与初始表面之间；加工表面自身的粗糙度；肋片

强化传热技术在三维肋片管上的体现（第三代强化传热技术）圆周方向：肋间冲刷侧面冲刷避免肋间积灰轴向：肋上翻越重复冲刷冷热气流混合

增加温度梯度

粉尘颗粒三维内肋管气固两相流动模拟采用三维内肋管时，管内中心区和肋片区域的颗粒浓度明显增加。表明随着烟气的流动，肋片区（近壁面区）内的粉尘颗粒在翻越肋片的过程中，部分颗粒远离壁面，进入近肋片区或管内中心区或，降低了壁面区域的粉尘浓度，可在一定程度上缓解积灰。三维内外肋片管防腐蚀机理三维内外肋片管的肋片是在光管基础上加工而成，通过调整肋片的数量、高度、布置方式等可控制换热量即，在烟气侧加工三维肋片，进行换热强化，而空气侧不加工肋片，换热不强化，甚至换热弱化，以此提高烟气侧金属壁温，以避开腐蚀温度，实现防腐，而光管空气预热器和回转式空气预热器难以人为调整金属壁温来实现防腐（此时，最低金属壁温为出口烟气温度和进口空气温度的算术平均值温度）。三维内外肋片管阻力问题换热能力提高都会增加阻力，但，通过设计优化，可以保证不更换电动机，原则上也不换风机。烟气侧阻力：烟气侧阻力会因换热面积增加而增加，但换热器后烟道系统的阻力（包括静电除尘器和脱硫塔等）会因烟气温度的降低而降低，加上节能使总煤耗减少，因此总烟气量会减少，烟气阻力也相应降低，几项叠加，最终可实现改前改后烟气阻力略有增加，基本不更换风机；空气侧阻力：空气侧阻力会因换热面积增加而增加，但，通过加大管径，增加空气侧流通面积，可适当减少阻力，以此使空气侧阻力不显著增加（一般送风机扬程裕度较大！），基本可以不更换风机，更换电动机的可能性非常少！锅炉脱硝装置原空气预热器静电除尘器脱硫塔烟囱温风热风90～70℃增设低温空气预热器抽出10～15%的热风与除雾器后净烟气混合四锅炉尾部烟道系统综合解决方案

烟气冷风烟气送风机剩余热风加热凝结水等引风机净冷烟气净热烟气混合大气层烟气增设三维内外肋片管低温空气预热器，将排烟温度降低到90～70℃，使排烟热损失降到了最低，这最大限度回收了锅炉排烟余热，一般可节约供电煤耗5g/kWh以上，实际排烟温度偏离设计值越高，节煤效果越好；能够额外生产占总风量20%以上的300℃左右的热风（不影响锅炉效率！）用于加热净烟气或凝结水等；热风温度的提高，可改善锅炉燃烧，降低飞灰可燃物含量；加热后的温风进入回转式空气预热器，可使回转式空气预热器的金属壁温显著升高，以确保回转式空气预热器不发生腐蚀和结垢；漏风的减少等均能提高锅炉效率，大大延长预热器使用寿命，免日常维护，投资省、运行成本低。实现了低低温电除尘器，烟气流速降低和灰的比电阻降低2个数量级，使三电场静电除尘器可达到五电场静电除尘器的除尘效率，实现粉尘达标排放。在不影响锅炉效率的情况下，可从高温热风中抽出占总量10～15％的热风到脱硫除雾器出口与净烟气混合加热到60～75℃，实现混合式GGH的功能，使水蒸气过热，以彻底解决烟囱腐蚀和“石膏雨”问题，烟囱不需特别防腐，