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石墨換熱器在煙羽脫白工藝中的應用
2018/12/27 13:54:29

石墨換熱器在煙羽脫白工藝中的應用

 

目前國內絕大多數燃煤電廠或是其它化工行業的煙氣在排放前大都進行了濕法脫硫,溫度降至45℃~55℃,此時的煙氣通常是飽和濕煙氣,煙氣中含有大量水蒸汽,水蒸汽中含有較多的溶解性鹽、SO3、凝膠粉塵、微塵等(都是霧霾的主要成分)。如果煙氣由煙囪直接排出,進入溫度較低的環境空氣中,由于環境空氣的飽和濕度比較低,在煙氣溫度降低過程中,煙氣中的水蒸汽會凝結形成濕煙羽(見圖1),造成對大氣的不僅是視覺的而且是實質上污染。

由于南北東西地域的不同,氣候條件相差很大。比如平均溫度、濕度,極端溫度相差很大,處理煙羽采用的方法技術也不盡相同,加上各企業的工藝流程條件不同、余熱資源不同、投資要求不同,采取的脫硫消白方法不同等因素,煙羽脫白工藝方案千變萬化也有很大的差別,但滿足用戶要求是技術方案的根本要求。

一、   煙羽脫白技術概述:

除煙羽是一個綜合治理的過程,應從以下幾方面著手:(1)降低煙氣的**含濕量;(2)降低煙氣的相對含濕量;(3)控制煙氣中SO3的生成及排放,控制NOx的排放并合理噴氨;(4)去除亞微米顆粒和酸霧,減少酸性氣溶膠的產生。對此根據“煙羽現象”的基本成因原理,結合實際生產,治理手段大致可分為三大類:煙氣加熱技術、煙氣冷凝技術和煙氣冷凝再熱技術。

1、煙氣加熱技術

煙氣加熱技術是對進入煙囪前的濕飽和煙氣進行加熱,將濕煙氣的溫度升高,保持濕煙氣的**含濕量不變,相對含濕量減小,使得煙氣相對濕度小于升溫后的飽和濕度,從而達到消除煙羽的技術要求。

2、煙氣冷凝技術

煙氣冷凝技術是對煙囪入口前的濕飽和煙氣進行冷卻,將濕煙氣的溫度降低,在降溫過程中含濕量大幅下降,減小濕煙氣的**含濕量。該技術可以回收大量煙氣凝結水、降低煙氣中煙塵、Hg、SO3等多種污染物的濃度。

3、煙氣冷凝再熱技術

煙氣冷凝再熱技術是上述兩種方式的組合使用,俗稱“兩降一升”,其目前環保投資性價比遠高于前兩種技術,它的濕煙羽消除機理是通過降溫減少濕煙氣中的**含濕量,使煙氣中飽和水汽析出成凝結水,再將煙氣再熱降低濕煙氣的相對含濕量,從而消除煙羽。

二、結合石墨換熱器的優點及介紹具體應用:

1、在化工生產過程中,所使用的換熱設備可謂種類繁多,根據不同的工藝條件選擇不同的換熱設備是確保安全生產、投資效益的關鍵,眾所周知煙羽脫白工藝中換熱器工段中煙氣特性主要指濕煙氣的排煙溫度,煙氣中含有的粉塵、石膏漿液,二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和水蒸汽等。在環境溫度低、除霧效果較差時,則有可能發生“煙囪雨”現象,同時不利于煙氣抬升擴散,甚至會加劇局部酸雨,腐蝕工程設施及建筑物等。針對這些因素,煙氣冷卻器、煙氣冷凝器、煙氣再熱器材質采用石墨材質換熱器則成為*佳的換熱器材質選擇。

2、具體應用介紹

煙羽脫白系統工藝流程簡圖


采用煙氣進脫硫塔前先降溫,脫硫塔后降溫再升溫的工藝方式,煙氣冷卻器布置在脫硫塔入口水平煙道內,以工廠循環水為載熱介質,在循環泵的驅動作用下進入煙氣冷卻器的殼程,與換熱管內的高溫煙氣進行熱交換,高溫煙氣放熱降溫后進脫硫塔開展脫硫工序,低溫循環水被加熱為高溫循環水后再進入煙氣再熱器去加熱塔后凈煙氣;

