摘 要

人类的生存和社会的发展离不开能源，随着工业生产社会变革，能源的开发使用和资源节约社会友好越来越为重要。化石燃料等能源使用产生的污染也成为了我们需要面对的一个重要的课题，如何减小工业发展产生的污染物对环境的损害将会是我们一直研究并克服的难题。

一直以来，工业生产排放的烟气都是影响我们生态环境和空气质量的一个重要因素。随着我国资源节约型、环境友好型社会的建设，环境保护相关的监管下，工业排放也面临着新的挑战和革新。工业烟气需要经过脱硫脱硝减小其中的硫化物和硝化物，再经过加热减少烟气排放导致的低温腐蚀（烟气的低温腐蚀是指烟气低于露点温度，而产生的对烟道、风机、烟囱的腐蚀。）并同时提升烟气的抬升高度。提升烟气的抬升高度可以避免烟囱周围局部地区的二氧化硫浓度过高造成的危害，将外部新鲜气体经过过滤、净化，热交换处理后送进室内，同时又将室内受污染的有害气体进行热交换处理后排出室外，而室内的温度基本不受新风影响的一种高效节能，环保型的高科技产品。本设计“15万Nm3/h湿法脱硫烟气加热器的设计”正是基于这样的现实背景，设计一台管壳式烟气加热器，用过热蒸汽来加热烟气使之达到满足排放要求的温度后排放。

本管壳式烟气加热器采用整体式的结构形式，以方便运输和安装，现场的安装工作量少。过热蒸汽在管程内流动，在换热过程中被冷却为饱和水。烟气走壳程，水平布置，与过热蒸气流动方向成逆流布置。它可以有效地避免烟气的低温露点腐蚀，流体流动阻力小，结构紧凑，烟气侧和空气侧都能有效施加强化传热措施，传热元件可更换，维修费用低等一系列优点。

设计过程中，首先根据热平衡方程、烟气的进、出口温度、流量、蒸汽的进、出口温度，计算出传热量和蒸汽流量。然后通过选择换热管规格及其结构参数，计算出总传热系数。最后确定热管的数量及其排列方式。在烟气和蒸汽的流动压力降等各项指标满足设计的前提下，进行结构设计，设计出了本管壳式烟气加热器的施工总图和主要的零部件图。在结构设计过程中，换热管采用竖直放置的方式，通过对烟气和蒸汽的中间间隔处进行相关的密封装置的设计。设计过程同时对装置内部的压力降、强度等方面进行了考虑。

关键词： 烟气加热， 低温腐蚀， 管壳式换热器

Design of 150 MW Nm³ / h Wet Desulfurization

Flue Gas Heater

Abstract

The survival of mankind and the development of society can not be separated from energy. With the industrial production social change, energy development and use and resource conservation are becoming more and more important. Fossil fuels and other energy sources of pollution has become an important issue we need to face, how to reduce the industrial development of pollutants on the environment damage will be we have been studying and overcome the problem.

All along, the smoke produced by industrial production is an important factor affecting our ecological environment and air quality. With China's resource-saving, environment-friendly society, environmental protection-related supervision, industrial emissions are also facing new challenges and innovation. Industrial flue gas desulfurization and denitrification to reduce the sulfide and nitrification, and then by heating to reduce the low temperature corrosion caused by flue gas emissions (low temperature corrosion of flue gas is lower than the dew point temperature, and the resulting flue, Fan, chimney corrosion.) And at the same time enhance the lifting height of flue gas. The lifting height of the flue gas can avoid the danger caused by the high concentration of sulfur dioxide in the local area around the chimney. The external fresh gas is filtered, purified and heat exchanged into the room, and the indoor polluted harmful gas is exchanged for heat After the treatment out of the outdoor, and the indoor temperature is basically not affected by the new wind of a highly efficient energy-saving, environmentally friendly high-tech products. The design of the "150,000 Nm3 / h wet desulfurization flue gas heater design" is based on this realistic background, the design of a shell and tube flue gas heater, with superheated steam to heat the flue gas to meet the emission requirements The temperature after the discharge.

The shell-and-tube flue gas heater is in the form of a monolithic structure for ease of transport and installation. The superheated steam flows in the pipe and is cooled to saturated water during the heat transfer process. Flue gas walking shell, horizontal arrangement, and the direction of the flow of superheated steam into a counter-current arrangement. It can effectively avoid the low temperature dew point corrosion of flue gas, the fluid flow resistance is small, compact structure, flue gas side and air side can effectively apply the enhanced heat transfer measures, the heat transfer element can be replaced, the maintenance cost is low and so on a series of advantages.

In the design process, heat transfer and steam flow are calculated according to the heat balance equation, the inlet and outlet temperature of the flue gas, the flow rate and the inlet temperature of the steam. And then by selecting the heat transfer tube specifications and its structural parameters, calculate the total heat transfer coefficient. Finally determine the number of heat pipes and their arrangement. In the flue gas and steam flow pressure drop and other indicators to meet the design under the premise of the structural design, designed the shell and tube flue gas heater construction and the main map of the main parts. During the structural design process, the heat transfer tubes are designed in a vertical manner by means of the relevant sealing means for the middle of the flue gas and steam. The design process at the same time on the device within the pressure drop, strength and other aspects were considered.

