聚四氟乙烯換熱器的應用

李海鋒 張宗敬 國志鵬

（荏原冷熱系統（中國）有限公司，山東 煙臺 264000）

1 背景

近年來，隨著人們的環境保護、節能降耗意識的不斷增強，我國對煙氣余熱回收的重視程度日益提高，現在已有大部分新建及改建電廠采用煙氣余熱回收系統，可提高整廠運行效率，降低煤耗。針對80 ℃的煙氣沒有較好的余熱提取及除塵方案，聚四氟乙烯換熱器應運而生，滿足了80～130 ℃溫度區間的余熱提取及除塵需求。

2 聚四氟乙烯換熱器的特點

在煙氣余熱利用系統中抗煙氣腐蝕的材料選擇大致經歷了以下幾個階段：

（1）316不銹鋼+鎳金屬鍍層：此方法在20世紀80年代中期被大量采用，經過運行后證明其無法滿足抗煙氣腐蝕要求，銹蝕堵塞嚴重，工作時間不超過兩年就需要更換，無法滿足電廠運行以及環保要求。

（2）鎳金屬基材材料：20世紀90年代大量采用這一材料，經過實踐證明其無法滿足抗煙氣腐蝕要求，只可在脫硫后的凈煙氣再加熱器中使用，并且造價高，經濟性差。

（3）哈式合金材料：20世紀90年代末至21世紀初大量采用這一材料，長期運行后證明其有一定的抗煙氣腐蝕能力，但耐腐蝕時間也只是比前兩種材料長1～2年，而且價格極其昂貴。

經過前期的多種材料運行實踐，需要有一種材質自身就需具備特有的抗煙氣腐蝕能力，只有這樣才能在煙氣余熱利用方面有所作為。基于以上分析，氟塑料材質的聚四氟乙烯換熱器貼合市場需求，開始在煙氣余熱利用領域嶄露頭角，主要是因為其具有以下性能：

（1）耐腐蝕性極強：化學性能穩定，幾乎對所有化學品和溶劑呈惰性，且幾乎沒有一種溶劑或化合物可在300 ℃以下溶解它，可以應用在大多數惡劣的工作環境中。

（2）耐高溫和低溫：非金屬材料在-190～260 ℃范圍內低溫不脆化、高溫不軟化，可正常使用。

（3）優越的清灰功能：有固體材料中最小的表面張力，表面接觸角非常大，不粘附任何物質；管壁表面光滑，并且有時度的撓性，使用時微有振動，故不易結垢；同時安裝清灰裝置，很好解決了積灰問題。

（4）優異的耐磨損性：非金屬材料本身具有優異的耐磨損性，并在設計時選取低磨損、低阻力的煙氣流速，從而減少了對聚四氟乙烯換熱器管束的磨損。

（5）低阻力：非金屬材料換熱管本身表面光滑，摩擦系數小，對煙氣的阻力小；具體設計時考慮聚四氟乙烯換熱器本身對煙氣的阻力，有最優化的結構尺寸。

（6）使用壽命長：非金屬材料中不含光敏基因，極耐老化，有塑料中最佳的老化壽命，且耐磨損性強，不易堵灰，非金屬換熱器正常情況下可使用10～15年。

（7）配置自動水沖洗及防積灰、結垢系統：沖洗系統是聚四氟乙烯換熱器必不可少的組成部分。聚四氟乙烯換熱器跟煙道連接，換熱管束與煙氣直接接觸，運行環境惡劣，長時間運行換熱管外壁與定位板將大量積灰，給換熱帶來極大的影響，導致換熱能力嚴重下降，沖洗系統極好地解決了積灰的問題。沖洗系統在聚四氟乙烯換熱器運行過程中，定時地對換熱管束進行沖洗。

3 聚四氟乙烯換熱器的應用方向

聚四氟乙烯換熱器能吸收煙氣余熱，將流經脫硫塔的煙氣通過冷凝方式析出其中水分，進一步將脫硫塔未脫除的SO3、SO2等酸性氣體以酸液的形式凝結析出。通過煙塵與換熱管束表面凝結水膜碰撞、吸附降低煙塵濃度。主要應用方向分為預熱助燃空氣、加熱熱網水、凝結水等。

