煙氣處理系統(tǒng)及方法
【專利摘要】煙氣處理系統(tǒng)及方法。該方法包括：在本發(fā)明的煙氣冷卻器的液流管與煙氣加熱裝置的液流管所形成的循環(huán)管路中通入循環(huán)水；將140℃左右的煙氣通過煙氣冷卻器冷卻為90℃左右后依次進(jìn)入煙氣除塵裝置和煙氣脫硫裝置；將通過煙氣脫硫裝置后被進(jìn)一步降溫的煙氣通過煙氣加熱器再升溫至90℃左右后通過煙囪排放；以及將循環(huán)水以不低于70℃的溫度循環(huán)流入煙氣冷卻器并以不低于100℃的溫度循環(huán)流出煙氣冷卻器。本發(fā)明的煙氣處理方法最大化了煙氣冷卻器的使用壽命，同時(shí)選擇性實(shí)施上游煙氣與下游煙氣的熱能交換，達(dá)到了高效節(jié)能環(huán)保目的。
【專利說明】
煙氣處理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明總體涉及煙氣處理技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]
【申請(qǐng)人】之前獲得的煙氣換熱器專利CN101762199B中所提出的橢圓基管Η型翅片傳 熱管具有抗磨損、抗積灰性能良好、流動(dòng)阻力小、功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、單位空間可容納更多受 熱面等優(yōu)點(diǎn)。近年來在華能集團(tuán)、申能集團(tuán)、中信集團(tuán)等所下轄電廠獲得應(yīng)用，并取得較好 效果。
[0003] 但是，近年來因環(huán)保要求嚴(yán)苛，超低排放技術(shù)和低溫電除塵器技術(shù)獲得大力發(fā)展 和推廣，煙冷器被設(shè)置于電除塵器上游，煙塵濃度高達(dá)10000~60000mg/Nm 3,煙塵磨損加 劇，積灰越發(fā)嚴(yán)重，且煙氣降溫幅度高達(dá)50°C，因此對(duì)傳熱管的流動(dòng)阻力、流動(dòng)功耗、傳熱能 力等均提出了更高要求。
[0004] 此外，現(xiàn)有煙氣處理過程各個(gè)步驟之間缺乏有機(jī)整合，導(dǎo)致整個(gè)過程能耗過大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的煙氣處理技術(shù)，其能克服現(xiàn)有技術(shù)的某種或某些缺 陷。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種煙氣處理系統(tǒng)，包括：
[0007] 布置在冷卻煙道內(nèi)的煙氣冷卻器，煙氣冷卻器由多個(gè)傳熱管相互連接而成，每個(gè) 傳熱管包含：
[0008] 中部具有橢圓截面的液流管，其中所述橢圓的長軸的長度為2a，短軸的長度為2b， 其中a與b的比值在1.9至2.9之間；以及
[0009] 在液流管外表面上沿液流管軸向相互隔開的多對(duì)煙氣翅片，每對(duì)煙氣翅片包括相 互對(duì)齊排列并且共同形成矩形外輪廓的第一煙氣翅片和第二煙氣翅片，其中所述矩形的長 邊的長度為A，短邊的長度為B，第一煙氣翅片和第二煙氣翅片的形狀相同，均設(shè)置有與橢圓 管外表面形狀相適配的橢圓弧缺口，每對(duì)煙氣翅片的第一煙氣翅片和第二煙氣翅片之間具 有沿所述橢圓長軸方向的外側(cè)縫隙，
[0010] 位于冷卻煙道下游的煙氣除塵裝置，用于對(duì)來自冷卻煙道的煙氣進(jìn)行除塵處理；
[0011] 位于煙氣除塵裝置下游的煙氣脫硫裝置，用于對(duì)經(jīng)過煙氣除塵裝置除塵后的煙氣 進(jìn)行脫硫處理；
[0012] 位于煙氣脫硫裝置下游的煙氣加熱裝置，具有液流管，用于對(duì)經(jīng)過煙氣脫硫裝置 脫硫后的煙氣進(jìn)行加熱處理；以及
[0013] 位于煙氣加熱裝置下游的煙囪，排放經(jīng)過煙氣加熱裝置加熱后的煙氣，
[0014] 其中煙氣冷卻器的液流管與煙氣加熱裝置的液流管連通并形成循環(huán)管路。
[0015] 本發(fā)明的煙氣處理系統(tǒng)由于采用了改進(jìn)的傳熱管或煙氣冷卻器，并使用從上游煙 氣所回收的熱能來加熱下游待排放煙氣，從而顯著降低了整個(gè)煙氣處理過程中的能耗，跟 進(jìn)了國家對(duì)例如電廠等所不斷提出的節(jié)能環(huán)保改進(jìn)要求。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，煙氣處理系統(tǒng)還可以包括:位于煙氣冷卻器上游 的具有空氣管路的空氣預(yù)熱器、位于空氣預(yù)熱器上游的煙氣脫硝裝置以及位于煙氣脫硝裝 置上游的鍋爐，其中煙氣脫硝裝置對(duì)來自鍋爐的煙氣進(jìn)行脫硝處理，空氣預(yù)熱器利用脫硝 后的煙氣對(duì)其空氣管路中的空氣進(jìn)行預(yù)熱處理，其中空氣預(yù)熱器的空氣管路與鍋爐的燃燒 室連通。該實(shí)施例在煙氣冷卻器上游設(shè)置空氣預(yù)熱器以在對(duì)煙氣持續(xù)降溫的同時(shí)利用回收 熱能加熱空氣并送入鍋爐燃燒室，從而提高了鍋爐燃燒效率，并使煙氣排放更加環(huán)保。
