干熄焦工艺中,给水预热器是降低干熄炉入口循环气体温度,提高除氧器给水温度,提高余热回收效率的重要设备。 其换热效果直接影响干熄炉入口循环气体温度,进而影响排焦温度,对干熄焦系统的运行效率产生较大影响。在干熄焦初期,广泛采用热管式给水预热器。

随着干熄焦技术的发展,热管式给水预热器逐步被具有更高换热效率的螺旋鳍片副省煤器所代替,但螺旋鳍式副省煤器内部易积灰,导致换热效率很快降低。 近年莱钢焦化厂在干熄焦系统中采用 H 型鳍片式副省煤器,收到良好效果。

1 H 型鳍片副省煤器的优点

H 型鳍片管是把 2 片中间有圆弧的钢片对称与光管焊接在一起而形成鳍片,因其切面形状像字母“H”,故称 H 型鳍片管(图 1)。 2 片鳍片为矩形,常采用闪光电阻焊焊接,与光管焊接熔合率高,焊缝抗拉强度大,具有良好的热传导性能。 表 1 为莱钢焦化厂干熄焦 H 型鳍片副省煤器主要技术参数。

采用 H 型鳍片管制作的副省煤器有以下优点：

1) 积灰少。 螺旋鳍片采用螺旋角引导烟气改变流动方向,循环气体产生旋转,导致焦粉与烟气分离,形成积灰；另一原因是螺旋鳍片与气流运行方向不平行,背面易积灰。 因此螺旋鳍片管积灰比较严重,对粉尘含量较高的烟气,不易采用螺旋鳍片式省煤器。 而 H 型鳍片管由于其鳍片焊接在受热管不易积灰的两侧,同时气流可以在 2 片鳍片之间顺畅流动,烟气方向与鳍片平行,具有自清扫功能,因此H 型鳍片不易积灰。 生产实践也表明 H 型鳍片管积灰极少,而螺旋鳍片管积灰严重。

2) 耐磨性强。 影响磨损的主要因素为管组的排布方式,H 型鳍片副省煤器采用顺列排布,而螺旋鳍片副省煤器采用错列排布。 对于错列布置,第 2排管子正对第 1 排两管中间,烟气中焦粉粒进入管束后,由于其流通截面减小,焦粉颗粒随烟气一起被加速后直接冲击在第 2 排管子上,因此第 2 排管的磨损量较第 1 排更大,之后各排管的磨损量比第 1排大 30％~40％。 对于顺列布置,由于后排管受到前排管的遮挡,所以只有第 1 排磨损较严重。 对于

错列和顺列管束的第 1 排管子,在管子周围与气流方向成 30°~40°夹角的部位磨损最为严重。 研究表明,在其他条件相同的情况下,顺列管束的最大磨损量比错列管束小得多。 同时磨损量还与烟气速度不均匀系数和烟气中焦粉颗粒的不均匀系数有关,烟气速度及烟气中焦粉颗粒越均匀对受热管磨损越轻。

H 型鳍片管省煤器采用顺列布置,把循环气体风道分成若干小的区域,对气流有均流作用。 在其他条件相同的情况下,与采用错列布置的螺旋鳍片式省煤器相比,耐磨损寿命长 3~4 倍。

3) 烟气阻力小。 H 型鳍片副省煤器采用顺列排布,循环气体中烟气的方向与鳍片平行,循环气体可以在 2 鳍片中间顺畅流动,形成相对稳定均匀的烟气流道,因而烟气阻力较小,其阻力几乎与光管阻力相当。 螺旋鳍片省煤器由于螺旋鳍片引导循环气体改变流动方向,形成湍流,同时在排列方式上采用错列排布,流通面积相应减小,因此烟气的阻力加

大,增大了循环风机的负荷。

4) 换热效率高。 H 型鳍片副省煤器与热管换热器相比增加了方形鳍片,扩展了有效换热面积,其扩展系数达到 3~5,大部分传热在烟气与鳍片之间进行。 同时循环气体的流动情况和对流传热的形式比光管更为复杂。 烟气和鳍片之间类似于在平行流道中的纵向流动,同时鳍片间的管子还能起到扰动作用,H 型鳍片副省煤器换热效率更高。H 型鳍片副省煤器除以上优点外,比热管式给水预热器体积更小,耗材少,价格也比热管式预热器更低

2.H 型鳍片副省煤器在干熄焦的应用

莱钢焦化厂目前共有 4 套干熄焦装置。 原设计4 套干熄焦给水预热器采用热管换热器或螺旋鳍片式换热器。 随着运行时间的延长,进、出口循环气体温差均在 18 ~ 22℃,换热效果极差,给水预热器出口循环气体高达 155℃,导致焦炭冷却效果不好,排焦温度偏高,严重影响了干熄率的提高。 同时排焦温度过高导致皮带加速老化,皮带的使用寿命大为缩短。

从 2013 年 6 月开始对给水预热器进行改造,采用 H 型鳍片副省煤器替换热管换热器。 H 型鳍片副省煤器内部管组采用蛇形管结构,其扩展受热面采用 H 型鳍片,同时利用副省煤器回水加热进水的方法,提高副省煤器进水温度,以保证副省煤器进口管壁温度不低于烟气的露点温度,避免发生露点腐蚀问题。

通过运行分析,干熄焦给水预热器的各项工艺指标均得到了极大改善,其中副省煤器进、出口循环气体温差提高到 45℃,干熄炉入口循环气体温度下降到 133℃左右,有效提高了干熄率,提高了余热回收效率。

H 型鳍片的应用避免了因积灰带来换热效率下降的难题,且运行中烟气阻力稳定在 400Pa 左右,降低了循环风机的运行负荷。 表 2 为 3 种副省煤器运行半年后的主要参数对比。

3 H 型鳍片副省煤器运行存在的问题

露点腐蚀是影响干熄焦副省煤器长期稳定运行的关键问题,因此副省煤器露点腐蚀要引起足够重视。 引起露点腐蚀的因素有很多,主要有烟气中SO 2 及水汽的含量,研究表明无硫烟气中,水分露点约为 40℃,而当含有 SO 2 后烟气露点可高达 130℃。

同时露点腐蚀还与管壁温度有关,当金属壁温在露点温度以下 10~40℃时腐蚀最为剧烈。

干熄焦副省煤器在运行过程中由于管内水侧的对流换热系数远高于管外烟气侧的对流换热系数,因此管壁温度与管内水温更为接近。 因此管内水温过低将会导致管壁温度过低,特别在副省煤器水侧进口处,因此在运行过程中要严格控制干熄焦副省煤器的进口水温,以防止在烟气侧形成露点腐蚀。为解决该问题,在工艺流程设置上增加了板式换热器,以副省煤器的出水加热副省煤器的进水,使其温度控制在干熄焦循环气体烟气的露点温度以上,防止发生露点腐蚀。 因此工艺上相对复杂,对操作要求也相应提高。

4 结语

结合热管给水预热器、螺旋鳍片副省煤器和 H型鳍片副省煤器在干熄焦生产中的实际运行情况,H 型鳍片副省煤器在积灰、耐磨损、换热效率等方面比其他形式的给水预热器都有大幅改善,能够有效延长设备的稳定运行周期。