氟塑料低温省煤器在热电厂烟气余热回收中的应用

毛双华 多文明 姜国强 王浩添

（浙江巨化热电有限公司，浙江 衢州 324000）

降低电厂排烟温度，提高锅炉安全可靠性一直是热电厂节能减耗的重要研究方向。为了更好利用锅炉排烟废热，人们已经进行了许多努力，比如玻璃管空气预热器、冷凝换热器、热管回收排烟余热制冷、振打清灰装置以及热管空气预热器等[1-4]。而利用电厂烟气加热除盐水是一种经济效益明显的余热回收利用方式。

近年来，国内外对锅炉烟气余热加热除盐水开展了一系列研究[5-8]。国外Nider-aussem电厂采用旁路烟道技术，把余热换热器设置在与空气预热器并联的旁路烟道中，利用多级烟水换热器充分降低排烟温度，在保证空气预热器所需热量的前提下引入部分烟气到旁路烟道内加热锅炉给水，是目前报道的节能效果较好的在运行机组系统[9-10]。燃煤电站排烟热损失约占锅炉热损失的60%～70%，利用低温省煤器可有效利用这部分热损失，降低煤耗，提高全厂热效率。现阶段国内普遍采用ND钢（09CrCuSb）作为低温省煤器管排材质。虽然ND钢价格便宜，有一定的抗腐蚀性，但经过几年运行，仍存在因腐蚀而更换管排的情况。这不仅提高了投资成本，降低经济性，同时影响了全厂安全稳定运行。

某热电厂9#炉（135 MW机组锅炉，蒸发量440 t/h）排烟温度为130～145℃，而这一部分热量作为锅炉最大的热损失随烟气被直接排放到大气中，降低了能源利用率。为大幅度降低排烟温度，回收烟气热量，同时为解决常见低温省煤器腐蚀问题，尝试使用氟塑料替换现阶段常规材料（ND钢）用作新型低温省煤器换热管。

1 技术可行性

该新型低温省煤器将小直径氟塑料软管用作低温省煤器的换热管。氟塑料低温省煤器在欧洲大型机组上成熟使用多年，证明在低温烟气条件下具有杰出的材料性能，可以在各种工况下保证电厂长期安全稳定运行。

本项目选择聚四氟乙烯（PTFE）做为低温省煤器换热管材质，主要考虑了其以下特点：高温条件下力学性能的稳定性；自由能低使得表面基本不结垢；分子吸引力小，导致流动摩擦阻力较常规金属材料小很多[11]。

本项目中将换热管设计为直径小、管壁薄的换热结构，使得其对于常规金属换热管排具有以下特点：

1）氟塑料低温省煤器的换热面积大，换热系数高（约是金属鳍片换热器的2～3倍），同时体积小；

2）PTEE力学性能极稳定，耐磨损；

3）化学性能稳定，在高低温情况下（-192～250℃）具有较高的耐腐蚀性[12]；

4）换热管管壁表面光滑，且PTEE材料自由能低，很难被其他物质附着，再加之设计特点，使其很难积灰结垢；

5）管束可按需要制成各种特殊形状，以适应现场条件要求。换热管径小，一般为5～10 mm，壁厚0.5～1.0mm；

6）具有优良的耐侯性，在大气环境中不氧化不降解，寿命可达15～25 a。

综上所述，PTFE做为新型低温省煤器换热管材质，与国内换热器常规材料ND钢进行比较，除了具有换热面积大、性能稳定、耐磨损且不易积灰结垢等特点，最重要的是可有效防止低温酸腐蚀，这解决了长期以来国内预热换热器所存在的问题，这也将大大提高烟气余热效率，增加全厂经济效益[13]。

2 设计方案

2.1 锅炉参数

该厂9#炉系型号为“SG-440/13.7-M782”，主要参数如表1。

表1 9#炉主要参数Tab 1Main parameters of 9#furnace

2.2 布置方案

9#炉后1#和2#引风机出口烟道布置氟塑料低温省煤器，将锅炉排烟温度降低到100℃以下，加热60 t/h除盐水，温度升高约 85℃，加热后的除盐水送至大气式除氧器，并经中继水泵泵入邻炉给水系统。

现阶段，低温省煤器在原机组上的布置方式主要有2种：一是将低温省煤器布置在空气预热器出口以及布袋除尘器进口之前，二是将低温省煤器布置在引风机之后以及脱硫吸收塔进口之前。

