DOC《高炉热风炉分离式热管换热器的改造实践》

高炉热风炉分离式热管换热器的改造实践 于占忠, 张振存, 熊军, 王长水, 樊统云 (首钢京唐钢铁联合有限责任公司炼铁作业部, 河北 唐山 063000) 摘要:分离式热管换热器最大特点是烟气和煤气可相互独立布置,有效地进行分隔,依靠外连管路实现远程传热,便于现场的灵活布置.

生产过程中煤气换热器顶部和底部长期受高炉煤气腐蚀出现煤气泄漏,结合现场实际对煤气换热器顶部密封型式进行优化,对煤气换热器底部结构和密封型式进行改造,减少煤气冷凝水对钢结构的腐蚀,对煤气换热器内部管束进行改造,增强管束耐腐蚀能力,实现消除煤气泄漏隐患的目的. 关键词: 换热器;

煤气;

腐蚀;

改造 Modification Practice of the Separate Heat Pipe Exchanger on the Blast furnace Hot-blast Stove Yuzhanzhong, Zhanzhencun, Xiongjun, Wangchangshui, Fantongyun (Shougang Jingtang United Iron & Steel Co. Ltd., Tangshan 063000, China ) Abstract:The main feature of the separate heat pipe exchanger is flue gas and the Blast Furnace Gas can be settled independent distribution,and separated effectively,the remote heat transfer depended on external line, the work site esay to be arranged easily.The top and bottom of the heat pipe exchanger bring out gas leak by the corrosion of the blast furnace gas in the productive process long time.To eliminate the gas leakage hidden trouble,we change the seal type of the top and bottom of the heat pipe exchanger. Keywords: heat pipe exchanger;

Blast Furnace Gas;

Corrosion;

change

1 分离式热管换热器工作原理 高风温炼铁是当前炼铁技术发展的方向, 也是提高高炉各项技术经济指标的重要技术措施.是直接降低炼铁成本, 提高经济效益和节能降耗的有力措施.目前国内钢铁公司高炉多采用热风炉排放的烟气预热热风炉燃烧用空气、煤气,提高理论燃烧温度, 进而提高高炉的风温的措施[1]. 首钢京唐公司2座5500m3高炉热风系统煤气换热器采用分离式热管换热器,其基本结构如图1所示.它由受热段、放热段、蒸汽上升管和冷却液下降管组合而成.受热段(烟气侧)和放热段(煤气侧)主要由壳体和管束组成,管束由翅片管和上下联箱组焊而成.受热段和放热段相对应的各片管束通过蒸气上升和冷凝液下降管连接,构成各自独立的封闭系统.它以具有良好导热性能的分离式热管作为传热元件,传热效率高,设备结构紧凑,流体流动阻损小.其最大特点是烟气和煤气可相互独立布置,有效地进行分隔,依靠外连管路实现远程传热,便于现场的灵活布置[2]- [4]. 图1 换热器基本结构及原理 Fig.1 structure principle

2 分离式热管煤气换热器的基本特点和参数 2.1 设备基本特点 根据分离式热管换热器的工作原理, 不难看出, 分离式热管换热器具有以下几大特点:对换热装置大型化的适应性好;

能实现冷、热两流体远程换热;

冷、热流体可以完全隔离;

可以实现一种流体和多种流体之间的换热[5]. 分离式热管煤气换热器受热段和放热段可视现场情况分开布置,可实现远距离传热.工作介质的循环是依靠冷凝液的位差和重力作用,不需要外加动力,无机械运行部件,增加设备的可靠性,极大减少了运行费用.系统换热元件由多片换热管束组成,各片之间相互独立,其中一片甚至几片损坏或失效不会影响整个系统的安全运行. 2.2 设备基本参数 高炉热风系统煤气换热器基本参数如表1所示. 表1 设备基本参数 Fig.1 Basic parameters 名称单位烟气煤气名称单位烟气煤气流量Nm3/h