[0017] 空氣預(yù)熱器可以由鍋爐的尾部受熱面構(gòu)成。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的傳熱管的單管實(shí)施例，每個(gè)傳熱管僅包含單個(gè)液流管，A與2a的比值 在1.3至2.3之間并且B與2b的比值在2.0至4.0之間。在進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，A與2a的比 值可以在1.5至2.2之間，進(jìn)一步優(yōu)選可以在1.6至2.0之間，更優(yōu)選為1.8左右;B與2b的比值 可以在2.2至3.0之間，進(jìn)一步優(yōu)選可以在2.3至2.8之間，更優(yōu)選為2.5左右。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的傳熱管的雙管實(shí)施例，每個(gè)傳熱管包含有且僅有兩個(gè)液流管，A與2a 的比值在2.6至4.6之間并且B與2b的比值在2.0至4.0之間。在進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，A與 2a的比值可以在3.0至4.4之間，進(jìn)一步優(yōu)選可以在3.2至4.0之間，更優(yōu)選為3.6左右;B與2b 的比值可以在2.2至3.0之間，進(jìn)一步優(yōu)選可以在2.3至2.8之間，更優(yōu)選為2.5左右。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的傳熱管的優(yōu)選實(shí)施例，液流管的截面橢圓的等效圓直徑可以在32_ 至51mm之間，更優(yōu)選地為32mm或38_。這里的等效圓是指:直接冷乳一個(gè)母材圓管而形成目 標(biāo)橢圓管，其中對(duì)于目標(biāo)橢圓管而言母材圓管的直徑就是其等效圓直徑。直徑為32mm或 38mm或51mm的母材圓管均為市售規(guī)格圓管，購取方便。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的傳熱管的優(yōu)選實(shí)施例，上下翅片之間的外側(cè)縫隙厚度可以在6mm至 12mm之間，優(yōu)選為8mm左右。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的傳熱管的優(yōu)選實(shí)施例，煙氣冷卻器的液流管和/或煙氣翅片的材質(zhì) 可以選自碳素鋼、ND鋼以及不銹鋼，并且煙氣翅片和液流管各自獨(dú)立成型并通過焊接連成 一體。
[0023 ]根據(jù)本發(fā)明的傳熱管的最優(yōu)選實(shí)施例，a與b的比值在2.5左右。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的不同具體實(shí)施例：煙氣翅片的厚度可以在1.5mm至4mm之間；液流管 的管壁厚度可以在3mm至5mm之間；相鄰對(duì)煙氣翅片的軸向間距可以在10mm至30mm之間。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例，液流管的兩端部分可以具有圓形截面。這種兩 端圓形截面設(shè)計(jì)的液流管方便在后續(xù)組裝過程中使用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)接頭進(jìn)行連接。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種利用上述煙氣處理系統(tǒng)進(jìn)行煙氣處理的方 法，包括：
[0027]在煙氣冷卻器的液流管與煙氣加熱裝置的液流管所形成的循環(huán)管路中通入循環(huán) 水；
[0028] 將140 °C左右的煙氣通過煙氣冷卻器冷卻為90 °C左右后依次進(jìn)入煙氣除塵裝置和 煙氣脫硫裝置；
[0029] 將通過煙氣脫硫裝置后被進(jìn)一步降溫的煙氣通過煙氣加熱器再升溫至90°C左右 后通過煙囪排放；以及
[0030] 將循環(huán)水以不低于70°C的溫度循環(huán)流入煙氣冷卻器并以不低于100°C的溫度循環(huán) 流出煙氣冷卻器。
[0031] 本發(fā)明的煙氣處理方法最大化了煙氣冷卻器的使用壽命，同時(shí)選擇性實(shí)施上游煙 氣與下游煙氣的熱能交換，達(dá)到了高效節(jié)能環(huán)保目的。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)具體實(shí)施例，煙氣通過煙氣脫硫裝置后可以被進(jìn)一步降 溫至50 °C左右。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)具體實(shí)施例，煙氣源于300°C左右的鍋爐煙氣，依次流 經(jīng)煙氣脫硫裝置和空氣預(yù)熱器后進(jìn)入煙氣冷卻器之前可以降溫至140°C左右。
