氟塑料低溫省煤器在熱電廠煙氣余熱回收中的應用

毛雙華 多文明 姜國強 王浩添

（浙江巨化熱電有限公司，浙江 衢州 324000）

降低電廠排煙溫度，提高鍋爐安全可靠性一直是熱電廠節能減耗的重要研究方向。為了更好利用鍋爐排煙廢熱，人們已經進行了許多努力，比如玻璃管空氣預熱器、冷凝換熱器、熱管回收排煙余熱制冷、振打清灰裝置以及熱管空氣預熱器等[1-4]。而利用電廠煙氣加熱除鹽水是一種經濟效益明顯的余熱回收利用方式。

近年來，國內外對鍋爐煙氣余熱加熱除鹽水開展了一系列研究[5-8]。國外Nider-aussem電廠采用旁路煙道技術，把余熱換熱器設置在與空氣預熱器并聯的旁路煙道中，利用多級煙水換熱器充分降低排煙溫度，在保證空氣預熱器所需熱量的前提下引入部分煙氣到旁路煙道內加熱鍋爐給水，是目前報道的節能效果較好的在運行機組系統[9-10]。燃煤電站排煙熱損失約占鍋爐熱損失的60%～70%，利用低溫省煤器可有效利用這部分熱損失，降低煤耗，提高全廠熱效率。現階段國內普遍采用ND鋼（09CrCuSb）作為低溫省煤器管排材質。雖然ND鋼價格便宜，有一定的抗腐蝕性，但經過幾年運行，仍存在因腐蝕而更換管排的情況。這不僅提高了投資成本，降低經濟性，同時影響了全廠安全穩定運行。

某熱電廠9#爐（135 MW機組鍋爐，蒸發量440 t/h）排煙溫度為130～145℃，而這一部分熱量作為鍋爐最大的熱損失隨煙氣被直接排放到大氣中，降低了能源利用率。為大幅度降低排煙溫度，回收煙氣熱量，同時為解決常見低溫省煤器腐蝕問題，嘗試使用氟塑料替換現階段常規材料（ND鋼）用作新型低溫省煤器換熱管。

1 技術可行性

該新型低溫省煤器將小直徑氟塑料軟管用作低溫省煤器的換熱管。氟塑料低溫省煤器在歐洲大型機組上成熟使用多年，證明在低溫煙氣條件下具有杰出的材料性能，可以在各種工況下保證電廠長期安全穩定運行。

本項目選擇聚四氟乙烯（PTFE）做為低溫省煤器換熱管材質，主要考慮了其以下特點：高溫條件下力學性能的穩定性；自由能低使得表面基本不結垢；分子吸引力小，導致流動摩擦阻力較常規金屬材料小很多[11]。

本項目中將換熱管設計為直徑小、管壁薄的換熱結構，使得其對于常規金屬換熱管排具有以下特點：

1）氟塑料低溫省煤器的換熱面積大，換熱系數高（約是金屬鰭片換熱器的2～3倍），同時體積小；

2）PTEE力學性能極穩定，耐磨損；

3）化學性能穩定，在高低溫情況下（-192～250℃）具有較高的耐腐蝕性[12]；

4）換熱管管壁表面光滑，且PTEE材料自由能低，很難被其他物質附著，再加之設計特點，使其很難積灰結垢；

5）管束可按需要制成各種特殊形狀，以適應現場條件要求。換熱管徑小，一般為5～10 mm，壁厚0.5～1.0mm；

6）具有優良的耐侯性，在大氣環境中不氧化不降解，壽命可達15～25 a。

綜上所述，PTFE做為新型低溫省煤器換熱管材質，與國內換熱器常規材料ND鋼進行比較，除了具有換熱面積大、性能穩定、耐磨損且不易積灰結垢等特點，最重要的是可有效防止低溫酸腐蝕，這解決了長期以來國內預熱換熱器所存在的問題，這也將大大提高煙氣余熱效率，增加全廠經濟效益[13]。

2 設計方案

2.1 鍋爐參數

該廠9#爐系型號為“SG-440/13.7-M782”，主要參數如表1。

表1 9#爐主要參數Tab 1Main parameters of 9#furnace

2.2 布置方案

9#爐后1#和2#引風機出口煙道布置氟塑料低溫省煤器，將鍋爐排煙溫度降低到100℃以下，加熱60 t/h除鹽水，溫度升高約 85℃，加熱后的除鹽水送至大氣式除氧器，并經中繼水泵泵入鄰爐給水系統。

現階段，低溫省煤器在原機組上的布置方式主要有2種：一是將低溫省煤器布置在空氣預熱器出口以及布袋除塵器進口之前，二是將低溫省煤器布置在引風機之后以及脫硫吸收塔進口之前。

