CN204044041U - 一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，包括至少一个恒壁温换热管，恒壁温换热管从上至下依次由冷凝段、绝热段及蒸发段组成，监测时，恒壁温换热管的蒸发段置于尾部烟道内，且蒸发段的外壁通过导线连接有热电偶，恒壁温换热管的冷凝段外连接有强制对流散热的套管，强制对流散热的套管底部为开口，顶部开孔并与鼓风机通过空气管路连接，每个强制对流散热的套管支路上的空气管路上均设有调节阀以调控空气流量；恒壁温换热管内有用于换热的介质；本实用新型机构结构简单，无复杂连接，实施方便，可实现离线检测，金属壁温稳定，可真实反映同级换热器的低温腐蚀过程及状态。

Description

一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构

技术领域

本实用新型属于烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的监测技术领域，涉及一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构。 

背景技术

对于火力发电厂来说，排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，一般在5％～8％，占锅炉总热损失的80％甚至更高。影响排烟热损失的主要因素是锅炉排烟温度，我国许多电站锅炉的排烟温度实际运行值达到130℃～150℃，高于设计值约20℃～50℃；大幅度降低排烟温度将极大地提高电站锅炉的经济性。经过实际计算发现：排烟温度能降低35℃左右，系统发电循环效率提高0.5％以上，每度电节约1.5克以上标准煤，具有明显的节能减排潜力。 

要降低排烟温度，需要在锅炉的尾部烟道设置可以实现烟气深度冷却的热交换机构，即烟气深度冷却器，要进行有效的烟气深度冷却回收余热必须解决烟气中腐蚀性气体凝结引起的低温腐蚀问题。电站锅炉的低温腐蚀是指热交换器受热面、烟道、风机壁面金属温度(以下称壁温)低于烟气酸露点时，烟气中的酸性氧化物和水蒸气结合成酸蒸汽并在金属壁面上凝结，并对热交换管受热面或金属壁面产生低温腐蚀。对于锅炉来说低温腐蚀多发生在空预器冷端、静电除尘器、烟气深度冷却器、脱硫塔、尾部烟道及烟囱等。锅炉中的低温腐蚀通常是指由烟气中的SO₃引起的硫酸腐蚀，这主要是因为SO₃和水蒸气结合形成的酸露点比较高。低温腐蚀严重时，会导致运行中经常会因烟气深度冷却器和空气预热器的严重堵灰而被迫降低锅炉负荷、或因低温腐蚀穿透护板而造 成大量漏风。低温腐蚀会加重积灰，积灰使烟气通道堵塞，引风阻力增加，降低锅炉出力，甚至引起被迫停炉。低温腐蚀严重将导致大量热交换器受热面的更换和烟道更换，造成经济上的巨大损失。准确判断低温腐蚀发生的温度，对锅炉在安全运行条件下尽可能降低烟温具有重要意义。 

国外20世纪40年代中期就发现了低温腐蚀并做了大量低温腐蚀性能研究工作。20世纪70年代的能源危机迫使各国开始降低排烟温度，提高锅炉热效率，节约能源，之后，低温腐蚀的研究重点转移到了低温腐蚀机理和低温腐蚀速率的性能研究上，主要是通过试验来确定受热面所能承受的最低排烟温度，实验方法主要有：酸浸泡试验、实验室模拟试验及运行现场腐蚀试验。由于硫酸浸泡试验、实验室模拟试验比现场试验简单，因此，人们将大量的精力放在了硫酸浸泡试验中，并得出了大量的研究成果；但酸浸泡试验的腐蚀机理和实际烟气冷却器现场的腐蚀机理存在很大不同，其研究结果难以指导实际运行的烟气冷却器；而实验室模拟试验主要是搭建模拟烟气气氛的低温腐蚀试验台，通过控制烟气温度、烟气中SO₃含量、不同金属材料种类及金属壁面温度来研究低温腐蚀性能，实验室模拟试验能较精确的调节各种因素，但腐蚀时间短且无法有效模拟灰分存在对酸露点和硫酸结露腐蚀机理的影响，这导致了实验结果与实际结果差异较大。最后，研究人员不得不到锅炉实际运行现场进行低温腐蚀试验，现场工业试验得出的结果接近于生产实际，具有重要的参考价值，为锅炉设计者提供了有价值的锅炉设计经验。 

