氟塑鋼換熱器在鍋爐連排水余熱回收中的應用

錢 軍 劉方忠

(1.杭州富麗達熱電有限公司，浙江 杭州 311228；2.衢州佰強新材料科技有限公司，浙江 衢州 324022)

0 引言

進入鍋爐的給水會攜帶一定量的雜質(溶解鹽類等)，同時鍋爐在運行過程中需加入磷酸三鈉對爐水pH值進行調整，運行時汽包水不斷蒸發產生飽和蒸汽，使汽包內表層水不斷濃縮，爐水含鹽濃度不斷升高，為不影響蒸汽品質，需要將汽包表層含鹽分高的爐水連續不斷地排出爐外，使爐水品質符合《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》(GB/T 12145-2016)要求，稱為表面連續排污(簡稱連排)。排污不僅會造成工質損失，增加鍋爐補水量，也會造成大量的熱量損失，影響鍋爐熱經濟性，同時也對環境造成了熱污染。

為回收鍋爐連排水的熱量，目前常規做法是將連排水接入連排擴容器，在其中驟然降壓閃蒸，產生的二次蒸汽直接進除氧器或供他用。擴容器中余下的排污水含鹽量很高，溫度近似等于除氧器運行壓力下的飽和溫度，可通過熱交換器加熱鍋爐補水回收該部分熱量。

鑒于國家對節能減排的日益重視，能源價格不斷上漲，節能降耗成為各企業最為緊迫的任務。針對此情況，采用氟塑鋼換熱器對鍋爐的連排水余熱進行回收利用，可實現節能、環保雙重目的。

1 工程概況

杭州富麗達熱電有限公司原系統4#、5#爐與6#、7#爐分別接入兩個連排擴容器，兩連排擴容器出水共用一根母管接入定排擴容器。在項目實施中，對系統布置進行如下調整改造：

①換熱器冷卻用除鹽水在化水站出水到除氧器管道3.4m層開設一DN100的接口，接至換熱器冷卻水進口，換熱器出口管道接至4#-7#除氧器備用接口，對冷卻水再進行加熱除氧。

②在連排擴容器出水母管8m運轉層處開設一DN100三通，一路仍接至定排擴容器，作為旁路備用，另一路接至換熱器連排水進口，換熱器出水一路接至脫硫加漿箱，作為加漿用水，另一路接至脫硫事故漿液池暫存，作為備用，需要時由地坑泵打入脫硫塔回用。

2 氟塑鋼換熱器結構簡介

氟塑鋼換熱器是以氟塑鋼管為主要換熱元件的特殊材料換熱器。氟塑鋼管是將可溶性聚四氟乙烯或其他氟塑料通過熱熔方式直接成型于金屬表面，并與金屬管無縫緊密結合在一起的一種復合傳熱元件。氟塑鋼管既有氟塑料防腐、防堵的優異性能，又具有導熱系數大、機械強度和剛度大等特點。該新型復合管相比純氟塑料管具有導熱性更好、強度更高、剛度更大、耐壓更高、成本更低等優勢；相比純金屬管，具有抗腐蝕性能更好、抗污染能力更強等優勢。

本項目采用臥式浮頭式氟塑鋼管殼式換熱器(見圖1)。管束可以抽出，便于殼側和管內的清洗；管程和殼程均為2個行程，管程介質為清潔的除鹽水，殼程介質為高鹽分的連排水；管程介質和殼程介質逆向流動；換熱管選用φ16×1的不銹鋼管作為基管，基管外包覆0.3mm厚的PFA膜。換熱管排列形式為正三角形排列，換熱管與管板采用○型圈方式連接，該結構使換熱管與管板可滑動，既能消除換熱管熱應力，又方便換熱管的更換。

圖1 氟塑鋼換熱器

2.1 設計參數

氟塑鋼換熱器設計參數見表1。

表1 氟塑鋼換熱器設計參數

續表1

2.2 系統圖

如圖2所示，連排水管路設置：本項目回收4#-7#鍋爐的連排水熱量，通過連排水匯總母管一路接入氟塑鋼換熱器殼側進水口，一路通過旁路接入定排擴容器。連排水在殼程經2個行程由換熱器底部連排水出口排出，最終一路接入脫硫加漿箱，另一路接至事故漿液池。除鹽水管路設置：由除鹽水母管引出管子，接入氟塑鋼換熱器除鹽水進口，在換熱管內經2個行程后由換熱器頂部除鹽水出口排出，最終接入除氧器備用接口。

