浅谈定温热管在锅炉上的应用

以万华化学（烟台）氯碱热电有限公司410t/h锅炉尾部烟气余热利用项目为例。

摘要：本文以万华化学（烟台）氯碱热电有限公司热电一期410t/h锅炉尾部烟气余热利用项目为例介绍了定温热管在锅炉上的应用。以定温热管为传热元件，对锅炉尾部受热面进行改造以实现对烟气余热的选择性回收利用，同时解决了换热器尾部受热面的积灰和低温腐蚀的问题，解决了排烟温度高对氨法脱硫结晶的影响。

一、背景

(一)热电锅炉排烟温度波动大

随着国家对环境治理和节能减排的要求，对热电锅炉节能降耗的压力均较大，锅炉的排烟损失是占机组热损失的最大项。

热电锅炉的负荷随着生产的波动而产生变化，因此热电锅炉存在负荷波动范围较大、调节频率较高，导致锅炉烟气温度以及烟气流量波动较大的问题。同时因锅炉的负荷波动，以及季节温差的变化，导致当锅炉的排烟温度波动较大。

因烟气温度的变化，导致尾部的除尘器及脱硫工艺的生产不稳定。烟气温度过高可能会烧毁除尘器的布袋，烟气温度过低则会导致布袋进入露点产生粘带和腐蚀，影响布袋的使用寿命；烟气温度波动范围较大，对氨法脱硫的结晶影响很大，过高的烟气温度会导致塔内结晶困难，出料困难或无法出料。

（二）酸露点腐蚀

燃煤中含有一定的硫元素和氮元素，该两种元素燃烧之后会生成酸酐，当酸酐和烟气中的水蒸汽接触会发生化学平衡反应，生成酸性蒸汽。当换热器的壁面温度低于一定的温度（酸露点温度）时，酸性蒸汽会在换热器表面凝结，形成酸性液膜，对低温换热器产生酸腐蚀和电化学腐蚀，造成尾部换热器的腐蚀和失效；

(三)余热回收的要求

因烟气温度波动以及低温腐蚀问题的存在，针对热电锅炉的尾部烟气余热，只能对高于烟气的酸露点温度的热量进行选择性的吸收，保证进入除尘器的烟气温度不低于酸露点温度，同时保证在回收余热的过程中设备不发生低温腐蚀和积灰的问题。

综上所述，解决烟气降温过程中对换热设备的腐蚀问题，是余热回收系统能否安全稳定运行的关键。

二、定温热管技术原理简介

热管技术：将一根封闭管填充入工作介质后再进行密封，热管的一端为蒸发端，热管的另一端为冷凝端，当热管的蒸发端受热时液体工作介质蒸发汽化（吸热过程），将热量传递到冷凝端，在冷端遇冷后释放出热量后冷凝结成液体（放热过程），液体再流回蒸发端，如此反复循环传递热量。

图1：热管技术

定温热管是采用可变热导热管的原理，通过精确控制热管的起始工作温度，从而精确控制热管壁面温度的热管。

通过控制热管内介质的相变温度，实现在不同的热介质温度下，热管具有不同的换热性能，实现在某一设定温度下，热管不进行换热；设定温度之上，热管才开始换热的具有特殊传热性能的热管。

定温热管应用在锅炉受热面时，可实现将热管的壁面温度在换热过程中控制在高于烟气露点温度的目的，防止稀硫酸溶液在换热器表面凝结，对换热面产生电化学腐蚀。同时将高于启动温度之上的烟气热量进行全部回收，可以最大限度地回收烟气余热，实现对可回收热量的全部利用。同时因定温热管的类似于热二级管的换热特性，布置一定的定温启动热管，可以保证在锅炉负荷波动时，可以稳定经过定温热管换热器锅炉的烟气温度。

