氟塑料換熱器在火電站中的運(yùn)用實(shí)踐研究

李鑫

（山東博然電力科技有限公司，山東 煙臺 264000）

燃煤電廠排煙熱損失約占鍋爐熱損失的60%～70%，排煙損失是電廠鍋爐運(yùn)行中最重要的一項(xiàng)損失，脫硫水耗是電廠水耗的重要部分，采用低溫?fù)Q熱器是一種有效利用煙氣余熱，降低排煙溫度，減少濕法脫硫耗水量，提高全廠熱效率的節(jié)能方式。但排煙溫度降的過低，則會(huì)導(dǎo)致低溫?fù)Q熱器受熱面的腐蝕。目前國內(nèi)低溫氟塑料換熱器常規(guī)結(jié)構(gòu)中的制造材料除換熱管采用氟塑料材料外,其連接管板、角鋼立柱、固定軸、框架梯板以及安裝配合結(jié)構(gòu)件等多數(shù)均選用抗酸露點(diǎn)腐蝕鋼ND 鋼（09CrCuSb),不銹鋼或雙向不銹鋼金屬材料。當(dāng)鍋爐燃用高于3%的高硫煤時(shí),便會(huì)排放出大量的含硫煙氣和含硫的煤渣煤灰，同時(shí)含硫煙氣在煙道尾部會(huì)凝結(jié);此時(shí)煙氣中的酸性氣體會(huì)溶解在凝結(jié)水中,煙氣溫度低于酸露點(diǎn),且入口水溫較低,甚至低于水露點(diǎn)并凝成水,形成中溫稀硫酸,從而對傳統(tǒng)氟塑料換熱器金屬部位進(jìn)一步的嚴(yán)重腐蝕,所以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的氟塑料換熱器結(jié)構(gòu)選用的材料可以有效減緩低溫腐蝕，但不能根本解決低溫腐蝕問題。

一、氟塑料換熱器的技術(shù)可行性

（一） 氟塑料的物理化學(xué)特性

氟塑料的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其良好的耐熱性和耐寒性，其長期使用溫度范圍較寬，可達(dá)-192 ℃～260 ℃，短期可在300℃下使用，在-100℃以下仍柔軟，在250℃高溫條件下經(jīng)240 h 老化后，其力學(xué)性能基本不變。氟塑料屬化學(xué)惰性材料，除高溫下的元素氟、熔融態(tài)堿金屬、三氟化氯、六氟化鈾、全氟煤油外，幾乎可以在所有的介質(zhì)中工作。此外，氟塑料是已知固體材料中表面自由能最低的材料之一，幾乎所有材料不能粘附在其表面，因此氟塑料用作換熱器時(shí)管壁表面基本不結(jié)垢。同時(shí)，由于其表面分子對其它分子吸引力小，因而摩擦系數(shù)非常小(靜、動(dòng)摩擦系數(shù)與鋼的比值均為0.04)，對流體產(chǎn)生的流動(dòng)摩擦阻力也較小。

（二）與從傳熱系數(shù)的計(jì)算公式可以看出：當(dāng)不考慮管壁污垢的影響時(shí)，管壁熱阻就決定了傳熱系數(shù)的極限，即不論采取何種辦法來強(qiáng)化管壁兩側(cè)流體的對流換熱，其傳熱系數(shù)最終由管壁厚度決定。氟塑料的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬小幾十倍，導(dǎo)熱熱阻大是氟塑料的主要缺陷。因此氟塑料低溫?fù)Q熱器在設(shè)計(jì)上采用薄壁小直徑管，在制作工藝上采用了大量小直徑管密集排列技術(shù)，克服了氟塑料導(dǎo)熱系數(shù)低的缺點(diǎn)，使得氟塑料換熱器在高腐蝕環(huán)境下取代金屬換熱器成為現(xiàn)實(shí)。雖然金屬換熱器的初始換熱系數(shù)比氟塑料換熱器的傳熱系數(shù)大，但金屬換熱器隨著使用時(shí)間的延續(xù)，其換熱管束的圬垢層厚度逐漸增加使傳熱系數(shù)下降，氟塑料換熱管壁光滑不易結(jié)垢，工作時(shí)在流體溫度變化的作用下?lián)Q熱管束沿軸向、徑向方向伸縮。有利于除去污垢提高換熱。在運(yùn)行一段時(shí)間后，二者傳熱系數(shù)差值縮小，從長期來看，氟塑料換熱器具有較強(qiáng)的競爭力。

