热管技术在循环流化床锅炉省煤器中的应用

198热管技术在循环流化床锅炉省煤器中的应用杨众喜[内容提要]本文通过对现有循环流化床锅炉省煤器存在的磨损问题进行分析，介绍了热管技术在流化床锅炉省煤器中应用的可行性、方案设计，及应用实例。[关键词]热管循环流化床锅炉省煤器磨损一、概述循环流化床锅炉具有燃烧效率高、煤种适应性广和对环境污染小等优点。尤其现在国家关闭了小煤矿，煤价直线上涨的条件下，循环流化床锅炉能烧当地劣质煤或用优质煤掺烧造气炉渣的优势就更加突出。但由于烟气中携带的造气炉渣颗粒硬度高，造成锅炉，尤其是省煤器磨损严重，虽采取了加磨损罩等保护措施，使用仅一年左右就经常发生泄漏。如山东某化肥厂九九年十二月份新上的35吨循环流化床锅炉，二00一年二月~三月两个月内省煤器就发生了三次泄漏，经检查都是因为造气炉渣磨损引起的。频繁的检修，使用户非常头疼。但市场上还没有较好解决造气炉磨损现象的产品，有的企业为保证锅炉长周期稳定运行，不得不忍痛少掺或不掺造气炉渣。因此，如何解决好省煤器的磨损问题成为循环流化床锅炉长周期稳定运行的一个关键因素。笔者尝试将高新技术——热管应用在该型锅炉省煤器改造中，有效地解决了磨损泄漏引起停车的事故，各项工艺指标均达到或超过了原省煤器，受到用户的肯定，取得了较好的经济效益。二、现有省煤器磨损原因分析1．现有省煤器的结构形式循环流化床锅炉在我国自八十年代研究开发一般采用倒U型布置，省煤器布置在锅炉对流烟道转弯后的竖井中，一般为钢管式结构。如图一所示，由一系列并联蛇形管和集箱构成，软水走管内，烟气走管间。管子作水平叉列布置，由空心支承梁固定。常用管子直径为25~42mm，管子横向节距与管子外直径之比为2.0和3.0，管子纵向节距与管子外直径之比为1.5和2.0。省煤器集箱管一般布置在炉墙外，集箱和管子在墙外焊接。199图二烟气横向冲刷叉列水平管时的磨损量分布情况2．存在的问题分析经对山东某化肥厂应用情况调查发现，作为循环流化床锅炉的燃料之一的造气炉渣，由于已经在煤气炉中燃烧过，再经过第二次燃烧，其硬度是普通烟尘的5倍，含这种颗粒的烟气对省煤器的冲刷磨损程度是普通烟气的3倍以上。因此，掺烧造气炉渣的锅炉，其省煤器损坏主要表现为磨损现象。且有如下特点：a)受热面的管子在同一烟道截面和同一管子圆周上的磨损程度都不相同。布置在对流烟道转弯后的竖井中的省煤器靠近后墙处的管子磨损最严重。因为烟气转弯后，靠近竖井后墙处的烟气所含灰粒浓度最大。b)当同一烟气横向流过水平布置的省煤器蛇形管时，同一管子圆周上的磨损程段也是不同的。图（二）表示有同一烟气横向流过叉列水平管子时，沿管子圆周方向的磨损量分布曲线。由图可见当横向冲刷叉列水平管时，磨损最严重外与管子正前方成30°~50°处。c)根据试验，叉列水平管的磨损较顺列的严重。综上所述，省煤器泄漏并不是蛇形管束全部损坏，而是局部磨损引起的。现有省煤器虽然在以上易磨损部位加装了防磨罩，但无法从根本上解决问题。而采用热管技术的换热设备具有冷、热两种介质完全分离，不因单支热管的损坏而互相串液的特性，将其应用于省煤器中，可以较好的解决这个难题。图一钢管式省煤器结构1-集箱2-蛇形管3-空心支持梁4-支架200三、利用热管技术改造循环流化床锅炉省煤器1．