热管式GGH取代回转式GGH的可行性分析.doc

热管式GGH取代回转式GGH的可行性分析第29卷第5期2010年10月建筑热能通风空调BuildingEnergy&Environmen!V01.29N0.50ct.2010.6668文章编号:1003.0344(2010)050664热管式GGH取代回转式GGH的可行性分析张杰任艳张康梁惠敏河北工程大学城市建设学院摘要:目前在湿式石灰石一石膏法脱硫工程中普遍应用的是回转式烟气.烟气换热器(GGH),但是,回转式GGH在运行过程中容易结垢堵塞,而且,垢层难以清理,使得系统阻力增大,增压风机超负荷运行.为了保证系统安全稳定运行,提高设备利用率,以及产生良好的环保效益,考虑采用热管取代回转式GGH.本文对这类回转式烟气再热器与热管式烟气再热器的技术特点分别进行了介绍,并进行了比较,认为热管式GGH作为湿法脱硫的烟气再热装置是可行的.关键词:烟气.烟气换热器(GGH)回转式热管FeasibilityAnalysisofReplacementofHeat-PipeGGHtoRegenerativeGGHZHANGJie,RENYan,ZHANGKang,LIANGHuirainSchoolofUrbanConstruction,HebeiUniversityofEngineeringAbstract:Currently,theregenerativeGasGasHeater(GGH)iswidelyusedinthelimestonegypsumWFGDprocess,however,theregenerativeGGHcaneasilyplugduringoperationandthemineralcoatingisdifficulttoclean,whichincreasingtheresistanceofthesystemandmakingtheboosterfanoverloaded.Inordertoensurestableandsecurityoperationofsystemandimprovedequipmentutilization,aswellastoproducegoodenvironmentalperformance,heatpipesthatistoreplacetheregenerativeGGHshouldbeconsidered.Thispaperintroducesthetechnicalfeaturesofheat-pipeGGHandregenerativeGGH,respectively,andmakescomparison.TheconclusionisthattheheatpipeGGHisalsoagoodchoicebesidestheregenerativegasgasheater.Keywords:GasGasHeater(GGH),regenerative,heatpipe1回转式烟气一烟气换热器工作原理回转式GGH利用装在转动转子中的数十万m的换热元件的蓄热和放热(如图1所示),吸收锅炉排出的烟气(120160)热能加热脱硫塔排出的烟气(4555),达到热量交换的目的,最终将脱硫后烟气加热到7080以上.湿法脱硫系统在吸收塔脱硫反应完成后,烟温降至4555.该温度范围内含饱和水蒸气的净烟气很容易产生冷凝酸,直接排放不但带来严重的烟囱烟道腐蚀,而且冷烟雾下沉还会严重污染电厂周边环境.所以吸收塔排口的净烟气经过烟气加热器(GGH)加热,烟气温度从50C左右升至70C以上,然后排人烟囱.由于排烟温度的提高,对脱硫装置后设备的腐蚀将会减轻,同时经烟囱排放烟气的提升高度会增加50mt1左右,改善了电厂周边地区的大气环境.布置图如图2所示.图收稿日期:2009一ll一3O作者简介:张杰(1962),男,博士,教授;河北省邯郸市河北工程大学城建学院(056038);E-mail:图第29卷第5期张杰等:热管式GGH取代回转式GGH的可行性分析67图2回转式GGH布置图2回转式GGH存在的问题2,1GGH堵塞回转式GGH在运行过程中最常见的问题主要是GGH蓄热元件结垢,造成GGH堵塞,烟气系统阻力增加,导致增压风机喘振,脱硫系统用电量增加,同时GGH差压增大,造成锅炉炉膛负压降低,影响到脱硫系统的安全运行,以致部分电厂不得不长期开旁路运行,带来了严重的安全隐患.因此,解决GGH堵塞,选择技术,经济性能更好的GGH换热型式是脱硫艺中一个关键环节.2.2结垢成分分析及原因通过结垢成分分析得知GGH结垢主要由SiO,CaO,Fe20,AI20,21构成,其成分和水泥很接近,导致GGH蓄热元件上积垢清洗困难,并且粉煤灰中CaO的含量增加,会加速GGH堵塞,这说明换热元件上积垢主要是由净烟气中的石膏和原炯气中的粉尘构成.主要原因在于净烟气携带石膏浆液液滴较多,这不仅与除雾器的除雾效率有关,还与采用的脱硫工艺和运行参数的选择及运行调整有关.