火力發(fā)電廠海水脫硫后煙氣加熱器材質(zhì)的對(duì)比研究

孫武星 韓臨武 周洋毅 唐智龍

摘 要：為了研究海水脫硫后煙氣加熱器換熱管的材質(zhì)問題，以某工程為實(shí)例，分別對(duì)比了氟塑料材質(zhì)、2205雙相不銹鋼材質(zhì)加熱器的業(yè)績、耐腐蝕性能、對(duì)于壓力的適應(yīng)性、設(shè)備布置、投資費(fèi)用、對(duì)外界系統(tǒng)的影響等情況。結(jié)果顯示，2205材質(zhì)煙氣加熱器在業(yè)績上更具優(yōu)勢，氟塑料材質(zhì)耐腐蝕性更強(qiáng)，但不能承受較高壓力，兩種材質(zhì)一次性投資費(fèi)用相當(dāng)。

關(guān)鍵詞：煙氣加熱器;氟塑料;2205;耐腐蝕

引言：

在火力發(fā)電廠電力設(shè)計(jì)中，為了滿足環(huán)保排放要求，改善海水脫硫后煙囪的煙氣擴(kuò)散情況，需要在脫硫后設(shè)置煙氣加熱器[1][2][3]，從而實(shí)現(xiàn)煙氣消白及抬升煙氣高度的目的。

本文結(jié)合某實(shí)際工程項(xiàng)目，對(duì)比分析了氟塑料材質(zhì)、2205雙相不銹鋼材質(zhì)加熱器在運(yùn)用業(yè)績、耐腐蝕程度、系統(tǒng)安全可靠性、一次性投資及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)方面，供業(yè)主方?jīng)Q策參考。其中本項(xiàng)目熱源為95℃熱水，供水壓力為0.85MPa。

1 2205雙相不銹鋼加熱器

1.1 金屬加熱器材質(zhì)選擇

本項(xiàng)目采用海水脫硫工藝，對(duì)煙氣加熱器造成腐蝕的主要因素為氯離子及脫硫后形成的弱酸性腐蝕環(huán)境。在以往較多的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)中，濕法脫硫后煙氣加熱器選用較多的是雙相鋼2205（低溫段）+316L（中溫段）+ND鋼（高溫段）的組合型式。經(jīng)過幾年時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)中溫段與高溫段有一定的腐蝕，低溫段未發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。

經(jīng)與廠家溝通，最近工程的加熱器大多選擇純2205翅片管的型式，現(xiàn)未發(fā)現(xiàn)腐蝕情況。除此外，類似工程海水淡化系統(tǒng)中加熱器材質(zhì)選擇也為2205?；诖耍紤]將煙氣加熱器換熱管選用2205雙相不銹鋼材質(zhì)。2205雙相不銹鋼為奧氏體和鐵素體兩相組成的材料，具有較好的屈服強(qiáng)度、塑韌性、耐局部腐蝕以及較高的耐應(yīng)力腐蝕破裂能力。

1.2 系統(tǒng)設(shè)置與布置情況

煙氣加熱器進(jìn)水支母管依次設(shè)置手動(dòng)關(guān)斷閥、電動(dòng)關(guān)斷閥、調(diào)節(jié)閥組、過濾器、流量計(jì)，回水支母管設(shè)置電動(dòng)關(guān)斷閥。通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度以實(shí)現(xiàn)不同工況下出口煙氣溫度的要求。支母管進(jìn)回水電動(dòng)關(guān)斷閥做切斷系統(tǒng)用。

設(shè)置蒸汽吹灰系統(tǒng)，根據(jù)運(yùn)行情況調(diào)整吹灰頻率。在停爐檢修時(shí)，利用離線水沖洗系統(tǒng)進(jìn)行徹底清洗。設(shè)置壓縮空氣系統(tǒng)，作為吹灰蒸汽管道內(nèi)側(cè)維持正壓、防腐蝕用。

本項(xiàng)目煙氣加熱器尺寸為3.3m（長）×8.2m（寬）×8m（高），加上前后煙道連接大小頭共計(jì)長度不超過8m，總體布置較為合理，流場相對(duì)均勻。

2氟塑料加熱器

2.1 概述

氟塑料作為一種高分子材料，因其特殊的分子結(jié)構(gòu)而具有特別的物化特性：穩(wěn)定性強(qiáng)、高熱阻、低摩擦系數(shù)和良好的表面不黏性。隨著氟塑料產(chǎn)品加工工藝水平的提高，氟塑料加熱器被逐漸的應(yīng)用到化工、電力、醫(yī)藥等領(lǐng)域。由氟塑料制成的煙氣加熱器具有以下特點(diǎn)：

1）優(yōu)異的耐腐蝕性能，對(duì)煙氣成分及酸露點(diǎn)溫度無要求

2）換熱管表面光滑，不積灰，不結(jié)垢，易清理

3）薄管壁，換熱性能良好

4）柔性疲勞強(qiáng)度高，經(jīng)久耐用

5）耐溫耐壓性能差

相比于金屬加熱器，氟塑料加熱器由于其材質(zhì)本身的特點(diǎn)，更適合長期在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下安全工作。氟塑料加熱器已經(jīng)在國內(nèi)外火力發(fā)電廠、石油化工等行業(yè)得到成功應(yīng)用。