[0034]本發(fā)明的煙氣處理方法通過進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)，可以使各個(gè)工藝步驟的銜接配 合更加流暢通順。
[0035] 此外，根據(jù)本發(fā)明的煙氣冷卻器，針對(duì)上述單管類型和雙管類型的傳熱管，其現(xiàn)場(chǎng) 組裝方法也是不同的。
[0036] 對(duì)于單管類型的傳熱管，將其組裝在煙道內(nèi)形成煙氣冷卻器的方法包括：
[0037] 將傳熱管在煙道內(nèi)排列成至少一面墻，每面墻均垂直于煙道內(nèi)煙氣流動(dòng)方向，每 面墻中的傳熱管的液流管相互并聯(lián)設(shè)置，每個(gè)傳熱管的液流管均水平布置并使外側(cè)縫隙布 置成正對(duì)煙氣流動(dòng)方向（與煙氣流動(dòng)方向平行）；
[0038] 將每個(gè)液流管的兩端均伸出煙道側(cè)壁；
[0039]提供彎管接頭；以及
[0040]在煙道外部使用彎管接頭將沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向相鄰的每面墻中的同一水平高度的 液流管的兩端依次串聯(lián)連接，由此組裝成熱交換器。
[0041 ]對(duì)于雙管類型的傳熱管，將其組裝在煙道內(nèi)形成煙氣冷卻器的方法包括：
[0042] 將傳熱管在煙道內(nèi)排列成至少一面墻，每面墻均垂直于煙道內(nèi)煙氣流動(dòng)方向，每 面墻中的傳熱管的液流管相互并聯(lián)設(shè)置，每個(gè)傳熱管的液流管均水平布置并使外側(cè)縫隙布 置成正對(duì)煙氣流動(dòng)方向，并使每個(gè)傳熱管的第一液流管位于第二液流管的煙氣流動(dòng)的上游 方向；
[0043] 將每個(gè)液流管的兩端均伸出煙道側(cè)壁；
[0044] 提供第一大彎管接頭和第二小彎管接頭；
[0045] 在煙道外部使用第一大彎管接頭將每面墻中的每個(gè)傳熱管的第一液流管的一端 與沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向下游的相鄰一面墻中的同一水平高度的傳熱管的第二液流管的相同端 串聯(lián)連接;以及
[0046] 在煙道外部使用第二小彎管接頭將每面墻中的每個(gè)傳熱管的第二液流管的一端 與沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向下游的相鄰一面墻中的同一水平高度的傳熱管的第一液流管的相同端 串聯(lián)連接，
[0047]由此，組裝成熱交換器。
[0048]根據(jù)本發(fā)明，液流管優(yōu)選由直徑32mm或38mm或51mm的圓管直接冷乳而成。另外，液 流管兩端部分（中間主體部分之外的非翅片區(qū)）可以被重新恢復(fù)成圓管形狀以便于使用圓 管接頭直接進(jìn)行互連組裝操作。
[0049]采用上述組裝方法，可以非常方便地在現(xiàn)場(chǎng)例如電廠煙道將本發(fā)明的傳熱管組裝 成所需規(guī)格的煙氣冷卻器或熱交換器，并有效保證了組裝效率和質(zhì)量。
【附圖說明】
[0050]圖1為根據(jù)本發(fā)明的單管型傳熱管的立體圖；
[0051 ]圖2為根據(jù)本發(fā)明的單管型傳熱管的截面示意圖；
[0052] 圖3為現(xiàn)有實(shí)例的單管型傳熱管的截面尺寸示意圖；
[0053] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的對(duì)應(yīng)于Φ 32當(dāng)量圓管單管型傳熱管的相應(yīng)橢圓基管截面尺寸 示意圖；
[0054]圖5為根據(jù)本發(fā)明的對(duì)應(yīng)于Φ38當(dāng)量圓管單管型傳熱管的相應(yīng)橢圓基管截面尺寸 示意圖；
[0055] 圖6為根據(jù)本發(fā)明的雙管型傳熱管的立體圖；
[0056] 圖7為根據(jù)本發(fā)明的雙管型傳熱管的截面示意圖；
[0057] 圖8為根據(jù)本發(fā)明的對(duì)應(yīng)于Φ 32當(dāng)量圓管雙管型傳熱管的相應(yīng)橢圓基管的截面尺 寸示意圖；
[0058]圖9為根據(jù)本發(fā)明的對(duì)應(yīng)于Φ 38當(dāng)量圓管雙管型傳熱管的相應(yīng)橢圓基管的截面尺 寸示意圖；
[0059]圖10為使用不同彎管接頭互連本發(fā)明的雙管結(jié)構(gòu)時(shí)的俯視示意圖；
[0060]圖11為流體在圓管下游的分離和漩渦；
[0061 ]圖12為流體在橢圓管下游的分離和漩渦；
