脱硫岛GGH采用分离式椭圆热管技术研究

鞠胤红， 王梦纯， 张金丽, 侯文广

(1．国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030；2．威海供电公司，山东威海 264200)

●能源及动力工程●

脱硫岛GGH采用分离式椭圆热管技术研究

鞠胤红1， 王梦纯1， 张金丽1, 侯文广2

(1．国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030；2．威海供电公司，山东威海 264200)

针对大多发电机组脱硫岛由于拆除或者不设计回转式GGH，导致补水量大、石膏雨及烟道腐蚀等问题。提出采用分离式椭圆热管换热技术应用于脱硫岛GGH系统，并从原理上进行可行性研究及提出相关的解决方案。该技术研究对降低脱硫岛入口烟温，缓解净烟气带水或石膏雨及烟道腐蚀具有重要意义。

脱硫岛GGH；分离式椭圆热管；锅炉技术

1 研究背景

目前国内大多发电机组脱硫岛由于传统的回转式GGH经常发生石膏堵塞，所以拆除或不设计GGH，锅炉排烟温度一般为130～160 ℃，而脱硫岛最佳脱硫温度为95 ℃左右，导致脱硫系统补水量(40～60 t)较大，出口净烟气温度低于水露点温度(净烟温度一般在55 ℃；露点温度在58～60 ℃)，造成补水量中的90%被携带，形成石膏雨以及造成烟道腐蚀[1]。

为解决脱硫岛入口烟温高导致补水量大以及解决石膏雨与烟道腐蚀问题，必须降低排烟温度以满足脱硫入口烟温90～100 ℃的最佳要求，同时提高脱硫出口烟温高于60 ℃。所以，提出了分离式椭圆热管换热器技术，安装在除尘器出口或引风机出口烟道与脱硫岛出口处，替代原常规的GGH。

2 技术原理

2.1 分离式椭圆热管

热管是一种高效传热元件，具有“热的超导体”之称。电站用的钢-水重力热管是将翅片钢管抽成10-4Pa 真空，充入一定量的水，密封后即成。由于热管是以潜热相变方式传热，因此具有很高的导热性及均温性，由它组成的热管换热器具有传热性能好、抗烟气酸腐蚀强、漏风极小、防积灰堵灰能力强、磨损轻、寿命长、维护量小、运行可靠性高等特点。而分离式热管是对典型热管的一种改进，它不仅具有上述普通整体热管的一切优点，而且有其独特的优越性，比如，其加热段与冷却段可以分开且可分片分组自由布置，可以实现远距离热交换，管外冷热端流体无串流等，更加适合于旧设备的改造；可根据现场条件制成适宜形状，最大限度减少改造工作量；制造时无须抽真空，实际应用中不凝结气体可以通过阀门排放，成本低廉，运行可靠；热管排布置方式容易改变，可最大限度提高管壁温度，解决冷端腐蚀问题。

椭圆型钢-水热管是近年开发的一种新型热管，它是利用椭圆型翅片管制作而成，椭圆型翅片管与普通圆型翅片管同等条件下相比，其管外迎气流烟气冲刷面积增大，背气流形成的涡流区小，管内因呈椭圆型导致壁面换热是紊流换热，所以其传热性能可提高20%，阻力可降低40%。因此，对于大型机组的余热利用采用分离式椭圆热管换热器又可以最大程度地减小体积、减轻重力、降低阻力，增加现场布置的灵活性，对风机的压头裕度要求相对降低。

2.2 分离式椭圆热管换热器

将分离式椭圆热管应用于脱硫岛GGH系统是完善该技术比较好的设想，即采用分离式椭圆热管换热器的吸热段吸收排烟余热，管内介质水吸热发生相变，通过导汽管(上升管)引到放热段，管内蒸汽释放汽化潜热加热脱硫岛出口净烟气凝结后，通过导液管(下降管)回到吸热段，循环往复实现热量的源源不段的传递。由于热管壁温的均温性与可调性，因而通过适当的设计保证金属壁温高于酸露点温度，不会产生管壁酸腐蚀及堵灰，可以进一步降低排烟温度。另外，由于椭圆热管传热性能好，可加大管排间距，降低烟速，使得流阻更小(400 Pa左右)，因而对引风机的余量要求较低，改造容易，不会影响锅炉带负荷；同时磨损较轻，寿命长，即便出现局部磨漏现象，由于每个热管组都是各自独立的，失效的仅是一部分受热面，同时又不会发生串流问题，所以不会影响锅炉正常运行。目前，国内外尚无分离式椭圆热管应用于脱硫岛GGH方面的技术，预计该技术研究完成后，市场应用前景广阔。

3 方案研究

3.1 设计条件

以某350 MW发电机组为例进行分析。

3.1.1 设计燃料特性

应用基碳Cy=36.25%，应用基氢Hy=2.64%，应用基氧Oy=10.11%，应用基氮Ny=0.63%，

应用基硫Sy=0.35%，应用基灰Ay=17.89%，应用基水Wy=32.1，可燃基挥发分Vr=49.37%，

3.1.2 计算燃料消耗量：215 t/h。

3.1.3 空气预热器出口处过量空气系数：a=1.5。

3.1.4原烟气吸热段：进口烟温135 ℃；出口烟温：见锅炉厂提供的原热力计算说明书。

3.1.5净烟气放热段：进口烟温55 ℃；出口烟温65 ℃、70 ℃、75 ℃、80 ℃。

3.1.6 烟气阻力降≤500 Pa 。

3.2 基本参数

3.2.2 热管换热器漏风系数Δα=0.01。

3.2.3 酸露点温度校核[2]