第1種方案低溫省煤器布置在布袋除塵器的后面，使換熱器后煙氣流量降低，相應設備容量減少。但煙氣經過低溫省煤器后的溫度降低，接近于酸露點溫度，將對其后面設備造成腐蝕。同時已其占地空間較大將增大技改項目難度。

第2種方案，由于低溫省煤器后面主要設備為脫硫吸收塔，而塔內本為酸性環境，并不存在第1種方案中所提到的設備腐蝕問題。且將換熱器放于電除塵的后面，更減少了磨損積灰的可能性，這將對機組穩定運行起到很大的作用。

經過技術比較，第1種方案改造難度較大，并存在設備腐蝕隱患；而第2種方案恰好能夠避免這種影響，而且其占地空間較小，對于機組技改項目難度將大大降低。經此比較，方案2更符合該廠9#爐排煙預熱回收項目。

鍋爐排煙余熱回收系統流程如圖1。

圖1 鍋爐排煙余熱回收系統流程Fig 1 Process ofwaste heat recovery system of boiler venting smoke

布置氟塑料低溫省煤器需對現有煙氣通道進行改造，將5組換熱器布置于煙氣主通道。改造需對煙氣管道上下進行擴口以留出安裝空間。低溫省煤器布置及煙道尺寸的改變需與脫硫改造設計對接。參見圖2。

圖2 低溫省煤器的布置Fig 2 Arrangementof low temperature economizer

2.3 設計參數

為判斷低溫省煤器后煙道是否需要防腐處理，應計算出額定工況下煙道內煙氣酸露點溫度。采用煙氣酸露點計算公式計算：

式中，t1d為煙氣的露點溫度，為水蒸汽露點溫度。β為常數，當過量空氣系數α=1.4～1.5時，取129；當α=1.2時，取121。S和A為收到基的“折算硫分”及“折算灰分”。αfh為飛灰系數，取0.7。

氟塑料省煤器換熱量設計按鍋爐額定負荷工況（440 t/h）。引風機后煙氣的過量空氣系數取1.4，排煙溫度取135℃，飛灰系數取0.7。具體參數如表2。

2.4 技術風險分析

1）低溫省煤器布置在9#爐空氣預熱器之后，且回收的熱量沒有進入9#爐系統，對9#機爐效率沒有影響；

2）根據9#爐入爐煤的分析數據，計算出額定工況煙氣酸露點為88℃。煙氣溫度有可能降低到酸露點以下，煙道面臨腐蝕的風險，故到脫硫塔之間的煙道需要做防腐處理；

表2 氟塑料管換熱器參數Tab 2 Parameters of heatexchangerwith fluorine plastic pipe

3）費用主要是設計、建造、安裝、設備采購制造以及調試等，設備年損耗及維護費用較低。

3 運行經濟性分析

就低溫省煤器通過熱力系統計算方法對全廠的經濟效益進行分析。基礎條件為：發電設備年利用7 000 h，按照到廠標煤價800元/t計。

低溫省煤器在煙道中加熱除鹽水獲得的熱量Q由下式計算：

式中，qm為除鹽水質量流量，c為水的比熱容，Δt為除鹽水的平均溫差。

通過計算，低溫省煤器在煙道中加熱除鹽水獲得熱量為32.45 GJ/h。將熱量折算成0.49MPa的蒸汽為7 t/h，折算成標煤為0.506 t/h，以1年運行7 000 h計，年可節約標煤約3 542 t，年創效約283萬元，且對9#機爐的正常運行不產生任何影響。

同時在常規燃煤鍋爐煙氣石灰石——濕法脫硫系統中，工藝水用量較大。煙氣要經噴淋煙溫降至60℃左右，安裝氟塑料低溫省煤器可以節省約70%脫硫工藝水，年增收約25萬元。

4 結論

1）新型鍋爐排煙余熱回收利用裝置——氟塑料低溫省煤器投運以來已初顯成效，為穩定機組生產、提高機組熱效率、實現環保排放以及節能減排等目標發揮了重要作用。

2）氟塑料低溫省煤器能很好解決濕法煙氣脫硫裝置結垢堵塞沖刷問題，同時有利于煙氣中SO3的溶解、吸收，使脫硫塔內煙氣流速降低，減少“石膏”逃逸，起到節省能源、提高鍋爐安全可靠性的作用。

3）排煙溫度從135℃降低到100℃，年節約標煤3 542 t，全年收益308萬元，預計5年內收回節能改造投資。該方案投資回收期短，經濟效益顯著，能源利用率高，效果明顯。

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