2.2 系統(tǒng)設(shè)置與布置情況

低溫?zé)崴畯哪腹芤龊螅来卧O(shè)置手動(dòng)關(guān)斷閥、氣動(dòng)快關(guān)閥、減壓閥，其中減壓閥聯(lián)鎖閥后壓力，將壓力穩(wěn)定至0.85MPa。氣動(dòng)快關(guān)閥聯(lián)鎖減壓閥后壓力，若發(fā)生超壓則切除該系統(tǒng)。設(shè)置調(diào)節(jié)閥組，根據(jù)煙氣出口溫度調(diào)節(jié)熱水流量。此外，由于氟塑料管徑較小，對(duì)來水水質(zhì)要求較高。母管需配置鐵表、油表、濁度儀、電導(dǎo)、PH值等的監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)來水水質(zhì)情況，判定是否需要切除系統(tǒng)。氟塑料加熱器與煙氣凝液存在分子間滲透，需根據(jù)來水PH值情況考慮是否需在母管設(shè)置取樣加藥系統(tǒng)。

氟塑料加熱器尺寸略大于2205加熱器，為2.7m（長）×12.4m（高）×7.6m（寬），加上前后煙道連接大小頭共計(jì)長度不超過8m，總體布置略為緊湊，但能滿足阻力要求。

3兩材質(zhì)換熱器對(duì)比

3.1 業(yè)績對(duì)比

由于海水脫硫項(xiàng)目本身偏少，用作海水脫硫后的2205雙相不銹鋼加熱器業(yè)績也相應(yīng)偏少，了解到的海水脫硫后2205煙氣加熱器項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)間約在3年左右。而用于石灰石石膏法脫硫后的2205雙相不銹鋼煙氣加熱器項(xiàng)目較多。

通過調(diào)研各氟塑料廠家，各廠家雖然具有不少的運(yùn)行業(yè)績，但大多設(shè)計(jì)參數(shù)在0.4MPa，并沒有在0.85MPa壓力下的運(yùn)行業(yè)績。

3.2 技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3.2.1 耐腐蝕性能

2205雙相不銹鋼在當(dāng)前海水脫硫后Cl-環(huán)境下具有較強(qiáng)耐腐蝕性能。據(jù)廠家反饋，主要換熱元件壽命不低于15年，加熱器整機(jī)使用壽命不低于30年。從材料特性來說，2205加熱器耐腐蝕性能不如氟塑料加熱器，但從2205加熱器當(dāng)前運(yùn)行狀況來看，運(yùn)行幾年的換熱管基本未發(fā)現(xiàn)腐蝕。

氟塑料加熱器由于自身材料特性抗腐蝕性強(qiáng)，能滿足長時(shí)間腐蝕條件下運(yùn)行的要求。

3.2.2 加熱器在當(dāng)前壓力下的適應(yīng)性

2205加熱器加熱管為鋼管，管道與管件為焊接連接，可滿足當(dāng)前壓力的要求。

由于氟塑料加熱器自身連接特性，大部分廠家管板與加熱管采用脹接連接方式，該處成為整個(gè)加熱器的薄弱點(diǎn)，不能保證能滿足0.85MPa下安全運(yùn)行。為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性，需相應(yīng)增加以下系統(tǒng)：減壓閥、設(shè)備安全閥等閥組。由于本項(xiàng)目回水母管運(yùn)行壓力為0.55MPa，增設(shè)減壓系統(tǒng)后，按照流體水力計(jì)算，存在無法回水的可能。

3.2.3 設(shè)備布置

從布置上來看，兩者占地面積相當(dāng)，煙氣流場均勻，均能滿足煙氣阻力的要求。

3.2.4 對(duì)外界系統(tǒng)的要求與影響

為了保證氟塑料加熱器換熱系數(shù)，換熱管管徑一般較小，本項(xiàng)目各廠家選型均為φ10mm。若來水中含油、鐵等不利成分過高，會(huì)存在劃傷、堵塞換熱管的風(fēng)險(xiǎn)。而根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，化工區(qū)加熱器存在泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，若滲油、鐵較多，會(huì)影響氟塑料換熱器的運(yùn)行。此外，氟塑料加熱器與煙氣凝液存在分子間滲透，需增設(shè)取樣加藥系統(tǒng)，維持來水PH值在9～9.7之間，才能保證換熱器出口熱水介質(zhì)偏堿性，不對(duì)管道造成酸性腐蝕。

2205雙相不銹鋼加熱器對(duì)外界來水水質(zhì)不敏感，對(duì)回水水質(zhì)不造成影響。

3.3 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

結(jié)合各廠家報(bào)價(jià)情況，對(duì)比分析可以得出兩方案一次性投資、運(yùn)行費(fèi)用基本相當(dāng)。

4結(jié)論

本文以某項(xiàng)目工程實(shí)例的前期調(diào)研工作為基礎(chǔ)，對(duì)比分析了氟塑料材質(zhì)、2205材質(zhì)加熱器的業(yè)績、耐腐蝕性能、對(duì)于壓力的適應(yīng)性、系統(tǒng)與設(shè)備布置、投資運(yùn)行費(fèi)用、對(duì)外界系統(tǒng)的要求與影響情況。結(jié)果顯示，2205材質(zhì)煙氣加熱器在業(yè)績上更具優(yōu)勢，氟塑料材質(zhì)耐腐蝕性更強(qiáng)，但不能承受較高壓力，兩種材質(zhì)一次性投資費(fèi)用相當(dāng)。結(jié)合以上對(duì)比情況及根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際條件，2205材質(zhì)煙氣加熱器方案具有更多優(yōu)勢。

通過本文對(duì)比研究，希望對(duì)國內(nèi)外項(xiàng)目煙氣加熱器材質(zhì)選型提供一定的參考，給予工程一定的借鑒意義。

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