3.2.4 烟气及空气焓(见表1)

表1 烟气及空气焓Table 1 Flue gas and air enthalpy

3.3 计算结果

热力计算结果见表2。

技术方案确定应综合考虑脱硫岛入口烟温降低及出口净烟气温度提高幅度、现场布置条件、金属受热面腐蚀以及投资大小等为原则[3]。

通过表2热力计算结果分析，方案中工况Ⅰ，虽然受热面积较低，现场布置方便，投资最小，但脱硫入口烟温仍偏高及净烟气温度提高幅度小，所以建议不采用；工况Ⅲ、Ⅳ虽然脱硫入口烟温很适合净烟气温度大幅度提高，但因受热面积偏高，换热器体积偏大，增加现场布置难度，投资也增加，烟阻大对增压风机压头裕度要求高，建议不采用。

最终设计选择Ⅱ计算工况，各项参数都比较合适，对于受热面壁面腐蚀问题，可以考虑有限的腐蚀，即控制在第Ⅰ腐蚀区，腐蚀量<0.2 mm/年，也就是金属壁温控制在低于105 ℃、高于烟气中水蒸气饱和温度25℃区间[4]，也就是金属壁温≥60 ℃。Ⅱ方案因烟气放热、 吸热系数相差不大，

最低壁温表2 热力计算结果Table 2 Thermal calculation results

可近似为(105.7+55)/2=80.35 ℃，处在第Ⅰ腐蚀区，满足要求。另外，也可以对于换热器冷端采用抗腐蚀的ND钢管制作，解决腐蚀问题。关于净烟气侧入口可能出现的堵灰问题，可采用光管受热面及加大管排间距缓解，也可以增加蒸汽吹灰器解决。

4 系统布置

采用方案Ⅱ进行分离式热管换热器设计，根据现场条件布置如下。

对于原烟气侧的热管组件，安装在引风机与增压风机之间的水平烟道中，椭圆翅片管选择56 mm×38 mm×4 mm(Φ48×4 mm制作)，单根长度4.5 m，总共1 974根，横向节距130 mm、纵向截距80 mm，47根×42排，结构尺寸6.1 m×4.5 m×3.4 m。

对于净烟气侧热管组件，安装在脱硫岛出口至烟囱之间水平烟道中，总共2 638根，63根×42排，结构尺寸8.2 m×4.5 m×3.4 m，前6排采用椭圆光管。两侧换热器用14根Φ133×4 mm/Φ80×3 mm组成上升/下降管，应核算承载问题。

现场系统布置如图1所示。

5 结 语

综上所述，对于电厂脱硫岛传统的回转式GGH拆除或不设计，采用分离式椭圆热管换热技术应用于脱硫岛GGH系统，安装在引风机出口烟道与脱硫岛出口处，利用排烟余热加热提高净烟气温度，可以解决脱硫岛入口烟温高导致补水量大以及石膏雨及烟道腐蚀等问题。

图1 分离式椭圆热管脱硫加热系统图Fig.1 Heating system diagramofseparatedtype elliptical heat pipedesulphurization

分离式椭圆热管换热技术具有换热效率高、阻力小、避免烟气腐蚀、系统布置灵活、维护量少、投资回收年限小等诸多优越性，对于电厂环保及减轻环境雾霾具有重要意义，市场应用前景广阔。

[1] 曾庭华，杨华，马斌，等.湿法烟气脱硫系统的安全性及优化[M].北京：中国电力出版社，2004. ZENG Tinghua, YANG Hua,MA Bin,et al. Safety and optimization of wet flue gas desulphurization system[M]. Beijing: China PowerPress, 2004.

[2] 陈学俊，陈听宽. 锅炉原理[M].北京： 机械工业出版社, 1991. CHEN Xuejun,CHEN Tingkuan.Boiler Principle[M]. Beijing: China Machine Press, 1991.

[3] 林宗虎，徐通模. 实用锅炉手册[M].北京：化学工业出版社, 1999. LIN Zonghu,XU Tongmo. Practical boilermanual[M]. Beijing:Chemical Industry Press, 1999.

[4] 林万超.火电厂热系统定量分析[M].西安：西安交通大学, 1985. LIN Wanchao. Quantitative analysis of thermodynamic?system in thermal power plant[M].Xi’an Jiaotong University,1985.

(编辑 李世杰)

Research of desulphurization island GGH on using separated type elliptical heat pipetechnology

JU Yinhong1, WANG Mengchun1, ZHANG Jinli1, HOU Wenguang2

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030, China;2. Weihai Power Supply Company, Weihai 264200, China)

For most generating units, the removal or no design of rotary type GGH in the desulphurization island results problems such as a large amount of water supply, gypsum rain and chimney flue corrosion.As to the problem, it is proposed to use separated type elliptical heat pipe transfer technology applied in the desulphurization island GGH system. Then feasibility study is conducted in principle and related solutions are put forwards. The research of this technology is of great significance to reduce the inlet flue gas temperature and alleviate the situations of flue gas water entrainment, gypsum rain or flue corrosion.

desulphurization island GGH; separate style elliptical heat pipe; boiler technology

2017-03-17。

鞠胤红(1964—)，男，高级工程师，从事锅炉、节能、等离子少油点火、热能工程方向的科研工作。

TM621.7

A

2095-6843(2017)03-0265-03