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氟塑料在电厂低温换热器上的应用
2016-05-31 10:44:16来源:清洁高效燃煤发电
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     余热回收利用是发电厂为了降低排烟温度,回收热量的一种方式,目前多采用翅片管式、热管式换热器,其换热能力主要受到低温腐蚀的限制。为进一步降低烟温,采用氟塑料换热器,能够防止酸腐蚀,并将烟气温度降至100℃以内。

      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。目前国内低温换热器制造材料大多选用抗酸露点腐蚀钢ND钢(09CrCuSb),虽可以有效减缓低温腐蚀,但不能根本解决低温腐蚀问题。

      1.氟塑料换热器的技术可行性

      氟塑料低温换热器是以小直径氟塑料软管作为换热管束的换热器。常用的氟塑料有聚四氟乙烯(PTFE,F4),聚四氟代乙丙烯(PEP,F46)和可熔性聚四氟乙烯(PFA)。其是一种可以在较高工作温度和压力条件下仍具有耐强腐蚀性的换热器。由于氟塑料与金属材料在物化性质的差异,逐渐被节能领域所重视及应用。通过不断完善,氟塑料换热器将得到越来越广泛的应用。下表是氟塑料与金属换热器的对比。

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      1.1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240h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。

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      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。

      1.3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(见图1)。常用的管子规格有多种﹐壁厚约为1mm。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。

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      2.氟塑料换热器的实际应用

      壁厚小于1mm的小直径氟塑料软管可在≤1.0MPa的压力下长期安全工作。我公司氟塑料低温换热器用于加热凝结水和热网回水,由于凝结水压力大于氟塑料软管的安全工作压力,故系统设置上采用间接换热形式,即烟气在低温换热器外和低温换热器内闭式循环水进行热交换,吸收烟气余热的闭式循环水通过板式换热器对凝结水(或热网回水)进行二次热交换,将热量再传给凝结水(或热网回水)。

      2.1我公司烟气余热回收布置

      我公司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。循环水(即低省循环水)系统为闭式循环系统,由低省循环泵、低省混水泵驱动,经过FGC2、FGC3吸收烟气热量,经过凝水高温板换(热网水板换)、凝水低温板换放出热量。同时降低进入#2脱硫塔入口烟气温度,降低脱硫塔补水量;冷凝脱硫塔出口烟气,回收水分进入烟塔,降低粉尘等污染物排放浓度。换热器每个换热模块都设有独立的进出口温度、压力监测点,实时监视进出水的水温、差压变化,如果发生异常,可以判断是否发生漏泄和堵塞现象,如果严重可对其进行单独隔离,便于检修。每个换热模块都设有冲洗母管,独立控制,可根据换热器差压的变化决定冲洗周期。系统布置如图2所示。

      2.2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℃。

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      2.3运行调整

      氟塑料换热器运行参数的稳定与外界负荷的变化和换热器内部因素的改变有着密切的关系。只要上述因素中任何一个变动,均会影响其运行的稳定及安全性,因此,必须对换热器进行一系列的控制和调节,使换热器的参数与外界的变动或内因的改变相适应,使能达到安全和经济的运行。换热器运行时,必须控制压力、水温、水量在允许的范围内波动,以确保安全经济供水,满足需要,同时每天必须对换热器进行冲洗来提高换热效率。

      2.3.1烟气换热器水量的控制

      烟气换热器采用连续进水,变频水泵,通过变频水泵来调节进水量多少,以维持正常给水量适应于换热器负荷所需要的出水量。

      2.3.2换热器压力的控制

      氟塑料换热器运行时,应保持水压稳定,水压调节由系统补水调门自动调节。当换热器水压低于规定的工作压力时,不能满足生产工艺的要求,达不到最佳效果;当热器压力超过规定的最高允许工作压力时,则将造成超压事故。影响水压变化的原因如下:

      a.外界负荷的变化。主要反映的是烟气换热器热功率与外界热负荷之间的矛盾。烟气换热器在运行时,受热面内产生的热水不断进入出口水室又不断离开。当受热面流出出口水室的热水多于外界需求时,换热器的水压就会上升;反之,换热器的水压就会下降。

      b.换热器进口烟气量和烟温的变化,将直接导致换热器热功率的变化。换热器输出的为热水,其温度的变化是随着换热器压力值的变化而变动,温度的控制也就是压力的控制。因此换热器以热交换端的换热量调整为主调,通过改变用户侧流量来适应烟气换热器侧的参数变化。

      3.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。


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