脫硫系統煙氣換熱器

脫硫系統煙氣換熱器是一種利用高溫流體的熱量加熱低溫流體的換熱設備。換熱器中的熱管一般由管殼和內部工作液體 (工質)組成。管殼採用鋼製的並且是抽成真空的密閉管殼，工質是經過特殊處理的液體

套用

在眾多的傳熱元件中，熱管是人們所知的最有效的傳熱元件之一，它可將大量的熱量通過其很小的截面積遠距離地傳輸而無需外加動力。國際上對熱管技術的研究和套用在20世紀60年代開始。我國在這方面的研究起始於上世紀70 年代，開展了熱管的傳熱性能研究和熱管在電子器件冷卻和空間飛行器方面的套用研究。80年代初，我國的熱管研究和開發重點轉向節能和能源的合理利用，相繼開發了熱管氣—氣換熱器、熱管餘熱鍋爐、高溫熱管蒸汽發生器、高溫熱管熱風爐等各類熱管產品。由於碳鋼—水重力熱管的結構簡單、價格低廉、製造方便、易於在工業中推廣套用，使得熱管技術工業化套用的開發與研究得到了迅速的發展。

隨著科學技術的不斷提高，熱管研究和套用的領域也在不斷拓寬。目前，熱管及熱管換熱器作為高效傳熱傳質設備已廣泛套用於石油、化工、動力、冶金、建材、輕工等領域，以及電子裝置晶片冷卻、筆記本電腦CPU冷卻及電路控制板等的冷卻。

目前，除微型熱管已批量化、大規模生產外，無論是工業過程中的熱管換熱設備還是餘熱回收用的熱管換熱器，由於各種設備規模、大小、使用情況的不同，每台設備均可以根據現有的工藝條件、現場情況進行設計、製造。

熱管工作原理

如下圖所示。熱管受熱側吸收高溫流體熱量，熱量通過熱管壁傳給管內工質，工質吸熱後沸騰和蒸發，轉變為蒸汽，蒸汽在壓差的作用下上升至放熱側，受管外低溫流體的冷卻，蒸汽冷凝並向外放出凝結潛熱，低溫流體獲得熱量，冷凝液依*重力回到受熱側。如此周而復始，高溫流體熱量便傳給低溫流體，使低溫流體得到加熱。

由於熱管內部一般抽成一定的真空，工質極易沸騰與蒸發，熱管啟動非常迅速，因此其具有很高的導熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個數量級的熱量。

熱管工作特點

與常規換熱設備相比，熱管技術具有如下的重要特點：

（1）熱管換熱設備較常規換熱設備更安全、可靠，可長期連續運行。常規換熱設備一般都是間壁換熱，冷、熱流體分別在器壁的兩側流過，如管壁或器壁有泄漏，則將造成停產損失。由熱管組成的換熱設備，是二次間壁換熱，即熱流體要通過熱管的蒸發段和冷凝段管壁才能傳到冷流體，而熱管一般不可能在蒸發段和冷凝段同時破壞，所以大大增強了設備運行的可靠性；

（2）傳熱效率高，熱管的冷、熱側均可根據需要採用纏繞翅片來增加傳熱面積；

（3）有效地避免冷、熱流體的串流，每根熱管都是相對獨立的密閉單元，冷、熱流體均在管外流動，並由中間密封結構將冷、熱流體完全隔開；

（4）有效的防止露點腐蝕，通過調整熱管根數或調整熱管冷熱側的傳熱面積比，使熱管壁溫提高到露點溫度以上；

（5）有效的防止積灰，換熱器設計時能夠採用變截面形式，保證流體通過熱管換熱器時等流速流動，達到自清灰的目的；

（6）無任何轉動部件，沒有附加動力消耗，不需要經常更換元件，即使有部分元件損壞，也不影響正常生產；

（7）單根熱管的損壞不影響其它的熱管，同時對整體換熱效果的影響也可忽略不記。

GGH

國內外目前普遍採用的脫硫方法為濕式石灰石—石膏法煙氣脫硫技術，90%以上的國內外火電廠脫硫技術均採用此種方法，在該工藝中，選擇既經濟又高效可行的煙氣換熱裝置是脫硫工藝中的關鍵環節，利用未脫硫的高溫煙氣通過換熱器去加熱脫硫後的淨煙氣，使淨煙氣從40℃被加熱到提升煙氣的抬升高度。利用脫硫換熱器既可以回收高溫煙氣的熱量、節省能源，又可以保證脫硫塔的正常工作、減少水消耗，同時提高脫硫塔的脫硫效率、降低對大氣的二次污染。

