氟塑料換熱器在火電站中的運用實踐研究

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行中最重要的一項損失，脫硫水耗是電廠水耗的重要部分，采用低溫換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能方式。但排煙溫度降的過低，則會導致低溫換熱器受熱面的腐蝕。目前國內低溫氟塑料換熱器常規結構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構件等多數均選用抗酸露點腐蝕鋼ND 鋼（09CrCuSb),不銹鋼或雙向不銹鋼金屬材料。當鍋爐燃用高于3%的高硫煤時,便會排放出大量的含硫煙氣和含硫的煤渣煤灰，同時含硫煙氣在煙道尾部會凝結;此時煙氣中的酸性氣體會溶解在凝結水中,煙氣溫度低于酸露點,且入口水溫較低,甚至低于水露點并凝成水,形成中溫稀硫酸,從而對傳統氟塑料換熱器金屬部位進一步的嚴重腐蝕,所以傳統設計的氟塑料換熱器結構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可行性

（一） 氟塑料的物理化學特性

氟塑料的分子結構特點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-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240 h 老化后，其力學性能基本不變。氟塑料屬化學惰性材料，除高溫下的元素氟、熔融態堿金屬、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管壁表面基本不結垢。同時，由于其表面分子對其它分子吸引力小，因而摩擦系數非常小(靜、動摩擦系數與鋼的比值均為0.04)，對流體產生的流動摩擦阻力也較小。

（二）與從傳熱系數的計算公式可以看出：當不考慮管壁污垢的影響時，管壁熱阻就決定了傳熱系數的極限，即不論采取何種辦法來強化管壁兩側流體的對流換熱，其傳熱系數最終由管壁厚度決定。氟塑料的導熱系數比金屬小幾十倍，導熱熱阻大是氟塑料的主要缺陷。因此氟塑料低溫換熱器在設計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，克服了氟塑料導熱系數低的缺點，使得氟塑料換熱器在高腐蝕環境下取代金屬換熱器成為現實。雖然金屬換熱器的初始換熱系數比氟塑料換熱器的傳熱系數大，但金屬換熱器隨著使用時間的延續，其換熱管束的圬垢層厚度逐漸增加使傳熱系數下降，氟塑料換熱管壁光滑不易結垢，工作時在流體溫度變化的作用下換熱管束沿軸向、徑向方向伸縮。有利于除去污垢提高換熱。在運行一段時間后，二者傳熱系數差值縮小，從長期來看，氟塑料換熱器具有較強的競爭力。

（三）結構型式

氟塑料低溫換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。常用的管子規格有多種，壁厚約為1 mm。每個管束包含有上千根管子，管子采用懸吊結構，中間設多個隔板隔開。根據換熱面積不同，可以設置一個或多個管束。管束支撐構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，換熱器殼體內壁采用氟塑料板內襯防腐。管板底部與煙氣接觸的部位全部襯氟一層2mm厚,材質:PTFE,耐高溫防腐蝕板材,和具體結構中的設置在氟塑料換熱器固定軸兩端密封固定的補償套環和所述補償套環內徑加工成斜面結構,所述固定軸兩端加工成錐形斜面結構并全部襯氟;所述補償套環內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外斜截面貼合密封。保證固定軸內測不被腐蝕,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境惡劣酸露點低溫且腐蝕能力較強的場所內應用;如火電廠煙氣余熱回收、氯堿、硫酸、化工、醫藥等領域應用。

二、氟塑料換熱器的實際應用

（一）煙氣余熱回收布置

煙氣余熱回收系統由煙氣冷卻器FGC2、煙氣冷卻器FGC3、凝水高溫板換、凝水低溫板換、熱網水板換、廠區采暖加熱器、補水穩壓系統等組成。FGC2 裝設在引風機與脫硫塔之間的兩側煙道內，FGC3 裝設在脫硫塔出口煙道，兩級煙氣余熱回收裝置回收煙氣余熱至凝結水系統和熱網水系統。凝結水取自除氧器水位調整閥后，全部凝結水經過凝水低溫板換，其中部分回至8 號低壓入口門前，部分經過凝結水高溫板換回至6 號低加入口。熱網水取自熱網循環泵出口母管，經過熱網水板換吸收熱量后，回至#2 機組熱網加熱器出口母管。

（二） 低溫換熱器的運行數據

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，冷卻水由進水室進入氟塑料管內，吸熱后由出水室流出，冬季采暖期能夠將煙氣溫度由130℃冷卻至85℃左右，冷卻水溫由45℃加熱到85℃左右；夏季非采暖期能夠將煙氣溫度由150℃降至92℃左右，冷卻水溫由45℃加熱至90℃左右，凝結水溫由41℃加熱至78℃。第二部分換熱器采暖期能夠將煙氣溫度由60℃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℃，凝結水溫由45℃加熱至80℃。

三、結語

新型氟塑料低溫換熱器，換熱管采用氟塑料小直徑薄壁軟管，表面光滑不易結垢，具有極強的耐腐蝕性，可有效防止低溫酸腐蝕，能最大限度的利用煙氣余熱，提高機組經濟性。雖然造價較金屬低溫換熱器高，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計與制造更加合理，以及正確的使用與細心維護管理，氟塑料換熱器將會得到越來越廣泛的使用。