回收煙氣余熱的特種耐腐蝕塑料換熱器的性能分析

蔡　冰

回收煙氣余熱的特種耐腐蝕塑料換熱器的性能分析

蔡冰

（洛陽智達石化工程有限公司，河南洛陽 471000）

煙氣余熱回收是能源生產和消耗中所遇到的不可避免的重要問題，電力生產過程中，在能源消耗和環(huán)境保護兩方面壓力的影響下，加大電力生產中的熱資源回收與利用成為了一大核心問題。當前對余熱回收的諸多研究集中在余熱的利用效率，以及如何有效的解決換熱器的防腐蝕問題。當前使用特種耐腐蝕塑料作為材料，制作和生產的換熱器可以有效地解決煙氣余熱回收中的低溫腐蝕問題，從而擴大熱資源回收的溫度范圍和回收的效率。針對當前的余熱利用情況，分析兩種主要的特種耐腐蝕塑料，并對這兩種經典的特種耐腐蝕塑料所生產的換熱器進行比較分析，得出相關的結論。

余熱回收；特種耐腐蝕材料；換熱器；性能

我國作為能源消耗大國，在經濟得到迅速發(fā)展的同時，資源也處于不斷消耗中。相關數(shù)據(jù)表明，我國一次能源消耗的總量達到了世界第一，而在火力發(fā)電的過程中，對煤炭的消耗量占據(jù)了全國煤炭消耗量的 49%。而與此同時，根據(jù)有關專家學者的計算，生產中余熱資源的回收利用還不到5%。作為一個能耗大國，我們還需要進一步加強對余熱回收和利用，加強對換熱器的研究和生產，盡量提高余熱的回收效率和回收范圍。

1　當前余熱利用現(xiàn)狀分析

當前，大型火力發(fā)電站的鍋爐熱效率已經達到90%以上，但鍋爐排煙熱損失占整個發(fā)電生產全部熱損失的一半以上，因此，可以說大型發(fā)電站的鍋爐中蘊含著巨大的余熱資源可以開發(fā)利用。根據(jù)相關研究數(shù)據(jù)表明，燃煤鍋爐的排煙溫度控制在120～130℃，而循環(huán)流化床鍋爐的排煙溫度則是超過150℃，并且無論是何種鍋爐，煙氣的溫度變化都直接影響著鍋爐的效率，煙氣溫度每降低20℃，鍋爐效率提高1%。我們可以將這個數(shù)據(jù)進行最簡單的計算，即煙氣溫度只降低20℃，而鍋爐效率恒定提高1%，在這種假定的條件下，我國每年巨額的發(fā)電量乘以1%，最終我們可以計算出節(jié)約了多少的煤炭，而以2010年的火電為基礎，可以節(jié)約近30萬t的煤炭。

盡管有著極多的余熱資源可以回收利用，但需要清醒認識的是，當前我國對余熱資源的回收極低，整個能源消耗中的余熱回收只有2%。這一方面是受到了監(jiān)督管理不到位的影響，但另一方面我們更多的將其看成是技術的問題。因為技術的不足，即耐腐或防腐材料制成的換熱器的研究不足，導致了利用效率的較低。根據(jù)化學知識，我們知道鍋爐排放的煙氣中含有硫氧化物，而硫氧化合物與水蒸氣混合則會形成硫酸，硫酸作為強腐蝕的化學物品，其對換熱器有著極大的腐蝕作用。硫氧化合物與水蒸氣的作用需要一定的溫度，這個溫度較低，也就是為了防止換熱器的被腐蝕，需要提高煙氣的排放溫度，這直接導致了能源的浪費。因而，為了提高能源的節(jié)約效率，生產耐腐或防腐的換熱器，以此降低煙氣排放的溫度，提高整個資源回收率是一個科學可行的選擇。

2　特種塑料材料在換熱器上的應用

生產耐腐或防腐的換熱器是當前提高余熱回收效率的有效途徑，而生產符合要求的換熱器根本的還是在于材料的選擇上。為解決這一問題，人們嘗試了多種材料的換熱器，包括合金、陶瓷等，但研究表明這些材料制成的換熱器存在著或多或少的缺點，不足以解決當前所遇到的實際問題。但塑料材料卻有著良好的耐腐蝕性能，特別是特種的耐腐蝕塑料，包括聚四氟乙烯、聚苯硫醚等塑料幾乎不與強酸、強堿反應，因此極為適合制作換熱器。并且這些特種塑料的使用溫度都比較高，都超過了鍋爐的最高排放溫度，也就意味著特種塑料制作的換熱器滿足煙氣溫度每降低20℃，能耗降低1%的條件。此外，特種塑料還具有抗污塞、質量輕、成本低、易加工成型等優(yōu)點。

