CN101441049B - 基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统及其运行方法，涉及余热利用技术领域；所要解决的是低温含腐蚀性气体的烟气余热利用的技术问题；该换热器的防腐蚀方法包括：1)烟气特性模块将烟气特性数据输入到微机处理系统，其中所述的微机处理系统中设有烟气露点温度计算模型，计算模型能根据烟气特性模块提供的烟气特性数据计算出烟气露点温度；2)将换热器入口壁面温度传感器的信号数据分别输入到微机处理系统，微机处理系统将第一步骤计算出的烟气露点温度tld与换热器入口壁面温度传感器的信号数据进行比较判断；3)根据比较结果调整温度调节阀门组，以得到最经济安全的换热器壁温。本发明具有能提高烟气利用效率，有效防止系统低温腐蚀的特点。

Description

基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及余热利用技术，特别是涉及一种适用于电力、冶金、石化等行业低温含腐蚀性气体的烟气余热利用的自动防止换热器低温腐蚀的方法。

背景技术

高耗能行业比如冶金、石化等行业，大力实施排放气的余热回收技术，是缓解当前能源紧张的有效途径。换热器是余热回收的重要设备，约占建厂投资费用的20％，占工艺设备总重量的40％。在生产运行过程中由于腐蚀、冲刷等作用，使换热器遭到破坏，使用寿命缩短，造成巨大的经济损失。据统计，仅石油化工行业每年需要更换的整体换热设备约为2500台，消耗钢材13000t，直接经济损失约为2亿元，停车检修的间接损失更大，约为设备费用的数倍至数十倍。因此，解决好石化和冶金等行业换热器的腐蚀问题，可以带来巨大的经济效益。

但是由于这些行业排放气体含有SO₃等腐蚀气体及粉尘等物质，烟气露点温度较高，低温换热设备容易产生低温腐蚀。当流经换热设备的烟气中含有SO₂时，其中一部分会转化成SO₃，并与烟气中的水蒸汽结合生成H₂SO₄蒸汽，显著提高烟气的露点温度，在低温金属表面上凝结形成H₂SO₄溶液，与碱性灰反应，也与金属反应腐蚀金属，发生低温腐蚀。低温腐蚀的特点是均匀性腐蚀，它使管壁厚度逐渐减薄以至破裂，对换热设备的安全运行危害性极大。由于烟气露点偏高，如果不能有效保证换热管壁温低于露点温度，很容易导致换热器发生低温腐蚀。其中，燃料中硫的含量是影响酸露点的主要因素之一。

实践表明，对于高露点烟气，为了防止腐蚀，换热设备设计的基本要求就是避免受热面上的结露。目前通用的办法是使受热面的金属壁温在任何操作条件下都高于露点温度。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能提高烟气利用效率，有效防止系统低温腐蚀的基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统及其运行方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统，包括换热器和温度补偿器，换热器出口经阀门Z(换热器出口流量控制阀)连接热利用器，温度补偿器的第一端W连接热利用器，温度补偿器的第二端Y连接换热器入口，其特征在于，换热器出口经换热器出口温度调节阀门组连接温度补偿器的第三端X，温度补偿器冷端设流体温度调节阀门组，换热器出口和换热器入口分别设有换热器出口流体温度传感器和换热器入口流体温度传感器，烟气出口和换热器入口壁面分别设有烟气出口温度传感器和换热器入口壁面温度传感器，所述的换热器出口流体温度传感器、换热器入口流体温度传感器、烟气出口温度传感器、换热器入口壁面温度传感器的信号输出端分别电气连接微机处理系统，所述的换热器出口温度调节阀门组和温度补偿器冷端流体流量调节阀门组的控制端电气连接微机处理系统，所述的微机处理系统连接烟气特性模块。

本发明所述的一种基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统的运行方法，其步骤是：

第一步，烟气特性模块将烟气特性数据输入到微机处理系统，其中所述的微机处理系统中设有烟气露点温度计算模型，计算模型能根据烟气特性模块提供的烟气特性数据计算出烟气露点温度；计算模型如下：

烟气特性数据中包含

通过计算模型，得出经过换热器的烟气露点温度：

$t_{\mathrm{ld}}=f(V_{{\mathrm{SO}}_3},V_{H_{2}O})---\left(1\right)$

t_ld—烟气露点温度，℃；

——烟气中水蒸汽容积，％；

——烟气中转化的SO₃含量，％；

$V_{{\mathrm{SO}}_3}=k\×V_{{\mathrm{SO}}_2}---\left(2\right)$

——烟气中SO₂的含量，％；

k——转化系数，％，化工行业k＝3.2～8.7％，冶金行业6～10％；

第二步，将换热器入口流体温度传感器、换热器出口流体温度传感器、烟气出口温度传感器和换热器入口壁面温度传感器的信号数据分别输入到微机处理系统，微机处理系统将第一步骤计算出的烟气露点温度t_ld与换热器入口壁面温度传感器的信号数据进行比较判断；其他传感器只提供监测信息，不做调节依据。

第三步，根据比较结果调整换热器出口温度调节阀门组和温度补偿器冷端流体温度调节阀门组：当换热器入口壁面温度高于烟气露点温度时，可调小换热器出口温度调节阀门组，减少进入温度补偿器内的热流体流量；当换热器入口壁面温度低于烟气露点温度时，可调大换热器出口温度调节阀门组，增加进入温度补偿器内的热流体流量，最终使换热器入口壁面温度高于烟气露点温度t_ld5～10℃，得到最经济安全的换热器壁温。达到控制壁面温度高于烟气露点温度、防止低温腐蚀发生的目的。在运行需要时，可调节温度补偿器冷端流体流量调节阀门组10改变给水流量。

利用本发明提供的基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统及其方法，由于采用通过利用烟气特性计算烟气露点温度，有针对性的调节换热器低温进口壁面温度达到烟气露点温度以上，使换热器能够在最经济安全的情况下运行，即提高烟气利用效率，又降低换热器低温腐蚀的风险。

附图说明

图1为本发明实施例基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统结构图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统，包括炉墙1、烟气入口3、换热器2和温度补偿器9，换热器出口经阀门Z连接热利用器8，温度补偿器9的第一端W连接热利用器8，温度补偿器9的第二端Y连接换热器入口，其特点是换热器出口经换热器出口温度调节阀门组5连接温度补偿器9的第三端X，温度补偿器冷端设流体流量调节阀门组10，换热器出口和换热器入口分别设有换热器出口和换热器入口流体温度传感器4、12，烟气出口和换热器入口壁面分别设有烟气出口和换热器入口壁面温度传感器11、13，所述的换热器出口流体温度传感器4、换热器入口流体温度传感器12、烟气出口温度传感器11、换热器入口壁面温度传感器13的信号输出端分别电气连接微机处理系统6，所述的换热器出口温度调节阀门组5和温度补偿器冷端设流体流量调节阀门组10的控制端电气连接微机处理系统6，所述的微机处理系统6连接烟气特性模块7。

一种基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统的运行方法，其步骤是：

第一步，烟气特性模块7将烟气特性数据输入到微机处理系统6，其中所述的微机处理系统6中设有烟气露点温度计算模型，计算模型能根据烟气特性模块7提供的烟气特性数据计算出烟气露点温度；计算模型如下：

烟气特性数据中包含

通过计算模型，得出经过换热器的烟气露点温度：

$t_{\mathrm{ld}}=f(V_{{\mathrm{SO}}_3},V_{H_{2}O})---\left(1\right)$

t_ld——烟气露点温度，℃；

——烟气中水蒸汽容积，％；

——烟气中转化的SO₃含量，％；

$V_{{\mathrm{SO}}_3}=k\×V_{{\mathrm{SO}}_2}---\left(2\right)$

——烟气中SO₂的含量，％；

k——转化系数，％，化工行业k＝3.2～8.7％，冶金行业6～10％；

第二步，将换热器入口流体温度传感器12，换热器出口流体温度传感器4，烟气出口温度传感器11和换热器入口壁面温度传感器13的信号数据t1、t2、t3、t4分别输入到微机处理系统6，微机处理系统6将第一步骤计算出的烟气露点温度t_ld与换热器入口壁面温度传感器13的信号数据进行比较判断；其他传感器只提供监测信息，不做调节依据。

第三步，根据比较结果调整换热器出口温度调节阀门组5和温度补偿器冷端流体流量调节阀门组10：当换热器入口壁面温度高于烟气露点温度时，可调小换热器出口温度调节阀门组5，减少进入温度补偿器内的热流体流量；当换热器入口壁面温度低于烟气露点温度时，可调大换热器出口温度调节阀门组5，增加进入温度补偿器内的热流体流量，最终使换热器入口壁面温度13高于烟气露点温度t_ld5～10℃，得到最经济安全的换热器壁温。达到控制壁面温度高于烟气露点温度、防止低温腐蚀发生的目的。在运行需要时，可调节冷端流体流量调节阀门组10改变给水流量。

本发明的一实施例：某石化企业余热锅炉烟气成分为：SO₂ 8.6％；CO₂ 0.5％；H₂O8.2％；O₂ 7.7％；N₂ 75％。换热器余热利用系统如图1所示，主要包括：换热器，温度测量系统(换热器出口流体温度传感器；换热器出口流体温度传感器；烟气出口温度传感器；换热器入口壁面温度传感器)；温度调节阀门组；微机处理系统；烟气特性模块；温度补偿器组成。

所述的石化企业基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统的方法，其步骤是：

第一步，烟气特性模块7将烟气(成分)特性数据输入到微机处理系统6，其中所述的微机处理系统6根据适应的烟气露点温度计算模型，得出烟气露点温度。计算模型如下：

烟气特性数据7中包含

通过计算模型，得出经过换热器的烟气露点温度。

$t_{\mathrm{ld}}=186+20\lg V_{H_{2}O}+26\lg V_{{\mathrm{SO}}_3}---\left(1\right)$

t_ld——烟气露点温度，℃；

——烟气中H₂O含量，％。

——烟气中转化的SO₃含量，％；

$V_{{\mathrm{SO}}_3}=k\×V_{{\mathrm{SO}}_2}---\left(2\right)$

——烟气中SO₂的含量，％；

k——转化系数，％，

取k＝8％；

根据微机处理系统中数学模型计算得到的烟气露点温度t_ld为200.53℃。微机处理系统会自动输出控制信号给换热器出口温度调节阀门组，和温度补偿器冷端流体温度调节阀门组，使换热器入口壁面温度高于烟气露点温度t_ld5～10℃。达到控制壁面温度高于烟气露点温度、防止低温腐蚀发生的目的。

Claims (2)

1.一种基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统，包括换热器和温度补偿器，换热器出口经阀门(Z)连接热利用器，温度补偿器的第一端(W)连接热利用器，温度补偿器的第二端(Y)连接换热器入口，其特征在于，换热器出口经换热器出口温度调节阀门组连接温度补偿器的第三端(X)，温度补偿器冷端设流体流量调节阀门组，换热器出口和换热器入口分别设有换热器出口流体温度传感器和换热器入口流体温度传感器，烟气出口和换热器入口壁面分别设有烟气出口温度传感器和换热器入口壁面温度传感器，所述的换热器出口流体温度传感器、换热器入口流体温度传感器、烟气出口温度传感器、换热器入口壁面温度传感器的信号输出端分别电气连接微机处理系统，所述的换热器出口温度调节阀门组和温度补偿器冷端流体流量调节阀门组的控制端电气连接微机处理系统，所述的微机处理系统连接烟气特性模块。

2.一种权利要求1所述的基于燃料特性的换热器防低温腐蚀系统的运行方法，其特征在于，方法的步骤是：

第一步，烟气特性模块将烟气特性数据输入到微机处理系统，其中所述的微机处理系统中设有烟气露点温度计算模型，计算模型能根据烟气特性模块提供的烟气特性数据计算出烟气露点温度；计算模型如下：

烟气特性数据中包含

通过计算模型，得出经过换热器的烟气露点温度：

$t_{\mathrm{ld}}=f(V_{{\mathrm{SO}}_3},V_{H_{2}O})---\left(1\right)$

t_ld——烟气露点温度，℃；

——烟气中水蒸汽容积，％；

——烟气中转化的SO₃含量，％；

$V_{{\mathrm{SO}}_3}=k\×V_{{\mathrm{SO}}_2}---\left(2\right)$

——烟气中SO₂的含量，％；

k——转化系数，％，化工行业k＝3.2～8.7％，冶金行业6～10％；

第二步，将换热器入口流体温度传感器、换热器出口流体温度传感器、烟气出口温度传感器和换热器入口壁面温度传感器的信号数据分别输入到微机处理系统，微机处理系统将第一步骤计算出的烟气露点温度t_ld与换热器入口壁面温度传感器的信号数据进行比较判断；其他传感器只提供监测信息，不做调节依据。

第三步，根据比较结果调整换热器出口温度调节阀门组和温度补偿器冷端流体流量调节阀门组：当换热器入口壁面温度高于烟气露点温度时，可调小换热器出口温度调节阀门组，减少进入温度补偿器内的热流体流量；当换热器入口壁面温度低于烟气露点温度时，可调大换热器出口温度调节阀门组，增加进入温度补偿器内的热流体流量，最终使换热器入口壁面温度高于烟气露点温度t_ld5～10℃；在运行需要时，可调节温度补偿器冷端流体流量调节阀门组改变给水流量。

Images