氟塑钢换热器在锅炉连排水余热回收中的应用

钱 军 刘方忠

(1.杭州富丽达热电有限公司，浙江 杭州 311228；2.衢州佰强新材料科技有限公司，浙江 衢州 324022)

0 引言

进入锅炉的给水会携带一定量的杂质(溶解盐类等)，同时锅炉在运行过程中需加入磷酸三钠对炉水pH值进行调整，运行时汽包水不断蒸发产生饱和蒸汽，使汽包内表层水不断浓缩，炉水含盐浓度不断升高，为不影响蒸汽品质，需要将汽包表层含盐分高的炉水连续不断地排出炉外，使炉水品质符合《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》(GB/T 12145-2016)要求，称为表面连续排污(简称连排)。排污不仅会造成工质损失，增加锅炉补水量，也会造成大量的热量损失，影响锅炉热经济性，同时也对环境造成了热污染。

为回收锅炉连排水的热量，目前常规做法是将连排水接入连排扩容器，在其中骤然降压闪蒸，产生的二次蒸汽直接进除氧器或供他用。扩容器中余下的排污水含盐量很高，温度近似等于除氧器运行压力下的饱和温度，可通过热交换器加热锅炉补水回收该部分热量。

鉴于国家对节能减排的日益重视，能源价格不断上涨，节能降耗成为各企业最为紧迫的任务。针对此情况，采用氟塑钢换热器对锅炉的连排水余热进行回收利用，可实现节能、环保双重目的。

1 工程概况

杭州富丽达热电有限公司原系统4#、5#炉与6#、7#炉分别接入两个连排扩容器，两连排扩容器出水共用一根母管接入定排扩容器。在项目实施中，对系统布置进行如下调整改造：

①换热器冷却用除盐水在化水站出水到除氧器管道3.4m层开设一DN100的接口，接至换热器冷却水进口，换热器出口管道接至4#-7#除氧器备用接口，对冷却水再进行加热除氧。

②在连排扩容器出水母管8m运转层处开设一DN100三通，一路仍接至定排扩容器，作为旁路备用，另一路接至换热器连排水进口，换热器出水一路接至脱硫加浆箱，作为加浆用水，另一路接至脱硫事故浆液池暂存，作为备用，需要时由地坑泵打入脱硫塔回用。

2 氟塑钢换热器结构简介

氟塑钢换热器是以氟塑钢管为主要换热元件的特殊材料换热器。氟塑钢管是将可溶性聚四氟乙烯或其他氟塑料通过热熔方式直接成型于金属表面，并与金属管无缝紧密结合在一起的一种复合传热元件。氟塑钢管既有氟塑料防腐、防堵的优异性能，又具有导热系数大、机械强度和刚度大等特点。该新型复合管相比纯氟塑料管具有导热性更好、强度更高、刚度更大、耐压更高、成本更低等优势；相比纯金属管，具有抗腐蚀性能更好、抗污染能力更强等优势。

本项目采用卧式浮头式氟塑钢管壳式换热器(见图1)。管束可以抽出，便于壳侧和管内的清洗；管程和壳程均为2个行程，管程介质为清洁的除盐水，壳程介质为高盐分的连排水；管程介质和壳程介质逆向流动；换热管选用φ16×1的不锈钢管作为基管，基管外包覆0.3mm厚的PFA膜。换热管排列形式为正三角形排列，换热管与管板采用○型圈方式连接，该结构使换热管与管板可滑动，既能消除换热管热应力，又方便换热管的更换。

图1 氟塑钢换热器

2.1 设计参数

氟塑钢换热器设计参数见表1。

表1 氟塑钢换热器设计参数

续表1

2.2 系统图

如图2所示，连排水管路设置：本项目回收4#-7#锅炉的连排水热量，通过连排水汇总母管一路接入氟塑钢换热器壳侧进水口，一路通过旁路接入定排扩容器。连排水在壳程经2个行程由换热器底部连排水出口排出，最终一路接入脱硫加浆箱，另一路接至事故浆液池。除盐水管路设置：由除盐水母管引出管子，接入氟塑钢换热器除盐水进口，在换热管内经2个行程后由换热器顶部除盐水出口排出，最终接入除氧器备用接口。