該換熱器有一個矩形的外殼，內部由許多單根熱管組成，熱管的布置形式可以是錯列呈三角形的排列，也可以是順列呈正方形的排列。在矩形殼體內部的中央有一塊管板（中孔板）把殼體分成兩部分，形成高溫流體（原煙氣）和低溫流體（淨煙氣）的通道。當高、低溫流體同時在各自的通道中流過時，熱管就將高溫流體（原煙氣）的熱量傳給低溫流體（淨煙氣），實現了兩種流體的熱交換，使原煙氣的溫度降低達到去吸收塔的溫度，淨煙氣的溫度升高滿足排放的要求。在換熱器中，熱管數量的多少取決於換熱量的大小，為提高換熱係數，在熱管上纏繞翅片，這樣可使所需的熱管數目大大減少。因此，採用熱管式GGH換熱裝置具有較強的經濟意義和社會意義。

結構特點

1) 中間管板的密封

熱管式GGH中中孔板是分隔原煙氣與淨煙氣的隔板，不使原煙氣與淨煙氣串流， 其密封性要求較高。設計時採用密封圈和錐面線密封對原煙氣與淨煙氣加以雙重密封，確保密封的可*性。

為了確保熱管在運行中熱膨脹及振動引起的密封破壞，保證中孔板的嚴格密封，在每根熱管的頂部（或底部）用彈簧對熱管進行壓緊（或拉緊），確保萬無一失。

（2）熱管的熱膨脹

熱管式GGH中每根熱管只有一個固定點，該固定點在中孔板處，其兩端均可自由膨脹，因此熱管的膨脹不會對換熱器產生危害。

清灰方式

考慮到整個脫硫系統中煙氣的含塵量較高，在設備中，為提高傳熱效率，熱管仍採用錯排形式，但管外纏繞的翅片採用了大螺距、低翅高形式。為考慮清灰，設備內按一定間距布置了若干組吹灰管束，並且配備激波或聲波吹灰器接口。同時，在換熱器的冷、熱流體通道中每隔4-6排管排就留出人行通道，必要時可採取人工進入徹底清灰，也利於設備的內部維護。 設備底部和中部均留有排污口和排液口，方便清灰處理和及時排污。

煙氣速度

選擇合適的煙氣流動速度，達到自清灰性能。一般說來，能使熱管具有自清灰性能的風速範圍是8-12 m/s，熱管式GGH中，在滿足煙氣阻力降的要求下，煙氣流速控制在9-10 m/s之間,說明該設備在正常運行時,能達到自清灰的作用。

防腐處理

在煙氣脫硫技術中，除乾法外，其它脫硫方法均要解決裝置的腐蝕與防護問題。在熱管式GGH中同樣也存在腐蝕問題，可以採取以下措施：

（1）合理控制熱管壁溫

根據熱管的特點，通過調整冷、熱側的傳熱面積比，使熱管工作在“允許腐蝕區域”。

根據國內外的試驗證明腐蝕速度並不是簡單地隨著溫度的降低而增加，而是如圖2所示的關係。從圖中可以看出，在酸露點的腐蝕程度並不高，最高腐蝕點出現在接近酸露點處；然後隨著溫度的繼續降低，腐蝕程度也迅速下降，直至最低腐蝕點；再繼續降低溫度，腐蝕程度又會增加。

這說明，在酸露點以下存在著一個腐蝕速度很小的區域—“允許腐蝕區域”。如果受熱面工作在這個區域內，就可以把腐蝕降低到最小。這樣可以通過調整熱管冷熱側的傳熱面積比，使熱管工作在“允許腐蝕區域”。

