余熱利用暖風(fēng)器換熱管凍裂原因分析及解決方案的探討

黃大釗

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

隨著火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行力度的慢慢加大，越來(lái)越多的燃煤電廠開始尋找新的煙氣治理技術(shù)，以滿足國(guó)家環(huán)保要求。其中余熱暖風(fēng)器技術(shù)通過(guò)近2年的發(fā)展運(yùn)用，也日趨成熟。該技術(shù)是通過(guò)余熱利用裝置和暖風(fēng)器的串聯(lián)結(jié)合，在減輕空預(yù)器冷端腐蝕和堵灰現(xiàn)象的同時(shí)，提高了鍋爐效率以及電除塵的除塵效率，達(dá)到了節(jié)能減排作用。余熱利用暖風(fēng)器的中間傳熱媒介為除鹽水。

除鹽水經(jīng)熱媒水循環(huán)泵升壓后進(jìn)入余熱利用裝置吸收熱煙氣余熱，加熱后的除鹽水通過(guò)循環(huán)管道進(jìn)入一、二次風(fēng)暖風(fēng)器，釋放熱量，加熱空預(yù)器入口冷空氣，經(jīng)一、二次風(fēng)暖風(fēng)器冷卻后的除鹽水再通過(guò)循環(huán)管道回到熱媒水循環(huán)泵入口，共同形成一個(gè)閉式循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)換。在國(guó)內(nèi)北方地區(qū)，冬季環(huán)境溫度相對(duì)較低，遠(yuǎn)低于0℃，甚至達(dá)到-30℃以下。余熱利用暖風(fēng)器系統(tǒng)中，暖風(fēng)器是布置在一、二次風(fēng)機(jī)出口，其換熱管長(zhǎng)期處在低溫環(huán)境下運(yùn)行，存在凍裂的風(fēng)險(xiǎn)。本文以某電廠余熱利用暖風(fēng)器換熱管防凍改造為例，詳細(xì)分析了換熱管凍裂的原因并提出防凍解決方案，為其他余熱利用暖風(fēng)器在冬季運(yùn)行期間防止換熱管凍裂措施上提供了有價(jià)值的技術(shù)參考。

1 項(xiàng)目概況

某電廠配套余熱利用暖風(fēng)器，余熱利用裝置布置在除塵器入口水平煙道，暖風(fēng)器布置在空在一、二次風(fēng)送風(fēng)機(jī)出口的冷風(fēng)道上。布置在除塵器前的余熱利用裝置吸收煙氣熱量，利用閉式循環(huán)水，將熱量傳遞給布置在送風(fēng)機(jī)出口冷風(fēng)道上的暖風(fēng)器，用來(lái)加熱空預(yù)器入口的冷空氣。

暖風(fēng)器采用螺旋翅片管，傳熱系數(shù)高，同時(shí)水側(cè)采用逆流布置方案，可有效保障出口風(fēng)溫提升至設(shè)計(jì)要求溫度。每臺(tái)一次風(fēng)暖風(fēng)器分兩個(gè)模塊，每臺(tái)二次風(fēng)暖風(fēng)器分3個(gè)模塊，均可獨(dú)立控制。余熱利用暖風(fēng)器相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 余熱利用暖風(fēng)器相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 暖風(fēng)器換熱管凍裂原因分析

暖風(fēng)器運(yùn)行至今，暖風(fēng)器空氣側(cè)出口風(fēng)溫優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，實(shí)際運(yùn)行中，余熱利用裝置入口煙溫偏低，為了防止除塵器低溫腐蝕，余熱利用裝置出口煙溫控制一般高于95℃，而設(shè)計(jì)要求為不高于85℃，導(dǎo)致余熱利用裝置吸收的熱量不足，從而導(dǎo)致暖風(fēng)器水側(cè)出口水溫普遍偏低，影響余熱利用暖風(fēng)器安全運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行中，空預(yù)器出口風(fēng)溫超溫，影響其下游設(shè)備運(yùn)行，由于空預(yù)器無(wú)法調(diào)節(jié)出口風(fēng)溫，所以必須對(duì)一、二次風(fēng)暖風(fēng)器出口風(fēng)溫進(jìn)行控制。為此需要對(duì)暖風(fēng)器運(yùn)行方案進(jìn)行調(diào)整，即對(duì)暖風(fēng)器模塊進(jìn)行限流控制，以保證空預(yù)器出口風(fēng)溫不超溫。

入冬后，由于環(huán)境溫度不斷降低，暖風(fēng)器入口空氣溫度在0℃以下，二次風(fēng)暖風(fēng)器限流模塊的換熱管發(fā)生爆管泄漏。經(jīng)過(guò)比對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，二次風(fēng)入口空氣溫度低于-10℃，由于限流模塊的進(jìn)出口閥門開度不夠，過(guò)于限流，導(dǎo)致內(nèi)部水流速過(guò)慢，在處于零度以下風(fēng)溫下運(yùn)行，引起管內(nèi)結(jié)冰擠壓管道而撐裂管道。因此，暖風(fēng)器系統(tǒng)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以滿足使用要求。圖1為二次風(fēng)暖風(fēng)器爆管情況圖。

圖1 二次風(fēng)暖風(fēng)器爆管情況

3 暖風(fēng)器系統(tǒng)調(diào)整方案

系統(tǒng)調(diào)整主要分為4部分：

（1）暖風(fēng)器水側(cè)順流、逆流可相互切換。

（2）增加暖風(fēng)器水側(cè)旁路。

（3）改造暖風(fēng)器水側(cè)進(jìn)出水分集箱。

（4）暖風(fēng)器水側(cè)增加相應(yīng)壁溫測(cè)點(diǎn)。

3.1 暖風(fēng)器水側(cè)順流、逆流可相互切換

將一次風(fēng)、二次風(fēng)進(jìn)回水管道進(jìn)行順流、逆流相互切換的改造，增加部分手動(dòng)閘閥和管道，改造后，暖風(fēng)器水側(cè)可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要進(jìn)行順逆流切換。

