CN105042612B - 一种抗湿烟气复合型低温腐蚀的烟气加热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗湿烟气复合型低温腐蚀的烟气加热器，包括外壳和内部管束；内部管束为在外壳内部沿烟气流动方向依次设置的开缝管束、鳍片管束和翅片管束；脱硫塔后的湿烟气进入烟气加热器时，首先使用开缝管束对携带液滴的湿烟气进行气液分离，以减少后续鳍片管束和翅片管束发生复合型低温腐蚀造成的危害，确保烟气加热器及下游烟道和烟囱的长周期安全运行；之后使用鳍片管束和翅片管束对低温烟气的强化加热，使烟气温度以较快的速度提升至预定的温度；本发明通过合理布置的三种不同管束，对脱硫塔后的湿烟气进行去湿和加热，在保证烟气加热器安全高效运行的同时，将整体制造成本控制在较低水平。

Description

一种抗湿烟气复合型低温腐蚀的烟气加热器

技术领域

本发明属于锅炉烟气处理技术领域，具体涉及一种抗湿烟气复合型低温腐蚀的烟气加热器。

背景技术

我国的能源结构以煤炭为主,燃煤产生的二氧化硫、三氧化硫等有害气体是导致大气污染、酸雨形成的重要原因之一。目前，湿法烟气脱硫工艺(FGD)在大型燃煤设备的烟气脱硫工艺中仍处于主导地位。湿法烟气脱硫工艺主要是在脱硫塔中使用石灰浆液洗涤烟气，并通过增加气液接触面积来获得较高的脱硫效率。

经过湿法脱硫后的烟气温度一般在40～50℃之间，水蒸气含量处于饱和状态，并携带有众多不同大小的液滴。虽然脱硫塔内布置有除雾器，但常用的平板、折板式除雾器对直径较小的液滴的脱除能力十分有限，且很容易出现液滴二次携带的问题，故脱硫塔出口的烟气里仍有大量液滴存在。这些液滴中含有高浓度的SO₄ ^2-、SO₃ ^2-、Cl^-、F^-等酸性离子，使液滴呈酸性，具有很强的腐蚀性，极易对下游烟道、烟囱造成复合型低温腐蚀。并且由于排烟温度较低，烟气的浮力也较低，对烟气中的污染物扩散十分不利，导致设备附近污染物落地浓度增加。低温烟气从烟囱排出后，处于饱和状态的水蒸气遇冷发生凝结，形成大量白雾。

为了避免以上问题的发生，可在脱硫塔后加装烟气加热系统，将脱硫后的烟气温度提升至80℃左右，再由烟囱排放。但是由于脱硫塔出口处的湿烟气携带有大量具有很强腐蚀性的酸性液滴，会对脱硫塔后的烟气加热器本身造成严重的复合型低温腐蚀。特别是烟气加热器中使用的翅片管，极易发生应力腐蚀开裂，导致烟气加热器失效报废，产生巨大的经济损失。

近年来，市场上出现了多种优质抗复合型低温腐蚀的新材料，但价格都非常昂贵，完全使用这些材料来制造烟气加热器并不现实。一些厂家在烟气加热器入口处布置数排使用抗复合型低温腐蚀的材料制造的光管，代替容易发生应力腐蚀开裂的翅片管，以拦截烟气中的液滴并对烟气进行加热。但由于光管束的换热能力较差，需要更多的管束来将烟气加热至预定温度，造成烟气加热器体积增加，制造成本大幅上升。因此，开发一种具有抗湿烟气复合型低温腐蚀功能、设计合理且成本较低的烟气加热器具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种抗湿烟气复合型低温腐蚀的烟气加热器，其不仅能够起到加热烟气、降低烟气中液滴的携带率、减小烟气相对湿度、保护下游烟道和烟囱的作用，并且本身受湿烟气造成的复合型低温腐蚀的影响较小，制造成本也相对合理。