过去苏联锅炉教科书中提供的电站锅炉酸露点的计算公式之所以被广大的锅炉设计人员所接受，就是因为该酸露点公式来自现场试验的生产实际，但是，过去的现场工业腐蚀试验实验机构普遍采用欧洲人设计的U型管式双管或多管结构，结构复杂，该结构需要破坏烟道才能在烟道上安装测试，试验之后，需 要破坏烟道才能取出试验管段，造成现场的辅助准备工作量很大、试验周期长，有时还要在机组停修期间才能安装、拆卸，给锅炉换热器低温腐蚀研究工作带来了很大的困难。本专利申请人基于以上背景技术实用新型了一种用于烟气低温腐蚀性能研究的实验机构(CN 202041446 U),该机构可不停炉随插随用,解决了换热器管低温腐蚀实验的难题；利用该机构首次在我国600MW和1000MW机组上完成了6种钢材、表面渗层和表面涂层的现场低温腐蚀实验，提出有限腐蚀速率设计及腐蚀防控技术，解决了积灰和低温腐蚀耦合引致堵塞、爆管停炉的重大技术难题，实现了烟气深度冷却器实时长周期安全高效运行。但是以上实验机构只是解决了材料低温腐蚀速率的短期实验难题，而长期低温腐蚀速率是根据短期实验的腐蚀速率平均或外推的数值，实际运行的烟气冷却器的长期的真实腐蚀速率仍然无法得知，机组正常运行时，又不能定期割取烟气冷却器的实际运行管段进行离线检测以获取实际运行管段的低温腐蚀速率；更为困难的是，由于硫酸露点腐蚀和积灰的协同作用，没有一种检测方法能够在线监测实际换热器管束的低温腐蚀状况，因此，必须实用新型一种能够同步监测烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的机构，该机构可以同步处于和烟气冷却器相同的工作状态(包括煤质、负荷等)，而在机组定期检修时又能截取该机构的腐蚀管段进行离线检测，从而获得换热管的低温腐蚀速率，以上就是本实用新型的背景。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，可随时插入锅炉尾部烟道以实现烟气冷却器换热管的低温腐蚀过程及状态的同步在线监测，机组定期检修时又能截取该机构的腐蚀管段进行离线检测，从而获得换热管束的低温腐蚀速率。 

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下： 

一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，包括至少一个恒壁温换热管3，所述恒壁温换热管3从上至下依次由冷凝段、绝热段及蒸发段组成，监测时，所述恒壁温换热管3的蒸发段置于尾部烟道1内，且蒸发段的外壁通过导线连接有热电偶2，所述恒壁温换热管3的冷凝段外连接有强制对流散热的套管4，所述强制对流散热的套管4底部为开口，顶部开孔并与鼓风机7通过空气管路6连接，每个强制对流散热的套管4支路上的空气管路6上均设有调节阀5以调控空气流量以确保恒壁温换热器得到适度冷却；所述恒壁温换热管3内有用于换热的介质。 

参考实际工作的烟气冷却器的最低金属壁温，根据负荷变动范围设置一组上、中、下3种金属壁温变化的恒壁温换热管3作为一组，然后根据机组实际运行需要检修的次数n，设置n组需要离线检测的恒壁温换热管3管组数。 