如果吸收塔浆液PH值偏大,浆液中的CaCO浓度较高,净烟气中携带的CaCO浓度相应增加,加剧结垢;在机组负荷调整时,一部分净烟气经旁路倒流会与一部分原烟气混合,降低了GGH热端的人口烟温,原烟气中的HSO蒸汽凝结加快,凝结量更多;由于原烟气温度的降低,烟气中的SO也直接吸收水分而生成H:SO.换热元件表面稀硫酸的增多也加剧了CaSO等结垢.垢样图如图3所示图3GGH蓄热元件结垢图2-3回转式GGH差压高问题回转式GGH经过一段时间运行后,出现了积灰现象,两侧差压也超过设计值,同时,增压风机电流也随之增大,严重时GGH电流跳变,增压风机静叶全开,引风机静叶全开,炉膛变正压,脱硫系统被迫停运.原因如下:由于燃煤中产生的煤粉颗粒较细,电除尘器对粉尘中较细的颗粒几乎无法去除,从而使较细颗粒的粉尘随烟气进入脱硫系统;原烟气温度在GGH中由于热交换会由120160C降低到酸露点以下,在GGH的热侧会产生大量黏稠的浓酸液,这些酸液不仅对GGH的换热原件和壳体有很强的腐蚀作用,而且会黏附大量烟气中的飞灰,造成流通面积变小,差压升高;除雾器除雾效果不理想,带水,使净烟气含湿量大,造成GGH传热原件表面变湿容易积灰;没有被除去的微小浆液液滴穿过除雾器在换热原件的表面蒸发后,会形成固体结垢物,这些固体物会堵塞换热原件的通道,进一步增加GGH的压降.3热管式GGH工作原理热管是通过密闭真空管壳内工作介质的相变潜热来传递热量,典型的重力热管工作原理如图4所示.密闭管内部处于(12)x10Pa的负压.在热管的下端吸收原烟气的热量,工质吸收热量汽化为蒸汽,在微小的压差下,上升到热管上端,向净烟气放出热量,并凝结为液体.中间由热管管板分隔.冷凝液在重力的作用下,沿热管内壁返回到受热段,并再次受热汽化,如此循环往复地将热量由一端传向另一端.图4重力热管工作原理图4热管优势(I)传热效率高,有效清洗垢层1)由于是相变传热,因此,热管内热阻很小,烟气建筑热能通风空调流动阻力小,能以较小的温差获得较大的传热率,且结构简单,具有单向导热的特点,冷热流体问的热交换均在管外进行.此外,由于热管内部一般抽成(0.13-1.3)x10Pa的真空【3J,工质极易沸腾与蒸发,热管起动非常迅速,具有很高的导热能力.弥补了一般GGH换热系数低的缺点.2)热管的冷,热侧不采用翅片强化传热,尽管加翅片会大大提高传热系数,但是考虑到加翅片会使得垢层很难清洗,所以,设计中不考虑翅片.3)在热管的外表面采用搪玻璃的技术来防止其低温腐蚀.由于搪玻璃层很薄,对传热效果影响很小,且玻璃表面光滑,不易结垢和积灰,又耐磨损,抗腐蚀,垢层也容易去除.(2)避免”漏风”现象产生,提高脱硫率在回转式GGH里,原烟气压力高于净烟气压力,使得少量未经处理的原烟气直接进入到净烟气中去,因此将直接降低脱硫效率.即使采用一系列代价不菲的措施,泄漏率也只能保证在1%左右,随着设备的老化,漏风率也会增大.若采用热管式GGH,热管的受热段与放热段之间有密封结构,此结构与管板管孔配合,形成对原烟气,净烟气的有效密封,使它们互不窜漏,可以完全避免原烟气和净烟气问的烟气泄漏.(3)减少脱硫系统阻力,减少动力消耗回转式GGH的接入,接出口烟道受布置的限制,一般有急剧的90.弯头,加之设备本身的阻力,装设GGH系统的阻力占整个脱硫系统压降的一半左右.如果GGH结垢严重,阻力还会增大.而热管无任何转动部件,传热过程无需附加动力消耗.在使用性能上不消耗外界能源.(4)可靠性强,维护费用低热管元件间相互独立,即使单根或数根热管损坏,也不会造成烟气泄漏,不影响整体换热效果.可以针对不同的系统度身定做.适用于新厂的烟气脱硫项目,也适合老厂改造项目场地狭小,条件多变的情况.(5)良好的流通结构,有效防垢和清灰1)将热管根据现场条件,配以相应的流通结构.热管的管束排列方式选用正三角形错列布管方式.为方便与外部烟道连接并保证气流的均匀性,每侧迎风截面大体上构成正方形或接近正方形.蒸发段与冷凝段的长度比为1.03t51.2)热管与外部烟道接口处布置缩口将不易产生堵灰现象,原因是烟气在烟道缩口处能形成紊流区,烟尘不易凝结.故此在烟道的布置上也该相应地采取一定的缩口问.3)为了清灰,在热管壳体外部布置若干吹灰器接口.同时,在冷,热流体通道中,每隔4-6排管排就留出人行通道,必要时可采取人工进入彻底清灰,也利于设备的内部维护.设备底部和中部均留有排污口和排液口,方便清灰处理和及时排污.(6)减少初投资一台600Mw回转式GGH连同钢支架及防腐的造价在两千万左右,占整个脱硫系统投资的约20%t4,而相同条件的热管式GGH的设备总投资大概在一千万左右.5工程实例以内蒙古某有限公司为例,该企业对现有锅炉房中设置的载热油锅炉排烟系统进行技术改造,改造方案为:在锅炉尾部加装热管式余热回收系统,用排烟余热加热空气,提高锅炉送风温度,提高锅炉效率.