热管的工作原理和特性热管是一种新型高效传热元件，工业中常用的是碳钢——重力热管，其结构如图三所示：封闭的管壳内抽成真空，工质通过在加热段（也称蒸发段）吸收热量由液态变成汽态，流动到冷却段（也称冷凝段）放出热量由汽态变回液态，靠重力回流到加热段，如此往复循环，传递热量。热管有如下特点：（1）传热效率高，其当量传热系数是紫铜的6000倍。（2）加热段和冷却段分离。（3）适用温度范围广，在不同温度范围可选用不同的工质。热流密度可调，通过改变蒸发段与冷凝段面积比例可以调节热流密度，避开露点腐蚀。2．改造后的省煤器——热管式省煤器结构简介由热管、套管、焊接在一起构成热管式省煤器部件。热管直径选用32~38mm，烟气侧绕有翅片；套管为57mm和89mm两种，构成软水通道。10~15组部件组成一组热管式省煤器（如图四），且与水平方向成15°角。φ89套管连接成软水通道，热管中部（绝热段）的耐火材料将烟道和水道隔离开，避免烟尘直接冲刷水侧套管，下端由管板固定。热管式省煤器与普通省煤器比较，具有以下特点：（1）传热效率高。较普通省煤器提高20~30%。（2）使用寿命长，可定期检修。水侧与烟气隔离，不受烟气所携灰尘磨损影响，磨损只发生在热管的加热段。由于热管两端封闭，加热段损坏，冷却段仍完好，某支热管损坏，不会影响其它管传热，且软水不会泄漏到烟气侧，省煤器仍可正常工作，只是热效率有所降低。可根据工厂实际需要和热管损坏情况定期201安排检修。（3）更换容易，检修费用低。（4）与普通省煤器有一定的互换性。四、改造实例山东省德州化肥厂循环流化床锅炉为1999年新建，将造气炉渣和无烟煤末按5：7掺混作燃料，产3.82Mpa蒸汽用于发电。其省煤器为钢管式结构，布置在室外对流烟道转弯后的竖井中，共分为四组。蛇形管为36根φ32x3无缝管，集箱管为φ159x8无缝管。在每组的第一排和弯头处设有防磨罩。使用一年左右，蛇形管磨损严重，平均一个月就发生一次泄漏，就得停炉检修，不但给生产带来了很大影响，而且频繁的维修及开、停车也损耗了大量的人力和物力。因此，该厂下决心改造。2001年3月，笔者与该厂合作，应用热管技术对该厂两台35T循环流化床锅炉省煤器进行改造，取得成功。改造前、后的省煤器如图六所示。该热管省煤器热管采用天津华能集团能源设备厂专有的镍基钎焊热管，热管直径38mm，烟气侧绕有t=1.5的翅片。水侧套管直径57mm和89mm。为保证水侧阻力降，用两根89套管并联。该设备自2001年5月份投用以来，至今已十四个月时间，使用状况良好。烟气进口温度为542℃，出口温度为218℃，比改造前降低12℃；软水的进口温度为106℃，出口温度220℃，比改造前提高10℃。五、小结图五省煤器改造前、后示意图202循环流化床锅炉磨损严重以及因此造成频繁泄漏，不定期停炉检修问题，是业内人士共同关心的重要课题。利用热管改造循环流化床锅炉省煤器这项技术虽已取得予期效果，还有待通过长期的考验，但从目前来看，确实可做了一条解决磨损、泄漏，实现锅炉定期检修的有效途径。[参考文献]（1）靳国明陈运国热管及热管换热器[M]重庆：重庆大学出版社，1986（2）庄骏张红热管技术及其工程应用北京：化学工业出版社，2000（3）林宗虎徐通模主编实用锅炉手册北京：化学工业出版社，1999