（1.江苏利港电力有限公司 江苏江阴 214444；2.江阴金童石化装备有限公司 江苏江阴 214400）
摘要：针对江苏利港电厂#6炉MGGH水水换热器的改造实例，从换热器的选型论证，综合比较高效缠绕管式换热器和常规换热器的性能差异，最终选择高效缠绕管式换热器，并通过厂内性能试验验收，各项指标达到设计要求。
关键词：水水换热器；MGGH系统；高效；高效缠绕管式换热器
0引言
近年来，随着化工、炼油、环保领域装置不断向大型化发展以及对节能降耗的要求，对高效换热器的需求越来越大。高效缠绕管式换热器作为一种特殊结构的管壳式换热器，具有结构紧凑，传热效率高，能耗小，运行费用低，易实现大型化，可同时进行多种介质换热的特点，近年来已经在连续重整、加氢，空分，低温甲醇洗等装置中得到了广泛应用，而在电厂的余热回收利用方面应用却很少，以下通过利港电厂#6炉凝结水-热媒水换热器的选型与使用过程，进行分析和总结，并最终通过性能验收，成功实现高效缠绕管式换热器在电厂烟气余热回收装置中的应用
1高效缠绕管式换热器的结构和特点
1.1 高效缠绕管式换热器结构
常规的管壳式换热器的换热管设计都是采用直管或者是U型管。所以困扰着设计工程师的一个问题是，采用什么样的方法可以让换热管变长，单位体积的换热面积加大，逆流换热而导致热传导由于结构的原因从根本上维持在一个理想的状态，同时换热设备本身体积要缩小，安全性能要更强。螺旋式换热管束缠绕技术的研发成功并日趋完善从根本上解决了这个问题。如图一所示
1.2 高效缠绕管式换热器特点：
1.2.1 传热效率高，可有效节约投资。高效换热器内流体在管内流动时受螺旋状换热管的引导使流体不断改变流动方向，有效地减薄边界层厚度；管外流体沿规则排列的管壁空间轴向流动，但流动通道不断改变，且容易产生轴向旋涡，引起边界层分层及边界层中流体的扰动。从而强化了管、内外的传热。与板式换热器相比，换热效率与板式换热器相当 ，工作压力可以达到20MPa，而板式换热器的工作压力一般不允许超过1.6MPa，高效缠绕管式换热器采用全焊接结构可承受高温，高压，传热效率高 、加热速度快，同等工况下可节省能源15%左右，而无需像板式换热器一样更换胶垫，维护费用低。而与传统列管式换热器相比，换热效率是其1.3-6倍，寿命是其2倍以上。
1.2.2温差应力小，适合于大温差、大压差工况。高效缠绕管式换热器换热管采用螺旋结构，相当在换热器内部设置了无数膨胀节，换热管在承受大温差时，可近乎自由伸缩，其温差应力是普通换热器的十分之一。
1.2.3热端温差小，可有效多回收热量。换热管在壳内螺旋缠绕流程长，是壳程的4～6倍，管程介质在换热管束中停留更长时间，冷凝更加充分，效果好。普通管壳式换热器的热端温差一般为40°C左右，高效缠绕管式换热器可达5°C以内。
1.2.4 结构紧凑、占地面积小。高效缠绕管式换热器通常采用立式布置，占地面积只有普通管壳式换热器的十分之一左右。易实现大型化。普通管壳式换热器受管长和运输限制，单台最大面积为3000㎡，高效缠绕管式换热器单台最大面积为25000㎡。
1.2.5 易实现多种介质同时加热或冷凝、冷却。单股流高效换热器适合于石油、化工、电力、冶金等行业大型高温高压换热工况，多股流高效换热器管程适合于化工装置中流量小、介质品种多，需要同时冷却或冷凝的工况。
2电厂MGGH烟气余热回收利用背景
本厂为了解决烟囱出口“冒白烟”和“石膏雨”现象，有效改善电厂周边环境经历了多次摸索，在不同机组上采用了不同方式：热二次风加热和回转式烟气-烟气再热器。但因为热二次风加热，粉尘不能够满足超低排放要求。回转式烟气-烟气再热器设备在运行中普遍存在着严重漏风问题，压力高的原烟气通过动静间隙往压力低的净烟气里泄漏，漏风的严重程度足以使净烟气SO2含量超标,用在超低排放机组不合适。考虑加热净烟气消除“石膏雨”的同时还能够最大限度的利用排烟余热，本厂在治理“石膏雨”的技术路线上选择了增设中间热媒体烟气换热器MGGH。MGGH的工作原理：通过热媒水将锅炉原烟气热量传递给湿式电除尘器出口的低温烟气，提高烟囱入口净烟气的温度，减少烟气的冷凝结露，提高烟气的抬升高度，促进烟气的扩散。以#6炉MGGH系统为例，其换热形式为两级烟气-水换热器，由烟气冷却器和烟气再热器组成。MGGH系统通过热媒水将空预器出口的烟气热量传递给湿式电除尘器出口的低温烟气，使烟囱进口烟温升至露点温度以上。热媒水采用机组凝水，由MGGH热媒水循环泵驱动。在机组低负荷时，利用辅助蒸汽加热热媒水，以提高烟气再热器进口水温，使烟囱进口烟温不低于露点温度。 系统如下图。
