隨著換熱器應用的日益普及, 人們對換熱器及其系統的認識也越來越深刻, 技術水平日益提高。現就設計中涉及的一些新技術進行論述
1 金屬對流換熱器材質的進步
70 年代末隨著能源矛盾的日益突出, 國內冶金工業爐開始大量采用換熱器, 其中絕大多數是金屬對流換熱器。當時受青睞的是翅片管換熱器, 它的換熱元件是帶有內外翅片的鑄鋼管。由于單位體積內的換熱面積大, 所以換熱器整體效率高, 占地小,適合舊有爐子改造位置緊張的條件。但由于鑄造產品質量控制難度大, 裂、漏現象嚴重, 而且膨脹問題也成為薄弱環節, 更有令人頭痛的積灰問題, 限制了翅片管換熱器的應用水平。自80 年代后期以來, 各種軋制管材的換熱器逐漸取代了翅片管換熱器。雖然其單位體積內的換熱量沒有翅片換熱器大, 但它的質量穩定, 壽命長, 阻力損失也不太大, 得到廣大用戶的喜愛。目前應用多的是管式換熱器, 其換熱管是無縫鋼管, 有時管內加插件以強化傳熱, 材質是碳鋼或碳鋼滲鋁或耐熱鋼。近年來, 材質水平又有了新的提高。
(1) 高溫管的材質: 目前高溫段耐熱鋼管的材質大都采用1Cr18N i9T i。眾所周知, 高溫下N i 與S 反應發生晶間腐蝕加速材料的損壞, 而冶金工業爐的煙氣中大都含有較高的S, 因此這種選擇是不合理的, 應該選擇不含N i 的耐熱鋼如0Cr17 等。但1Cr18N i9T i 屬奧氏體不銹鋼容易焊接, 而0Cr17 等屬鐵素體鋼極難焊接, 加之國內市場上采購0Cr17管不太容易, 因此盡管技術上合理卻很難得到應用。近年來國內換熱器市場競爭激烈, 促進了換熱器制造水平的提高, 鐵素體鋼的焊接技術逐漸被人掌握,鐵素體鋼換熱器自1996 年開始在國內大型軋鋼加熱爐上被應用, 效果很好, 壽命可提高約1 倍, 價格與1Cr18N i9T i 相當或略低。很有發展前途。
(2) 耐低溫腐蝕鋼管: 低溫腐蝕是造成換熱器損壞的主要原因之一。所謂低溫腐蝕就是煙氣中的S與H2O 反應生成稀硫酸, 以汽態、液態及酸性垢的形式腐蝕換熱器管壁, 造成鋼管的損壞。我們經常看到換熱器低溫側結滿了厚厚的黃、綠、褐色垢, 進而損壞, 就是低溫露點腐蝕造成的。溫度越底越嚴重,煙氣中含S 越多越嚴重。防止低溫露點腐蝕的措施主要有兩種, 其一是采用耐低溫露點腐蝕的材質; 其二是采用自動控制回路, 或者兩種同時采用。控制回路方式將在后面論述, 這里主要說一說耐低溫露點腐蝕的材質。近年來, 石化行業開發了一種能抵抗低溫露點腐蝕的低合金鋼, 名為ND 鋼。它經硫酸腐蝕后表面很快形成一層光亮的保護膜, 從而可防止進一步的腐蝕。實踐證明, 在含S 煙氣中使用ND 鋼可比滲鋁碳鋼提高設備壽命3～ 10 倍, 而價格僅略大于滲鋁碳鋼遠低于耐熱鋼。目前ND 鋼管已被成功地應用于加熱爐換熱器的低溫側, 可有效提高換熱器壽命。加熱爐的煤氣換熱器都設在空氣換熱器的后面, 溫度更低, 在煤氣換熱器上使用ND 鋼管更有提高安全性的作用, 意義重大。
2 換熱器系統控制方式中的新技術
(1) 換熱器熱保護系統: 常規的熱保護系統由進口煙溫保護、熱風溫度保護組成。進口煙溫保護是用兌冷風風機向換熱器前煙氣摻冷風, 根據檢測的煙氣溫度調節摻冷風量, 使入換熱器煙溫不大于設定值, 從而防止換熱器管壁溫度過高。熱風溫度保護是當爐子驟然減負荷空氣量減少而煙道壁由于熱慣性大不能同步降溫引起空氣溫度升高時, 通過熱風放散提高空氣流量來降低空氣溫度, 從而降低換熱器管壁溫度。上述控制的目標都是管壁溫度, 而檢測項目都是氣體溫度。近年來法國SH 公司在上述基礎上又增加了直接檢測管壁溫度的項目, 采用特制的電偶固定在多處管壁上, 在線顯示管壁真實溫度, 提高了換熱器熱保護的水平。常規熱保護系統的流程,如圖1 所示。
(2)換熱器低溫保護系統: 如前所述, 避免煙溫過低是防止低溫露點腐蝕的有效措施。在空氣流程上設旁路, 根據換熱器出口煙氣溫度調節旁通管上的閥門。當煙溫過低時使一部分冷空氣不經換熱器直接從旁通管流過以減小換熱器空氣流量從而減少換熱量, 增加排煙溫度。如果空氣換熱器后面還有煤氣換熱器則以煤氣換熱器后煙氣溫度為控制依據。該技術在國外各大爐子公司的設計中較為常見, 在國內尚未見應用。換熱器低溫保護系統的流程。
3 空氣預熱溫度的確定
空氣預熱溫度并不是越高越好, 設計時確定預熱溫度值主要應考慮如下因素:
(1) 外在條件限制: 如場地條件限制換熱面積從而限制預熱溫度, 排煙溫度、煙氣量限制預熱溫度,空氣或煙氣阻力損失限制預熱溫度等, 在這種情況下只能有多高是多高, 無法強求。
(2) 熱風系統耐溫條件: 國外加熱爐換熱器的空氣預熱溫度經常考慮在500～ 600 ℃, 此時熱風管道材質都采用耐熱鋼, 管道上的閥門等附件的耐溫水平也相應提高。而我國的條件與國外不盡相同, 主要是耐熱鋼價格與碳鋼價格相差太大, 提高100～ 200℃風溫所回收的熱量與提高熱風管路系統耐溫水平所增加的費用相比太不合適, 因此不宜采用太高的風溫, 以燒嘴前不大于450 ℃為宜。
(3) 換熱器材質和壽命問題: 據計算, 熱風溫度由450 ℃提高到550 ℃, 換熱器管壁溫度將由～ 630℃提高到～ 750 ℃, 要求換熱器傳熱管材質進一步提高, 而國內目前常用的1Cr18N i9T i 和0Cr17 之類的耐熱鋼都不能滿足要求, 如果用之, 則壽命將大幅降低, 從投入產出的角度看如此提高風溫是很不適合的。
(4) 配合煤氣換熱器的問題: 對于熱值2000×4. 18 kJöm 3 左右或更低的煤氣來說, 煤氣體積占相當大的比例。花很大代價單獨提高空氣溫度遠不如增加煤氣換熱器合適。只要平面布置允許, 在空氣換熱器后面增設煤氣換熱器, 即可以大限度利用煙氣余熱, 又可避免提高材質、降低壽命的問題, 從投入產出的角度考慮是合適的。
綜合上面各因素, 空氣高預熱溫度以燒嘴前450 ℃為宜。 |
