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哈雷釬焊板式換熱器
專業生產:換熱器;分水器;過水熱;冷卻器
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輸灰系統壓縮空氣換熱器的應用情況

點擊:1569 日期:[ 2014-04-26 21:58:02 ]
                            輸灰系統壓縮空氣換熱器的應用情況                                         侯可中                         (三河發電有限責任公司,河北三河065201)     摘要:文章簡要介紹了冷干機、水冷型空氣換熱器、空-空冷卻器的基本情況,比較了這3種換熱器的優缺點,經過實踐得出,水冷型空氣換熱器以其獨特的優勢成為今后輸灰系統冷卻壓縮空氣的首選設備。它的投運將為穩定和發展輸灰系統、節能減排、減少運行維護工作、降低投資起到積極的促進作用。     關鍵詞:冷干機;水冷型;空-空冷卻器;節能減排;不銹鋼換熱管;閉冷水     中圖分類號:TK284. 4  文獻標識碼:B  文章編號:1003-9171(2009)11-0039-04     0 引言     三河發電有限責任公司(下稱三河發電廠)自從1999年12月份一、二期機組相繼投產以來,共有6臺輸灰空壓機投入運行,其中一期4臺輸灰空壓機,二期2臺輸灰空壓機,一期4臺輸灰空壓機出口配備4臺空-空冷卻器,二期2臺輸灰空壓機配備2臺冷干機和2臺水冷型空氣冷卻器。這3種壓縮空氣冷卻裝置構成了三河發電廠除灰冷卻系統,分別對輸灰系統壓縮空氣起到不同的冷卻效果,它們在運行中充分表現了各自的特點和不足之處,為更好地優化輸灰系統運行方式,改革創新、節能減排、拓展思路,提供有益的借鑒和幫助,將在下面對其分別給與論述。     1 設備情況     1·1 冷干機情況概述     1·1·1 結構     冷干機結構組成包括:制冷壓縮機,水冷冷凝器,風冷冷凝器,干燥過濾器,氣液混合器,分液器,汽化器,高低壓開關、蒸發器總成,排水防堵過濾器,水質過濾器,自動排水器,前置預冷器(高溫水冷型),前置預冷器(高溫風冷型)。     1. 1. 2 工作原理     JRD系列冷凍式壓縮空氣干燥機是根據空氣冷凍干燥原理,利用制冷設備使壓縮空氣冷卻到一定的露點溫度,析出相應所含的水分,并通過分離器進行氣液分離,再由自動排水閥將水排出。從而達到冷凍除濕的目的。同時,壓縮空氣中3μ及以上的固體塵粒及微油量成分都被濾出,使氣原品質達到清潔、干燥的要求。     1. 1. 3 工藝流程     JRD系列產品的工作分為空氣系統和制冷系統兩個部分。     空氣系統:含有水分、油分的壓縮空氣進入氣對氣熱交換器,使壓縮空氣預冷,降低壓縮空氣的溫度,除去一部分水分,在進入氣對制冷劑熱交換器,使壓縮空氣冷卻到2~10℃的露點溫度。水分、油分及部分雜質在此被凝結,冷卻后的氣體和已凝結的水分、油分及部分雜質通過氣液分離器被分離,然后水分、油分被自動排水閥排出,干燥后的壓縮空氣通過氣對氣熱交換器升溫后輸出,從而有效防止了管路“出汗”現象的發生。制冷系統:低溫液態制冷劑在氣對制冷劑交換器吸收熱量而蒸發成氣態,氣態制冷劑從交換器的制冷劑出口通過汽化器和吸氣過濾器進入制冷壓縮機吸氣口,汽化器和吸氣過濾器是為了防止液態制冷劑和雜質進入壓縮機內而設置,壓縮機將低溫低壓的制冷劑壓縮成高溫高壓的氣體,根據旁通閥的自動調節,有小部分氣體直接進入氣對制冷劑熱交換器,而大部分氣體則進入冷凝器冷凝并降溫,從冷凝器出來的低溫液態制冷劑通過貯液器及干燥過濾器進入膨脹閥。貯液器和冷凝器的作用是保證制冷劑在膨脹閥的入口處為純凈的液態。液態制冷劑經膨脹進入氣對制冷劑熱交換器,又在交換器中冷卻壓縮空氣,從而又開始了新一輪的循環。     1. 1. 