火力發電廠海水脫硫后煙氣加熱器材質的對比研究

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問題，以某工程為實例，分別對比了氟塑料材質、2205雙相不銹鋼材質加熱器的業績、耐腐蝕性能、對于壓力的適應性、設備布置、投資費用、對外界系統的影響等情況。結果顯示，2205材質煙氣加熱器在業績上更具優勢，氟塑料材質耐腐蝕性更強，但不能承受較高壓力，兩種材質一次性投資費用相當。

關鍵詞：煙氣加熱器;氟塑料;2205;耐腐蝕

引言：

在火力發電廠電力設計中，為了滿足環保排放要求，改善海水脫硫后煙囪的煙氣擴散情況，需要在脫硫后設置煙氣加熱器[1][2][3]，從而實現煙氣消白及抬升煙氣高度的目的。

本文結合某實際工程項目，對比分析了氟塑料材質、2205雙相不銹鋼材質加熱器在運用業績、耐腐蝕程度、系統安全可靠性、一次性投資及運行經濟性等多個方面，供業主方決策參考。其中本項目熱源為95℃熱水，供水壓力為0.85MPa。

1 2205雙相不銹鋼加熱器

1.1 金屬加熱器材質選擇

本項目采用海水脫硫工藝，對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境。在以往較多的實際工程經驗中，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。經過幾年時間的運行，發現中溫段與高溫段有一定的腐蝕，低溫段未發生腐蝕現象。

經與廠家溝通，最近工程的加熱器大多選擇純2205翅片管的型式，現未發現腐蝕情況。除此外，類似工程海水淡化系統中加熱器材質選擇也為2205。基于此，考慮將煙氣加熱器換熱管選用2205雙相不銹鋼材質。2205雙相不銹鋼為奧氏體和鐵素體兩相組成的材料，具有較好的屈服強度、塑韌性、耐局部腐蝕以及較高的耐應力腐蝕破裂能力。

1.2 系統設置與布置情況

煙氣加熱器進水支母管依次設置手動關斷閥、電動關斷閥、調節閥組、過濾器、流量計，回水支母管設置電動關斷閥。通過調整調節閥的開度以實現不同工況下出口煙氣溫度的要求。支母管進回水電動關斷閥做切斷系統用。

設置蒸汽吹灰系統，根據運行情況調整吹灰頻率。在停爐檢修時，利用離線水沖洗系統進行徹底清洗。設置壓縮空氣系統，作為吹灰蒸汽管道內側維持正壓、防腐蝕用。

本項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長度不超過8m，總體布置較為合理，流場相對均勻。

2氟塑料加熱器

2.1 概述

氟塑料作為一種高分子材料，因其特殊的分子結構而具有特別的物化特性：穩定性強、高熱阻、低摩擦系數和良好的表面不黏性。隨著氟塑料產品加工工藝水平的提高，氟塑料加熱器被逐漸的應用到化工、電力、醫藥等領域。由氟塑料制成的煙氣加熱器具有以下特點：

1）優異的耐腐蝕性能，對煙氣成分及酸露點溫度無要求

2）換熱管表面光滑，不積灰，不結垢，易清理

3）薄管壁，換熱性能良好

4）柔性疲勞強度高，經久耐用

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本身的特點，更適合長期在強腐蝕環境下安全工作。氟塑料加熱器已經在國內外火力發電廠、石油化工等行業得到成功應用。

2.2 系統設置與布置情況

低溫熱水從母管引出后，依次設置手動關斷閥、氣動快關閥、減壓閥，其中減壓閥聯鎖閥后壓力，將壓力穩定至0.85MPa。氣動快關閥聯鎖減壓閥后壓力，若發生超壓則切除該系統。設置調節閥組，根據煙氣出口溫度調節熱水流量。此外，由于氟塑料管徑較小，對來水水質要求較高。母管需配置鐵表、油表、濁度儀、電導、PH值等的監測系統，根據來水水質情況，判定是否需要切除系統。氟塑料加熱器與煙氣凝液存在分子間滲透，需根據來水PH值情況考慮是否需在母管設置取樣加藥系統。

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。

3兩材質換熱器對比

3.1 業績對比

由于海水脫硫項目本身偏少，用作海水脫硫后的2205雙相不銹鋼加熱器業績也相應偏少，了解到的海水脫硫后2205煙氣加熱器項目運行時間約在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目較多。

通過調研各氟塑料廠家，各廠家雖然具有不少的運行業績，但大多設計參數在0.4MPa，并沒有在0.85MPa壓力下的運行業績。

3.2 技術優缺點對比

3.2.1 耐腐蝕性能

2205雙相不銹鋼在當前海水脫硫后Cl-環境下具有較強耐腐蝕性能。據廠家反饋，主要換熱元件壽命不低于15年，加熱器整機使用壽命不低于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加熱器當前運行狀況來看，運行幾年的換熱管基本未發現腐蝕。

氟塑料加熱器由于自身材料特性抗腐蝕性強，能滿足長時間腐蝕條件下運行的要求。

3.2.2 加熱器在當前壓力下的適應性

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，該處成為整個加熱器的薄弱點，不能保證能滿足0.85MPa下安全運行。為保證系統安全、穩定性，需相應增加以下系統：減壓閥、設備安全閥等閥組。由于本項目回水母管運行壓力為0.55MPa，增設減壓系統后，按照流體水力計算，存在無法回水的可能。

3.2.3 設備布置

從布置上來看，兩者占地面積相當，煙氣流場均勻，均能滿足煙氣阻力的要求。

3.2.4 對外界系統的要求與影響

為了保證氟塑料加熱器換熱系數，換熱管管徑一般較小，本項目各廠家選型均為φ10mm。若來水中含油、鐵等不利成分過高，會存在劃傷、堵塞換熱管的風險。而根據運行經驗，化工區加熱器存在泄漏的風險，若滲油、鐵較多，會影響氟塑料換熱器的運行。此外，氟塑料加熱器與煙氣凝液存在分子間滲透，需增設取樣加藥系統，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偏堿性，不對管道造成酸性腐蝕。

2205雙相不銹鋼加熱器對外界來水水質不敏感，對回水水質不造成影響。

3.3 經濟性對比

結合各廠家報價情況，對比分析可以得出兩方案一次性投資、運行費用基本相當。

4結論

本文以某項目工程實例的前期調研工作為基礎，對比分析了氟塑料材質、2205材質加熱器的業績、耐腐蝕性能、對于壓力的適應性、系統與設備布置、投資運行費用、對外界系統的要求與影響情況。結果顯示，2205材質煙氣加熱器在業績上更具優勢，氟塑料材質耐腐蝕性更強，但不能承受較高壓力，兩種材質一次性投資費用相當。結合以上對比情況及根據本項目實際條件，2205材質煙氣加熱器方案具有更多優勢。

通過本文對比研究，希望對國內外項目煙氣加熱器材質選型提供一定的參考，給予工程一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]李鵬.電廠脫硫系統中MGGH技術的應用分析[J].中國石油和化工標準與質量，2017，37（24）：137-138.

[2]王云鵬.330MW機組MGGH再熱器端腐蝕原因分析及對策[J].重慶電力高等專科學校學報，2019，24（3）：32-34.

[3]李劍鋒，涂淑平，孫文哲.氟塑料換熱器的研究及應用進展[J].應用化工，2019，48（3）：685-687.