[0062]圖13為隨著橢圓管長短軸之比增大，分離點(diǎn)后移的示意圖；
[0063]圖14為根據(jù)本發(fā)明的電廠鍋爐煙氣處理系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0064] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，實(shí)施 例和附圖只是為了更好地理解本發(fā)明，并不用來做出任何限制。
[0065] 參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的單管型傳熱管包括單個(gè)橢圓管10以及沿橢圓管10的縱向 或軸向布置的多對(duì)相互對(duì)齊的翅片(或可稱作"H型翅片"）。根據(jù)實(shí)際情況需要，每對(duì)翅片以 10-30mm的間距均勻隔開。每對(duì)翅片包括上翅片21以及下翅片22。橢圓管10、上翅片21以及 下翅片22的材質(zhì)可以選自碳素鋼、ND鋼以及不銹鋼，各自獨(dú)立成型并隨后通過焊接例如高 頻閃光電阻焊再連成一體。傳熱管可以再進(jìn)一步組裝為熱交換器(亦可稱作"換熱器"或"煙 氣冷卻器"）安裝在例如電廠的煙道中，如后所進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0066] 橢圓管10通常通入待加熱液體例如水，因此亦可稱作"液流管"。雖然圖示橢圓管 10全長均為一致的橢圓截面，但橢圓管10也可以設(shè)計(jì)成兩端仍然為圓形截面，只是作為主 體的中部制成橢圓截面。這種兩端具有圓形截面的橢圓管10在后期組裝連接過程中具有優(yōu) 勢(shì)，可以仍然使用常規(guī)的圓截面彎管接頭進(jìn)行互連。
[0067] 上翅片21和下翅片22通常直接處于例如煙道的高溫高粉塵煙氣或煙霧環(huán)境中，因 此亦可稱作"第一煙氣翅片"和"第二煙氣翅片"。上翅片21和下翅片22形狀完全相同或基本 相同（圖示互為鏡像），大致均具有矩形外輪廓，中央部分開設(shè)與橢圓管外表面形狀相適配 或相吻合的橢圓弧缺口以平滑焊接在橢圓管10上。每對(duì)翅片的上翅片21和下翅片22彼此相 互對(duì)齊地居中焊接在橢圓管10上之后總體形成矩形外輪廓，但彼此之間具有沿橢圓長軸方 向的外側(cè)縫隙（亦可稱作"開縫寬度"）w，外側(cè)縫隙W對(duì)稱地分居橢圓管10兩側(cè)。
[0068]如圖2所示單管型實(shí)施例，本發(fā)明的橢圓管10的截面橢圓（外輪廓）的長軸長度標(biāo) 示為2a，短軸長度標(biāo)示為2b，橢圓管壁厚標(biāo)示為S。每對(duì)翅片的上翅片21和下翅片22所共同 形成的總體矩形外輪廓的長邊長度標(biāo)示為A，短邊長度標(biāo)示為B，上翅片21和下翅片22之間 所形成的水平外側(cè)縫隙厚度或上下距離標(biāo)示為W。
[0069]圖3示出了如CN101762199B公開的現(xiàn)有實(shí)際使用的橢圓傳熱管的一個(gè)實(shí)例的相關(guān) 尺寸；圖4和圖5則分別示出了根據(jù)本發(fā)明的兩種具有代表性對(duì)應(yīng)于圓管當(dāng)量管徑（Φ32和 Φ38)的單管型傳熱管的相應(yīng)橢圓基管和翅片的各相關(guān)尺寸，亦如下表1所示。
[0070] 表 1
[0071]
[0072] 再參見圖6,根據(jù)本發(fā)明的雙管型傳熱管包括平行隔開布置的第一橢圓管11和第 二橢圓管12以及沿橢圓管的縱向或軸向布置的多對(duì)相互對(duì)齊的翅片（或可稱作"H型翅 片"）。第一橢圓管11和第二橢圓管12形狀相同。根據(jù)實(shí)際情況需要，每對(duì)翅片以10_30mm的 間距均勻隔開。每對(duì)翅片包括上翅片21以及下翅片22。第一橢圓管11、第二橢圓管12、上翅 片21以及下翅片22的材質(zhì)可以選自碳素鋼、ND鋼以及不銹鋼，各自獨(dú)立成型并隨后通過焊 接例如高頻閃光電阻焊再連成一體。傳熱管可以再進(jìn)一步組裝為熱交換器(亦可稱作"換熱 器"）安裝在例如電廠的煙道中，如后所進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0073]第一橢圓管11和第二橢圓管12通常通入待加熱液體例如水，因此亦可稱作"液流 管"。雖然圖示第一和第二橢圓管全長均為一致的橢圓截面，但橢圓管也可以設(shè)計(jì)成兩端仍 然為圓形截面，只是作為主體的中部制成橢圓截面。這種兩端具有圓形截面的橢圓管在后 期組裝連接過程中具有優(yōu)勢(shì)，可以仍然使用常規(guī)的圓截面彎管接頭進(jìn)行互連。
