氟塑料换热器在火电站中的运用实践研究

李鑫

（山东博然电力科技有限公司，山东 烟台 264000）

燃煤电厂排烟热损失约占锅炉热损失的60%～70%，排烟损失是电厂锅炉运行中最重要的一项损失，脱硫水耗是电厂水耗的重要部分，采用低温换热器是一种有效利用烟气余热，降低排烟温度，减少湿法脱硫耗水量，提高全厂热效率的节能方式。但排烟温度降的过低，则会导致低温换热器受热面的腐蚀。目前国内低温氟塑料换热器常规结构中的制造材料除换热管采用氟塑料材料外,其连接管板、角钢立柱、固定轴、框架梯板以及安装配合结构件等多数均选用抗酸露点腐蚀钢ND 钢（09CrCuSb),不锈钢或双向不锈钢金属材料。当锅炉燃用高于3%的高硫煤时,便会排放出大量的含硫烟气和含硫的煤渣煤灰，同时含硫烟气在烟道尾部会凝结;此时烟气中的酸性气体会溶解在凝结水中,烟气温度低于酸露点,且入口水温较低,甚至低于水露点并凝成水,形成中温稀硫酸,从而对传统氟塑料换热器金属部位进一步的严重腐蚀,所以传统设计的氟塑料换热器结构选用的材料可以有效减缓低温腐蚀，但不能根本解决低温腐蚀问题。

一、氟塑料换热器的技术可行性

（一） 氟塑料的物理化学特性

氟塑料的分子结构特点决定了其良好的耐热性和耐寒性，其长期使用温度范围较宽，可达-192 ℃～260 ℃，短期可在300℃下使用，在-100℃以下仍柔软，在250℃高温条件下经240 h 老化后，其力学性能基本不变。氟塑料属化学惰性材料，除高温下的元素氟、熔融态碱金属、三氟化氯、六氟化铀、全氟煤油外，几乎可以在所有的介质中工作。此外，氟塑料是已知固体材料中表面自由能最低的材料之一，几乎所有材料不能粘附在其表面，因此氟塑料用作换热器时管壁表面基本不结垢。同时，由于其表面分子对其它分子吸引力小，因而摩擦系数非常小(静、动摩擦系数与钢的比值均为0.04)，对流体产生的流动摩擦阻力也较小。

（二）与从传热系数的计算公式可以看出：当不考虑管壁污垢的影响时，管壁热阻就决定了传热系数的极限，即不论采取何种办法来强化管壁两侧流体的对流换热，其传热系数最终由管壁厚度决定。氟塑料的导热系数比金属小几十倍，导热热阻大是氟塑料的主要缺陷。因此氟塑料低温换热器在设计上采用薄壁小直径管，在制作工艺上采用了大量小直径管密集排列技术，克服了氟塑料导热系数低的缺点，使得氟塑料换热器在高腐蚀环境下取代金属换热器成为现实。虽然金属换热器的初始换热系数比氟塑料换热器的传热系数大，但金属换热器随着使用时间的延续，其换热管束的圬垢层厚度逐渐增加使传热系数下降，氟塑料换热管壁光滑不易结垢，工作时在流体温度变化的作用下换热管束沿轴向、径向方向伸缩。有利于除去污垢提高换热。在运行一段时间后，二者传热系数差值缩小，从长期来看，氟塑料换热器具有较强的竞争力。

（三）结构型式

氟塑料低温换热器的主要部分由许多小直径薄壁的氟塑料传热软管组成的管束。常用的管子规格有多种，壁厚约为1 mm。每个管束包含有上千根管子，管子采用悬吊结构，中间设多个隔板隔开。根据换热面积不同，可以设置一个或多个管束。管束支撑构件采用不锈钢喷涂聚四氟乙烯防腐，紧固件采用不锈钢防腐螺栓，换热器壳体内壁采用氟塑料板内衬防腐。管板底部与烟气接触的部位全部衬氟一层2mm厚,材质:PTFE,耐高温防腐蚀板材,和具体结构中的设置在氟塑料换热器固定轴两端密封固定的补偿套环和所述补偿套环内径加工成斜面结构,所述固定轴两端加工成锥形斜面结构并全部衬氟;所述补偿套环内径衬氟斜截面与固定轴锥形衬氟斜截面过盈配合;所述紧固件,紧固拧紧拉力作用下使内外斜截面贴合密封。保证固定轴内测不被腐蚀,延长所述固定轴的使用寿命。并有效解决氟塑料换热器在环境恶劣酸露点低温且腐蚀能力较强的场所内应用;如火电厂烟气余热回收、氯碱、硫酸、化工、医药等领域应用。

二、氟塑料换热器的实际应用

（一）烟气余热回收布置

烟气余热回收系统由烟气冷却器FGC2、烟气冷却器FGC3、凝水高温板换、凝水低温板换、热网水板换、厂区采暖加热器、补水稳压系统等组成。FGC2 装设在引风机与脱硫塔之间的两侧烟道内，FGC3 装设在脱硫塔出口烟道，两级烟气余热回收装置回收烟气余热至凝结水系统和热网水系统。凝结水取自除氧器水位调整阀后，全部凝结水经过凝水低温板换，其中部分回至8 号低压入口门前，部分经过凝结水高温板换回至6 号低加入口。热网水取自热网循环泵出口母管，经过热网水板换吸收热量后，回至#2 机组热网加热器出口母管。

（二） 低温换热器的运行数据

两部分换热器均采用冷却水（来自#8 低加前）与烟气逆流布置，第一部分换热器中，冷却水由进水室进入氟塑料管内，吸热后由出水室流出，冬季采暖期能够将烟气温度由130℃冷却至85℃左右，冷却水温由45℃加热到85℃左右；夏季非采暖期能够将烟气温度由150℃降至92℃左右，冷却水温由45℃加热至90℃左右，凝结水温由41℃加热至78℃。第二部分换热器采暖期能够将烟气温度由60℃降至50℃，冷却水温由41℃升至47℃，非采暖期烟温由65℃降至55℃，冷却水温由43℃升至48℃，凝结水温由45℃加热至80℃。

三、结语

新型氟塑料低温换热器，换热管采用氟塑料小直径薄壁软管，表面光滑不易结垢，具有极强的耐腐蚀性，可有效防止低温酸腐蚀，能最大限度的利用烟气余热，提高机组经济性。虽然造价较金属低温换热器高，但可利用烟气余热较多，寿命长，其潜在的能力正在逐渐被人们重视，随着氟塑料换热器的设计与制造更加合理，以及正确的使用与细心维护管理，氟塑料换热器将会得到越来越广泛的使用。