（三）結(jié)構(gòu)型式

氟塑料低溫?fù)Q熱器的主要部分由許多小直徑薄壁的氟塑料傳熱軟管組成的管束。常用的管子規(guī)格有多種，壁厚約為1 mm。每個(gè)管束包含有上千根管子，管子采用懸吊結(jié)構(gòu)，中間設(shè)多個(gè)隔板隔開。根據(jù)換熱面積不同，可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)管束。管束支撐構(gòu)件采用不銹鋼噴涂聚四氟乙烯防腐，緊固件采用不銹鋼防腐螺栓，換熱器殼體內(nèi)壁采用氟塑料板內(nèi)襯防腐。管板底部與煙氣接觸的部位全部襯氟一層2mm厚,材質(zhì):PTFE,耐高溫防腐蝕板材,和具體結(jié)構(gòu)中的設(shè)置在氟塑料換熱器固定軸兩端密封固定的補(bǔ)償套環(huán)和所述補(bǔ)償套環(huán)內(nèi)徑加工成斜面結(jié)構(gòu),所述固定軸兩端加工成錐形斜面結(jié)構(gòu)并全部襯氟;所述補(bǔ)償套環(huán)內(nèi)徑襯氟斜截面與固定軸錐形襯氟斜截面過盈配合;所述緊固件,緊固擰緊拉力作用下使內(nèi)外斜截面貼合密封。保證固定軸內(nèi)測不被腐蝕,延長所述固定軸的使用壽命。并有效解決氟塑料換熱器在環(huán)境惡劣酸露點(diǎn)低溫且腐蝕能力較強(qiáng)的場所內(nèi)應(yīng)用;如火電廠煙氣余熱回收、氯堿、硫酸、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用。

二、氟塑料換熱器的實(shí)際應(yīng)用

（一）煙氣余熱回收布置

煙氣余熱回收系統(tǒng)由煙氣冷卻器FGC2、煙氣冷卻器FGC3、凝水高溫板換、凝水低溫板換、熱網(wǎng)水板換、廠區(qū)采暖加熱器、補(bǔ)水穩(wěn)壓系統(tǒng)等組成。FGC2 裝設(shè)在引風(fēng)機(jī)與脫硫塔之間的兩側(cè)煙道內(nèi)，F(xiàn)GC3 裝設(shè)在脫硫塔出口煙道，兩級煙氣余熱回收裝置回收煙氣余熱至凝結(jié)水系統(tǒng)和熱網(wǎng)水系統(tǒng)。凝結(jié)水取自除氧器水位調(diào)整閥后，全部凝結(jié)水經(jīng)過凝水低溫板換，其中部分回至8 號低壓入口門前，部分經(jīng)過凝結(jié)水高溫板換回至6 號低加入口。熱網(wǎng)水取自熱網(wǎng)循環(huán)泵出口母管，經(jīng)過熱網(wǎng)水板換吸收熱量后，回至#2 機(jī)組熱網(wǎng)加熱器出口母管。

（二） 低溫?fù)Q熱器的運(yùn)行數(shù)據(jù)

兩部分換熱器均采用冷卻水（來自#8 低加前）與煙氣逆流布置，第一部分換熱器中，冷卻水由進(jìn)水室進(jìn)入氟塑料管內(nèi)，吸熱后由出水室流出，冬季采暖期能夠?qū)煔鉁囟扔?30℃冷卻至85℃左右，冷卻水溫由45℃加熱到85℃左右；夏季非采暖期能夠?qū)煔鉁囟扔?50℃降至92℃左右，冷卻水溫由45℃加熱至90℃左右，凝結(jié)水溫由41℃加熱至78℃。第二部分換熱器采暖期能夠?qū)煔鉁囟扔?0℃降至50℃，冷卻水溫由41℃升至47℃，非采暖期煙溫由65℃降至55℃，冷卻水溫由43℃升至48℃，凝結(jié)水溫由45℃加熱至80℃。

三、結(jié)語

新型氟塑料低溫?fù)Q熱器，換熱管采用氟塑料小直徑薄壁軟管，表面光滑不易結(jié)垢，具有極強(qiáng)的耐腐蝕性，可有效防止低溫酸腐蝕，能最大限度的利用煙氣余熱，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。雖然造價(jià)較金屬低溫?fù)Q熱器高，但可利用煙氣余熱較多，壽命長，其潛在的能力正在逐漸被人們重視，隨著氟塑料換熱器的設(shè)計(jì)與制造更加合理，以及正確的使用與細(xì)心維護(hù)管理，氟塑料換熱器將會(huì)得到越來越廣泛的使用。