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3.2磨损量计算
磨损量常用管壁最大磨损厚度Emax来表示,可由下列经验公式估算,即
热解炉入口处管道直径为520mm,流体速度为24m/s。按照本次推荐的最佳方案,热解炉旋流片处的直径为800mm,根据式(2)可知热解炉旋流片处的速度v2为14.3m/s,在计算旋流片处磨损量时可按vp=v2,热解炉入口热一次风来自空气预热器出口,因此式(1)中所需参数均按空气预热器入口烟气条件考虑,μ=30g/m3,R90=0.14,机组年利用小时数按照5000h计,根据以上参数计算出管壁最大磨损厚度Emax=0.125mm/a。旋流叶片采用10mm厚304L不锈钢,按减薄50%为限,可满足40年使用寿命要求。
4 改造实施及试验
4.1工程实施情况
如图3所示,热解炉改造段方案设计、制造、安装指导以及热态调试由华中院负责。方案前期准备工作及设计周期45d。设备计划制造周期30d,实际制造周期25d。设备到厂后进行焊缝着色检查。改造段组件安装周期17d。本次改造段组件由于工程量较小,实际改造工期14d。
图3 改造段整体结构
4.2改造后试验测试情况
改造前后参数对比见表4。经过测试,热解炉内温度场均匀性良好,稳定负荷下温度偏差±2.0℃。热解炉内速度场均匀性良好,流速偏差在±15%以内,矢量方向全部正常,不存在涡流区。热解炉系统阻力降低约2.15kPa,稀释风机可解列运行,且热解次风量降低,提高了热解炉入口风温,使电加热器功率减少20%。改造后机组连续运行30个工作日后,对尿素喷枪进行解体检查,喷枪喷头处十分洁净,未发现结晶情况,改造效果得到充分验证。
表4 改造前后参数对比
5 经济性分析
按照每年发生8次迫降负荷,每次降50MW负荷,时间4h计算,年损失电量1600MW·h,按照上网电价0.38元/(kW·h)计算,损失人民币60.8万元。
若因热解炉完全堵塞,被迫启停1次,损失电量2400MW·h,损失人民币91.2万元;使用微油点火,4支油枪投运,每支出力0.25t/h,投油2h计算,耗油费用1.2万元。改造后由于停运稀释风机和电加热器功率降低节约厂用电量,节约成本约25.0万元。合计每年共减少损失约178.0万元。
6 结束语
利用数值仿真技术对热解炉原始结构及工况条件进行模拟计算,并综合考虑现场施工及成本因素,最终提出设计改造方案。
通过加装旋流装置和改变原来的均布板孔径及排布,但是不改变原始热解炉的高度,整体改善热解炉内部速度场和温度场的均匀性。改造后热解炉入口温度偏差由改造前的50℃降低为2℃。
从改造后效果看,热解炉内速度场和温度场均匀性佳,热解炉系统阻力降低约2.15kPa,稀释风机可解列运行,且热解炉稀释风量降低提高了热解炉入口风温,在满足热解炉出力的前提下,使电加热器功率减少20%,节电效果明显,改造后热解炉未发生结晶事件。
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