聚四氟乙烯換熱器的應(yīng)用

李海鋒 張宗敬 國志鵬

（荏原冷熱系統(tǒng)（中國）有限公司，山東 煙臺 264000）

1 背景

近年來，隨著人們的環(huán)境保護(hù)、節(jié)能降耗意識的不斷增強(qiáng)，我國對煙氣余熱回收的重視程度日益提高，現(xiàn)在已有大部分新建及改建電廠采用煙氣余熱回收系統(tǒng)，可提高整廠運(yùn)行效率，降低煤耗。針對80 ℃的煙氣沒有較好的余熱提取及除塵方案，聚四氟乙烯換熱器應(yīng)運(yùn)而生，滿足了80～130 ℃溫度區(qū)間的余熱提取及除塵需求。

2 聚四氟乙烯換熱器的特點(diǎn)

在煙氣余熱利用系統(tǒng)中抗煙氣腐蝕的材料選擇大致經(jīng)歷了以下幾個階段：

（1）316不銹鋼+鎳金屬鍍層：此方法在20世紀(jì)80年代中期被大量采用，經(jīng)過運(yùn)行后證明其無法滿足抗煙氣腐蝕要求，銹蝕堵塞嚴(yán)重，工作時間不超過兩年就需要更換，無法滿足電廠運(yùn)行以及環(huán)保要求。

（2）鎳金屬基材材料：20世紀(jì)90年代大量采用這一材料，經(jīng)過實(shí)踐證明其無法滿足抗煙氣腐蝕要求，只可在脫硫后的凈煙氣再加熱器中使用，并且造價高，經(jīng)濟(jì)性差。

（3）哈式合金材料：20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)初大量采用這一材料，長期運(yùn)行后證明其有一定的抗煙氣腐蝕能力，但耐腐蝕時間也只是比前兩種材料長1～2年，而且價格極其昂貴。

經(jīng)過前期的多種材料運(yùn)行實(shí)踐，需要有一種材質(zhì)自身就需具備特有的抗煙氣腐蝕能力，只有這樣才能在煙氣余熱利用方面有所作為?；谝陨戏治?，氟塑料材質(zhì)的聚四氟乙烯換熱器貼合市場需求，開始在煙氣余熱利用領(lǐng)域嶄露頭角，主要是因?yàn)槠渚哂幸韵滦阅埽?/p>

（1）耐腐蝕性極強(qiáng)：化學(xué)性能穩(wěn)定，幾乎對所有化學(xué)品和溶劑呈惰性，且?guī)缀鯖]有一種溶劑或化合物可在300 ℃以下溶解它，可以應(yīng)用在大多數(shù)惡劣的工作環(huán)境中。

（2）耐高溫和低溫：非金屬材料在-190～260 ℃范圍內(nèi)低溫不脆化、高溫不軟化，可正常使用。

（3）優(yōu)越的清灰功能：有固體材料中最小的表面張力，表面接觸角非常大，不粘附任何物質(zhì)；管壁表面光滑，并且有時度的撓性，使用時微有振動，故不易結(jié)垢；同時安裝清灰裝置，很好解決了積灰問題。

（4）優(yōu)異的耐磨損性：非金屬材料本身具有優(yōu)異的耐磨損性，并在設(shè)計時選取低磨損、低阻力的煙氣流速，從而減少了對聚四氟乙烯換熱器管束的磨損。

（5）低阻力：非金屬材料換熱管本身表面光滑，摩擦系數(shù)小，對煙氣的阻力小；具體設(shè)計時考慮聚四氟乙烯換熱器本身對煙氣的阻力，有最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)尺寸。

（6）使用壽命長：非金屬材料中不含光敏基因，極耐老化，有塑料中最佳的老化壽命，且耐磨損性強(qiáng)，不易堵灰，非金屬換熱器正常情況下可使用10～15年。

（7）配置自動水沖洗及防積灰、結(jié)垢系統(tǒng)：沖洗系統(tǒng)是聚四氟乙烯換熱器必不可少的組成部分。聚四氟乙烯換熱器跟煙道連接，換熱管束與煙氣直接接觸，運(yùn)行環(huán)境惡劣，長時間運(yùn)行換熱管外壁與定位板將大量積灰，給換熱帶來極大的影響，導(dǎo)致?lián)Q熱能力嚴(yán)重下降，沖洗系統(tǒng)極好地解決了積灰的問題。沖洗系統(tǒng)在聚四氟乙烯換熱器運(yùn)行過程中，定時地對換熱管束進(jìn)行沖洗。

3 聚四氟乙烯換熱器的應(yīng)用方向

聚四氟乙烯換熱器能吸收煙氣余熱，將流經(jīng)脫硫塔的煙氣通過冷凝方式析出其中水分，進(jìn)一步將脫硫塔未脫除的SO3、SO2等酸性氣體以酸液的形式凝結(jié)析出。通過煙塵與換熱管束表面凝結(jié)水膜碰撞、吸附降低煙塵濃度。主要應(yīng)用方向分為預(yù)熱助燃空氣、加熱熱網(wǎng)水、凝結(jié)水等。

