干熄焦工藝中,給水預熱器是降低干熄爐入口循環(huán)氣體溫度,提高除氧器給水溫度,提高余熱回收效率的重要設備。 其換熱效果直接影響干熄爐入口循環(huán)氣體溫度,進(jìn)而影響排焦溫度,對干熄焦系統的運行效率產(chǎn)生較大影響。在干熄焦初期,廣泛采用熱管式給水預熱器。

隨著(zhù)干熄焦技術(shù)的發(fā)展,熱管式給水預熱器逐步被具有更高換熱效率的螺旋鰭片副省煤器所代替,但螺旋鰭式副省煤器內部易積灰,導致?lián)Q熱效率很快降低。 近年萊鋼焦化廠(chǎng)在干熄焦系統中采用 H 型鰭片式副省煤器,收到良好效果。

1 H 型鰭片副省煤器的優(yōu)點(diǎn)

H 型鰭片管是把 2 片中間有圓弧的鋼片對稱(chēng)與光管焊接在一起而形成鰭片,因其切面形狀像字母“H”,故稱(chēng) H 型鰭片管(圖 1)。 2 片鰭片為矩形,常采用閃光電阻焊焊接,與光管焊接熔合率高,焊縫抗拉強度大,具有良好的熱傳導性能。 表 1 為萊鋼焦化廠(chǎng)干熄焦 H 型鰭片副省煤器主要技術(shù)參數。

采用 H 型鰭片管制作的副省煤器有以下優(yōu)點(diǎn)：

1) 積灰少。 螺旋鰭片采用螺旋角引導煙氣改變流動(dòng)方向,循環(huán)氣體產(chǎn)生旋轉,導致焦粉與煙氣分離,形成積灰；另一原因是螺旋鰭片與氣流運行方向不平行,背面易積灰。 因此螺旋鰭片管積灰比較嚴重,對粉塵含量較高的煙氣,不易采用螺旋鰭片式省煤器。 而 H 型鰭片管由于其鰭片焊接在受熱管不易積灰的兩側,同時(shí)氣流可以在 2 片鰭片之間順暢流動(dòng),煙氣方向與鰭片平行,具有自清掃功能,因此H 型鰭片不易積灰。 生產(chǎn)實(shí)踐也表明 H 型鰭片管積灰極少,而螺旋鰭片管積灰嚴重。

2) 耐磨性強。 影響磨損的主要因素為管組的排布方式,H 型鰭片副省煤器采用順列排布,而螺旋鰭片副省煤器采用錯列排布。 對于錯列布置,第 2排管子正對第 1 排兩管中間,煙氣中焦粉粒進(jìn)入管束后,由于其流通截面減小,焦粉顆粒隨煙氣一起被加速后直接沖擊在第 2 排管子上,因此第 2 排管的磨損量較第 1 排更大,之后各排管的磨損量比第 1排大 30％~40％。 對于順列布置,由于后排管受到前排管的遮擋,所以只有第 1 排磨損較嚴重。 對于

錯列和順列管束的第 1 排管子,在管子周?chē)c氣流方向成 30°~40°夾角的部位磨損最為嚴重。 研究表明,在其他條件相同的情況下,順列管束的最大磨損量比錯列管束小得多。 同時(shí)磨損量還與煙氣速度不均勻系數和煙氣中焦粉顆粒的不均勻系數有關(guān),煙氣速度及煙氣中焦粉顆粒越均勻對受熱管磨損越輕。

H 型鰭片管省煤器采用順列布置,把循環(huán)氣體風(fēng)道分成若干小的區域,對氣流有均流作用。 在其他條件相同的情況下,與采用錯列布置的螺旋鰭片式省煤器相比,耐磨損壽命長(cháng) 3~4 倍。

3) 煙氣阻力小。 H 型鰭片副省煤器采用順列排布,循環(huán)氣體中煙氣的方向與鰭片平行,循環(huán)氣體可以在 2 鰭片中間順暢流動(dòng),形成相對穩定均勻的煙氣流道,因而煙氣阻力較小,其阻力幾乎與光管阻力相當。 螺旋鰭片省煤器由于螺旋鰭片引導循環(huán)氣體改變流動(dòng)方向,形成湍流,同時(shí)在排列方式上采用錯列排布,流通面積相應減小,因此煙氣的阻力加

