重力熱管式低溫省煤器及流線型煙道在700 MW超超臨界燃煤電廠的應(yīng)用

摘 要：燃煤電廠常規(guī)管殼式低溫省煤器通常布置在除塵器入口煙道，長期暴露于高濃度粉塵的沖刷環(huán)境中，換熱管的磨損難以完全避免，其導(dǎo)致的冷卻水泄漏會影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運行，并影響機(jī)組超低排放的效果。目前，重力熱管式低溫省煤器是一種可靠的低溫省煤器升級改造技術(shù)，其換熱管三段式的設(shè)計特點可以實現(xiàn)冷卻水不泄漏到煙道中?，F(xiàn)以某700 MW機(jī)組低溫省煤器改造工程為例，闡述了重力熱管式低溫省煤器的應(yīng)用實例，旨在為其他燃煤電廠余熱回收裝置的升級改造提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：重力熱管；低溫省煤器；零泄漏；流線型煙道；工程應(yīng)用

中圖分類號：TK172.4" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）04-0023-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.04.006

0" " 引言

低低溫電除塵處理系統(tǒng)具有高除塵效率、低改造成本、良好工況適應(yīng)性等特點，已在國內(nèi)燃煤機(jī)組中廣泛應(yīng)用。低低溫電除塵處理系統(tǒng)配套的低溫省煤器可將空預(yù)器后的煙氣溫度由120～160 ℃降至90 ℃左右，有效減小煙氣體積流量，從而降低電場風(fēng)速，還能夠降低煙塵比電阻，顯著提升電除塵器電場的二次電壓，增強(qiáng)電除塵器的荷電和除塵效果，大幅提高除塵效率。此外，通過低低溫電除塵系統(tǒng)，能夠高效協(xié)同捕集煙氣中的SO3、汞等污染物，對電除塵器的高效運行起到至關(guān)重要的作用[1-3]。

然而，傳統(tǒng)管殼式低溫省煤器由于其冷卻水系統(tǒng)位于煙道內(nèi)部，即便采取了多重防護(hù)措施，依然常常遭受局部高濃度粉塵煙氣的持續(xù)沖刷。隨著設(shè)備使用周期的推移，換熱管往往因磨損和低溫露點腐蝕等問題發(fā)生泄漏，但處理方式有限，查找漏點及更換換熱管難度較大，且無法針對單根換熱管進(jìn)行修復(fù)，出現(xiàn)泄漏時只能隔離整組模塊，且無法在線處理泄漏問題，需待機(jī)組檢修時進(jìn)行檢查處理；另外，模塊泄漏退出運行導(dǎo)致低溫省煤器投運率低且逐年降低，嚴(yán)重影響了余熱利用效率，并造成煙道、除塵器灰斗積灰板結(jié)堵塞、輸灰系統(tǒng)癱瘓及結(jié)構(gòu)支架超載等問題。

為解決以上問題，國內(nèi)某700 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組低溫省煤器改造采用了重力熱管式低溫省煤器技術(shù)，該技術(shù)的顯著特點是其換熱管三段式的設(shè)計使冷卻水系統(tǒng)設(shè)置在煙道外，在實現(xiàn)余熱回收功能的同時，具有換熱管即使被煙塵顆粒沖刷磨損后冷卻水也不會泄漏到煙道內(nèi)的關(guān)鍵屬性，能夠?qū)崿F(xiàn)低溫省煤器冷卻水無泄漏長期安全運行的煙氣余熱回收利用，確保低低溫電除塵及機(jī)組長效、低阻、安全、穩(wěn)定及可靠運行，實現(xiàn)可持續(xù)的節(jié)能環(huán)保效益。

1" " 重力熱管式低溫省煤器技術(shù)原理

真空熱管，也稱“兩相流熱虹吸管”，是通過內(nèi)部抽除不凝性氣體并充入特定工質(zhì)后封閉而成。其結(jié)構(gòu)主要由蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段（含儲氣段）組成，具體如圖1所示。熱管低溫省煤器每根熱管相互獨立，冷卻水互不相通。冷卻水與煙氣通過絕熱段管板隔開，分別從省煤器的上部和下部流過，兩種介質(zhì)在各自獨立的密封結(jié)構(gòu)中進(jìn)行換熱，確保冷卻水不會泄漏到煙道內(nèi)。熱管通過管內(nèi)工質(zhì)的相變過程來傳遞熱量，具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性能，冷熱兩端的傳熱面積可調(diào)，還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳熱并控制溫度，具備多種優(yōu)勢。