图2 本项目余热回收系统

本工艺既回收锅炉连排水的全部热能，提高了锅炉热效率，又回收锅炉连排水，减少了脱硫塔补水。

2.3 运行故障分析及解决

2.3.1 运行故障分析

本设备在运行初期发现以下问题：

(1)壳程连排水进出水接口与设计图相反。

(2)现场用手持式红外线测温仪对壳程连排水温度进行测量，壳程有2个行程，分别在上下两个行程等高处选30个测点进行测量，温度分布见图3。

图3 壳侧温度分布图

(3)从现场温度测量(壳体外壁温度)结果看，壳程连排水在换热器轴向离连排水进口1/2段有温降，在1/2段处连排水温度即降至约20℃，后1/2段温度保持在20℃左右，无明显变化。换热器周向水温偏差很大，壳程左侧水温普遍比右侧低10℃左右。除盐水无明显温升。

(4)运行过程中，换热器有严重的水击现象，换热器震动明显，打开壳程中间排气阀有大量空气排出，待空气排尽后，震动现象自动消失。

针对以上问题，我们对现场设备布置及管道连接进行了详细检查，研究分析得出以下结论：

①现场壳侧连排水进出水接口接反，原设计管内外介质为逆流，而现场为顺流。壳侧纵向分程隔板与壳体之间的弹簧密封垫可能存在泄露，使连排水进水后直接通过密封垫缝隙流入出水口，没有在壳程内流经2个行程。以上两个因素均会造成换热器换热效率低下。

②由于连排水水量较小，设备安装在标高8m层锅炉房操作平台上，连排水下降管在进入脱硫塔浆液罐时，对换热器壳程进行了抽真空，导致壳程内液态水汽化，最终引起水击现象。

③由于连排扩容器水位保持不够，出口带有少量蒸汽，造成突冷产生真空水击。

2.3.2 故障解决方案

为保证设备运行安全，提出运行故障的解决方案如下：

①连排水进出口接管对调。

②增加纵向隔板与壳体之间的弹簧密封垫片。

③在连排水出口管上增加一个U型水封。

④对定排扩容器疏水阀进行维修，保证设备运行正常，使出水不带蒸汽，同时在换热器本体放空阀后加装一DN20放空管，顶面高出U型水封顶部2m，使设备运行中水不溢出，并使工质侧与大气相通，消除真空水击现象。

通过采取以上4项措施，换热器运行故障得到解决，重新启动运行，现已平稳运行1年，运行参数见表2。

表2 氟塑钢换热器运行参数

3 实际运行经济效益计算

(1)按连排水侧计算释放热量[1]为：

=578.26kW

式中，D1=6.47 t/h，为进入氟塑钢换热器排污水平均流量；I1=443.31 kJ/kg，为除氧器运行压力(按24 kPa)下饱和水比焓[2]；I2=121.56 kJ/kg，为换热器连排水出口温度下饱和水比焓[2]；

(2)按除盐水侧计算回收热量为：

=557.53kW

式中，D2= 24 t/h，为进入换热器除盐水平均流量；i1= 75.55 kJ/kg，为换热器除盐水进口温度下饱和水比焓；i2= 159.18 kJ/kg，为换热器除盐水出口温度下饱和水比焓；

(3)氟塑钢换热器换热效率为：

(4)年节约标煤量为：

式中，H=8000 h/a，为设备每年运行小时数；ξ=0.92，为锅炉热效率；QM=29260 kJ/kg，为标煤的发热量；

(5)年经济效益计算

本项目利用锅炉连排水的余热来加热除盐水，基本没有物料消耗，可忽略不计。同时，降温后的锅炉连排水可作为脱硫塔补水利用。

年节约水费：

年节约标煤费用：

则年经济效益为M=M1+M2=80.3万元/年

上式中，a=4元/吨，为工业用水单价；b=1000元/吨，为标煤单价。连排水pH值约为9.5，脱硫塔浆液pH值为5.5～5.8，对脱硫塔运行来说，可减少脱硫剂碳酸钙的消耗量。

年节约标煤量596t，相当于年减少CO2、NOX、SO2排放分别为1664t、310kg、219kg(其中NOX、SO2分别按脱硫塔出口CEMS表实际排放浓度计算)，环境效益明显。

以上数据均在锅炉负荷为设计负荷73.71%的基础上进行计算，如锅炉全年满负荷运行，则年经济效益将达101.89万元。

4 结论

①氟塑钢换热器用于回收锅炉连排水没有体现出来的低品位热源，实现低品位热能的资源化，达到节能、节水和保护环境的目的。

②氟塑钢换热器用于锅炉连排水余热回收中，不仅可全部回收热量，还可回收连排水，同时减少脱硫塔补水和脱硫塔脱硫剂消耗量。

③氟塑钢换热器因其优异的耐腐蚀、耐结垢性能，破解了传统管壳式换热器用于锅炉连排水余热回收中易腐蚀、易结垢的难题。