为了达到上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种抗湿烟气复合型低温腐蚀的烟气加热器，包括外壳1和内部管束；所述外壳1一侧设置有烟气入口，相对侧设置有烟气出口；所述内部管束为在外壳1内部沿烟气流动方向依次设置的开缝管束、鳍片管束和翅片管束；所述开缝管束由多根密集错列布置的开缝管2组成；所述鳍片管束由多根错列布置的鳍片管3组成，鳍片管3之间由弯头6相连，最前排和最后排的鳍片管3分别与鳍片管束的入口集箱7和出口集箱8连通；所述翅片管束由多根错列或顺列布置的翅片管4组成，翅片管4之间由弯头9相连，最前排和最后排的翅片管4分别与翅片管束的入口集箱10和出口集箱11连通。

所述开缝管2为竖直布置或水平布置，开缝管2的排数大于或等于3；所述鳍片管3为水平布置；所述翅片管4为水平布置。

所述翅片管的排数多于开缝管和鳍片管。

所述开缝管2壁面上与烟气来流方向为预设角度的位置处开有一系列交错排列的、穿透管壁的轴向缝隙。

所述预设角度为75°～90°，所述轴向缝隙均位于开缝管2的背风侧。

每条轴向缝隙的宽度与所述开缝管直径之比小于0.2；每条轴向缝隙沿轴向的长度与所述开缝管长度之比小于0.25。

所述轴向缝隙交错排列，即轴向相邻的两条轴向缝隙位于所在开缝管壁面上不同的角度处以保证开缝管的强度。

所述开缝管2至少一端与集液槽5连通，管内液体流入集液槽5中，未与集液槽5连通的端部密封；集液槽5连接有疏水管或进行定期排水。

所述开缝管2的材料为抗复合型低温腐蚀的非润湿性氟塑料；所述鳍片管3的材料为抗复合型低温腐蚀的双相不锈钢或奥氏体不锈钢或316L不锈钢表面涂敷有氟塑料薄层的复合材料；鳍片管3的制造工艺为挤压成形，并采取挤压后残余应力消除措施。

所述翅片管4为H型翅片管、螺旋翅片管或针翅管。

所述鳍片管3和翅片管4内流通有换热介质；所述介质为热水、蒸汽或其他热媒介质。

所述鳍片管束和翅片管束之间设置有吹灰器，定期向两边的管束进行吹灰。

和现有技术相比较，本发明具有如下优点：

如前所述，脱硫塔后的湿烟气中携带有大量酸性液滴，这些液滴中含有高浓度的SO₄ ^2-、SO₃ ^2-、Cl^-、F^-等离子，具有很强的腐蚀性，极易在对设备造成严重的复合型低温腐蚀。

脱硫塔后的湿烟气通过本发明提出的抗湿烟气复合型低温腐蚀的烟气加热器时，首先经过错列布置的开缝管束。较大直径的液滴会由于惯性的作用撞击在开缝管的迎风侧，由于开缝管使用亲水性很差的非润湿性氟塑料材料制造，液体在管壁上会不断积聚，并在烟气的推动下沿着管壁面向开缝管的两侧流动，在遇到开缝管壁面上的缝隙时将通过缝隙流入开缝管内部，并顺着开缝管的内壁汇集至集液槽中。未被第一排开缝管收集的大液滴和撞击过程中形成的二次液滴会随烟气撞击到后侧错列布置的数排开缝管壁面进一步得到收集。由于开缝管布置得十分密集，可以对烟气中的大液滴进行有效的拦截脱除。开缝管和集液槽相连接处采用水封，其余端部密封，避免烟气通过开缝管发生泄露。开缝管上的轴向缝隙采用交错排列，以保证开缝管的强度。开缝管使用优质抗复合型低温腐蚀的非润湿性氟塑料材料制造，几乎不受到低温腐蚀的影响，具有极高的可靠性。并且由于开缝管不参与烟气换热，使用传热系数略低的塑料材料进行制造并不会影响烟气加热器的换热性能。