真空熱管主要工作原理如下：熱管的蒸發(fā)段從空預(yù)器出口高溫?zé)煔庵形諢崃亢?，管?nèi)工質(zhì)受熱蒸發(fā)為氣體，隨后在蒸發(fā)段與冷凝段的壓差驅(qū)動下，蒸氣流向冷凝段。在冷凝段與管外的冷卻介質(zhì)換熱，工質(zhì)釋放相變潛熱后冷凝為液體，液體在重力作用下返回到蒸發(fā)段。通過這一循環(huán)，熱量得以有效傳遞。由于熱管內(nèi)的工質(zhì)在換熱過程中發(fā)生相變，可傳遞大量熱量，且其內(nèi)部熱阻較小，因此在較低溫差下也能實現(xiàn)高效的傳熱。

2" " 工程應(yīng)用

2.1" " 工程現(xiàn)狀

江西某電廠700 MW機(jī)組于2013年改造安裝有高頻電阻焊H型翅片管低溫省煤器，經(jīng)過多年運行，換熱管出現(xiàn)無法避免的磨損和腐蝕問題，使得機(jī)組凝結(jié)水泄漏，影響機(jī)組安全運行，只能停運隔離該低溫省煤器，導(dǎo)致電除塵器入口煙溫和排煙體積流量升高，排煙熱損失增大。同時，該低溫省煤器的堵塞導(dǎo)致煙道阻力增加，致使引風(fēng)機(jī)電耗上升。

另外，原低溫省煤器導(dǎo)流板為格柵式結(jié)構(gòu)，有橫向和縱向?qū)Я靼?，根?jù)原CFD試驗報告，煙氣流場較差，換熱器下部風(fēng)速很高，達(dá)到22 m/s，其變徑段前的局部風(fēng)速甚至可達(dá)到30 m/s，可能對換熱器的中部及下部產(chǎn)生磨損。

原低溫省煤器泄漏檢查情況如圖2所示。原低溫省煤器出現(xiàn)泄漏后，電廠對原低溫省煤器采取了一系列改造措施，包括封堵已泄漏的換熱管、更換防磨假管、消除底部煙氣走廊、更改低溫省煤器入口導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)等，均無法從根本上解決運行一段時間后凝結(jié)水泄漏的問題。因此，廠方急需一種安全可靠的技術(shù)來降低鍋爐排煙溫度，以提升機(jī)組運行的安全性和穩(wěn)定性。

2.2" " 改造方案

本項目對原有低溫省煤器進(jìn)行了技術(shù)改造，全面更換了原低溫省煤器的換熱模塊，采用熱管換熱模塊代替原有的換熱裝置，真空熱管低溫省煤器設(shè)計參數(shù)如表1所示。利舊原有低溫省煤器的凝結(jié)水管路系統(tǒng)及電氣熱工控制系統(tǒng)，水側(cè)系統(tǒng)采用全流通工藝，即從機(jī)組凝結(jié)水主管路引出全部凝結(jié)水，通過凝結(jié)水泵增壓后，將凝結(jié)水輸送至電除塵器前4臺真空熱管低溫省煤器進(jìn)行換熱，凝結(jié)水吸熱后返回至機(jī)組凝結(jié)水主管路。

本項目同步對空預(yù)器出口至真空熱管低溫省煤器煙道進(jìn)行流線型改造，設(shè)置流線型水滴狀導(dǎo)流均流裝置，減少煙氣渦流和流動死區(qū)，降低煙氣阻力。

