某厂水封罐低压降改造说明

一、水封罐工作原理

150-D-406

150-D-408/409

150-D-406(改）

150-D-408/409

图1 水封罐方案改造方案及原方案

炼厂中烟气系统中的水封罐有两种操作状态：全开状态及水封状态。全开状态下，水封罐内无水封介质，烟气从进口流入水封罐后从出口流出，此时水封罐仅作为烟气的流通通道；水封状态下，水封介质进入水封罐内，由于水封罐的进出口存在一定的压差，水封介质在水封罐内形成一定高度差，依靠该高度差形成的静压差阻止烟气的流动，从而达到完全密封的效果。一般情况下，炼厂烟气系统装有能量回收装置，为提高烟气能量的回收效率，一般要求在全开状态下，烟气流经水封罐时的压降尽可能低；为安全考虑，要求水封罐在水封状态下能达到完全阻断烟气流动，且能承受来由烟气压力在一定范围内的波动。本说明将从水封原理及低压降特征两方面说明此次方案选型的原因。水封罐150-D-408/409与水封罐150-D-406均是常开的水封罐，正常情况下，该水封罐仅作为烟气的流通通道，因此该水封罐的流动阻力不能过大，否则从烟气轮机出来的烟气的压头将有相当一部分用来克服该水封罐的流动阻力，造成无谓的压头损失，这也是当前各设计院力推低压降水封罐的主要原因。水封状态下，向水封罐中注入的水会在烟气压力的作用下在内筒的内外形成一定的高度差，该高度差造成的静压差阻止了烟气的流动，达到密封的效果。

二、水封罐低压降原理

由流体力学可知，烟气在管道内以及水封罐内一般呈湍流流动，湍流内部存在

着各种尺度的涡，其中大的尺度的涡从流动中汲取能量并逐级传递到最小尺度的涡，

该尺度的涡中烟气流体分子之间相互摩擦，将传递到该尺度的机械能耗散成热能，宏观尺度上表现为烟气压头的下降。由于最小尺度的涡耗散的机械能是从最大尺度的涡传递而来的，因此降低最大尺度涡的强度对于降低最终的机械能耗散量也即降低烟气的压头损失有重要意义。

对于图1a所示的上进侧出形式的水封罐，传统结构的装置内部的流场如图2所示。

a 内部速度矢量分布

b 出口速度分布放大图

图2 传统结构水封罐内速度矢量分布

图2b可以看出，烟气从入口管道进入环隙时，烟气流动方向发生180°的变化，从而在出口边缘造成很大的回流区，造成明显的流动分离区。在该分离区，烟气在此整体做旋转运动，将其携带的一部分机械能耗散成热能，是烟气流经水封罐整体压降的重要组成部分。为降低水封罐压降，图1所示的本轮改造方案中，在出口位置增加了类似了带尾巴的水滴形状的导流装置，尽量降低流动分离区的大小（图1b），降低烟气因在回流区的流动而造成的烟气能量损失，计算结果显示，当导流尺寸选择合适时，水封罐的整体压降可降低40%以上。针对本项目，图2所示的方案可保证烟气压力降低在650Pa以下。

图3出口导流后的速度分布

方案优点：

采用瑞昌专利的水封罐技术（CN206368982U ），保证水封效果的同时降低正常工作状态下水封罐压降。

三、能耗分析：

由压降计算文件可知，进行低压降改造后，烟气流经每台水封罐的压降分别从1792Pa 降低到611Pa 和从790Pa 降低到326Pa ，两台水封罐串联，则烟气压力损失最低减少了1645Pa 。反应在烟气能量回收系统上则代表着烟气轮机的背压可以降低1526Pa （不代表实际发生）。此时，烟气轮机的进出口绝压比增大，烟机可以输出更多功，也即可发出更多的电。

正常情况下，烟机轴功率计算公式如下：

()η⨯⨯⨯⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⨯⨯=-1000111/1g M p p k k R T L k k i e 其中：

L 烟机的实际轴功率。单位：KW。

i p 烟气入口压力。单位：MPa（绝）。

k 烟气绝热指数。取常见的1.315。

M 烟气质量流量。单位：Kg/s。

e p 烟气出口压力。MPa（绝）。

T 烟机入口温度。单位：K。

g R 气体常数。烟气按空气计，取287J/(kg•K)。

η 烟机的效率

当前烟机实际运行参数如下表所示：

假设烟机效率为1，将表中数据代入上述公式可知烟机输出功率应为17741KW，对比烟机实际输出轴功率可知，当前烟机效率为12000/17741=0.6764。

改造后烟机出口压力可降低至30+101- 1.645 =129.355KPa（A），若其他条件部件，将出口压力及将烟机的当前效率代入上述公式可知烟机输出功率L=12237KW 改造后烟机功率增加：12237-12000 = 237KW

每年按照350个工作日，每度电按0.8元计可增加效益：

237*24*350*0.8 = 1597209 元