【摘 要】燃?xì)忮仩t的煙氣冷凝器能夠顯著提高鍋爐燃燒效率，是燃?xì)忮仩t節(jié)能降耗的主要研究課題，但存在著冷凝液腐蝕受熱面，溫差應(yīng)力大，煙氣冷凝器煙氣側(cè)阻力大等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新型緊湊型煙氣冷凝器，將304L波紋換熱管應(yīng)用到煙氣冷凝器中，既解決了煙氣冷凝器發(fā)生晶間腐蝕、使用壽命短等問(wèn)題，同時(shí)，由于波紋管的特殊形狀，減少了換熱管膨脹節(jié)的設(shè)置和污垢的處理，以回收燃?xì)忮仩t的煙氣余熱，提高鍋爐的燃燒效率。

【關(guān)鍵詞】燃?xì)忮仩t，煙氣冷凝器，304L，波紋管

一、項(xiàng)目背景

近年來(lái)，世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，由于燃料煤的使用，對(duì)地球環(huán)境造成了巨大的環(huán)境災(zāi)難，節(jié)能減排成為當(dāng)前中國(guó)乃至世界能源工作的中心議題，隨著新能源的開發(fā)使用，煤炭已經(jīng)逐漸退出了民用供熱領(lǐng)域，石油、天然氣、電能已經(jīng)成為民用供熱的主要能源。其中，天然氣作為一種高效、環(huán)保的能源在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)上占有越來(lái)越重要的地位，高效利用天然氣的新設(shè)備、新技術(shù)逐漸成為能源環(huán)境工程領(lǐng)域的一個(gè)熱門課題。

隨著我國(guó)吸氣東輸、川氣東送和北氣南下等一批天然氣主干管網(wǎng)的建成投產(chǎn)，我國(guó)天然氣消費(fèi)將呈現(xiàn)持續(xù)高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。又燃?xì)忮仩t具有效率高、環(huán)保、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、作業(yè)性好等優(yōu)點(diǎn)。尤其是在排煙成分上，因氣體燃料基本上無(wú)灰分，含氮量和含硫量低，故燃料煙氣中硫化物和氮氧化物的含量都很低，同時(shí)燃?xì)忮仩t采用管道輸送，沒(méi)有灰渣。故中部地區(qū)城市熱水蒸汽鍋爐大量采用燃?xì)忮仩t。

但是，因燃?xì)忮仩t是以天然氣為原料進(jìn)行燃燒提供熱的，而天然氣主要成分為甲烷（CH4），燃?xì)忮仩t的排煙中水蒸氣的含量較高，資料表明，排煙中可利用的熱能中，水蒸氣的氣化潛熱所占份額相當(dāng)大。每1m3天然氣燃燒后可產(chǎn)生1.55kg水蒸氣，具有大約3700kJ/Nm3熱量，占天然氣的低位發(fā)熱量的10%以上。排煙溫度在160℃～270℃，煙氣中的水蒸氣仍處于過(guò)熱狀態(tài)，大量的顯熱和潛熱被排放到大氣層，其中硫、氮的氧化物容易引起酸雨酸霧，破壞了生態(tài)環(huán)境，同時(shí)大量高溫氣體的排放，降低鍋爐的燃燒熱效率，提高運(yùn)行費(fèi)用。

二、新型煙氣冷凝器設(shè)計(jì)

（一）新型煙氣冷凝器材料的選擇

304L不銹鋼是一種通用性的不銹鋼，被廣泛應(yīng)用于制作要求良好綜合性能的設(shè)備和機(jī)件。

化學(xué)成分：C≤0.03，Si≤1.0，Mn≤2.0，Cr：17.0～19.0，Ni：8.0～11.0，S≤0.03

主要特性

1.具有優(yōu)良的不銹耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。

2.具有優(yōu)良的冷熱加工和成型性能。

3.低溫性能較好。

4.具有良好的焊接性能

與304相比，304L含鎳量比304高，并且更重要的是304L比304含碳量小很多。304L在焊接點(diǎn)上或者其他處理的地方放點(diǎn)蝕上面比304更勝一籌。304L更耐腐蝕， 比304用途廣泛，具有良好的耐腐蝕性、耐熱性、低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性。沖壓彎曲等熱加工性好。無(wú)熱處理硬化現(xiàn)象，無(wú)磁性，使用溫度-196℃～800℃。304L焊接后或消除應(yīng)力后其抗晶界腐蝕能力優(yōu)秀，在未進(jìn)行熱處理的情況下亦能保持良好的耐腐蝕性。