通过开缝管束的烟气中的液滴携带率已大大降低，且液滴直径较小，此时烟气通过鳍片管束。鳍片管内流动有高温工质，可以对烟气进行加热，使烟气温度快速上升，小液滴发生气化。拥有扩展表面的鳍片管比光管具有更好的换热能力，大幅加速了这一换热过程，减少了材料消耗和烟气加热器体积。由于烟气携带的液滴中含有大量Cl-离子，容易在残余应力的作用下使金属发生应力腐蚀开裂，所以此处使用挤压成型并进行过挤压后残余应力消除的鳍片管比使用存在着大量焊接残余应力的普通翅片管更为合适。同时，鳍片管使用抗复合型低温腐蚀的双相不锈钢或奥氏体不锈钢制造，或使用316L不锈钢表面涂敷有氟塑料薄层的复合材料制造，对复合型低温腐蚀也有很好的耐受力。

烟气通过鳍片管束之后进入翅片管束，翅片管内流动有高温工质。相对光管，翅片管束的换热能力有大幅提升，烟气可以得到较快的加热并达到预定排烟温度。通过开缝管束和鳍片管束进入翅片管束的烟气里携带的液滴已非常少，同时烟气温度也有所上升，烟气已由湿烟气转变为干烟气，干烟气对金属的腐蚀能力相对较低，造成应力腐蚀开裂的风险也较小。因此此处翅片管采用普通低合金钢制造即可，大幅降低了制造成本。

本发明中采用合理布置的三种不同管束，在达到对脱硫塔后湿烟气进行加热的目的的同时，有效减小了湿烟气复合型低温腐蚀造成的危害，确保了烟气加热器及下游烟道和烟囱的长周期安全运行。造价方面，管排数较少的开缝管和鳍片管采用成本较高的抗复合型低温腐蚀的材料制造，管排数较多的翅片管采用成本较低的低合金钢制造，使烟气加热器的整体制造成本控制在较低水平。

附图说明

图1为本发明烟气加热器的结构示意图。

图2为图1中烟气加热器的主视图。

图3为图1中烟气加热器的俯视图。

图4为图1中烟气加热器沿图3中A-A剖面的剖视图。

图5为本发明提供的烟气加热器中使用的开缝管的结构示意图。

图6为图5中开缝管的主视图。

图7a为图5中开缝管沿图6中B-B剖面的剖视图。

图7b为图5中开缝管沿图6中C-C剖面的剖视图。

图8为本发明提供的烟气加热器中使用的鳍片管的结构示意图。

图9为图8中鳍片管的横截面示意图。

图10为本发明的优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构和工作原理作进一步描述。

图1为本发明提供的一种抗湿烟气复合型低温腐蚀的烟气加热器的结构示意图。图2～4分别为其主视图、俯视图和剖视图。

本发明提出的烟气加热器包括外壳1和内部管束。低温烟气由外壳1的入口进入烟气加热器，被加热后的烟气由外壳1的出口流出。内部管束包括开缝管束、鳍片管束和翅片管束。

所述鳍片管束和翅片管束之间设置有吹灰器14，定期向两边的管束进行吹灰。

所述开缝管束由多根密集错列布置的开缝管2组成，开缝管2竖直布置，开缝管2的排数大于或等于3。图5为所述开缝管2的结构示意图。竖直的开缝管2的上端密封，下端与集液槽5连通，管内液体可以依靠重力流入集液槽5中。开缝管2迎风侧壁面上开有一系列穿透管壁的轴向缝隙，所述轴向缝隙包括第一轴向缝隙12和第二轴向缝隙13两种，这两种轴向缝隙交错排列以保证开缝管2的强度。

图6为图5中开缝管2的主视图。每条轴向缝隙的宽度与开缝管直径之比小于0.2。每条轴向缝隙沿轴向的长度与开缝管长度之比小于0.25。

图7a和图7b分别为图5中开缝管2沿图6中B-B和C-C剖面的剖视图。轴向缝隙均位于开缝管2的背风侧，其所在位置与烟气来流方向之间的夹角φ的范围为75°～90°。