[0074] 上翅片21和下翅片22通常直接處于例如煙道的高溫高粉塵煙氣或煙霧環(huán)境中，因 此亦可稱作"第一煙氣翅片"和"第二煙氣翅片"。上翅片21和下翅片22形狀完全相同或基本 相同（圖示互為鏡像），大致均具有矩形外輪廓，中心對(duì)稱地開設(shè)與橢圓管外表面形狀相適 配或相吻合的兩個(gè)橢圓弧缺口以平滑焊接在兩個(gè)橢圓管上。每對(duì)翅片的上翅片21和下翅片 22彼此相互對(duì)齊地焊接在橢圓管上之后總體形成矩形外輪廓，但彼此之間具有沿橢圓長軸 方向的外側(cè)縫隙（亦可稱作"開縫寬度"）W，外側(cè)縫隙W對(duì)稱地分居第一橢圓管11和第二橢圓 管12的兩外側(cè)以及延伸在這兩個(gè)橢圓管之間。
[0075] 如圖7所示雙管型實(shí)施例，本發(fā)明的橢圓管的截面橢圓（外輪廓）的長軸長度標(biāo)示 為2a，短軸長度標(biāo)示為2b，橢圓管壁厚標(biāo)示為S。每對(duì)翅片的上翅片21和下翅片22所共同形 成的總體矩形外輪廓的長邊長度標(biāo)示為A，短邊長度標(biāo)示為B，上翅片21和下翅片22之間所 形成的水平外側(cè)縫隙厚度或上下距離標(biāo)示為W。
[0076]圖8和圖9則分別示出了根據(jù)本發(fā)明的兩種具有代表性對(duì)應(yīng)于圓管當(dāng)量管徑（Φ32 和Φ38)的雙管型傳熱管的相應(yīng)橢圓基管和翅片的各相關(guān)尺寸，亦如下表2所示。
[0079] 發(fā)明人在模擬研究（如后所詳細(xì)描述)時(shí)發(fā)現(xiàn)，橢圓管的長短軸之比a/b是一個(gè)重 要參數(shù)?，F(xiàn)有傳熱管例如圖3所示實(shí)例的橢圓管的長短軸之比值a/b偏低(發(fā)明人之前并未 意識(shí)到該比值的重要性），未能充分發(fā)揮基管由圓管改為橢圓管后傳熱能力顯著提高、流動(dòng) 阻力大幅降低、抗積灰能力增強(qiáng)及管束緊湊性改善的優(yōu)勢(shì)。
[0080] 通過數(shù)值分析、流場(chǎng)顯示、回歸分析與優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證已經(jīng)證實(shí):在煙冷器運(yùn)行工 況條件下，橢圓形基管的長、短軸比a/b應(yīng)在1.9~2.9之間，a/b是流體沿橢圓管流動(dòng)時(shí)，流 動(dòng)及傳熱性能的重要參數(shù)，其主要影響如下。
[0081] 從圖11和圖12可看出，與圓管相比，橢圓管下游分離點(diǎn)的位置后移，漩渦區(qū)（尾流 區(qū)）的范圍縮小，漩渦強(qiáng)度減弱，使橢圓管的流動(dòng)阻力明顯低于圓管。且隨a/b的增大，分離 點(diǎn)的位置后移，漩渦區(qū)（尾流區(qū)）的范圍縮小，漩渦強(qiáng)度減弱，流動(dòng)阻力進(jìn)一步降低。圖13為 根據(jù)層流邊界層理論的計(jì)算結(jié)果，其中Μ為最小壓力點(diǎn)；S為層流分離點(diǎn);為來流速度(m/ s)。發(fā)明人的分析計(jì)算還表明：在外翅片管的流動(dòng)阻力中，光管外表面的阻力約占總阻力的 40%左右，因此提高橢圓管的a/b，對(duì)降低流阻是極其有效的。
[0082] 與同樣橫截面的圓管相比，隨a/b的增大，橢圓管的周長增加，換熱面積增大；此 外，隨著a/b的增大，橢圓管層流邊界層厚度減薄，使橢圓管的換熱系數(shù)也增大。數(shù)值分析和 實(shí)驗(yàn)證實(shí):a/b = 2.75的橢圓管外表面換熱系數(shù)比a/b= 1.67橢圓管的外表面換熱系數(shù)要高 出25%左右，由于橢圓管外表面的換熱面積和換熱系數(shù)同時(shí)增大，使橢圓管外表面的總傳 熱能力得以顯著提高。即使考慮到橢圓管外部光管部分的傳熱面積僅占翅片外側(cè)總傳熱面 積1/5左右，光管部分換熱系數(shù)有25 %左右的提高也將使相對(duì)翅片外側(cè)總傳熱面積的傳熱 系數(shù)能有5%左右的提高，而在傳熱領(lǐng)域這種程度的提高已經(jīng)非常驚人。
[0083] 對(duì)于順列布置的管束，積灰主要發(fā)生在管的前駐點(diǎn)附近的區(qū)域及下游的漩渦區(qū)， 故隨a/b的增大，不僅前駐點(diǎn)附近的流動(dòng)停滯區(qū)域減少，且由于漩渦區(qū)的范圍縮小及漩渦強(qiáng) 度減弱，使后部渦流區(qū)的積灰量也明顯減少。
[0084] 隨著a/b的增大，橢圓管流線型更好，短軸的減小使管束的橫向間距縮小，節(jié)省了 管組的占據(jù)空間，使管束的緊湊性(單位容積內(nèi)能布置的傳熱面面積m 2/m3)提高。