700000 505349 换热管有效长度 mm

6900 6900 进口温度℃350

45 换热管尺寸 mm φ42*3.5 φ42*3.5 出口温度℃~165

215 翅片高度 mm

20 20 流动阻力 Pa ≤500 ≤550 翅片厚度 mm 1.2 1.2 管内蒸汽温度 ℃

260 单排换热管数 根78/76 74/72 换热面积 m2 6811+14224(热侧) 换热管排数 排28

28 回收热量 Kw 21461+35373=56833 换热管总数 根2156

2044 3 热风炉煤气换热器在生产中存在的问题 高炉煤气通常含有酸性气体和水份(一般情况下机械含水按照5‰体积,饱和水3%体积),在露点温度以下,易形成酸,与金属材料反应,引起腐蚀.通过对高炉煤气冷凝水进行取样分析,发现Cl-含量较高,高炉煤气冷凝水参考成分见表2所示. 表2 高炉煤气冷凝水参考成分 Fig.2 reference component pH值 电导率(uS/cm) 总含盐量(mg/L) 总硬度(mg/L) Cl-(mg/L) CN-(mg/L) S2-(mg/L) 1.9

7864 5486

3265 6726 0.92 11.0 3.1 煤气换热器顶部上升管密封盒泄漏 煤气换热器顶部上升管密封盒中多次、多处发生煤气泄漏情况,确认密封盒中波纹补偿器长期受Cl-腐蚀导致煤气泄漏.只能采取外部注胶的方式进行临时处理.上升管密封盒如图2所示. 图2 上升管密封盒 Fig.2 seal box 3.2 煤气换热器底部煤气泄漏 煤气换热器底部为双层组合结构,如图3所示,下层底板为密封层,上层底板为支撑层(起承载作用,不起密封作用).因煤气换热器内部排污孔设置数量少,且位于箱体底部中间位置,造成高炉煤气冷凝水流通不畅.换热器底部长期存有高炉煤气冷凝水,致使换热器底板与换热管结合部位腐蚀开裂,造成底部煤气泄漏.换热器底板双层多处腐蚀,出现多处漏点,整体强度下降,存在极大隐患. 图3 煤气换热器底部结构 Fig.3 bottom structure 3.3 煤气换热器内部管束腐蚀 煤气换热器内部换热管特别是煤气入口侧前6排受高炉煤气腐蚀严重,如图4所示,造成换热管上翅片脱落严重,换热管出现泄漏,严重影响换热效率. 图4 煤气换热器换热管腐蚀情况 Fig.4 corrosion circumstance 4热风炉煤气换热器改造实施 4.1 煤气换热器顶部改造 取消换热器顶部单个上升管波纹补偿器,改为矩形304金属补偿器,增加二次密封及满足热管膨胀量要求.同时更改密封形式为弹性密封即柔性石墨压紧套环式密封,改造后可在线更换软密封,方便故障处理,如图5所示. 图5 改造后煤气换热器顶部密封结构 Fig.5 top of the sealing structure 4.2 煤气换热器底部改造 将换热器底板由平面布置改为倾斜布置,倾斜角度为8度,同时在最低点设置排污口,便于高炉煤气冷凝水流动.这样可以将煤气冷凝水有效集中到一点进行排放,减少煤气冷凝水积存,避免换热器底板腐蚀.同时更改密封形式为弹性密封,改造后可在线更换软密封,方便故障处理,如图6所示. 图6 改造后煤气换热器底部结构 Fig.6 bottom structure 4.3 煤气换热器管束改造 在煤气换热器管道入口加装脱水装置,经连接管路将煤气冷凝水并入煤气水封排出,有效脱除高炉煤气中携带的水份,延缓煤气换热器本体腐蚀,同时提高煤气的预热温度.将前6排原有普通碳钢换热管更换为MND钢管束,有效解决低温腐蚀问题.

5 结语 通过对分离式热管换热器的工作原理和内部结构进行研究,结合煤气换热器设备运行参数和生产运行中存在的问题,分析煤气换热器出现问题的原因,对煤气换热器顶部密封型式进行优化,对煤气换热器底部结构和密封型式进行改造,减少煤气冷凝水对钢结构的腐蚀,对煤气换热器内部管束进行改造,增强管束耐腐蚀能力,消除煤气泄漏的隐患. 参考文献: [1] 金万金,分离式热管煤气、空气双预热器在上海宝钢4#高炉热风炉上的应用[J],节能技术,2006,24(2):161-164. [2] 刘高高.热风炉前置预热工艺设计与研究[D],四川大学,

2004 [3] 刘效洲 ,惠世恩,徐通模,等. 分离式热管换热器的工作原理及其在电厂余热回收中的应用[J], 热能动力工程, 2001,16(4):375-379. [4] 王丹. 中低温热管换热器的理论分析与研究[D],北京工业大学, 2013. [5] 王艳梅.管翅式热管换热器的设计及性能研究[D],辽宁工程技术大学, 2012.