Key words: flue gas heating, low temperature corrosion, shell and tube heat exchanger

目录

摘要 I

Abstract II

目录 V

第一章 绪论 1

1.1项目背景 1

1.2国内外烟气施法脱硫烟气加热器和防腐研究状况 1

1.3湿法脱硫烟气加热器的发展前景 4

1.4总结 5

第二章 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 6

2.1 烟气携带机械水 6

2.2 低温段烟气携带泥浆 6

2.3 烟气中的稀硫酸对管子的腐蚀 6

第三章 15万Nm³/h 湿法脱硫烟气加热器的热力计算 7

3.1 已知参数及总热量计算 7

3.2 过热段传热管计算与设计 9

3.2.1传热管尺寸及烟气热物性质 9

3.2.2传热管布置及管排数计算 10

3.2.3传热管压力降计算 12

3.3 中间段传热管计算与设计 13

3.3.1传热管尺寸及烟气热物性质 13

3.3.2传热管布置及管排数计算 13

3.3.3传热管压力降计算 16

3.4 冷凝段传热管计算与设计 17

3.4.1传热管尺寸及烟气热物性质 17

3.4.2传热管布置及管排数计算 17

3.4.3传热管压力降计算 19

3.5 换热管布置及压力降校核汇总 19

第四章 总结与展望 23

4.1 总结 23

4.2 展望 23

参考文献 25

致 谢 27

第一章 绪论

1.1项目背景

随着社会的发展和“节能减排”意识逐渐深入全社会人心，工业排放控制方面相关技术也面临着重大革新。现在的烟气脱硫技术越来越被重视，这其中的意义重大，尽早地着手研究烟气脱硫有重大的经济效益。如今的时代瞬息万变，科研速度也是前所未有的快，越来越多的工业烟气处理手段呈现在大众的眼前，其中的产品涉及面也越来越广。本文的核心湿法脱硫烟气加热器同样是一个在不断蜕变的产物，积极的迎合社会，凭借其强大的、得天独厚的优势正朝我们席卷而来。越来越多的人意识到工业排放的影响，能源行业，特别是所谓的新能源行业情势一片大好，能源风潮正在席卷这个社会，甚至是地球 ^[1]。在研究烟气加热器的时候还要着手解决烟气中稀硫酸对金属管壁的腐蚀作用，在选择材料的时候金属的防腐性也会作为选择的重要标准。金属材料的防腐性满足之后，再考虑其经济性，彻底贯彻落实节能减排。追根溯源，眼前的问题的原罪是大量化石燃料的使用，我国作为世界上最大的化石能源消费国应当未雨绸缪，在解决眼前问题的同时也要尽早地研究开发新能源才是长久之计。从PM2.5开始，空气质量已经成为全民关注的焦点，这不仅与民生息息相关同时也事关人类长久生存的环境问题。关于生态环保方面的常识不用多说，如果从经济角度考虑，节能减排的推广要比治理污染环境的代价小得多。我们应当把更多财力、精力集中在绿色生产当中，这才是明智之举。现阶段的科学技术的发展水平既然不能完全避免化石燃料的使用，那么我们就该从另一端着手，减小化石燃料使用的排放或者降低排放中的有害物。落实到每个人的身上就应当在日常生活中节约使用能源，绿色出行减少车辆的过度使用，减少对高污染生产出来的商品的购买。在工业排放方面根据不同的要求对其排放进行处理，这虽然增加了工业生产的成本，但其为生态做出的价值则是更加宝贵的。对烟气进行加热而达到节能减排目的的工艺也越来越多的应用在实际生产中，这意味着对本课题的研究是非常具有现实意义的。

目前我国新能源的研究和发展才刚刚起步，拥有着辽阔的国土和海域，例如今日走红的可燃冰，如果这项技术可以发展投入使用，那么我国的节能减排将会有飞跃式的质变。新能源的使用和开发需要大量的基础设施，这样需要一定的时间和财力来支撑，化石燃料由于其几乎不可再生的特性，更显得新能源开发和研究的重要性^[2]。

1.2国内外烟气施法脱硫烟气加热器和防腐研究状况

金属的防腐也有数百年的发展，现代金属的使用遍及每一个角落，各种环境下的金属需要满足使用要求，而防腐的手段也繁多。工业生产中对使用金属的要求需要考量其经济性和防腐性满足需求，再采用。防腐方面的研究有着巨大的现实意义，如果通过防腐手段使得廉价金属在某些方面可以取代现在科学技术阶段不得不采用的贵金属，那么它对科学发展的贡献将不可估量。在现阶段加强对防腐方面的研究将为更尖端的科学领域提供保障，也会促进非常多的产业发展，具有巨大的现实意义。