（二）新型煙氣冷凝器形式的選擇

波紋管換熱器的設(shè)計(jì)是基于管殼式換熱器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)傳熱元件進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，用專用設(shè)備將薄壁不銹鋼管加工成內(nèi)外均為連續(xù)波紋狀曲線的波紋管。波紋管因其特殊結(jié)構(gòu)而具有以下特點(diǎn)：

1.傳熱系數(shù)高。當(dāng)介質(zhì)在波紋管及管外流動(dòng)時(shí)，因其流動(dòng)面積和流速方向不斷變化，使介質(zhì)受到了強(qiáng)烈的擾動(dòng)，這種擾動(dòng)來(lái)自管外介質(zhì)的三維運(yùn)動(dòng)，因此其擾動(dòng)程度更為強(qiáng)烈和徹底，即使介質(zhì)流速很低，也能達(dá)到充分湍流，所以傳熱系數(shù)很高。

2.可承受中低壓，耐腐蝕，壽命長(zhǎng)。波紋管由于本身的波紋曲線和冷加工變形，即使管壁較薄，也能承受較大的壓力，對(duì)化工行業(yè)中的中低壓換熱工況，是安全可靠的；對(duì)于不同的介質(zhì)以選用不同的不銹鋼，可以使用優(yōu)質(zhì)材料提高設(shè)備的抗腐蝕能力，減少運(yùn)行費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

3.適應(yīng)大溫差工況，可以實(shí)現(xiàn)自我補(bǔ)償溫差應(yīng)力。 波紋管是有連續(xù)的波紋組成的，管壁薄，且不銹鋼材質(zhì)韌性好，使它具有一定的軸向伸縮能力，進(jìn)而補(bǔ)償和吸收換熱器和簡(jiǎn)體在工作狀態(tài)下由于溫差應(yīng)力和壓差應(yīng)力產(chǎn)生的變形。根據(jù)國(guó)家鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)出版的鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)案例-奧氏體不銹鋼波紋管換熱器設(shè)計(jì)案例中推薦，規(guī)格為φ32/25×0.8的波紋管換熱管單波剛度值達(dá)到了56300N/mm。

4.可以防垢、清垢。在波紋管內(nèi)外，流體對(duì)管壁的沖刷較強(qiáng)烈，同時(shí)不銹鋼材質(zhì)表明光潔度較高，因而可以在一定程度抑制水垢的生產(chǎn)，另外，由于波紋管的特殊形狀和污垢與金屬的熱膨脹系數(shù)相差較大，會(huì)促使污垢脫落，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清理。

5.維修方便。由于該產(chǎn)品不污染、不堵塞、不腐蝕、不結(jié)垢、因此不必每年維修，即使需維修，工作量也很小。

6.價(jià)格合理。由于該產(chǎn)品傳熱系數(shù)高，所需換熱面積??；而且，波紋管的管壁較薄，結(jié)構(gòu)緊湊。按換熱能力計(jì)算，總造價(jià)不高。

（三）新型煙氣冷凝器設(shè)計(jì)

該煙氣冷凝器主要有波紋換熱管、管套和筒體組成，其中，波紋管端部與具有一定饒度的管套焊接，管套再與筒壁進(jìn)行強(qiáng)度焊接，這樣的結(jié)構(gòu)既可以保證波紋管的結(jié)構(gòu)牢固，又可以使其具有原來(lái)很好的彈塑性。

煙氣冷凝其工作時(shí)，使煙氣鍋爐的煙氣從下至上通過(guò)該冷凝器的殼程，冷卻水在管程中流動(dòng)，通過(guò)煙氣與波紋管的對(duì)流傳熱、波紋管自身的熱傳導(dǎo)及波紋管與水的對(duì)流傳熱，使得煙氣溫度降低，水的溫度升高，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣余熱的回收利用。

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