所述恒壁温换热管3的冷凝段外与强制对流散热的套管4之间采用焊接于强制对流散热的套管4内沿圆周360°均布的3个固定的纵向肋片11进行定位。 

所述恒壁温换热管3内用于换热的介质为水或沸点处于换热器工作温度范围内的工质；恒壁温换热管3内充填的工质沸点温度由其管内压力惟一确定，而该沸点温度能够设置与换热器金属外壁面工作温度相同。 

监测时，所述恒壁温换热管3的蒸发段置于尾部烟道1内，恒壁温换热管3通过法兰12与烟道外壁13连接。 

所述恒壁温换热管3能够在锅炉运行特定时间后，且在不停炉的状态下进行拆卸、安装，而不破坏锅炉本体及换热器本体结构。 

本实用新型的有益效果在于： 

(1)本实用新型的一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机 构结构简单，无复杂连接，实施起来也比较方便且结果可靠。 

(2)本实用新型的用于烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构具有金属壁温稳定的优势，能真实反映出尾部烟道烟气冷却器的低温腐蚀过程和状态，同时可离线检测得到烟气换热器的低温腐蚀速率。 

(3)本实用新型的用于烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构可在锅炉运行中，即不停炉状态下进行安装和拆卸。 

(4)本实用新型的用于烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，可在烟道内设置一系列不同温度、不同腐蚀时间的换热管，更加全面地了解烟气冷却器管路的低温腐蚀状况。 

(5)本实用新型的用于烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，能够提供精确可靠的低温腐蚀发生的温度，为电厂加装烟气冷却器确定最低的安全运行温度，最大程度地进行余热利用，节约燃煤。 

附图说明

图1是本实用新型一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构的结构示意图。 

图2是本实用新型的一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构的强制散热的套管内部的定位结构。 

图3为本实用新型的一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构的恒壁温换热管和尾部烟道的连接方式。 

图4是本实用新型的一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构的恒壁温换热管工作原理示意图。 

图中，1.尾部烟道，2.热电偶，3.恒壁温换热管，4.强制散热的套管，5.调节阀，6.空气管路，7.鼓风机，8.蒸气，9.冷凝液，11.肋片，12.法兰，13.烟道外 壁。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。 

如图1所示，本实用新型一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，包括至少一个恒壁温换热管3，所述恒壁温换热管3从上至下依次由冷凝段、绝热段及蒸发段组成，监测时，所述恒壁温换热管3的蒸发段置于尾部烟道1内，且蒸发段的外壁通过导线连接有热电偶2，所述恒壁温换热管3的冷凝段外连接有强制对流散热的套管4，所述强制对流散热的套管4底部为开口，顶部开孔并与鼓风机7通过空气管路6连接，每个强制对流散热的套管4支路上的空气管路6上均设有调节阀5以调控空气流量；所述恒壁温换热管3内有用于换热的介质。 

作为本实用新型的优选实施方式，参考实际工作的烟气冷却器的最低金属壁温，根据负荷变动范围设置一组上、中、下3种金属壁温变化的恒壁温换热管3作为一组，然后根据机组实际运行需要检修的次数n，设置n组需要离线检测的恒壁温换热管3管组数。 

单根恒壁温换热管3的内壁通过管内工作介质温度确定金属壁温；正常工作状态下，恒壁温换热管3工作温度由管内压力唯一确定。 

作为本实用新型的优选实施方式，所述恒壁温换热管3内用于换热的介质为水或沸点处于换热器工作温度范围内的工质。 

如图2所示，作为本实用新型的优选实施方式，所述恒壁温换热管3的冷凝段外与强制对流散热的套管4之间采用焊接于强制对流散热的套管4内沿圆周360°均布的3个固定的纵向肋片11进行定位。 

如图3所示，作为本实用新型的优选实施方式，监测时，所述恒壁温换热 管3的蒸发段置于尾部烟道1内，恒壁温换热管3通过法兰12与烟道外壁13连接。 

实施例 

恒壁温换热管3内填充有用于换热的工作介质水，或采用介质沸点处于换热器工作温度范围内的其他工质，恒壁温换热管3的管内压力确定时，其内部的工作介质的饱和温度也唯一确定，从而保证了恒壁温换热管3管壁温度的稳定；鼓风机7的将高速气流通过空气管路6送入强制散热的套管4内，通过调节阀5调控空气流量；恒壁温换热管3冷凝段与通入套管4的空气进行换热。 

