复合相变换热器在220t/h煤粉炉的应用

文_聂广华 巴陵石化公司热电部

1 概况

巴陵石化热电部承担着公司内供热和供电任务，目前装备有7炉6机，2号锅炉是武汉锅炉厂设计制造的高温高压、单汽包、集中下降管、自然循环、∏型布置的固态排渣煤粉炉，采用电袋复合除尘器技术、流光放电氨法脱硫、低氮燃烧+催化还原法烟气脱硝技术。尾部受热面高温省煤器、高温空预器、低温省煤器、低温空预器交错布置，见图1，设计数据见表1。

表1 2号炉设计数据

图1 2号炉尾部受热面布置图

1.1 2号炉余热改造背景及过程

近几年热电部煤质发生变化，低位发热量设计值为收到基19008kJ/kg,而实际发热量在22000～23000kJ/kg。实际炉膛热负荷高造成排烟温度升高，最高时有158℃，通过燃烧调整等措施后，效果不明显，排烟温度升高，增加了排烟热损失，降低了锅炉热效率，造成大量能源的浪费。

由于煤粉在炉膛燃烧时产生二氧化硫、三氧化硫，它们与炉内的水蒸气反应后即生成H2SO4蒸汽。当锅炉硫酸蒸汽的酸露点高于低温空预器金属壁面温度，就会在低温空预器烟气侧凝结。造成低温空预器低温腐蚀。为了解决低温腐蚀问题，通常通过提高排烟温度或安装传热系数低的换热管。这一就造成了锅炉排烟热损失增大，热效率下降。

为避免降低排烟温度的同时造成低温酸腐蚀，提高余热回收的安全经济性，2号炉改造前专门进行了烟气成分分析、尾部受热面热平衡计算和烟气酸露点计算。

1.2 复合相变换热技术分析

相变换热技术已逐渐成熟，广泛应用在石化、电力、钢铁行业，创造性地把壁面温度作为换热器设计的最基本参数。能够在锅炉的设计和改造中，大幅度降低烟气的排放温度，使大量的中低温热能被有效回收，产生较好的经济效益；在降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域，避免结露腐蚀和由此发生的堵灰，降低设备的维护成本。

由于除盐水流量可以调节，使换热器最低壁面温度处于可调状态，保持排烟温度和壁面温度相对稳定，并能适应锅炉的煤质和负荷变化。

1.3 2号锅炉改造措施

在2号锅炉低温空预器出口安装一台复合相变换热器吸热段，回收利用高温烟气中的热量，回收的烟气余热加热送风机的冷风，将冷空气温度由34℃预热至75℃，剩余的热量加热除盐水，可以将温度20℃、流量29.14t/h的除盐水加热至90℃，但由于加热了进入空预器的冷风导致锅炉排烟温度升高，故实际上相变换热器进口烟气温度为178℃，实际温降为63℃。同时相变换热器吸热段受热面的设计时最低壁面温度为100℃，高于计算酸露点温度（90.7℃），调节范围变宽，能够确保换热器壁面不结露、不腐蚀、不积灰。相变换热器设备参数见表2。

表2 相变换热器技术参数

安装相变换热器后，在锅炉各种负荷下，通过自控系统保证了排烟温度相对稳定，把冷空气加热至75℃，把除盐水加热至90℃，从而达到回收烟气余热提高锅炉系统热效率的目的，最终排烟温度为123℃。对冬季和夏季分别进行校核。

2 改造后的效果评估

2.1 对SCR脱硝系统的影响

SCR催化剂的活性受烟气温度影响，当反应器进口烟气温度降低到催化剂最低投运温度时，脱硝系统须退出运行。改造完成后，新增的换热设备回收利用了烟气余热，预热了空气，提高了SCR入口烟气温度至夏季349℃（冬季339℃），缓解了低负荷运行时经常出现SCR反应器进口烟气温度低于催化剂最低投运温度的情况。

2.2 自动调节正常

由于该烟气余热回收系统含调节、显示报警、联锁控制等功能，调节采用闭环PID方式，运行人员可以在控制室内的控制以台上对本系统进行正常运行的监视、调整及操作等。现场控制完成相变换热器数据监控，可以确保壁温可调可控，让壁温在设定值上下波动。

3 相变换热器的运行和维护关键点

（1）在相变换热器正常运行状况下，因其壁面温度总是高于烟气酸露点，受热面是不会积灰的。但由于相变换热器不可避免地运行于开、停炉或其它非正常状况，所以在某些时段，受热面的壁面温度可能会低于烟气酸露点，从而难免会产生少量的积灰。通过DCS数据可以看出压差由刚投运后的50Pa升高到了60～70Pa，处于可控状态，可以在锅炉停炉检修时，重点检查受热面烟气侧的积灰、腐蚀及磨损情况。如果发现有积灰现象，应及时予以清除。

（2）当壁面温度无法保持在设定值，自控装置出现故障时，应关闭出水自控阀前后的截止阀将自控装置从系统中切除并尽快修复，期间可通过利用与其相对应的手动控制阀对壁面温度进行手动控制，

（3）在锅炉长期停止运行或停运期间尾部烟道处温度低于0℃的情况下，应排净受热面内腔的传热媒质，并用压缩空气吹干后关闭所以与内腔相连阀门。重新启用时，按照相变换热器操作规程执行。

（4）在换热器未投用前或停用状态下，尾部烟道受热时，应全开各受热面的放水阀，排净受热面内腔的传热媒质，以避免膨胀受压。

4 结语

针对2号炉排烟温度偏高问题，巴陵石化热电部通过调研、比较当前换热器技术优缺点，采用了复合相变换热技术，从设计、安装等环节严格技术把关，改造后，利用回收烟气中的热量加热风和除盐水，将风温预热至70℃，将水温加热至95℃，使最低壁温点远离酸露点，避免了壁面受低温腐蚀的风险，提高了SCR入口烟气温度至夏季349℃（冬季339℃），缓解了运行时出现SCR反应器进口烟气温度过低的情况。能够稳定、可靠回收烟气余热，年节约标准煤2693t，按每吨标准煤840元计算，年节约成本226万元，投资概算为398.3万元，投资回收期为1.76年，节能效果显著。