氟塑料换热器在烟气余热回收领域中的应用分析

胡 清， 蒋 文， 朱文中， 杨 鹏

发电技术

氟塑料换热器在烟气余热回收领域中的应用分析

胡 清1，2， 蒋 文1，2， 朱文中1，2， 杨 鹏1，2

（1.华电电力科学研究院，浙江杭州310030；2.杭州华电能源工程有限公司，浙江杭州310030）

从燃煤火力发电行业中的烟气余热回收领域出发，介绍了氟塑料换热器技术的应用现状，并以某600MW机组为例，对比分析了氟塑料换热器作为烟气换热器相比于金属换热器的技术优势。得出以下主要结论：氟塑料换热器相比于金属换热器具有耐低温酸腐蚀、传热系数大、重量轻等特点，且氟塑料换热器设备投资费用低、设备改造工程量小、运行维护费用低。

氟塑料换热器； 金属换热器； 低温酸腐蚀； 传热系数

0 引言

锅炉效率是衡量火力发电机组经济性的重要指标之一，在各类锅炉热损失中，排烟热损失占锅炉总的热损失一半以上[1]。研究结果表明：锅炉排烟温度每上升20℃，锅炉效率约降低1%，机组标煤耗将上升3g/（kW·h）[2]。

目前，回收锅炉排烟余热的主要方式是采用低温省煤器技术，通过低温省煤器将尾部烟气余热转移至低加系统的凝结水或供热系统的热网水中。但由于国内火力发电厂燃用煤种的含硫量较高，低温省煤器设备在运行时常出现金属换热器的低温酸腐蚀问题，严重危害到机组的安全稳定运行；若要避免金属换热器的低温酸腐蚀问题，则无法有效地实现锅炉尾部烟气余热的回收利用。另外，国内电厂在陆续投入石灰石湿法脱硫系统后，由于脱硫塔出口净烟气温度很低，“白

烟囱”问题严重。为提升净烟气温度，有效改善“白烟囱”问题，必须投入净烟气再热器，此时，金属换热器也不可避免的会出现盐酸、氟酸等酸腐蚀问题。

在使用金属换热器受到低温酸腐蚀问题限制的情况下，氟塑料换热器以其耐腐蚀、传热系数大、重量轻等独到特点，完全避免了换热器的低温酸腐蚀问题，近年来受到广泛关注。以下从氟塑料换热器的技术特性及应用现状出发，对比分析了氟塑料换热器相比于金属换热器的技术优势，为烟气余热回收领域中换热器的设计选型提供参考。

1 氟塑料换热器技术应用现状

目前，用于氟塑料换热器的材料主要有聚四氟乙烯（PTFE），四氟乙烯与全氟代烷基乙烯基醚共聚物（PFA）和聚全氟代乙丙烯（FEP）[3]。其材质具有耐腐蚀、摩擦系数小的特点，且能耐高温，可长期使用在250℃以下的环境内[4～7]。

早期的氟塑料换热器主要用于处理化工腐蚀材质[8]，美国杜邦公司最早于1965年将PTFE热交换器应用于工业生产。此后，随着氟塑料换热器技术的推广，目前该技术已广泛应用于石油化工、制药、纺织、印染等领域[9～11]。

近年来，在氟塑料换热器的基础上，陆续开发出了氟塑料-石墨板式换热器[12～15]以及AlWaFlon氟塑料换热器等设备。氟塑料-石墨板式换热器结合了氟塑料与石墨两种材质的优良性能，同时具有较高的导热性能和机械强度、以及优异的耐腐蚀性能，适用于处理高合金和贵金属也难以适用的强腐蚀介质环境。

AlWaFlon氟塑料换热器技术由沃斯坦公司（Wallstein）和杜邦公司（Dupont）联合研发，该技术在国外已经实现了在火力发电厂、生物发电装置、垃圾焚烧电站、石油化工装置等领域的烟气余热回收中的广泛应用。但在国内大型火力发电机组的应用较少。表1为AlWaFlon®氟塑料换热器技术的部分应用业绩。

表1 部分AlWaFlon®氟塑料换热器应用业绩

2 技术对比分析

氟塑料换热器与金属换热器在技术特性上存在较大的差别，以某600MW机组为例，通过计算，对比分析了分别采用金属换热器和氟塑料换热器作为烟气换热器的技术特性。

2.1 换热器设计参数

考虑到除尘器的运行效率并避免尾部烟道其它设备受到低温酸腐蚀问题，烟气换热器布置在除尘器后、脱硫塔前的烟道内。根据脱硫系统的运行特性和水平衡需求，设计计算换热器入口烟气温度为118℃，出口烟气温度为85℃。为保证换热器合适的传热温压，换热器进出口水温分别取为65℃、90℃。

在THA工况下，该600MW机组烟气换热器设计参数见表2。

表2 换热器设计参数

2.2 换热器结构特性对比

根据表2的换热器设计参数，分别对采用金属换热器和氟塑料换热器的换热器结构进行设计计算，两种换热器的主要结构计算结果见表3。

从以上结构参数对比，可以看出氟塑料换热器对比于金属换热器存在以下结构特点：1）氟塑料换热管管径为φ8×0.7mm，其换热管的比表面积远大于φ38×4mm的金属换热管；2）氟塑料换热器的截面尺寸为6.1m×4.8m，比金属换热器的6.6m×5.5m小；3）氟塑料换热器的重量仅27t，远小于金属换热器的304t。