4 特點     (1)制冷壓縮機采用美國泰康(TECUM-SEH)、比斯圖(BRISTOL)、法國美優樂(MAN-NEURCP)等公司的高溫型全封閉制冷壓縮機,運轉聲音小,省電壽命長。     (2)制冷控制元件全部選用歐美著名公司產品。電器采用施奈德公司產品,性能可靠。     (3)欠負荷自動熱補償。     (4)換熱器、蒸發器內的銅管選用高效銅管。     (5)采用浮球式或電磁定時排水器,且裝有防堵裝置,使自動排水器不會堵塞。     (6)設備結構設計合理,外形美觀,動態顯示工作參數,無基礎安裝。     1. 1. 5 操作程序     (1)打開空氣開關,接通電源,此時面板上的電源指示燈POWER(紅燈)亮。     (2)打開冷卻水進出閥門。     (3)按下綠色按鈕START,時間繼電器工作,經過延時3 min后,接觸器吸合,運轉指示燈RUN(綠燈)亮,壓縮機開始運轉。     (4)檢查壓縮機運轉是否正常,有無異常,冷媒高低壓表指示是否正常。     (5)如一切正常之后,再開啟空壓機或進出氣閥門向冷干機送氣,并且關閉空氣旁通閥,此時空氣壓力表會指示出空氣出口壓力。     (6)觀察5~10 min后,經冷干機處理后空氣可達到使用要求,而此時冷媒低壓表在2~10Pa之間。     (7)打開自動排水器上球閥,讓空氣中的冷凝水流入排水器中,經它排出機外。     (8)關機時,應先關空氣氣源,再按紅色STOP按鈕將冷干機關閉,并切斷電源。     1. 1. 6 系統布置方式     它主要由冷干機入口門、出口門、本體和旁路門組成。工作時輸灰空壓機所排出的壓縮氣體經冷干機入口門之后,進入冷干機本體進行冷卻干燥,將輸灰空壓機出口190℃的熱空氣降至50℃,然后經出口門進入壓縮空氣儲氣罐,通過儲氣罐和空氣分配管路進入3、4號鍋爐輸灰系統。     1. 2 立式空氣換熱器情況概述     (1)殼程參數:設計壓力0. 6MPa,設計溫度100℃,工作介質為冷卻水,最高工作壓力0. 5MPa,殼程耐壓試驗壓力0. 8MPa。     (2)管程參數:設計壓力0. 36 MPa,設計溫度270℃,工作介質為空氣,最高工作壓力0. 3MPa,管程耐壓試驗壓力0. 56MPa。     (3)結構形式:單層,換熱面積63. 4 m2,內徑1 000 mm,壁厚8 mm,總高2 555 mm。     (4)系統布置方式:如圖1所示,它主要由冷卻器入口門、冷卻器入口溫度計、出口門、出口溫度計、旁路門、冷卻器、冷干機旁路門和冷干機入口門組成。工作時輸灰空壓機出口190℃的熱空氣分成兩路,一路經由冷卻器冷卻之后進入冷干機旁路,另一路經旁路門直接進入冷干機旁路,兩路冷熱空氣匯合之后,熱空氣溫度經調整之后由190℃降至100℃,然后經由冷干機旁路門進入壓縮空氣儲氣罐,通過儲氣罐和空氣分配管路分別進入3、4號鍋爐輸灰系統,完成輸灰任務。     (5)工作原理:它是利用冷、熱流體對金屬壁面所產生的對流換熱和金屬壁導熱共同作用下,將熱體空氣的熱量傳遞給冷卻介質水,通過冷熱流體內能的交換,實現空氣溫度降低、冷卻介質水溫度升高、輸灰系統安全暢通的目的。     (6)工作特點:由于該換熱器是用20號碳鋼制作外殼、用不銹鋼制作內部換熱管、用鑄鋼制作出入口閥門和旁路閥門等,使該換熱器突顯了經久耐用、耐腐蝕、強度高,安全可靠,經濟實用,空氣溫度可調的特點。缺點是冷卻器內部冷卻介質閉冷水一旦漏泄,將使空氣濕度增大,輸灰管路很可能發生堵灰問題。但是,由于冷卻水管為不銹鋼管,冷卻器底部又設置了自動疏水裝置,輸灰溫度又提高至100℃以上,所以滲漏的幾率很小,即使發生少量滲漏也不會很快影響輸灰系統,可以通過及時切換輸灰空壓機避免這種現象的發生。     1. 3 空-空冷卻器情況概述     (1)結構組成:空-空冷卻器主要由變頻器、就地控制開關、電動機、冷卻風扇、翅片型換熱管、外殼、出入口管路等組成。     (2)工作原理:通過控制裝置起動電機帶動冷卻風扇運行,冷卻風扇所產生的橫向氣流交叉流過翅片型換熱管,通過對流換熱和導熱將翅片型換熱管內的高溫壓縮氣流的熱能傳遞給翅片型換熱管外的低溫空氣流,通過空-空冷卻器之后,輸灰空壓機排氣溫度由200℃降至80℃,降溫之后的壓縮空氣輸往1、2號鍋爐輸灰系統,完成輸灰任務。     (3)工作特點:由翅片型換熱鋼管、鋼板制作的外殼、鋼制冷卻風扇以及電動裝置組成的空-空冷卻器,其特點是系統簡單、冷卻效果較好,不會因為換熱管滲漏而造成壓縮空氣濕度增大。缺點是翅片型換熱管容易積灰,降低換熱效果,增加檢修作業強度;變頻器和電機經常故障,導致相應的輸灰空壓機停運,失去備用作用;每臺空-空冷卻器設置2臺3 kW電機,每年消耗電能52 560kW;空-空冷卻器噪音很高,嚴重影響環保。     2 三種換熱器的對比     2. 1 復雜程度對比     冷干機使用了制冷設備和電控裝置等,使其制造工藝和結構很復雜(見圖1);空-空冷卻器使用了變頻器和電動機等,使其結構較為復雜(見圖2);水冷型空氣冷卻器既沒有制冷設備,也沒有電氣設備,使其系統非常簡單實用(見圖3)。                                               2. 2 安全可靠性對比     冷干機和空-空冷卻器都不能實現出口溫度的調節,而水冷型空氣冷卻器系統卻能夠利用旁路門、冷卻水門和入口門實現溫度的手動調節,通過調節旁路門、冷卻水門和入口門的開度實現出口空氣溫度的適度控制,調整出口溫度100℃~150℃,使輸灰系統不粘灰、不堵灰、運行可靠穩定;空-空冷卻器出口壓縮空氣溫度80℃,基本上保證了輸灰系統的安全穩定運行,但也存在粘灰問題需要處理;冷干機出口空氣溫度50℃,由于溫度較低,特別是在冬季寒冷季節里輸灰管路內部更容易結露粘灰,久而久之,容易發生輸灰管路堵灰問題,增加檢修工作量和運行風險;立式空氣換熱器和空-空冷卻器入口最高允許空氣溫度270℃,且經久耐用,冷干機入口最高允許溫度只有80℃,且經常故障。     2. 3 經濟性對比     2. 3. 1 初投資費用對比     每臺冷干機初投資費用高達36萬元,每臺空-空冷卻器初投資費用25萬元,而每臺水冷型空氣冷卻器初投資費用只有21. 5萬元。     2. 3. 2 電能消耗對比     每臺冷干機每年消耗電能227 760 kWh,每臺空-空冷卻器每年消耗電能52 560 kWh,而每臺水冷型空氣冷卻器卻不消耗電能。     2. 3. 3 檢修維護費用對比     冷干機由于包含制冷壓縮機等復雜工藝部件,科技含量較高,故障率較高,每臺每年維護費用多達3萬元,顯著增加了檢修人員的工作負擔和工作風險。空-空冷卻器所包含的翅片型換熱管經常粘結灰塵和毛絮,影響通風和換熱效果,需要經常清理,其所包含的變頻器也經常故障,造成每臺每年的維護費用1萬元。水冷型空氣換熱器由于只有鋼制外殼和內部不銹鋼換熱管等部件,工藝簡單,科技含量較低,同時內部冷卻水是經過化學處理的除鹽水,幾乎不會發生結垢和影響換熱問題,故每年幾乎不發生維護費用,成為免維護的設備。     2. 3. 4 運行維護對比     冷干機和空-空冷卻器都需要運行人員經常檢查監督維護,增加運行工作量和工作風險;立式空氣換熱器幾乎不需要運行人員經常檢查監督維護,減輕了運行人員的工作負擔和工作風險。     2. 3. 5 故障率對比     每臺冷干機平均每兩個月故障1次,每臺空空冷卻器平均每季度故障1次,而每臺水冷型空氣冷卻器每年幾乎不發生故障。     3 三種冷卻器的優缺點     3. 1 冷干機優缺點     (1)優點:能夠及時將空氣之中的水分分離出去,凈化了空氣,大大減少了空氣之中的含水量,有效解決了輸灰過程中容易發生的板結、粘結和蓬灰問題;用經過除鹽的閉冷水作為冷卻介質,基本上不存在結垢問題。     (2)缺點:系統工藝復雜,檢修維護困難;入口允許空氣溫度只有80℃,遠遠低于輸灰空壓機出口壓縮空氣200℃的溫度,直接導致輸灰空壓機出口壓縮空氣因溫度超過其允許溫度而經常故障;因系統工藝復雜、故障點多,造成檢修維護工作量大,檢修維護費用高;出口壓縮空氣溫度只有50℃,特別是在寒冷的冬季,這種較低溫度的輸灰空氣使煙氣中分離出來的仍含有一定水分的飛灰,更容易在輸灰管路、壓力罐等處形成板結、粘結和蓬灰,需要檢修處理;冷干機是一臺耗能設備,每小時消耗電能26 kWh;每臺冷干機初投資費用很高,達到36萬元。     3. 2 空-空冷卻器的優缺點     (1)優點:用室外空氣冷卻壓縮空氣,換熱器即使存在輕微滲漏,也不影響壓縮空氣的質量;由于使用空氣作為冷卻介質,節省了更多的除鹽閉冷水或更多的地下水;出口空氣溫度較高,達到80℃。     (2)缺點:翅片型換熱鋼管容易粘結灰塵和毛絮,嚴重影響換熱效果,需要經常清理,增加很多維護工作量;所配置的變頻器故障率也比較高,需要經常檢修維護;出口空氣溫度雖然達到了80℃,但在輸灰管路和壓力罐等處也不同程度存在板結、粘結和蓬灰問題,檢修中需要清理;空-空冷卻器也是一臺耗能設備,每小時消耗電能5kWh;每臺空-空冷卻器初投資費用比較高,達到25萬元。冷卻風扇噪音達到了80 dB,經過冷卻器的冷卻風溫度已經達到50℃至60℃,噪音和熱風污染了周圍環境;沒有除濕裝置,壓縮空氣之中仍然存在固有水分,容易造成灰板結和粘結;對環境適應性差。     3. 3 水冷型空氣換熱器的優缺點     (1)優點:系統工藝簡單,檢修維護方便;換熱效率高,閉冷水用量少,只有冷干機用水量的十分之一;出口空氣溫度可以通過冷卻水門、入口空氣門、出口空氣門和旁路門的開度進行調節,保持出口空氣溫度100℃至150℃,從根本上解決了輸灰管路和壓力罐的板結、粘結和蓬灰問題;由于使用了不銹鋼換熱管,使該換熱器經久耐用;由于使用除鹽水作為閉冷水,解決了以往采用地下水作為冷卻水所產生的嚴重結垢問題;沒有使用耗能設備;設備堅固耐用,檢修維護工作量很少,基本成為免維護設備;沒有噪音,沒有污染。     (2)缺點:沒有除濕裝置,壓縮空氣之中仍然存在固有水分,容易造成灰板結和粘結;用冷卻水冷卻壓縮空氣,一旦冷卻水管滲漏,將嚴重影響壓縮空氣質量,形成嚴重的板結和堵灰問題。     4 針對上述關鍵問題所采取的對策     (1)冷干機入口與輸灰空壓機之間增設冷卻器,將輸灰空壓機出口空氣溫度降至80℃以下,以徹底解決冷干機入口溫度超溫所產生的故障問題。     (2)在空-空冷卻器入口安裝一個較細密的網格,輸灰空壓機房門窗嚴密關閉,開啟的窗戶也用較細密的網格封堵,并定期清理網格,以減少翅片型換熱鋼管粘結灰塵和毛絮的速度,減少維護工作量。     (3)在水冷型空氣換熱器的底部安裝自動輸水器,在水冷型立式空氣冷卻器的出口管路上安裝溫度計,在輸氣管路上設置貯氣罐,貯氣罐底部仍然設置自動輸水器,通過監視溫度和采用兩道自動輸水裝置,可以確保壓縮空氣的質量。     5 結論     通過上述3種換熱器的分析和對比可以看出,水冷型空氣冷卻器之所以顯示出超常的優點,主要是特別適應目前節能減排形勢的需要,不設熱控裝置,不安裝電氣設備,在獲得相同輸灰效果的前提下采用了簡化設計工藝流程、經久耐用、溫度可調可控、特別適應環境、故障率極低的換熱設備,極大地方便和減少了檢修維護工作,非常有利于長期穩定的輸灰運行工作。通過三河發電廠一期空-空冷卻器運行9年來的實踐證明,只要維持壓縮空氣溫度在80℃以上,壓縮空氣不除濕,也能夠保證除灰系統的安全穩定運行,三河發電廠二期應用水冷型空氣換熱器半年以來,出口空氣溫度保持在100℃以上,輸灰系統從來沒有發生板結和堵灰問題。因此,推廣和應用非除濕的、出口空氣溫度保持在100℃以上的水冷型空氣換熱器是穩定輸灰系統的需要,是今后輸灰系統壓縮空氣選用換熱設備的發展方向。     作者簡介:侯可中(1958—),男,高級工程師,部門資深主管,神華國華公司燃料除灰專家,現從事燃料除灰專業技術管理工作。(本文編輯 季佳彬) 
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