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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

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。

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。
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

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：
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。
图二烟气横向冲刷叉列水平管
时的磨损量分布情况

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。
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。

利用热管技术改造循环流化床锅炉省煤器
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：
传热效率高，其当量传热系数是紫铜的6000倍。
加热段和冷却段分离。
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。
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：
传热效率高。较普通省煤器提高20~30%。
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安排检修。
更换容易，检修费用低。
与普通省煤器有一定的互换性。

改造实例