2.3 换热器综合特性对比

（1）低温酸腐蚀特性。由于换热器水侧运行温度均低于烟气酸露点温度，换热器在运行时，不可避免的会出现换热器的低温酸腐蚀问题。为解决此问题，金属换热器采用高温段、低温段换热器分两级布置，并使用耐

低温酸腐蚀的换热管。其中，高温段换热器采用ND钢材质，低温段换热器为2205材质。而氟塑料换热器则由于其材质具有耐强酸强碱腐蚀的特性，换热器不存在低温酸腐蚀问题。

表3 换热器主要结构参数

（2）传热特性。虽然氟塑料换热管的导热系数较金属换热管低，但由于采用管径小及壁厚薄的换热管，因此氟塑料换热管的导热热阻较小。同时，采用较小管径的换热管，其特征尺寸相比金属换热器的小。因此在相近的烟气流速下，氟塑料换热器的传热系数达到82.1 W/（m2·K），远高于金属换热器的42.6W/（m2·K）。

（3）工程改造特性。该烟气换热器需要金属换热器304t，而氟塑料换热器仅需27t，约为金属换热器的1/11。因此，在工程改造过程中，金属换热器较氟塑料换热器的土建施工及安装难度大。另外，氟塑料换热器的空间尺寸较金属换热器小，因此氟塑料换热器在安装时对烟道的扩展工程量也较小。

（4）运行维护特性。氟塑料换热器运行阻力小于金属换热器，因此氟塑料换热器增加的风机电耗较少，对机组运行特性的影响较金属换热器小。同时，氟塑料换热器不存在低温酸腐蚀问题，在250℃以下的环境内可长期使用，即不存在换热器的壁温控制问题，因此氟塑料换热器的运行维护费用很低。

2.4 换热器经济特性对比

考虑到金属换热器的低温酸腐蚀问题，金属换热器分高温段、低温段两级布置，其中高温段为ND钢材质，换热器重120t；低温段为2205材质，换热器重184t。

根据市场调研结果，两种材质的烟气换热器经济特性对比情况见表4。

表4 换热器经济特性对比

由表4的经济特性对比分析可知，金属换热器设备本体需投资1 296万元，略高于氟塑料换热器的投资1215万元；金属换热器的工程改造费用为300万元，远高于氟塑料换热器的70万元；金属换热器的运行维护费用为50万元/a，远高于氟塑料换热器的20万元/a。

3 结语

文章以某600MW机组为例，对氟塑料换热器的特点及应用现状进行了介绍，并对氟塑料换热器和金属换热器进行了对比分析，得出以下主要结论：

（1）相比于金属换热器，氟塑料换热器具有耐低温酸腐蚀的特点，因此换热器在运行时无需考虑低温腐蚀问题，即不存在换热器的壁温控制问题，因此氟塑料换热器的运行维护费用远低于金属换热器。

（2）相比于金属换热器，氟塑料换热器的传热系数大，因此在相同的换热器设计参数条件下，氟塑料换热器的传热面积小，而且氟塑料换热管的密度较金属的小，因此氟塑料换热器的重量轻。

（3）相比于金属换热器，氟塑料换热器的设备本体投资略小，且工程改造、运行维护费用要低很多。

随着节能减排工作的日益推广，氟塑料换热器技术必将在十三五国家煤电节能升级减排改造计划行动中得到更广泛的应用。

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Application Analysis of Fluorine Plastic Heat Exchanger in the Field of Flue Gas Heat Recovery

HU Qing1，2， JIANG Wen1，2， ZHU Wen-zhong1，2， YANG Peng1，2
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2.Hangzhou Huadian Energy Engineering Institute，Hangzhou 310030，China）

Fromthefieldoffluegasheatrecoveryinthecoal-firedpowerplants，thisarticleintroducedtheapplication statues of the fluorine plastic heat exchanger.And took a 600MW unit as the example，the advantages of the fluorine plastic heatexchangercomparingwiththemetal heatexchangerasthefluegasheatexchangerswereanalysised.Theresults showedthat：thefluorineplastic heatexchangerhasastrongresistanceagainstthelowtemperatureacidcorrosion，highcoefficient of heat transfer and light weight.Furthermore，thefluorineplastic heat exchanger has asmall engineering remake quantity，alowoperationandmaintenancecosts，alowequipmentinvestmentcosts.

fluorineplastic heat exchanger； metal heat exchanger； thelowtemperatureacid corrosion； high coefficientofheattransfer

TK172

B

2095-3429（2016）03-0037-03

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.008

2016-03-28

修回日期：2016-05-16

中国华电科工（集团）科技课题（CHEC-KJ-2015-44）

胡 清（1987-），男，湖南衡阳人，硕士，工程师，研究方向：火力发电厂的节能环保技术问题研究。