[0085] 另外，發(fā)明人更為重要的發(fā)現(xiàn)是，上述現(xiàn)有實(shí)例的翅片的寬度（長邊）、高度（短 邊）、開縫寬度、以及橢圓長短軸的尺寸均至為關(guān)鍵。因?yàn)檫@些尺寸的不適當(dāng)均會(huì)使整個(gè)翅 片的肋效率偏低，不能充分發(fā)揮基管由圓管改為橢圓管后翅片的增強(qiáng)傳熱作用?；诤竺?所描述的模擬研究以及大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，發(fā)明人最終確定了翅片寬度A、包含翅片開縫寬度 在內(nèi)的翅片上下延伸總高度B、橢圓長短軸長度之間存在能夠?qū)嵸|(zhì)影響上述性能的相互關(guān) 系，即A與2a的比值以及B與2b的比值共同起到關(guān)鍵作用（注意參數(shù)B已經(jīng)包含了開縫寬度W 以及上下翅片的高度之和而非再指單個(gè)翅片的高度）。
[0086] 評(píng)價(jià)翅片性能的主要指標(biāo)參數(shù)之一是翅片效率，分析計(jì)算表明，對(duì)于基管為橢圓 管的矩形翅片，在翅片高度較低及翅根處曲率半徑較大的那部分翅片表面，它的局部翅片 效率具有很高的值，合適的A/2a及B/2b可以大幅提高沿翅片高度方向的局部翅片效率，其 值可達(dá)90 %以上，使得翅片的平均翅片效率在80 %以上。
[0087] 合適的A/2a及B/2b可提高翅片和橢圓基管的焊接融合角，焊接融合角反映了Η翅 片和橢圓基管的焊接接觸長度，后者顯著影響翅片效率的大小。分析和實(shí)驗(yàn)均證實(shí)：圖3所 示現(xiàn)有實(shí)例的焊接融合角為149°，而在本發(fā)明的實(shí)施例中焊接融合角均可提高至168°，增 加了近20°。
[0088] 合適的A/2a及B/2b可提高流體在Η翅片外表面的平均換熱系數(shù)，提高翅片的傳熱 能力。
[0089] 翅片表面的優(yōu)化就是尋找使翅片管的傳熱系數(shù)、肋化系數(shù)、翅片效率和流動(dòng)阻力 綜合最佳時(shí)的A/2a及B/2b，或在一定的肋化系數(shù)下，合適的A/2a及B/2b可使翅片表面的傳 熱系數(shù)、肋片效率和流動(dòng)阻力綜合達(dá)到最佳值。
[0090] 此外，Η型翅片的開縫寬度W自身還具有如下作用：
[0091 ] 1.可引導(dǎo)煙氣吹掃管子和肋片上的積灰，取得一定的自清灰效果；
[0092] 2. W的適當(dāng)寬度能使Η翅片產(chǎn)生輕微的自激振蕩，使翅片表面不易積灰，具有自清 灰能力；
[0093] 3.前駐點(diǎn)附近的滯止區(qū)及下游分離點(diǎn)后的漩渦區(qū)是翅片區(qū)域中換熱效果較差的 區(qū)域，而間隙W的存在相當(dāng)于在這部分區(qū)域不設(shè)置傳熱面。這樣雖少布置了一部分傳熱面 積，但翅片的總傳熱能力卻有所提高。研究表明，隨a/b的增大，開縫（間隙）寬度W可相應(yīng)的 有所減小，在優(yōu)化研究的基礎(chǔ)上，目前的Η型翅片的開縫寬度可以確定為6~12_。
[0094]根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)后的傳熱管至少具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0095] 1.流動(dòng)阻力進(jìn)一步降低7~10%左右，流動(dòng)阻力的降低可進(jìn)一步減少風(fēng)機(jī)的功耗， 節(jié)省煙冷器的運(yùn)行費(fèi)用。以1臺(tái)1000MW機(jī)組的煙冷器為例，每年可節(jié)約廠用電約500000千瓦 時(shí)。
[0096] 2.降低了風(fēng)機(jī)改造的條件及成本，在合適的條件下，風(fēng)機(jī)可不改造或較小規(guī)模改 造，僅此一項(xiàng)即可節(jié)約數(shù)百萬甚至上千萬的改造費(fèi)用。
[0097] 3.總傳熱能力提高10 %左右，以1臺(tái)1000MW機(jī)組的煙冷器為例，可節(jié)省鋼材重量約 80~100噸，降低了煙冷器的制造成本。
[0098] 4.提高了管組布置的緊湊性，與原方案相比，緊湊性(m2/m3)約可提高5%~8%。 [0099] 5.自清灰能力能力有進(jìn)一步提高，可減少吹灰器的數(shù)目，節(jié)約了使用蒸汽或壓縮 空氣吹灰裝置的成本和運(yùn)行能耗。
[0100] 6.使產(chǎn)品管系多樣化，方便組裝，更能適應(yīng)和滿足市場(chǎng)的需求。
[0101] 下面先以兩端具有圓形截面的單管型傳熱管為例簡要描述在現(xiàn)場(chǎng)例如電廠煙道 如何組裝為熱交換器。
[0102] 首先，將傳熱管在煙道內(nèi)排列成沿?zé)煹揽v深方向相鄰的若干面墻。每面墻均垂直 于煙道內(nèi)煙氣流動(dòng)方向。同一面墻中從上到下鋪排有多個(gè)橫向傳熱管，其液流管的兩端沿 水平方向垂直穿出煙道的相對(duì)側(cè)壁，同時(shí)上下翅片之間的外側(cè)縫隙正對(duì)煙氣流動(dòng)方向（或 外側(cè)縫隙縱向長度延伸方向與煙氣流動(dòng)方向平行或一致）。同一面墻中液流管相互并聯(lián)設(shè) 置;在煙道外部使用標(biāo)準(zhǔn)圓形截面彎管接頭將上下游(沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向而言)相鄰墻中同一 水平高度的液流管的兩端順次串聯(lián)連接，由此組裝成熱交換器。