所述开缝管2使用优质抗复合型低温腐蚀的非润湿性氟塑料材料制造。

所述集液槽5连接有疏水管或进行定期排水。

所述鳍片管束由多根错列布置的鳍片管3组成。鳍片管3水平布置。图8为所述鳍片管3的结构示意图。图9为图8中鳍片管3的横截面示意图。

所述鳍片管3的制造工艺为挤压成形，并采取挤压后残余应力消除措施。

所述鳍片管3内流通有换热介质，所述介质为热水或蒸汽。

所述鳍片管3之间由弯头6连通，最前排和最后排的鳍片管分别与鳍片管束的入口集箱7和出口集箱8连通。

所述鳍片管3使用抗复合型低温腐蚀的双相不锈钢或奥氏体不锈钢制造，也可以使用316L不锈钢表面涂敷有氟塑料薄层的复合材料制造。

所述翅片管束由多根错列或顺列布置的翅片管4组成。翅片管4水平布置，翅片管4的排数多于开缝管2和鳍片管3的排数。

所述翅片管4为H型翅片管、螺旋翅片管、针翅管或其他翅片管

所述翅片管4内流通有换热介质，所述介质为热水或蒸汽。

所述翅片管4之间由弯头9连通，最前排和最后排的翅片管分别与翅片管束的入口集箱10和出口集箱11连通。

作为本发明的优选实施方式，开缝管2也可以是水平布置，两端均与集液槽5连通，并具有一定挠度，使管内液体可以在重力的作用下向两端流动进入集液槽。图10为上述优选实施例的结构示意图。

Claims (10)

1.一种抗湿烟气复合型低温腐蚀的烟气加热器，包括外壳(1)和内部管束；其特征在于：所述外壳(1)一侧设置有烟气入口，相对侧设置有烟气出口；所述内部管束为在外壳(1)内部沿烟气流动方向依次设置的开缝管束、鳍片管束和翅片管束；所述开缝管束由多根密集错列布置的开缝管(2)组成；所述鳍片管束由多根错列布置的鳍片管(3)组成，鳍片管(3)之间由弯头(6)相连，最前排和最后排的鳍片管(3)分别与鳍片管束的入口集箱(7)和出口集箱(8)连通；所述翅片管束由多根错列或顺列布置的翅片管(4)组成，翅片管(4)之间由弯头(9)相连，最前排和最后排的翅片管(4)分别与翅片管束的入口集箱(10)和出口集箱(11)连通。

2.根据权利要求1所述的烟气加热器，其特征在于：所述开缝管(2)为竖直布置或水平布置，开缝管(2)的排数大于或等于3；所述鳍片管(3)为水平布置；所述翅片管(4)为水平布置。

3.根据权利要求1所述的烟气加热器，其特征在于：所述开缝管(2)壁面上与烟气来流方向为预设角度的位置处开有一系列交错排列的、穿透管壁的轴向缝隙。

4.根据权利要求3所述的烟气加热器，其特征在于：所述预设角度为75°～90°，所述轴向缝隙均位于开缝管(2)的背风侧。

5.根据权利要求3所述的烟气加热器，其特征在于：每条轴向缝隙的宽度与所述开缝管直径之比小于0.2；每条轴向缝隙沿轴向的长度与所述开缝管长度之比小于0.25。

6.根据权利要求3所述的烟气加热器，其特征在于：所述轴向缝隙交错排列，即轴向相邻的两条轴向缝隙位于所在开缝管壁面上不同的角度处。

7.根据权利要求1所述的烟气加热器，其特征在于：所述开缝管(2)至少一端与集液槽(5)连通，管内液体流入集液槽(5)中，未与集液槽(5)连通的端部密封；集液槽(5)连接有疏水管或进行定期排水。

8.根据权利要求1所述的烟气加热器，其特征在于：所述开缝管(2)的材料为抗复合型低温腐蚀的非润湿性氟塑料；所述鳍片管(3)的材料为抗复合型低温腐蚀的双相不锈钢或奥氏体不锈钢或316L不锈钢表面涂敷有氟塑料薄层的复合材料；鳍片管(3)的制造工艺为挤压成形，并采取挤压后残余应力消除措施。

9.根据权利要求1所述的烟气加热器，其特征在于：所述翅片管(4)为H型翅片管、螺旋翅片管或针翅管。

10.根据权利要求1所述的烟气加热器，其特征在于：所述鳍片管(3)和翅片管(4)内流通有换热介质；所述介质为热水或蒸汽。