第1种方案低温省煤器布置在布袋除尘器的后面，使换热器后烟气流量降低，相应设备容量减少。但烟气经过低温省煤器后的温度降低，接近于酸露点温度，将对其后面设备造成腐蚀。同时已其占地空间较大将增大技改项目难度。

第2种方案，由于低温省煤器后面主要设备为脱硫吸收塔，而塔内本为酸性环境，并不存在第1种方案中所提到的设备腐蚀问题。且将换热器放于电除尘的后面，更减少了磨损积灰的可能性，这将对机组稳定运行起到很大的作用。

经过技术比较，第1种方案改造难度较大，并存在设备腐蚀隐患；而第2种方案恰好能够避免这种影响，而且其占地空间较小，对于机组技改项目难度将大大降低。经此比较，方案2更符合该厂9#炉排烟预热回收项目。

锅炉排烟余热回收系统流程如图1。

图1 锅炉排烟余热回收系统流程Fig 1 Process ofwaste heat recovery system of boiler venting smoke

布置氟塑料低温省煤器需对现有烟气通道进行改造，将5组换热器布置于烟气主通道。改造需对烟气管道上下进行扩口以留出安装空间。低温省煤器布置及烟道尺寸的改变需与脱硫改造设计对接。参见图2。

图2 低温省煤器的布置Fig 2 Arrangementof low temperature economizer

2.3 设计参数

为判断低温省煤器后烟道是否需要防腐处理，应计算出额定工况下烟道内烟气酸露点温度。采用烟气酸露点计算公式计算：

式中，t1d为烟气的露点温度，为水蒸汽露点温度。β为常数，当过量空气系数α=1.4～1.5时，取129；当α=1.2时，取121。S和A为收到基的“折算硫分”及“折算灰分”。αfh为飞灰系数，取0.7。

氟塑料省煤器换热量设计按锅炉额定负荷工况（440 t/h）。引风机后烟气的过量空气系数取1.4，排烟温度取135℃，飞灰系数取0.7。具体参数如表2。

2.4 技术风险分析

1）低温省煤器布置在9#炉空气预热器之后，且回收的热量没有进入9#炉系统，对9#机炉效率没有影响；

2）根据9#炉入炉煤的分析数据，计算出额定工况烟气酸露点为88℃。烟气温度有可能降低到酸露点以下，烟道面临腐蚀的风险，故到脱硫塔之间的烟道需要做防腐处理；

表2 氟塑料管换热器参数Tab 2 Parameters of heatexchangerwith fluorine plastic pipe

3）费用主要是设计、建造、安装、设备采购制造以及调试等，设备年损耗及维护费用较低。

3 运行经济性分析

就低温省煤器通过热力系统计算方法对全厂的经济效益进行分析。基础条件为：发电设备年利用7 000 h，按照到厂标煤价800元/t计。

低温省煤器在烟道中加热除盐水获得的热量Q由下式计算：

式中，qm为除盐水质量流量，c为水的比热容，Δt为除盐水的平均温差。

通过计算，低温省煤器在烟道中加热除盐水获得热量为32.45 GJ/h。将热量折算成0.49MPa的蒸汽为7 t/h，折算成标煤为0.506 t/h，以1年运行7 000 h计，年可节约标煤约3 542 t，年创效约283万元，且对9#机炉的正常运行不产生任何影响。

同时在常规燃煤锅炉烟气石灰石——湿法脱硫系统中，工艺水用量较大。烟气要经喷淋烟温降至60℃左右，安装氟塑料低温省煤器可以节省约70%脱硫工艺水，年增收约25万元。

4 结论

1）新型锅炉排烟余热回收利用装置——氟塑料低温省煤器投运以来已初显成效，为稳定机组生产、提高机组热效率、实现环保排放以及节能减排等目标发挥了重要作用。

2）氟塑料低温省煤器能很好解决湿法烟气脱硫装置结垢堵塞冲刷问题，同时有利于烟气中SO3的溶解、吸收，使脱硫塔内烟气流速降低，减少“石膏”逃逸，起到节省能源、提高锅炉安全可靠性的作用。

3）排烟温度从135℃降低到100℃，年节约标煤3 542 t，全年收益308万元，预计5年内收回节能改造投资。该方案投资回收期短，经济效益显著，能源利用率高，效果明显。

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