[0103] 再以兩端具有圓形截面的雙管型傳熱管為例簡要描述在現(xiàn)場(chǎng)例如電廠煙道如何 組裝為熱交換器。
[0104] 如圖10所示，首先，將傳熱管在煙道內(nèi)排列成沿?zé)煹揽v深方向（即沿?zé)煔饬鲃?dòng)方 向）相鄰的若干面墻。每面墻均垂直于煙道內(nèi)煙氣流動(dòng)方向。同一面墻中從上到下鋪排有多 個(gè)橫向傳熱管，其液流管的兩端沿水平方向垂直穿出煙道的相對(duì)側(cè)壁50,同時(shí)上下翅片之 間的外側(cè)縫隙正對(duì)煙氣流動(dòng)方向（或外側(cè)縫隙縱向長度延伸方向與煙氣流動(dòng)方向平行或一 致）。同一面墻中所有第一液流管11與第二液流管12相互并聯(lián)設(shè)置;每個(gè)傳熱管的第一液流 管11和第二液流管12均水平布置。每個(gè)傳熱管的第一液流管11位于第二液流管12的煙氣流 動(dòng)的上游方向。在煙道外部使用大彎管接頭31將每面墻中的每個(gè)傳熱管的第一液流管11的 一端與沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向下游的相鄰一面墻中的同一水平高度的熱傳熱管的第二液流管12 的相同端串聯(lián)連接。同樣，在煙道外部使用小彎管接頭32將每面墻中的每個(gè)傳熱管的第二 液流管12的一端與沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向下游的相鄰一面墻中的同一水平高度的傳熱管的第一 液流管11的相同端串聯(lián)連接。如圖10所示，大彎管接頭31位于小彎管接頭32外側(cè)，在煙道兩 側(cè)交替布置，在同一水平高度互不干擾。同一水平高度的第一液流管11和第二液流管12共 用一個(gè)液體總?cè)肟?60和液體總出口 70。
[0105] 這種同一面墻中的液流管并聯(lián)但與下游相鄰墻中等高液流管串聯(lián)的排布方式可 以充分利用煙氣余熱。另外，在煙道外部互連液流管的方式避開了煙道內(nèi)部惡劣氣氛的影 響，降低了泄漏等故障發(fā)生。
[0106] 另外，采用上述方法，可以非常方便地將本發(fā)明的傳熱管現(xiàn)場(chǎng)組裝成所需規(guī)格的 大型熱交換器，有效保證了組裝效率和質(zhì)量，并最小化了運(yùn)輸不便等問題。
[0107] 此外，作為共用翅片的雙管結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可以應(yīng)用于管排較長的場(chǎng)合，便于整排， 結(jié)構(gòu)剛性更好，制造工時(shí)及成本也更低。雙管以上的多管結(jié)構(gòu)盡管也是可行的，但在執(zhí)行加 工、焊接、運(yùn)輸?shù)炔僮鲿r(shí)將會(huì)受限。
[0108] 根據(jù)本發(fā)明所組裝成的熱交換器可以用作煙氣冷卻器，在例如圖14所示的電廠鍋 爐尾部煙道回收煙氣余熱并加熱凈煙氣來實(shí)現(xiàn)環(huán)保排放。圖14示出的電廠采用了低低溫電 除塵技術(shù)的煙氣凈化排放系統(tǒng)，在低低溫電除塵器前可以增設(shè)本發(fā)明的煙氣冷卻器，形成 本發(fā)明的煙氣處理系統(tǒng)。
[0109] 如圖14所示，從鍋爐1出來的300°C左右的煙氣進(jìn)入SCR脫硝系統(tǒng)2脫硝之后，進(jìn)入 空氣預(yù)熱器3進(jìn)行換熱，預(yù)熱后的空氣被送入鍋爐的燃燒室。從空氣預(yù)熱器3出來的煙氣降 至140°C左右，隨后進(jìn)入本發(fā)明的煙氣冷卻器(熱交換器)4以與進(jìn)入溫度為70°C左右的熱循 環(huán)水換熱，換熱后從煙氣冷卻器出來時(shí)的循環(huán)水溫度通常不低于l〇〇°C。從煙氣冷卻器4出 來的煙氣降至90°C左右，隨后進(jìn)入低低溫電除塵器5進(jìn)行除塵并再進(jìn)入脫硫吸收塔6進(jìn)行脫 硫。從脫硫吸收塔6出來的煙氣降至50°C左右，隨后進(jìn)入煙氣加熱器7。煙氣加熱器7與煙氣 冷卻器4共用熱循環(huán)水，以將50°C左右的凈煙氣升溫至90°C左右后再進(jìn)入煙囪8進(jìn)行排放。
[0110] 本發(fā)明的煙氣冷卻器的進(jìn)口水溫控制為70 °C左右，這可以最小化煙氣冷卻器遭受 煙氣腐蝕，同時(shí)兼顧熱交換效率。另外，利用共用循環(huán)熱水將凈煙氣升溫至90°C左右以后再 行排放不但能夠符合環(huán)保要求，還兼顧了煙肉的腐蝕問題。