大,增大了循環(huán)風(fēng)機的負荷。

4) 換熱效率高。 H 型鰭片副省煤器與熱管換熱器相比增加了方形鰭片,擴展了有效換熱面積,其擴展系數達到 3~5,大部分傳熱在煙氣與鰭片之間進(jìn)行。 同時(shí)循環(huán)氣體的流動(dòng)情況和對流傳熱的形式比光管更為復雜。 煙氣和鰭片之間類(lèi)似于在平行流道中的縱向流動(dòng),同時(shí)鰭片間的管子還能起到擾動(dòng)作用,H 型鰭片副省煤器換熱效率更高。H 型鰭片副省煤器除以上優(yōu)點(diǎn)外,比熱管式給水預熱器體積更小,耗材少,價(jià)格也比熱管式預熱器更低

2.H 型鰭片副省煤器在干熄焦的應用

萊鋼焦化廠(chǎng)目前共有 4 套干熄焦裝置。 原設計4 套干熄焦給水預熱器采用熱管換熱器或螺旋鰭片式換熱器。 隨著(zhù)運行時(shí)間的延長(cháng),進(jìn)、出口循環(huán)氣體溫差均在 18 ~ 22℃,換熱效果極差,給水預熱器出口循環(huán)氣體高達 155℃,導致焦炭冷卻效果不好,排焦溫度偏高,嚴重影響了干熄率的提高。 同時(shí)排焦溫度過(guò)高導致皮帶加速老化,皮帶的使用壽命大為縮短。

從 2013 年 6 月開(kāi)始對給水預熱器進(jìn)行改造,采用 H 型鰭片副省煤器替換熱管換熱器。 H 型鰭片副省煤器內部管組采用蛇形管結構,其擴展受熱面采用 H 型鰭片,同時(shí)利用副省煤器回水加熱進(jìn)水的方法,提高副省煤器進(jìn)水溫度,以保證副省煤器進(jìn)口管壁溫度不低于煙氣的露點(diǎn)溫度,避免發(fā)生露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題。

通過(guò)運行分析,干熄焦給水預熱器的各項工藝指標均得到了極大改善,其中副省煤器進(jìn)、出口循環(huán)氣體溫差提高到 45℃,干熄爐入口循環(huán)氣體溫度下降到 133℃左右,有效提高了干熄率,提高了余熱回收效率。

H 型鰭片的應用避免了因積灰帶來(lái)?yè)Q熱效率下降的難題,且運行中煙氣阻力穩定在 400Pa 左右,降低了循環(huán)風(fēng)機的運行負荷。 表 2 為 3 種副省煤器運行半年后的主要參數對比。

3 H 型鰭片副省煤器運行存在的問(wèn)題

露點(diǎn)腐蝕是影響干熄焦副省煤器長(cháng)期穩定運行的關(guān)鍵問(wèn)題,因此副省煤器露點(diǎn)腐蝕要引起足夠重視。 引起露點(diǎn)腐蝕的因素有很多,主要有煙氣中SO 2 及水汽的含量,研究表明無(wú)硫煙氣中,水分露點(diǎn)約為 40℃,而當含有 SO 2 后煙氣露點(diǎn)可高達 130℃。

同時(shí)露點(diǎn)腐蝕還與管壁溫度有關(guān),當金屬壁溫在露點(diǎn)溫度以下 10~40℃時(shí)腐蝕最為劇烈。

干熄焦副省煤器在運行過(guò)程中由于管內水側的對流換熱系數遠高于管外煙氣側的對流換熱系數,因此管壁溫度與管內水溫更為接近。 因此管內水溫過(guò)低將會(huì )導致管壁溫度過(guò)低,特別在副省煤器水側進(jìn)口處,因此在運行過(guò)程中要嚴格控制干熄焦副省煤器的進(jìn)口水溫,以防止在煙氣側形成露點(diǎn)腐蝕。為解決該問(wèn)題,在工藝流程設置上增加了板式換熱器,以副省煤器的出水加熱副省煤器的進(jìn)水,使其溫度控制在干熄焦循環(huán)氣體煙氣的露點(diǎn)溫度以上,防止發(fā)生露點(diǎn)腐蝕。 因此工藝上相對復雜,對操作要求也相應提高。

4 結語(yǔ)

結合熱管給水預熱器、螺旋鰭片副省煤器和 H型鰭片副省煤器在干熄焦生產(chǎn)中的實(shí)際運行情況,H 型鰭片副省煤器在積灰、耐磨損、換熱效率等方面比其他形式的給水預熱器都有大幅改善,能夠有效延長(cháng)設備的穩定運行周期。