（1）空氣預熱。即以一次循環水為熱媒，將在煙氣側吸收的熱量釋放給一、二次冷風，將進入預熱器前的冷風預加熱，從而減少蒸汽暖風器所需蒸汽用量，節約能源。具體工藝路線如圖1所示。

圖1 余熱預熱空氣流程圖

（2）利用煙氣余熱加熱凝結水，提高熱效率，降低煤耗。低溫的鍋爐回水及凝結水進入聚四氟乙烯換熱器后，吸取煙氣的熱量，溫度得到提升后進入溫度較高的一級加熱器，水的熱量釋放后回到聚四氟乙烯換熱器繼續循環。這種方式提取了煙氣中的廢熱，減少了煙氣中的酸性及大顆粒粉塵數量，起到了節能減排的作用。具體工藝路線如圖2所示。

圖2 余熱加熱凝結水流程圖

（3）利用煙氣余熱加熱水暖系統熱網循環水，提高熱效率，降低煤耗。此種方式適合于有供熱需求的區域，溫度較低的熱網回水進入熱泵，熱泵提取了循環水的熱量傳遞給熱網回水，加熱熱網回水后繼續供暖。循環水則是提取了煙氣中的廢熱。這種方式提取了煙氣中的廢熱，減少了煙氣中的酸性及大顆粒粉塵數量，起到了節能減排的作用。具體工藝路線如圖3所示。

圖3 余熱供暖流程圖

4 結論

根據熱平衡原理，得到傳熱速率方程：

冷介質和熱介質熱交換平衡方程式：

計算得出余熱回收量之后，根據現場相關價格計算經濟收益。

5 經濟性分析

（1）以天津某電廠330 MW機組為例，在脫硫塔后、煙囪前設置聚四氟乙烯換熱器，用于提取低溫煙氣余熱，減少煙塵排放量。根據實際測試數據分析其經濟性，其中工業水價按照7元/t，標煤價格按照600元/t，計算項目整體收益，詳見表1。

（2）金屬換熱器和聚四氟乙烯換熱器兩者之間的性能對比如表2所示。

（3）凈化、除塵功能。煙氣經過聚四氟乙烯換熱器后降溫，隨之大量的水蒸氣在聚四氟乙烯換熱器的小管徑密集管束外表面凝結成水膜，煙氣中的粉塵顆粒、SO2、H2SO4、（SO3）氣溶膠、HCl等酸性氣體流經密集管束時，充分與密集管束外表面的水膜接觸、粘結、吸附，隨凝液一起凝結排入地坑，并對管束外表面進行定期噴淋沖洗，達到超凈化除塵的目的。

表1 聚四氟乙烯換熱器參數表

表2 性能對比

6 結語

綜上所述，聚四氟乙烯換熱器憑借自身特有的防腐蝕性能及本身的換熱性能，對比金屬換熱器更具經濟性，并且維護費用低，一次安裝。聚四氟乙烯換熱器正常使用壽命在15～20年左右，使用過程中運行成本低，只是涉及到循環水、部分噴淋水水泵的用電，其他無耗能部件，基本不需維護。隨著國家環保要求的日趨嚴格以及人們節能意識的增強，其在工程領域的應用前景十分廣闊。

[參考文獻]

[1]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]王巖.氟塑料低溫省煤器在燃煤電站的應用[J].能源與節能，2013（5）：119-120.

[3]孫金棟，魯國麗，賈力.新型煙氣冷凝節能與脫硫裝置研究[J].環境污染治理技術與設備，2002（8）：79-82.

[4]崔永章，錢申賢.翅片換熱器中天然氣煙氣的冷凝傳熱[J].山東建筑工程學院學報，2000（2）：41-45.

[5]笪耀東，車德福，莊正寧，等.高水分煙氣對流冷凝換熱模擬實驗研究[J].工業鍋爐，2003（1）：12-15.

[6]王隨林，劉貴昌，溫治，等.新型防腐鍍膜煙氣冷凝換熱器換熱實驗研究[J].暖通空調，2005（2）：71-74.

[7]戴傳山，李彪，王秋香.氟塑料換熱器研究進展[J].化工進展，2011（S1）：633-636.