[0111] 當(dāng)然，本發(fā)明的煙氣冷卻器也可以有其它合適應(yīng)用，例如用來加熱城市熱網(wǎng)循環(huán) 水;或者用來加熱汽機(jī)抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)中的凝結(jié)水以減少用于低壓加熱器中的蒸汽抽汽量， 而節(jié)省的蒸汽量進(jìn)入低壓缸中繼續(xù)作功發(fā)電，以降低汽輪發(fā)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)煤耗率等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種煙氣處理系統(tǒng)，包括： 布置在冷卻煙道內(nèi)的煙氣冷卻器，煙氣冷卻器由多個(gè)傳熱管相互連接而成，每個(gè)傳熱 管包含： 中部具有橢圓截面的液流管，其中所述橢圓的長軸的長度為2a，短軸的長度為2b，其中 a與b的比值在1.9至2.9之間；以及 在液流管外表面上沿液流管軸向相互隔開的多對(duì)煙氣翅片，每對(duì)煙氣翅片包括相互對(duì) 齊排列并且共同形成矩形外輪廓的第一煙氣翅片和第二煙氣翅片，其中所述矩形的長邊的 長度為A，短邊的長度為B，第一煙氣翅片和第二煙氣翅片的形狀相同，均設(shè)置有與橢圓管外 表面形狀相適配的橢圓弧缺口，每對(duì)煙氣翅片的第一煙氣翅片和第二煙氣翅片之間具有沿 所述橢圓長軸方向的外側(cè)縫隙， 位于冷卻煙道下游的煙氣除塵裝置，用于對(duì)來自冷卻煙道的煙氣進(jìn)行除塵處理； 位于煙氣除塵裝置下游的煙氣脫硫裝置，用于對(duì)經(jīng)過煙氣除塵裝置除塵后的煙氣進(jìn)行 脫硫處理； 位于煙氣脫硫裝置下游的煙氣加熱裝置，具有液流管，用于對(duì)經(jīng)過煙氣脫硫裝置脫硫 后的煙氣進(jìn)行加熱處理；以及 位于煙氣加熱裝置下游的煙囪，排放經(jīng)過煙氣加熱裝置加熱后的煙氣， 其中煙氣冷卻器的液流管與煙氣加熱裝置的液流管連通并形成循環(huán)管路。2. 根據(jù)權(quán)利要求1的煙氣處理系統(tǒng)，還包括： 位于煙氣冷卻器上游的具有空氣管路的空氣預(yù)熱器、位于空氣預(yù)熱器上游的煙氣脫硝 裝置以及位于煙氣脫硝裝置上游的鍋爐，其中煙氣脫硝裝置對(duì)來自鍋爐的煙氣進(jìn)行脫硝處 理，空氣預(yù)熱器利用脫硝后的煙氣對(duì)其空氣管路中的空氣進(jìn)行預(yù)熱處理，其中空氣預(yù)熱器 的空氣管路與鍋爐的燃燒室連通。3. 根據(jù)權(quán)利要求1的煙氣處理系統(tǒng)，其中每個(gè)傳熱管僅包含單個(gè)液流管，A與2a的比值 在1.3至2.3之間并且B與2b的比值在2.0至4.0之間。4. 根據(jù)權(quán)利要求1的煙氣處理系統(tǒng)，其中每個(gè)傳熱管包含有且僅有兩個(gè)液流管，A與2a 的比值在2.6至4.6之間并且B與2b的比值在2.0至4.0之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣處理系統(tǒng)，其中所述橢圓的等效圓直徑在32mm至51mm之 間。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣處理系統(tǒng)，其中外側(cè)縫隙厚度在6_至12_之間。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣處理系統(tǒng)，其中煙氣冷卻器的液流管和/或煙氣翅片的材 質(zhì)選自碳素鋼、ND鋼以及不銹鋼，并且煙氣翅片和液流管各自獨(dú)立成型并通過焊接連成一 體。8. -種利用權(quán)利要求1-7之一的煙氣處理系統(tǒng)進(jìn)行煙氣處理的方法，包括： 在煙氣冷卻器的液流管與煙氣加熱裝置的液流管所形成的循環(huán)管路中通入循環(huán)水； 將140 °C左右的煙氣通過煙氣冷卻器冷卻為90°C左右后依次進(jìn)入煙氣除塵裝置和煙氣 脫硫裝置； 將通過煙氣脫硫裝置后被進(jìn)一步降溫的煙氣通過煙氣加熱器再升溫至90°C左右后通 過煙囪排放；以及 將循環(huán)水以不低于70°C的溫度循環(huán)流入煙氣冷卻器并以不低于100°C的溫度循環(huán)流出 煙氣冷卻器。9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中煙氣通過煙氣脫硫裝置后被進(jìn)一步降溫至50°C左右。10. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中煙氣源于300°C左右的鍋爐煙氣，依次流經(jīng)煙氣脫硫裝 置和空氣預(yù)熱器后進(jìn)入煙氣冷卻器之前降溫至140°C左右。
【文檔編號(hào)】F22D1/00GK106090973SQ201610458287
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】王啟杰, 曹絳敏, 宋若槑, 章衛(wèi)
【申請(qǐng)人】上海和衡能源科技發(fā)展有限公司