从#5炉MGGH投运以来的运行情况来看，原先的设计是当MGGH系统有多余热量时，部分热媒水可以回收至#3低加出口。同时补进新鲜凝水，一、回收热量；二、可以控制热媒水泵出口水温，增加烟冷器的换热效果，使得烟冷器的出烟温度可以达到设计值，从而提高电除尘的除尘效率。但是MGGH系统热媒水经过长时间大流量冲洗，热媒水中铁离子浓度仍然超标，无法达到凝水水质回收标准，造成多余热量无法回收，热媒水水温高无法有效降低烟冷器出烟温度。为解决MGGH凝结水回水水质问题，对MGGH热媒水系统进行改造，系统改造如上图所示，增加凝结水换热系统凝结水换热器与烟气加热器并联。引一部分冷却器出口热媒水进凝结水换热器，与管程较冷的凝结水换热后温度降低到设定值。凝结水被加热后回到机组凝结水系统，回收热量。凝结水侧取水口定为轴加后调阀组前，回水口定为三号低加出口。
3凝结水换热器（水水换热器）选型
前期经过多次论证讨论，确定水水换热器设计参数如下表。在夏季高负荷时经过烟冷器加热的热媒水有多余的热量，系统循环水量在900t/h,水水换热器和烟气加热器并联分配走一半的流量后，应该能够保证烟气加热器的出口烟温在74℃，并且保证热媒水泵出口水温控制不低于74℃，并且要求凝水出口温度达到#3低加出口水温。
从上述换热器设计参数中，壳程热流体入口温度112.5℃，管程冷流体出口温度107℃，热端温度差仅为5.5（实测值为3.5）℃。普通管壳式换热器（热端温差一般为40℃左右）根本无法满足要求。而高效缠绕管式换热器通过特殊的结构设计，实现换热管层与层之间的反向缠绕，改变了流体的流动状态，形成了强烈的湍流;同时，管内介质的螺旋流动，使得管程的传热膜系数得到增加;又因为壳程换热管排列的特殊结构对壳程介质的流动不断扰动，使得传热性能显著提高。为防止堵塞，保持换热器的洁净，换热器的材质选为S30408。以此设计参数为基准的传热计算，高效缠绕管式换热器传热系数可达(1800W/㎡°C)。又由于换热管螺旋管道的长度远远大于换热器的长度，单位容积的传热面积远远大于普通的管壳式换热器，故此换热器的占地面积较小，外形尺寸仅为:长x宽x高11.5x1.1x1.1米(因场地限制，换热器设计为卧式)。所以从改造场地，投资费用，维护成本和换热效率各方面综合考虑最终选择了此款高效高效缠绕管式换热器。并且卖方作出如下性能保证：1.凝结水换热器热媒水出口水温满足74±3℃ ，相差1℃为一个性能考核点，不允许超过3℃。2.凝结水换热器凝结水出口水温满足107±3℃。相差1℃为一个性能考核点，不允许超过3℃。
现场布置图如下
综合分析试验情况：在同时满足凝结水侧和热媒水侧设计温度的前提下，凝水回水流量比设计值要低10T左右，该偏差在孔板流量计的误差范围之内。经过性能试验验证高效高效缠绕管式换热器达到了设计要求。
5水水换热器投运经济性分析
5.1 水水换热器投运产生的经济效益。
#6炉每年600MW负荷运行时间按照2000h计算，节约煤耗1.4 g/kWh，年节煤量1680吨标煤/年，按标煤吨单价700元/吨计算，节能效益达117.6万元。
5.2电除尘除尘效率增加产生的经济效率
因增加水水换热器后，降低了热媒水水温，静电除尘器入口烟气温度降低，粉尘比电阻下降，同等除尘效率情况下电除尘功耗降低。根据2016年7月13日进行的烟冷器投退试验的报告，每小时节能达712KW，全年如按5000小时计算，可节电3560000kw/h,上网电价按0.32元/ kw.h计算，节能效益达115.02万元
6结论
高效缠绕管式换热器作为一种高效换热器，具有传热效率高，占地面积小，单位负荷金属消耗少的特点，在老装置的改扩建中大有用武之地。在电厂的余热回收利用中，高效缠绕管式换热器完全可以替代普通的管壳式换热器，节约用地，节约成本，同时由于其冷热端温差小的特点，可以优化流程，达到综合的节能减排效果。
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论文作者:陈雪峰1,薛林锋2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/16
标签：换热器论文; 烟气论文; 高效论文; 热媒论文; 凝结水论文; 管式论文; 管壳论文; 《电力设备》2017年第21期论文;