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5.3防露点腐蚀的翅片管省煤器

日期：2022-01-11 01:36:59点击：593

5.3防露点腐蚀的翅片管省煤器
5.3.1运行条件和设计方案
为了回收燃煤锅炉的低温排烟余热用来加热给水，省煤器遇到的最大风险是烟气的硫酸露点腐蚀。关于硫酸露点腐蚀的产生和机理已有相关文献作了详细的介绍'曰，其机理是:烟气中的硫分，燃烧后生成S02, 一部分又转化为SO₃,SO₃与烟气中的水蒸气结合, 生成硫酸蒸汽H₂SO_4o硫酸蒸汽的露点受很多因素影响,一般在90 -120℃之间，如果受热表面温度低于硫酸蒸汽的露点温度，硫酸蒸汽会在换热表面上凝结成硫酸，从而对受热面造成腐蚀。
为了避免露点腐蚀，应保证省煤器受热面的温度高于露点温度。为此,燃煤锅炉低温省煤器的排烟温度往往控制在160 ~ 150 Y ；为了回收更多的余热，需采用进入腐蚀区的余热回收省煤器,其运行参数为:进入省煤器的排烟温度为150 ~ 180 % ；省煤器岀口处的排烟温度为110 ~ 130 Y；假定酸露点温度为90 ~ 1()0 Y；外供水入口温度为20~50无。
由于省煤器的管壁温度在水温和烟气温度之间，因而在上述条件下，省煤器大部分排管的壁面温度会低于露点温度,极易受到露点腐蚀。为了回收这部分低温余热，必须采用防露点腐蚀的技术方案。
目前应对露点腐蚀的技术方案主要有三种：
方案1：利用单相流体水作为中间介质，在省煤器的翅片管束中进行闭式循环(简称循环水)，该循环水具有较高的进出口温度，因而可以避免露点腐蚀。循环水吸收了烟气的热量后，在另外的水/水管壳式换热器中与低温的外供水进行热交换，将热量传给外供水。该系统的结构特点如图5. 3. 1所示，图中指出的相关温度为：烟气从150℃降至 120℃，循环水从入口 90℃被加热至120 由于入口温度较高，因而可保证省煤器的壁温高于露点温度。外供水从20 Y加热到80℃，低温的外供水不与省煤器的翅片管直接接触。该系统可通过循环水和外供水的流量调节来保证循环水的较高温度。

图5.3. 1采用循环水中间介质的省煤器

该系统的热平衡特点是：
烟气传出的热量=循环水吸收的热量=外供水吸收的热量
该系统与传统的省煤器比较，增加了一台附加设备:水-水换热器，因而一次投资和运行成本会有所提高。
该系统的设计和运行要点为：
① 根据烟气与循环水之间的热平衡条件设计翅片管省煤器，按循环水和外供水之间的热平衡条件设计管壳式水-水换热器。
② 在运行的初期，循环水需要一个逐渐升温的过程，可以将外供水的流量调至最低，当循环水逐渐升至设计温度时,再增大外供水流量。
③ 在正常运行阶段，依靠调节循环水和外供水的流量来控制循环水的进出口温度，主要以外供水的流量调节为主。当循环水进入省煤器的温度偏高时，可增大外供水流量，反之，当循环水进入省煤器的温度偏低时,可减小外供水流量。应实现系统的自控调节。
方案2 ：该技术方案是相变换热器方案，采用相变中间介质来隔断低温外供水与烟气的直接换热，如图5. 3. 2所示。相变换热器由两部分组成:下部是相变介质蒸发器，是一个由翅片管组成的换热器，相变介质在内部沸腾，吸收烟气热量，产生的蒸气流入上部的相变介质凝结器，内部有外供水排管，蒸汽在管外凝结,将热量传给外供水。

图5.3.2釆用相变中间介质的省煤器

相变介质运行温度的控制是该方案的技术关键，可以通过自动调节外供水的流量来实现,当外供水流量增加时,换热量增加，介质温度下降，当外供水流量减少时，随着换热量的减少，介质温度升高。一般采用水作为相变介质，将相变介质的运行温度控制在 110 Y左右,使其在微正压下运行，并接近或高于露点温度,从而避开露点腐蚀。实际上, 这种形式的省煤器属于分离式热管换热器的范畴，其内部的排气和充液等工艺需要按热管的相关制造工艺来进行。该系统也是对外供水的间接加热,与方案1 一样，需要增加额外的设备一一相变介质凝结器，从而使一次性投资有所增加。此外,对系统的运行管理也需要特别注意，需采用可靠的技术方案实现对相变介质运行温度的自动控制。
方案3：除了上述两种采用中间介质的方案之外，对于中小型的供热锅炉，当回水温

度大于50 T时，可以通过特殊设计方案，实现外供水的直接加热，同时防止露点腐蚀，该方案的要点是：
①改变管外烟气侧换热系数奶与管内水侧换热系数届的比值，从而尽可能提高管壁温度T”设烟气温度为水的温度为4,在假定管壁的内外面积相等且温度相同时，由热平衡：令 n = h/h₀

(5. 3. 1)式（5.3. 1）表明，为了提高管壁温度「，几值应尽量缩小，例如，在, = 110℃，气=80 Y条件下的计算结果如下：

在上述两种情况下，壁温的计算结果如下：
对图5. 3. 4所示的情况，在顺流段入口处,烟温为150 °C，水温为70℃，当"=底/如= 2时，兀=£警 =96.6℃，可满足防腐要求；
对图5.3.3所示的入口水温为50 Y的情况，当"=2时，几= 83.3℃，小于90无；当 "=1.5时,7>90幻，基本满足防腐要求。
计算表明,在较高的入口水温下,只要同时实行上述两项措施:降低〃值，并釆用顺流结构，就可以使壁温高于露点温度,从而避免了露点腐蚀。该方法结构简单，操作方便，不需要增加额外设备，节省了一次投资，但在设计和加工上需给予特别的注意。

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