圖2 本項目余熱回收系統

本工藝既回收鍋爐連排水的全部熱能，提高了鍋爐熱效率，又回收鍋爐連排水，減少了脫硫塔補水。

2.3 運行故障分析及解決

2.3.1 運行故障分析

本設備在運行初期發現以下問題：

(1)殼程連排水進出水接口與設計圖相反。

(2)現場用手持式紅外線測溫儀對殼程連排水溫度進行測量，殼程有2個行程，分別在上下兩個行程等高處選30個測點進行測量，溫度分布見圖3。

圖3 殼側溫度分布圖

(3)從現場溫度測量(殼體外壁溫度)結果看，殼程連排水在換熱器軸向離連排水進口1/2段有溫降，在1/2段處連排水溫度即降至約20℃，后1/2段溫度保持在20℃左右，無明顯變化。換熱器周向水溫偏差很大，殼程左側水溫普遍比右側低10℃左右。除鹽水無明顯溫升。

(4)運行過程中，換熱器有嚴重的水擊現象，換熱器震動明顯，打開殼程中間排氣閥有大量空氣排出，待空氣排盡后，震動現象自動消失。

針對以上問題，我們對現場設備布置及管道連接進行了詳細檢查，研究分析得出以下結論：

①現場殼側連排水進出水接口接反，原設計管內外介質為逆流，而現場為順流。殼側縱向分程隔板與殼體之間的彈簧密封墊可能存在泄露，使連排水進水后直接通過密封墊縫隙流入出水口，沒有在殼程內流經2個行程。以上兩個因素均會造成換熱器換熱效率低下。

②由于連排水水量較小，設備安裝在標高8m層鍋爐房操作平臺上，連排水下降管在進入脫硫塔漿液罐時，對換熱器殼程進行了抽真空，導致殼程內液態水汽化，最終引起水擊現象。

③由于連排擴容器水位保持不夠，出口帶有少量蒸汽，造成突冷產生真空水擊。

2.3.2 故障解決方案

為保證設備運行安全，提出運行故障的解決方案如下：

①連排水進出口接管對調。

②增加縱向隔板與殼體之間的彈簧密封墊片。

③在連排水出口管上增加一個U型水封。

④對定排擴容器疏水閥進行維修，保證設備運行正常，使出水不帶蒸汽，同時在換熱器本體放空閥后加裝一DN20放空管，頂面高出U型水封頂部2m，使設備運行中水不溢出，并使工質側與大氣相通，消除真空水擊現象。

通過采取以上4項措施，換熱器運行故障得到解決，重新啟動運行，現已平穩運行1年，運行參數見表2。

表2 氟塑鋼換熱器運行參數

3 實際運行經濟效益計算

(1)按連排水側計算釋放熱量[1]為：

=578.26kW

式中，D1=6.47 t/h，為進入氟塑鋼換熱器排污水平均流量；I1=443.31 kJ/kg，為除氧器運行壓力(按24 kPa)下飽和水比焓[2]；I2=121.56 kJ/kg，為換熱器連排水出口溫度下飽和水比焓[2]；

(2)按除鹽水側計算回收熱量為：

=557.53kW

式中，D2= 24 t/h，為進入換熱器除鹽水平均流量；i1= 75.55 kJ/kg，為換熱器除鹽水進口溫度下飽和水比焓；i2= 159.18 kJ/kg，為換熱器除鹽水出口溫度下飽和水比焓；

(3)氟塑鋼換熱器換熱效率為：

(4)年節約標煤量為：

式中，H=8000 h/a，為設備每年運行小時數；ξ=0.92，為鍋爐熱效率；QM=29260 kJ/kg，為標煤的發熱量；

(5)年經濟效益計算

本項目利用鍋爐連排水的余熱來加熱除鹽水，基本沒有物料消耗，可忽略不計。同時，降溫后的鍋爐連排水可作為脫硫塔補水利用。

年節約水費：

年節約標煤費用：

則年經濟效益為M=M1+M2=80.3萬元/年

上式中，a=4元/噸，為工業用水單價；b=1000元/噸，為標煤單價。連排水pH值約為9.5，脫硫塔漿液pH值為5.5～5.8，對脫硫塔運行來說，可減少脫硫劑碳酸鈣的消耗量。

年節約標煤量596t，相當于年減少CO2、NOX、SO2排放分別為1664t、310kg、219kg(其中NOX、SO2分別按脫硫塔出口CEMS表實際排放濃度計算)，環境效益明顯。

以上數據均在鍋爐負荷為設計負荷73.71%的基礎上進行計算，如鍋爐全年滿負荷運行，則年經濟效益將達101.89萬元。

4 結論

①氟塑鋼換熱器用于回收鍋爐連排水沒有體現出來的低品位熱源，實現低品位熱能的資源化，達到節能、節水和保護環境的目的。

②氟塑鋼換熱器用于鍋爐連排水余熱回收中，不僅可全部回收熱量，還可回收連排水，同時減少脫硫塔補水和脫硫塔脫硫劑消耗量。

③氟塑鋼換熱器因其優異的耐腐蝕、耐結垢性能，破解了傳統管殼式換熱器用于鍋爐連排水余熱回收中易腐蝕、易結垢的難題。