煙氣冷卻器和煙氣再熱器之間的熱媒介質為現有循環水;脫硫塔后煙氣降溫采用煙氣冷凝器,冷卻介質利用工廠內現有循環水(水溫度夏季32℃、冬季22℃,壓力0.2-0.3MPa)。

煙氣冷凝器水平布置在脫硫塔內部除霧器的上方,來自冷卻水供水母管的冷水在增壓泵的驅動作用下進入煙氣冷凝器的殼程,與管內的高溫凈煙氣進行換熱,冷水被加熱后回到廠區冷卻水回水母管,高溫凈煙氣被冷卻后,進入石墨煙氣再熱器進行煙氣再加熱工序;

煙氣再熱器水平布置在煙氣冷凝器出口,來自煙氣冷卻器的高溫循環水進入煙氣再熱器的殼程,與管內低溫凈煙氣進行熱交換,高溫循環水放熱降溫被冷卻后回到循環水泵,在泵的驅動下進入煙氣冷卻器開始下一個循環換熱過程;低溫凈煙氣吸熱升溫(>65℃)后由煙囪排空,達到消白、節能的目的。

其中煙氣冷卻器、煙氣冷凝器、煙氣再熱器材質均采用石墨材質換熱器,使用壽命可達二十年以上。

3、石墨材質特點介紹如下:

A:導熱系數高

石墨的導熱系數為100-110 w/m℃,不銹鋼的導熱系數17w/m℃,碳鋼的導熱系數為52 w/m℃,氟塑料的導熱系數0.23w/m℃,石墨的導熱系數是不銹鋼的5倍、碳鋼的2.5倍、氟塑料的400倍,有較高的導熱性能,因此,是一種較為理想的導熱體。

 B:親和力弱

石墨的化學結構層狀網狀外層電子為4價穩定結構,石墨管內壁很光滑,粗糙度是金屬管的1/20-1/50,這就決定石墨管與硫、水、粉塵等親和力很弱,從而使管壁不結垢、阻力小,可以長期保持良好的導熱性能和換熱效果。

C:膨脹系數小  

在熱穩定方面,石墨的使用溫度可達到180℃,且其熱膨脹系數很小,大約為0. 4~o.45×10。4m/K,不容易受溫差應力的影響。

D:耐腐蝕性能好

具有高度的化學穩定性能。除了強氧化性酸、堿外,對大部分化學介質都是耐腐蝕的。

4、煙羽脫白系統中新型專利可換管石墨管換熱器,是我公司獨立開發的國家專利產品,在石墨原材料中添加了改性樹脂,制成的煙氣換熱專用改性樹脂石墨管既保持了傳統的石墨管換熱好和不掛壁的優點外,又增強了石墨管的耐腐蝕性能,安全性能明顯增強。其主要特點如下:

a、兩端管板均為固定管板,管板與換熱管之間采用高彈性密封連接,實現單管伸縮,防震效果大大提高,避免了傳統產品因管板、換熱管與粘接劑線脹系數不同而引起的應力破壞。

b、使用范圍擴大,使用壓力有原先*高0.3MPa提高到1.0MPa,使用溫度有原先的130℃提高到現在的180℃。在煙煤電廠煙羽脫白工藝中只要壓力不高于1.0MPa,溫度不高于180℃的地方基本都可以使用。

c、國家專利可換管技術,結構簡單,維修方便,單管可以更換,避免了傳統換熱設備產品因堵管造成設備換熱面積減少,整機報廢,大大延長換熱設備的使用壽命,大大減少了公司設備方面的投資。

三、結論

綠水青山就是金山銀山,通過新型可換管石墨換熱器在現有煙羽脫白工藝中的成功應用,很好的遵循了我們建設生態文明、建設美麗中國的美好理念,必將給企業帶來很大的經濟效益和環保效益,一方面緩解了煙羽的發生,保護了環境,同時冷源也得到了良好的利用,也為企業的資源綜合利用、發展循環經濟方面也走出了一條新的道路,對未來的煙羽治理有一定的借鑒意義。


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