(2) 選用合適的管材

換熱器中熱管元件採用耐腐蝕ND鋼管。目前，ND鋼管是專門用於耐硫酸低溫露點腐蝕的材料，可以降低腐蝕速率，延長使用時間。

(3) 燒鍍搪瓷（搪玻璃）或鍍陶瓷技術的採用

在熱管的外表面採用燒鍍搪瓷或陶瓷的技術來防止其低溫露點的腐蝕。

搪瓷傳熱元件是在普通碳鋼（翅片管）外塗一層耐酸搪瓷。由於搪瓷層很薄，一般厚度為0.2mm，與碳鋼結合緊密，對傳熱效果影響很小，搪瓷管的傳熱係數≥48.38W/（m2℃），

與碳鋼管相比，相對降低率<7.14%；且搪瓷表面光滑，不易結垢和積灰，又耐磨損、抗腐蝕；投資費用較選用耐酸不鏽鋼有明顯的降低。

由於採用了燒鍍搪瓷的技術對熱側的換熱面進行了處理，在正常操作狀態下，熱管式GGH中熱管元件能有效地保證連續工作。

(4) 殼體的防腐處理

在換熱器殼體內，原煙氣、淨煙氣通道均採取措施，可以採用內襯鱗片襯裡。該技術目前已成為煙氣脫硫防腐的首選技術，在美國和日本普遍使用，我國現運行的引進裝置中均採用此技術。鱗片襯裡具有抗滲性好，施工難度小，易修補，物理失效少等優點。

整體式熱管GGH

根據熱管換熱器的特點，熱管式GGH可以有多種布置形式。

（1）立式熱管GGH，原煙氣、淨煙氣分別在換熱器的下部煙道和上部煙道，採用逆流布置，實現冷、熱流體的熱交換。

（2）斜置式熱管GGH，原煙氣、淨煙氣分別在換熱器的左下部煙道和右上部煙道，採用逆流布置，實現冷、熱流體的熱交換。這裡，熱管採取傾斜放置，這種布置形式更有利於清灰處理。

分離式熱管GGH

原煙氣、淨煙氣分別採用兩個獨立的箱體，每台殼體內均裝有若干片由翅片管和上、下聯箱組焊而成的彼此獨立的熱管管束。如圖3所示。受熱段和放熱段相對應的各片管束通過蒸汽上升管和冷凝液下降管連線，構成各自獨立的封閉系統。這裡，受熱段與放熱段分離開來，用蒸汽上升管和冷凝液下降管將它們聯接，組成了具有熱管傳熱效應的又一結構形式。當管束內部形成一定的真空度後，熱流體通過受熱段（原煙氣換熱器）時，受熱段管束內的工質吸收熱量後汽化，產生的蒸汽匯集受熱段上部的上聯箱內，經蒸汽上升管輸送到冷流體通過的放熱段（淨煙氣換熱器）的管束內，受管外冷流體的作用，蒸汽冷凝放出的凝結潛熱將管外的冷流體（淨煙氣）加熱，蒸汽冷凝後的液體匯集放熱段下部的下聯箱內，在位差的作用下，通過冷凝液下降管回到受熱段管束內繼續蒸發。如此往復循環進行，從而完成熱量由受熱段到放熱段的輸送。

其特點：

（1）裝置的原煙氣側和淨煙氣側可視現場情況而分開布置，可實現遠距離傳熱，這就給工藝設計帶來了較大的靈活性，也給裝置的大型化、熱能的綜合利用以及熱能利用系統的最佳化創造了良好的條件；

（2）工作介質的循環是依*冷凝液的位差和重力作用，不需要外加動力，無機械運行部件，增加了設備的可*性，也極大地減少了運營費用；

（3）原煙氣側和淨煙氣側彼此獨立，易於實現流體分隔、密封。

(4) 受熱段與放熱段管束可根據冷、熱流體的性能及工藝要求選擇不同的結構參數和材質，從而可有效地解決設備的露點腐蝕和積灰問題；

(5) 根據工藝要求，可以將流體順、逆流混合布置，以適應較寬的溫度範圍；

(6) 系統換熱元件由多片熱管管束組成，各片之間相互獨立，因此，其中一片甚至幾片損壞或失效不會影響整個系統的安全運行