冬季工況下，可切換成順流運(yùn)行，即水流方向與風(fēng)向一致，迎風(fēng)面的管內(nèi)為高溫?zé)崴?，?dāng)環(huán)境溫度低時(shí)，可以快速將暖風(fēng)器入口冷空氣溫度抬升至0℃以上；此時(shí)，暖風(fēng)器出口端的空氣溫度將高于0℃以上，由于水溫肯定比空氣溫度高，這樣就避免了換熱管內(nèi)水結(jié)冰凍裂的問(wèn)題發(fā)生。

夏季工況下，可切換為逆流運(yùn)行，即水流方向與風(fēng)向相對(duì)，提高了換熱平均溫壓，從而增強(qiáng)傳熱效果。圖2為改造前一、二次風(fēng)暖風(fēng)器系統(tǒng)圖，圖3為改造后一、二次風(fēng)暖風(fēng)器系統(tǒng)圖。

圖2 改造前一、二次風(fēng)暖風(fēng)器系統(tǒng)圖

圖3 改造后一、二次風(fēng)暖風(fēng)器系統(tǒng)圖

3.2 增加暖風(fēng)器水側(cè)旁路

在鍋爐0m層進(jìn)暖風(fēng)器的水側(cè)總管道上設(shè)置暖風(fēng)器再循環(huán)旁路，循環(huán)管道大小為Φ219×6，管道上依次設(shè)置手動(dòng)閘閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、手動(dòng)閘閥。

暖風(fēng)器水側(cè)旁路可以通過(guò)減少暖風(fēng)器的閉式循環(huán)水流量，從而降低暖風(fēng)器處的換熱量，達(dá)到解決空預(yù)器出口空氣超溫問(wèn)題的目的。

同時(shí)，當(dāng)暖風(fēng)器吸熱量少了，由于暖風(fēng)器和余熱利用裝置是閉式循環(huán)系統(tǒng)，因此，進(jìn)入除塵器前余熱利用裝置的水側(cè)溫度也會(huì)提高，這樣可以防止其因進(jìn)水溫度偏低引起煙氣冷凝而堵灰的現(xiàn)象出現(xiàn)，同時(shí)也避免換熱管低溫腐蝕，更有利于余熱利用裝置的運(yùn)行。暖風(fēng)器水側(cè)旁路管道布置圖如圖4。

圖4 暖風(fēng)器水側(cè)旁路管道布置圖

3.3 改造暖風(fēng)器水側(cè)進(jìn)出水分集箱

一次風(fēng)暖風(fēng)器共有4個(gè)模塊，二次風(fēng)暖風(fēng)器共有6個(gè)模塊，現(xiàn)需每個(gè)模塊一分為二，即將各模塊的進(jìn)水集箱和出水集箱分別隔離成獨(dú)立的2個(gè)小集箱，同時(shí)增設(shè)進(jìn)口及出口接管以及相應(yīng)的閥門等。

改造后，一次風(fēng)暖風(fēng)器共有8個(gè)模塊，二次風(fēng)暖風(fēng)器共有12個(gè)模塊。通過(guò)對(duì)暖風(fēng)器水側(cè)進(jìn)出水分集箱的改造，相當(dāng)于增加了暖風(fēng)器模塊數(shù)量，從而削弱了重力對(duì)并聯(lián)分集箱流量分配的影響。

水流量分配均勻性提高了，也可有效減小暖風(fēng)器換熱管凍裂的風(fēng)險(xiǎn)。暖風(fēng)器水側(cè)單個(gè)模塊進(jìn)出水分集箱改造方案示意圖如圖5。

圖5 暖風(fēng)器水側(cè)單個(gè)模塊進(jìn)出水分集箱改造方案示意圖

3.4 暖風(fēng)器水側(cè)增加相應(yīng)壁溫測(cè)點(diǎn)

在一、二次分暖風(fēng)器每組模塊出口集箱上加設(shè)壁溫測(cè)點(diǎn)，以便運(yùn)行人員暖風(fēng)器出口水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，暖風(fēng)器出口水溫即換熱管最低壁溫，通過(guò)溫度數(shù)據(jù)顯示、統(tǒng)計(jì)，有助于暖風(fēng)器的運(yùn)行調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

暖風(fēng)器水側(cè)順流、逆流可視環(huán)境溫度變化來(lái)靈活相互切換，有效避免暖風(fēng)器換熱管凍裂，提高系統(tǒng)的適用性。暖風(fēng)器水側(cè)旁路可以調(diào)節(jié)暖風(fēng)器出口風(fēng)溫，防止空氣出口風(fēng)溫超溫，也可以提高余熱利用裝置的進(jìn)口水溫，提升系統(tǒng)的安全性；增加暖風(fēng)器模塊數(shù)量來(lái)均勻分集箱水流的分配，布置壁溫測(cè)點(diǎn)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)暖風(fēng)器換熱管最低壁溫，這些措施也會(huì)進(jìn)一步提升系統(tǒng)的安全性。國(guó)內(nèi)北方地區(qū)，冬季和夏季環(huán)境溫度相差較大，余熱利用暖風(fēng)器所處環(huán)境惡劣，容易引起換熱管凍裂或者空預(yù)器出口風(fēng)溫超溫問(wèn)題的發(fā)生，本文解析了凍裂原因和解決方案，可為今后余熱利用暖風(fēng)器的設(shè)計(jì)或改造方案提供技術(shù)參考。