2.3" " 運行情況

本項目中的真空熱管低溫省煤器于2024年初投入運行，測試數(shù)據(jù)如表2所示。經(jīng)擴(kuò)容改造后，機(jī)組運行時，由于考慮到一來原凝結(jié)水泵的出力較高，凝結(jié)水壓力超過了后續(xù)設(shè)備的承壓能力；二來為降低電廠的廠用電率；三來為了避開原凝結(jié)水泵的共振區(qū)間，對機(jī)組原凝結(jié)水泵拆除了一級葉輪，凝結(jié)水流量略低于設(shè)計流量。從測試數(shù)據(jù)可知，本機(jī)組4個煙道的煙氣溫度不均，對真空熱管低溫省煤器換熱效果有一定影響，但是總體降溫幅度為46.9 ℃，略優(yōu)于設(shè)計值。此外，空預(yù)器出口至電除塵器入口煙道進(jìn)行流線型改造后，每個煙道內(nèi)風(fēng)速分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差CV值低于20%，煙氣流量偏差低于±5%，實測的4個煙道煙氣阻力接近，平均煙氣阻力為350 Pa，顯著低于設(shè)計值。實際運行參數(shù)經(jīng)修正后達(dá)到并優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)真空熱管的技術(shù)原理，運行一段時間后，鋼管和工質(zhì)（主要是除鹽水）必然會產(chǎn)生不凝性氣體（主要是氫氣），聚集在熱管頂部，影響換熱效率。本項目測試時采用熱成像儀在線檢測真空熱管低溫省煤器的管壁溫度（圖3），所有換熱管的熱成像圖像清晰，真空度保持良好，沒有工質(zhì)泄漏或真空度下降的問題。換熱管的管壁溫度均保持在較高水平，有助于減緩熱管的腐蝕速度。

2.4" " 效果分析

本項目中真空熱管低溫省煤器的成功投運，確保了換熱器的安全運行，消除了凝結(jié)水泄漏至煙道的隱患，實現(xiàn)了余熱的穩(wěn)定回收利用，并保持了電除塵器在高效低阻的狀態(tài)下運行，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1）通過真空熱管低溫省煤器的有效降溫，實現(xiàn)了煙氣余熱的充分利用，提升了鍋爐的經(jīng)濟(jì)運行性能，節(jié)煤量可達(dá)1.5 g（標(biāo)準(zhǔn)煤）/（kW·h），單臺鍋爐年收益可達(dá)378萬元（按有效利用4 500 h，標(biāo)煤價格800元/t計算）。

2）常規(guī)管殼式低溫省煤器泄漏后會導(dǎo)致設(shè)備本體堵塞，增加煙氣側(cè)阻力，引風(fēng)機(jī)電流上升，進(jìn)而增加引風(fēng)機(jī)電耗。經(jīng)過流線型煙道及真空熱管低溫省煤器升級改造后，煙氣體積流量降低，設(shè)備煙氣阻力長期維持在較低值（350 Pa），引風(fēng)機(jī)電耗降低。

3）改造后，脫硫吸收塔入口煙氣平均溫度降低至95 ℃，從而減少了脫硫系統(tǒng)的水耗，并進(jìn)一步提升了脫硫效率。

4）通過停爐檢修及日常維護(hù)情況記錄，常規(guī)低溫省煤器升級改造為真空熱管式低溫省煤器后，沒有發(fā)生凝結(jié)水泄漏的問題，熱管的真空度保持良好，檢修維護(hù)工作量大大減少。本工程真空熱管低溫省煤器冷凝段頂部特留取足夠的儲氣段，并設(shè)置可在線恢復(fù)真空的封頭結(jié)構(gòu)，若后期檢測出熱管真空度下降的情況，可以在線恢復(fù)真空。

3" " 結(jié)束語

近兩年，全國范圍內(nèi)火電機(jī)組常規(guī)低溫省煤器升級改造為真空熱管式低溫省煤器正逐步鋪開，已投運的項目運行狀況良好，較好地解決了傳統(tǒng)低溫省煤器存在的共性問題：積灰、磨損、泄漏、腐蝕等，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。真空熱管式低溫省煤器在燃煤電廠的成功應(yīng)用，為燃煤電廠及非電行業(yè)煙氣余熱回收裝置的換熱器升級改造提供了寶貴的參考和借鑒價值。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 張躍，謝慶亮，但振宇，等.真空熱管低溫省煤器在循環(huán)流化床機(jī)組的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2024（6）：182-184.

收稿日期：2024-10-14

作者簡介：陳小華（1970—），男，江西南昌人，高級工程師，高級技師，從事電廠生產(chǎn)運營、安全管理工作。