通过分析、考察(见表1),选择4台空心环管壳式换热器代替6台列管式换热器方案为最佳方案。
2空心环管式换热器在生产中的应用2•1空心环管式换热器的结构特点
(1)采用双面强化传热的缩放型传热管,材质为51×3.5mm的20g碳钢管扎制。
(2)我厂的A换热器从投产以来已更换4次, A更换2次,更换1次,均是因被积酸泥腐蚀、堵塞严重被迫更换。空心环管式换热器由于采用缩放管,层流底层较薄,管内传热系数往往大于管外传热系数,管内壁温可大于100℃,使支管内烟气的酸雾不至于凝聚;加工后的钢材组织细化,抗氧化、抗腐蚀性能提高,寿命延长;且在低温换热器(如、换)迎风面设置了不锈钢护板,同时设计了冷凝酸的排出装置,有效地保护了设备,较好地解决了低温换热器耐酸腐蚀的问题。
(3)采用大空隙、低流阻的空心环支撑传热管束,用以提高近壁流体传热滞流底层的湍流强度,促进界面上的对流传热,降低传热热阻,达到充分发挥强化管的传热强化作用,从而有效地避免了各类壳程支承物对流体形成阻力大的不利影响,在低流阻条件下获得高的传热性能。与传统的折流板(开孔率为30%)支承相比较,阻力小,没有气流死角,不容易产生折流面上的气尘堆积,提高了换热器的利用率,提高了产量,降低了吨酸能耗。
(4)采用壳侧圆周环向进出气体的分布方式,使气体在换热器中的分布更为均匀。同时由于采用了环向进气,壳程入口气体经过夹套沿壳程的周向进气,气体流速降低,减少了对列管的冲刷,管外的传热膜系数与管内的传热膜系数相差不多,故可使气体入口段管壁的金属温度居内外气体之中,金属壁温较高,不易结垢,防止冷凝酸的产生。同时抗腐蚀的能力大大提高,换热器的使用寿命得以延长。2•2空心环管式换热器应用特点
(1)投资费用低由于空心环管壳式换热器传热系数大,使得同样条件下同规模装置换热面积大幅度下降,得以实现设备小型、高效化。不论是新建硫酸装置还是旧装置换热器更新,设备一次性投资均可降低30%以上。另外,由于换热器面积减小,原来2台串联的换热器可用1台换热器替代,使流程简化,占地面积减小。换热器的保温及连接管道投资可大幅度降低,保温材料采用AH800型复合硅酸盐保温毡,保温厚度仅为150mm(原为200mm),可大幅度提升企业获得的直接效益。
(2)可降低装置阻力,节能降耗效果显著20kt/a硫酸装置采用D32511离心鼓风机送风,该风机风量与系统阻力大致成线性函数关系,阻力减小,风量成比例升高。设计的空心环管壳式换热器比原来的老式换热器阻力减少1230Pa,可使风量增加,以利增加硫酸产量。
(3)冶炼烟气制酸的适应性强冶炼烟气制酸企业,由于SO2浓度低,气浓变化快,转化工序操作不稳定,转化率低,停车保温差,20kt/a硫酸系统因转化温度低而长期带电炉生产,增加了成本,空心环管壳式换热器可有效地解决这些问题。首先,空心环管壳式换热器由于体积小、设备台数少,有效增加了转化工序的贮热量。其二,由于传热系数高,可适当加大换热面积,增大换热量,而不增大散热量,较好地解决了SO2浓度低而造成的热不平衡问题。三是对于气浓变化过于频繁,也可采用适当增加保温层厚度以增加贮热量的办法予以解决。四是针对冶炼烟气制酸装置低温换热器由于水分、酸雾超标,带沫严重而造成的装置腐蚀,空心环管壳式换热器的设计可以大大延长使用寿命。3空心环管壳式换热器的应用效果2003年12月对20kt/a硫酸系统进行改造,改造前后换热器运行情况见表2。
表2数据表明:(1)采用新换热器热平衡效果较好,1#、2#吸收塔进口烟气温度提高150℃以上,改变了以前2#吸收塔进口烟气温度过低易冷凝成酸,使换热器被严重腐蚀的情况,大大延长了换热器的使用寿命。(2)转化风机在电流不变的情况下,进口压力下降1～2kPa,出口压力下降4～5kPa,风机电耗减少20%～30%。(3)吨酸耗电较改造前降低44.3kW•h,1～10月硫酸产量25680t,电价按0.4元/kW•h计,月平均节约电费4.551万元,年可节约电费54.6万元。电费的节约主要是转化系统达到了自热平衡,电炉可以停开,表明换热设计、保温效果均较好。(4)转化率提高了2～5个百分点,SO2的排放达到了国家排放标准。(5)产量比改造前每天增加15～20t,每吨按190.7元计算,年创效益约100万元。