低温换热技术和常规换热器的换热特性如下图：

图1：常规换热器换热性能曲线 图2：定温热管换热性能曲线

纵坐标为换热器壁面温度，横坐标的烟气流程；

见图1：常规换热器换热之后的烟气温度随着进口烟气温度的变化而变化。当进口烟气温度过高，经过换热器之后的温度也较高；当进口烟气温度降低，经过换热器之后的烟气温度也相应的降低，换热器壁面温度进入酸露点或水露点温度之下，低温腐蚀积灰区，换热器就会发生严重的腐蚀和积灰的问题。

见图2：低温换热器根据其对热量的选择性吸收，当烟气温度出现波动时，换热面随着烟气温度发生变化。当烟气温度低于设置的换热器壁面温度时，换热器不进行换热。确保换热器的排烟温度始终在设定的壁面温度之上，保证经过换热器之后的烟气温度在一定的范围内波动，保证后续工艺的设备对烟气温度范围的要求，防止低温腐蚀和积灰问题的发生。

定温热管适用于存在低温腐蚀和积灰，锅炉负荷波动范围较大、频率较高的换热条件。定温热管可以解决低温烟气的露点腐蚀和积灰问题，可以有效的延长设备的使用寿命；定温热管恒定排烟温度的特点，可以保证换热器之后设备运行的安全性；定温热管可以最大限度的降低锅炉的排烟温度，回收烟气中的热量，达到节能减排的目的。

三、定温热管在410t锅炉上的应用

万华化学（烟台）氯碱热电有限公司热电一期有3台410t/h和1台220t/h无锡华光锅炉厂生产的高温高压煤粉锅炉。410t/h锅炉运行负荷在300-410t/h范围内波动，额定负荷或环境温度高时锅炉的排烟温度在155℃，低负荷或环境温度低时锅炉的排烟温度在135℃，设计温度按145℃考虑。

项目系统图如下：

在锅炉的空预器之后，除尘器之前的水平烟道内增加一级节能器。通过节能器对换热回水进行预热，通过水路系统返回除氧器，达到减少除氧器除氧蒸汽的耗量。新增恒壁温节能器水系统管道由补水母管旁通引出，恒壁温节能器可将100t/h的补水由45℃加热升至95℃，加热后的补水重新汇入补水母管，再进入除氧器。将锅炉排烟温度从145℃降低到105℃。

四、运行效果

节能器投运后设备运行参数如下表：

节能器各单元组件换热正常，水侧未出现泄漏及水阻力异常的状况，烟气阻力在设计范围之内；

经过对试运行期间的数据整理及计算，168h运行期间经过节能器的平均水流量为54.3t/h，冷脱盐水进口平均温度43.4℃，冷脱盐水出口平均温度111.8℃，节能器平均换热功率为4438kW，节约除氧蒸汽消耗5.7t/h，单位小时节约标煤547kg/h。

按单位小时节能量4438kW计算，单位小时节约除氧蒸汽5.7t/h，按节能器的设备保温系数96%计算，单位小时节约脱硫用水量5.94t/h。

节能器运行引风机阻力增加335Pa，运行阻力增加导致引风机阻力增加11%（按除尘器后系统全压3100Pa计算），经过节能器之后引风机前烟气温度降低35℃，引风体积流量降低8.3%，风机轴功率降低15.8%，综合节电效率为4.8%，每小时约节电53.8kWh。

在设备运行1年的过程中，节能器换热效率未见明显下降，设备运行阻力恒定；设备运行满1年停炉检查，发现烟气走廊处部分换热管存在一定的磨损，在烟气出口的涡流区存在浮灰，灰呈干灰状，采用干空气可吹走浮灰；同时卸灰阀处积灰为干灰状，烟气运行过程中未进入露点；换热器未出现酸腐蚀的现象，未出现板结性积灰。

五、结语

综上所述，针对热电锅炉的运行特点，定温热管可以实现对烟气余热的选择性的回收和利用，同时解决了换热器尾部受热面的积灰和低温腐蚀的问题；恒定经过节能器之后进入除尘器的烟气温度，保护除尘器及引风机不发生低温腐蚀的问题，解决了排烟温度高对氨法脱硫结晶的影响，为后端的生产工艺提供了稳定的烟气条件。

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