特種塑料制成的換熱器主要可以分為兩大類：一是氟塑料換熱器，二是導熱塑料換熱器。氟塑料換熱器最早是由美國杜邦公司研制而成，氟塑料的熱導率較低，因此需要采用薄壁細管的形式來提高換熱性能。而導熱塑料主要是制成整體式的翅片管換熱器，其因其獨特的結構和獨到的設計，其在消除熱阻上具有極高的效率，因此，其換熱器的整體性較高。

3　經典特種塑料換熱器的分析

根據(jù)上文得知，特種塑料制成的換熱器主要有兩種，一是氟塑料換熱器，一是導熱塑料換熱器，而根據(jù)具體的制成樣式來看，其具體主要是指管束式換熱器和翅片管換熱器。本節(jié)主要根據(jù)兩種材料的運行參數(shù)和材料消耗特點，分析兩種材料的相同與差異之處，為具體的材料選擇提供參考依據(jù)。

煙氣余熱回收的系統(tǒng)結構圖如圖1所示，塑料換熱器主要是通過煙氣和冷凝水的交換作用進行余熱回收，而且換熱器兩側流體呈一次交叉流動。

根據(jù)上述圖表，我們可以得知兩種塑料換熱器在整體性能上各有千秋，但管束式換熱器在傳熱系數(shù)上優(yōu)于翅片管換熱器；而翅片管換熱器在換熱效率上優(yōu)于管束式換熱器，并且單位體積下的換熱面積更多，也就意味著翅片管換熱器的體積可以更小。需要說明的是，管束式的換熱器因其材料的導熱性較差，其需要采用更多的細薄管件，其總共需要近5萬多根細薄直管，這在安裝和維護上不具有優(yōu)勢，可以說存在的問題可能比翅片管換熱器更多。而翅片管換熱器并非沒有缺點，其體積雖然較小，但其原材料消耗是管束式換熱器的2倍左右。因此，綜合來看翅片管換熱器更具有優(yōu)勢。

圖1　煙氣余熱回收的系統(tǒng)結構圖

在上述煙氣回收結構圖的基礎上，我們根據(jù)相關數(shù)據(jù)給出了兩種塑料的運行參數(shù)（表1）和相同工況下的運行結果（表2）。

表1　塑料換熱器的結構參數(shù)

表2　兩種換熱器相同工況下的運行結果

［1］ 李丹丹.聚偏氟塑料管式換熱器煙氣余熱回收的應用研究［D］.北京建筑大學，2015.

［2］ 王巧麗.余熱回收翅片管換熱器傳熱與流體力學特性研究［D］.華南理工大學，2012.

［3］ 王哲.煙氣余熱回收換熱器的換熱及經濟性研究［D］.河北工程大學，2015.

Special Corrosion-resistant Plastic Heat Exchanger Performance Analysis of Flue Gas Waste Heat Recovery

Cai Bing

The flue gas heat recovery is inevitable that the major important issues of energy production and consumption in the face，the power production process，under the influence of pressure to protect both the environment and energy consumption，increase power production heat recovery and utilization of resources has become a major core issues.Waste heat recovery for many current research focuses on the efficiency of waste heat，and corrosion problems how to effectively solve the heat exchanger.It is currently considered as the use of special corrosion-resistant plastic materials，manufacture and production of heat exchangers can effectively solve the flue gas waste heat recovery of low temperature corrosion problems，thereby expanding the range of temperature and heat recovery efficiency of resource recovery.In this paper，the current situation of waste heat utilization，analysis of two major special corrosion-resistant plastic，both classic and special corrosion-resistant plastic heat exchanger produced a comparative analysis，draw relevant conclusions.

waste heat recovery；special corrosion-resistant materials；heat exchanger；Performance

TK172

A

1003-6490（2016）06-0040-02

2016-06-06

蔡冰（1987—），男，浙江寧波人，助理工程師，主要研究方向為熱能與動力。