如图1和图4所示，本实用新型的工作原理为：在烟气流动方向上，将恒壁温换热管3的蒸发段设置于尾部烟道1中，恒壁温换热管3的蒸发段直接在烟气气氛中进行腐蚀，恒壁温换热管3内的液态工作介质受热蒸发形成蒸气8，蒸气8上行经过绝热段到达冷凝段，在冷凝段冷凝形成冷凝液9，冷凝液9沿壁面回到蒸发段。如此循环往复实现恒壁温换热管3的壁温恒定。利用鼓风机7实现空气与恒壁温换热管3冷凝段的强制对流换热，并通过调节阀5实现不同换热量，使不同温度的恒壁温换热管3内工作介质在冷凝段内冷凝。 

本实用新型属用于烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测的机构，可真实反映不同温度及烟气环境下烟气冷却器的低温腐蚀状况，可以同步模拟换热器管束真实的低温腐蚀过程和状态，运行特定时间后不需要停炉，就可以在线拆卸一组实验管段，并对该实验管段进行离线检测，从而得到该管段的低温腐蚀速率，该腐蚀速率能够代表换热器腐蚀的真实情况，是一种简单、高效、结果真实可靠的、不需要破坏换热器本体就能获知换热器低温腐蚀真实过程及状态的同步在线监测机构。 

Claims (6)

1.一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，其特征在于：包括至少一个恒壁温换热管(3)，所述恒壁温换热管(3)从上至下依次由冷凝段、绝热段及蒸发段组成，监测时，所述恒壁温换热管(3)的蒸发段置于尾部烟道(1)内，且蒸发段的外壁通过导线连接有热电偶(2)，所述恒壁温换热管(3)的冷凝段外连接有强制对流散热的套管(4)，所述强制对流散热的套管(4)底部为开口，顶部开孔并与鼓风机(7)通过空气管路(6)连接，每个强制对流散热的套管(4)支路上的空气管路(6)上均设有调节阀(5)调控空气流量以确保恒壁温换热器得到适度冷却； 

所述恒壁温换热管(3)内有用于换热的介质。 

2.根据权利要求1所述的一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，其特征在于：参考实际工作的烟气冷却器的最低金属壁温，根据负荷变动范围设置一组上、中、下3种金属壁温变化的恒壁温换热管(3)作为一组，然后根据机组实际运行需要检修的次数n，设置n组需要离线检测的恒壁温换热管(3)管组数。 

3.根据权利要求1所述的一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，其特征在于：所述恒壁温换热管(3)的冷凝段外与强制对流散热的套管(4)之间采用焊接于强制对流散热的套管(4)内沿圆周360°均布的3个固定的纵向肋片(11)进行定位。 

4.根据权利要求1所述的一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，其特征在于：所述恒壁温换热管(3)内用于换热的介质为水或工质沸点处于换热器金属外壁面工作温度范围内的工质；恒壁温换热管(3)内充填的工质沸点温度由其管内压力惟一确定，而该沸点温度能够设置与换热器金属 外壁面工作温度相同。 

5.根据权利要求1所述的一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，其特征在于：监测时，所述恒壁温换热管(3)的蒸发段置于尾部烟道(1)内，恒壁温换热管(3)通过法兰(12)与烟道外壁(13)连接。 

6.根据权利要求1所述的一种烟气冷却器低温腐蚀过程及状态的同步在线监测机构，其特征在于：所述恒壁温换热管(3)能够在锅炉运行特定时间后，且在不停炉的状态下进行拆卸、安装，而不破坏锅炉本体及换热器本体结构。