本工程的计算依据如下:废气来源:载热油锅炉废气;空气量:8800Nm3/h;最大烟气量:11000Nm3/h;排烟温度:200210(计算取值200C);环境空气温度:20C.余热回收计算,烟气出口温度:135C;空气出口温度:120;回收热量:268.6kW.经过一系列的计算,得到如下预测:(1)经济效益预测:节约燃料量:337.4吨/年;节约燃料费:2O.24万元/年;回收期限:0.62年,其中,燃料发热量:25080kJ/kg(6000kcal/kg);燃料单价:600元/吨;设备费:l2.56万元.(2)环境效益预测:烟尘减排量:8.22吨/年;二氧化硫减排量:2.16吨/年(煤中含硫量0.4%);氮氧化物减排量:4.64吨/年(煤中含氮量1.5%);一氧化碳减排量:21.23吨/年(煤中含碳量90%o6结论热管作为一种新型高效的传热元件,与目前广泛应用的回转式GGH相比,在设备的传热效率,可靠性,运行低维护以及设备的初投资方面有着很大的优势.但是,热管作为低温烟气再热装置也有其自身的局限.大型的烟气脱硫工程由于其换热量很大,这就要求很大的传热面积.本文所述热管式GGH未加翅片,也只能通过增大传热面积或者增加热管数量来满足换热量大的要求,这就会增加占地面积.对一个大型热管式GGH而言,如果加大热管管径和管长,这就(下转45页)第29卷第5期何丹怀等:多标准评估分析成都居住建筑自然通风潜力?45?3结论1)应用成都地区的典型气象年的气象数据对某拟定的成都城市住宅建筑的自然通风潜力加以分析.结果表明,对于常规的开口率,全年逐时有效压差略高于实际压差需要,自然通风潜力一般.2)风压和热压影响自然通风量的大小,仅考虑风压和热压对自然通风潜力的影响,从PDPH值可以看出这三个城市的自然通风潜力排列是:昆明,兰州,成都.当综合考虑室外空气质量,环境噪声使用多标准评估自然通风潜力时,这三个城市的自然通风潜力排列是:昆明,成都,兰州.因此,采用多标准评估更全面,准确.3)成都由于有较好的室外空气质量,并且环境噪声较低,即使自然通风量不大,但自然通风潜力仍较大.建议建筑设计者适当增大窗孔开口率,或者辅助机械通风都能更好的利用自然通风创造健康舒适的室内环境.参考文献1】GermaneM,RouletCA,AllardF,eta1.Potentialfornaturalventilationinurbancontext:allassessmentmethod【hi.In:ProceedingsofIndoorAir2oo2c,Beijing:2002,832835【2张国强,阳丽娜,周军莉,等.自然通风潜力评估体系的建立与应用【J.湖南大学(自然科学版),2006,33(1):2528.3GhiausC,AllardF.Assessingclimaticsuitabilitytonatural(上接68页)加大了热管的加工,制造,运输的难度,也会影响整个换热装置的刚度,防振以及结构性能;如增加热管数量,就会加大占地面积,对于场地有限的电厂很不利.另外,回转式GGH吹灰器的布置简单有效,而热管式GGH,随着处理的烟气量增大,体积也会增加,加之热管式GGH又属于静设备,使得吹灰器的布置有一定难度.综上:对小型机组来讲,回转式GGH与热管式GGH在占地和重量方面差不多,考虑到其受空间位置的限制,热管式GGH更具优势.但对于大机组湿法脱硫系统,回转式GGH比热管式GGH重量轻,占地也要结合具体的工程情况,综合比较,统筹考虑,优先选,ventilationbyusingglobalandsatelliteclimaticdata【A.In:ProceedingsofROOMVENT2002【c.Copenhagen:TheTechnicalUniversityofDenmarkandDanvak,2002:62562林文,周军莉,张国强,等.自然通风潜力的多标准评估方法J】建筑热能通风空调,2007,26(4):1-5MGermane,RouletCA.MulticriteriaassessmentofnaturalventilationpotentialJ.SolarEnergy,2006,8O(4):393401JPaelinck.Qualitativemultiplecriteriaanalysis,environmentalprotectionandmultiregionaldevelopmentJlPapersofthe】RegionalScienceAssociation,1976,36:5974JPaelinck.Qualiflex:aflexiblemultiple?criteriamethod【J1.Economicletters,1978,(3):193197JPaelinck.ThemulticriteriamethodQUALIFLEX:pastexperiencesandrecentdevelopments【R.Rotterdam: