CN101762199B - 一种烟气冷却器的传热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟气冷却器的传热管。烟气冷却器的传热管由基管及肋片组构成，基管横截面为椭圆形，每一肋片组为二片矩形钢片、每片钢片中间在与椭圆形基管镶嵌的一边开有与基管形状一致的椭圆弧缺口，每一肋片组的二片矩形钢片对称地与椭圆形基管镶嵌焊接在一起；沿基管长度方向每隔10～30毫米间距按上述相同的方式铺设另一组肋片组，直至布满整根管子，即形成本发明的烟气冷却器的传热管。由于本发明的烟气冷却器的传热管具有烟气侧流动阻力小，在应用于烟气冷却器中具有能耗低，抗积灰和磨损等优点，更适于在火力发电厂烟气的脱硫工艺烟气冷却器等低温，多尘的场合应用。

Description

一种烟气冷却器的传热管

技术领域

本发明涉及一种烟气冷却器的传热管。

背景技术

近十几年来我国对300MW以上大型电站的脱硫工艺基本都采用较成熟的石灰石-石膏湿式脱硫工艺，在该工艺中通常都设置烟气-烟气换热器(GGH)，在GGH中，一方面将进吸收塔的未经处理烟气由120～130℃降至80℃左右，另一方面又将经洗涤脱硫、除雾后的烟气由50℃左右加热至80℃左右后，从净烟气出口挡板进入烟囱排入大气。近年来的运行实践表明，GGH在脱硫系统(FGD)中作用不大，但带来弊端却很多。首先是投资成本高(约占FGD总投资的15％)；其次运行时的水、电及压缩空气的能耗大，运行成本高；更主要是GGH因腐蚀、结垢引起的故障，使得运行可靠性变差，大大降低了脱硫系统的可利用率。近年来德国、日本及我国不少电站在湿式脱硫工艺中已不再设置GGH，而将未经处理的120～130℃烟气直接送入吸收塔进行脱硫，为满足脱硫工艺对烟气温度(约80℃)的要求，在吸收塔内需通过大量喷水进行冷却，以使烟气温度降至脱硫需要的工作温度80℃左右。这种工艺流程虽省去了GGH，但带来四方面的问题：①未经处理烟气从120～130℃降至80℃左右的这部分余热未被利用而白白损失；②为降温使吸收塔内蒸发的水量增加约20％以上，从而导致脱硫装置的耗水量增大；③这些在吸收塔内多喷淋的水所形成的蒸汽，随烟气一起由烟囱排出，增加了从烟囱排出的烟气-蒸汽混合物的体积及相应的流动阻力，增大了风机的功耗(电耗)；④由于烟气的含湿量过高，易形成冷凝水滴及白色烟羽(俗称冒白烟)，会对电站周边环境造成弱性酸雨及石灰浆的溅落。

为了克服不设置GGH后带来的这些问题，可在脱硫吸收塔前设置烟气余热回收器，或称烟气冷却器，将进吸收塔前的烟气温度由锅炉的排烟温度(120～130℃左右)降低到80℃左右后进入吸收塔，这样不仅可回收进吸收塔前烟气的这部分余热，达到节能的目的，还可减少吸收塔内因喷淋冷却烟气温度所需的喷淋水量以及由于大量喷水引起的一系列问题。

目前，用于烟气换热的传热管已有多种形式，如圆管附加翅片、翅钉、圆肋片、方肋片、H形肋片及螺旋肋片等，但在上述低温、多尘场合应用的烟气冷却器仍只见采用锅炉行业中传统的圆管外缠绕螺旋肋片形式的传热管，见附图1所示。

如今，国内制造这种缠绕螺旋肋片传热管的工艺已成熟，但是用于烟气冷却器有下列明显的不足：

(1)烟气侧流动阻力还比较大

加装烟气冷却器必然会增大烟气的流动阻力，相应增加增压风机的电耗(能耗)。通常增压风机的风压富裕度并不大，因此无论从节能角度还是从增压风机改造角度，都要求烟气冷却器烟侧的阻力尽可能小，否则会减小余热回收的效率以及增加改造工程的难度和投资费用。

(2)烟气侧的换热系数(相对于肋管总外表面积)比较小

圆管外缠绕螺旋肋片传热管的换热系数比较小，一般只有相同基管直径的光管传热管换热系数的45％左右。

(3)易积灰

相比较而言，螺旋肋片易积灰和堵灰，可以说积灰或堵灰是由螺旋肋片管束组成的烟气冷却器能否高效长期运行的关键。运行实践表明：只有当煤灰结粘结稠性灰的程度低时，或者说当煤灰粘结指数Rjh＜0.2才能使用螺旋肋片传热管，这在大多数场合是很难达到的条件。

(4)抵抗飞灰磨损能力不够强，使用寿命不够长

运行实践表明，缠绕螺旋肋片在根部的磨损还是比较严重的，尤其是在肋片较宽，制造过程中缠绕速度过快，在肋片内圈由于压缩出现皱折，而烟气流速又选择较高时，在靠近肋片根部处极易发生磨损。

发明内容

本发明提出一种烟气流动阻力低、传热效率高、抵抗飞灰磨损能力强、使用寿命长的新颖烟气冷却器的传热管。

本发明的技术方案

一种烟气冷却器的传热管，即由基管及肋片组构成，基管横截面为椭圆形。

每一肋片组为二片矩形钢片、每片钢片中间在与椭圆形基管镶嵌的一边开有与基管形状一致的椭圆弧缺口；

每一肋片组的二片矩形钢片对称地与椭圆形基管镶嵌焊接在一起；沿基管长度方向每隔10～30毫米间距按上述相同的方式铺设另一组肋片组，直至铺满整根基管，即形成本发明的烟气冷却器的传热管。

由于椭圆型基管长短轴的不同，肋片组中的钢片嵌入有以下两种方式：

1、所述传热管的肋片组中每片钢片中间的缺口沿椭圆形基管短轴方向嵌入基管：

肋片组中每片钢片沿椭圆形基管短轴方向对称嵌入基管后，两片钢片镶入边间距为10～30mm；

每一肋片组中每片钢片与椭圆形基管的长轴方向平行的边的边长为椭圆形基管长轴直径D的2～3倍，与椭圆形基管的短轴方向平行的边的边长为椭圆形基管短轴直径d的2～3倍。

2、所述传热管的肋片组每片钢片中间的缺口沿椭圆形基管长轴方向嵌入基管：

肋片组中每片钢片沿椭圆形基管长轴方向对称嵌入基管后，两片钢片镶入边间距为5～20毫米；

每一肋片组中每片钢片与椭圆形基管的短轴方向平行的边的边长为为椭圆形基管短轴直径d的2～3倍，与椭圆形基管的长轴方向平行的边的边长为为椭圆形基管长轴直径D的1.5～2倍。

由于这种肋片正面形状颇象英文字母“H”，故称为H形肋片(见附图2所示)，整根传热管也就称之椭圆管H形肋片管。

一种烟气冷却器的传热管使用

一种烟气冷却器的传热管，在使用时，一般使椭圆形基管的长轴平行于烟气流向。

一种烟气冷却器的传热管应用

本发明的烟气冷却器的传热管，不仅可用于脱硫系统中回收烟气余热的烟气冷却器中，也可用于其他的多尘烟气系统中回收烟气余热的烟气冷却器中。

本发明的有益效果

应用本发明传热管的烟气冷却器与现已有应用的螺旋缠绕肋片管形式的烟气冷却器相比，本发明有下列明显的优点：

(1)烟气侧流动阻力小，烟气冷却器能耗低

①基管由椭圆管替代圆管

在外肋片管的流动阻力中，由基管表面引起的阻力损失占相当大的比例，一般约占总流动阻力的30～40％左右。

如果基管外形为椭圆形，由于椭圆形管的短轴投影面积比横截面积相同的圆管要小，所以，椭圆形管束的流动阻力要比相应圆管管束的要小。此外，相比圆管而言，由于流体在椭圆形管表面的边界层脱离点将沿流动方向后移，缩小了管子后部的低速漩涡区，形成的涡流也小，其绕流椭圆管外的流动阻力也相应减小。

②肋片由H形肋片替代螺旋肋片

螺旋形缠绕肋片的肋片面与管轴垂直平面之间有一定夹角(见图1所示)，而H形肋片是平直肋片，肋片平面与气流方向基本一致，众多的肋片形成许多平行的烟气分流道，流动通畅，与螺旋缠绕肋片相比，肋片迎风投影面积较小，因而烟气侧流动阻力小。

综合考虑基管和肋片两方面的因素，在相同工作条件下，椭圆管H形肋片传热管的流动阻力较圆管螺旋肋片传热管的要减少30～35％左右。

(2)管外烟气侧和管内水侧的换热量都比圆管螺旋肋片要大

①就基管来说，与同样横截面的圆管相比，椭圆管的内外表面积约增大15％，即换热面积和换热量可增大15％。

②H形肋片去除了边界层尾部分离区中换热效果较差的部分换热面积，从而提高了肋片的平均对流换热系数。此外，与螺旋肋片相比，H形肋片的温度场也比较均匀，所以它的换热系数约比螺旋肋片可提高10～20％。

(3)优异的防磨性能

磨损主要是烟气中灰粒对管子的冲击和切削作用，管子磨损程度与烟气速度不均匀性、飞灰浓度不均匀性成正比。烟气绕流圆管时，在与管轴线成30℃处磨损严重，对于椭圆管H形肋片传热管，由于椭圆管的气动特性好，磨损比较轻，此外，对于顺列布置的H形肋片，肋片把烟道空间分成若干平行的小流动通道，对烟气起到均流作用，减小了烟气速度的不均匀性及飞灰浓度的不均匀性，在其它条件相同情况下，磨损寿命可比圆管螺旋肋片高出2～3倍。

(4)积灰减少

H形肋片由于肋片排列与气流方向一致，肋片平面与气流平行，灰粒不易在肋片上沉淀，因而不易积灰。此外，H形肋片中间留有10～30mm间隙，可引导烟气流吹扫管子肋片积灰。取得较好的自清灰效果，避免了烟气流通通道的堵塞。

(5)受热面肋片系数高(单位长度肋片管的总传热表面与光管的外表面积之比)

螺旋缠绕肋片管受到肋片钢材屈服强度、延伸率及材料硬度等因素影响，制约了肋片的尺寸，即增加的换热面积受到限制，一般肋化系数在3.5～4.5之间，而H形肋片的肋化系数可达5～5.5以上，使受热面布置更紧凑，不但可节省空间也可以减轻烟气冷却器的重量。

此外，如果与未曾应用在脱硫工艺烟气冷却器、而已见用于在其他场合的椭圆管矩形肋片传热管和圆管H形肋片传热管相比，椭圆管H形肋片管集合了两者的优点，即比前者抗积灰和磨损，比后者有更小的流动阻力，因而更适于在脱硫工艺烟气冷却器等低温、多尘的场合应用。

附图说明

图1,圆管外缠绕螺旋肋片的传热管示意图

图2，椭圆形基管H形肋片的传热管示意图

图3，烟气冷却器在脱硫系统中回收烟气余热的应用示意图

图4，烟气冷却器用于替代回热系统低压加热器的示意图

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

实施例1

一种烟气冷却器的传热管，由长、短轴直径各为40、24毫米的椭圆形基管及肋片组构成：

每一肋片组为二片矩形钢片、每片钢片中间在与椭圆形基管镶嵌的一边开有与基管形状一致的椭圆弧缺口；两片钢片镶入边间距为10毫米，每一肋片组中每片钢片与椭圆形基管的长轴方向平行的边的边长为80毫米，与椭圆形基管的短轴方向平行的边的边长60毫米。

每一肋片组的二片矩形钢片对称地沿椭圆形基管短轴方向与椭圆形基管镶嵌焊接在一起；沿基管长度方向每隔10～30毫米间距按上述相同的方式铺设另一组肋片组，直至肋片组铺满整根基管，即形成本发明的烟气冷却器的传热管。

实施例2

一种烟气冷却器的传热管，由长、短轴直径各为38.5、15.8毫米的椭圆形基管及肋片组构成：

每一肋片组为二片矩形钢片、每片钢片中间在与椭圆形基管镶嵌的一边开有与基管形状一致的椭圆弧缺口；肋片组中每片钢片沿椭圆形基管长轴方向对称嵌入基管后，两片钢片镶入边间距为15毫米，每一肋片组中每片钢片与椭圆形基管的短轴方向平行的边的边长为50毫米，与椭圆形基管的长轴方向平行的边的边长为90毫米。

每一肋片组的二片矩形钢片对称地与椭圆形基管镶嵌焊接在一起；沿基管长度方向每隔10～30毫米间距按上述相同的方式铺设另一组肋片组，直至肋片组铺满整根基管，即形成本发明的烟气冷却器的传热管。

实施例3

脱硫系统中回收烟气余热的烟气冷却器

对于不设GGH的石灰石-石膏湿式脱硫系统中，在锅炉排烟进脱硫吸收塔前增设本发明的烟气冷却器，见图3。将进吸收塔前的烟气温度由120～130℃冷却至80℃左右，所回收的这部分烟气余热用于加热城市供热网中的循环热水。从图3中可见，流入烟气冷却器管侧被加热的为城市热网循环水，温度约60℃附近，在烟气冷却器中被加热至85℃左右送回热网供热。北京热电有限公司在脱硫系统回收烟气余热的烟气冷却器中采用的是圆管外缠绕螺旋肋片的传热管，如采用本发明的椭圆管H形肋片传热管，能效比约可提高20％或以上。

实施例4

对于不设GGH的石灰石-石膏湿式脱硫系统中，在锅炉排烟进脱硫吸收塔前增设本发明的烟气冷却器，见图4，将进吸收塔前的烟气温度由120～130℃冷却至80℃左右，所回收的这部分烟气余热用于加热汽机抽汽回热系统中的凝结水，减少用于低压加热器中的蒸汽抽汽量，将节省的蒸汽量进入低压缸中继续作功发电，以降低汽轮发电机组的标准煤耗率。上海外三发电有限公司在脱硫系统回收烟气余热的烟气冷却器中采用的是圆管外缠绕螺旋肋片的传热管，如果用本发明的椭圆管H形肋片传热管，能效比约可提高20％或以上。

Claims (1)

1.一种用于300MW以上大型电站的烟气脱硫系统，包括在脱硫吸收塔前设置的烟气冷却器，其特征在于烟气冷却器的传热管包括： 

横截面为椭圆形的基管； 

多个肋片组，每一肋片组为二片矩形钢片、每片钢片中间在与椭圆形基管镶嵌的一边开有与基管形状一致的椭圆弧缺口； 

每一肋片组的二片矩形钢片对称地与椭圆形基管镶嵌焊接在一起； 

沿基管长度方向每隔10～30毫米间距按上述相同的方式铺设相邻两组的肋片组，直至铺满整根基管； 

所述烟气冷却器的传热管的肋片组中每片钢片中间的缺口沿椭圆形基管短轴方向嵌入基管； 

所述每一肋片组中每片钢片与椭圆形基管的长轴方向平行的边的边长为椭圆形基管长轴直径D的2～3倍，与椭圆形基管的短轴方向平行的边的边长为椭圆形基管短轴直径d的2～3倍；

肋片组中每片钢片沿椭圆形基管短轴方向对称嵌入基管后，两片钢片镶入边间距为10～30mm。 

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