（1）空氣預(yù)熱。即以一次循環(huán)水為熱媒，將在煙氣側(cè)吸收的熱量釋放給一、二次冷風(fēng)，將進(jìn)入預(yù)熱器前的冷風(fēng)預(yù)加熱，從而減少蒸汽暖風(fēng)器所需蒸汽用量，節(jié)約能源。具體工藝路線如圖1所示。

圖1 余熱預(yù)熱空氣流程圖

（2）利用煙氣余熱加熱凝結(jié)水，提高熱效率，降低煤耗。低溫的鍋爐回水及凝結(jié)水進(jìn)入聚四氟乙烯換熱器后，吸取煙氣的熱量，溫度得到提升后進(jìn)入溫度較高的一級加熱器，水的熱量釋放后回到聚四氟乙烯換熱器繼續(xù)循環(huán)。這種方式提取了煙氣中的廢熱，減少了煙氣中的酸性及大顆粒粉塵數(shù)量，起到了節(jié)能減排的作用。具體工藝路線如圖2所示。

圖2 余熱加熱凝結(jié)水流程圖

（3）利用煙氣余熱加熱水暖系統(tǒng)熱網(wǎng)循環(huán)水，提高熱效率，降低煤耗。此種方式適合于有供熱需求的區(qū)域，溫度較低的熱網(wǎng)回水進(jìn)入熱泵，熱泵提取了循環(huán)水的熱量傳遞給熱網(wǎng)回水，加熱熱網(wǎng)回水后繼續(xù)供暖。循環(huán)水則是提取了煙氣中的廢熱。這種方式提取了煙氣中的廢熱，減少了煙氣中的酸性及大顆粒粉塵數(shù)量，起到了節(jié)能減排的作用。具體工藝路線如圖3所示。

圖3 余熱供暖流程圖

4 結(jié)論

根據(jù)熱平衡原理，得到傳熱速率方程：

冷介質(zhì)和熱介質(zhì)熱交換平衡方程式：

計算得出余熱回收量之后，根據(jù)現(xiàn)場相關(guān)價格計算經(jīng)濟(jì)收益。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

（1）以天津某電廠330 MW機(jī)組為例，在脫硫塔后、煙囪前設(shè)置聚四氟乙烯換熱器，用于提取低溫?zé)煔庥酂?，減少煙塵排放量。根據(jù)實(shí)際測試數(shù)據(jù)分析其經(jīng)濟(jì)性，其中工業(yè)水價按照7元/t，標(biāo)煤價格按照600元/t，計算項(xiàng)目整體收益，詳見表1。

（2）金屬換熱器和聚四氟乙烯換熱器兩者之間的性能對比如表2所示。

（3）凈化、除塵功能。煙氣經(jīng)過聚四氟乙烯換熱器后降溫，隨之大量的水蒸氣在聚四氟乙烯換熱器的小管徑密集管束外表面凝結(jié)成水膜，煙氣中的粉塵顆粒、SO2、H2SO4、（SO3）氣溶膠、HCl等酸性氣體流經(jīng)密集管束時，充分與密集管束外表面的水膜接觸、粘結(jié)、吸附，隨凝液一起凝結(jié)排入地坑，并對管束外表面進(jìn)行定期噴淋沖洗，達(dá)到超凈化除塵的目的。

表1 聚四氟乙烯換熱器參數(shù)表

表2 性能對比

6 結(jié)語

綜上所述，聚四氟乙烯換熱器憑借自身特有的防腐蝕性能及本身的換熱性能，對比金屬換熱器更具經(jīng)濟(jì)性，并且維護(hù)費(fèi)用低，一次安裝。聚四氟乙烯換熱器正常使用壽命在15～20年左右，使用過程中運(yùn)行成本低，只是涉及到循環(huán)水、部分噴淋水水泵的用電，其他無耗能部件，基本不需維護(hù)。隨著國家環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格以及人們節(jié)能意識的增強(qiáng)，其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]王巖.氟塑料低溫省煤器在燃煤電站的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2013（5）：119-120.

[3]孫金棟，魯國麗，賈力.新型煙氣冷凝節(jié)能與脫硫裝置研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002（8）：79-82.

[4]崔永章，錢申賢.翅片換熱器中天然氣煙氣的冷凝傳熱[J].山東建筑工程學(xué)院學(xué)報，2000（2）：41-45.

[5]笪耀東，車德福，莊正寧，等.高水分煙氣對流冷凝換熱模擬實(shí)驗(yàn)研究[J].工業(yè)鍋爐，2003（1）：12-15.

[6]王隨林，劉貴昌，溫治，等.新型防腐鍍膜煙氣冷凝換熱器換熱實(shí)驗(yàn)研究[J].暖通空調(diào)，2005（2）：71-74.

[7]戴傳山，李彪，王秋香.氟塑料換熱器研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2011（S1）：633-636.