蔡　冰

回收烟气余热的特种耐腐蚀塑料换热器的性能分析

蔡冰

（洛阳智达石化工程有限公司，河南洛阳 471000）

烟气余热回收是能源生产和消耗中所遇到的不可避免的重要问题，电力生产过程中，在能源消耗和环境保护两方面压力的影响下，加大电力生产中的热资源回收与利用成为了一大核心问题。当前对余热回收的诸多研究集中在余热的利用效率，以及如何有效的解决换热器的防腐蚀问题。当前使用特种耐腐蚀塑料作为材料，制作和生产的换热器可以有效地解决烟气余热回收中的低温腐蚀问题，从而扩大热资源回收的温度范围和回收的效率。针对当前的余热利用情况，分析两种主要的特种耐腐蚀塑料，并对这两种经典的特种耐腐蚀塑料所生产的换热器进行比较分析，得出相关的结论。

余热回收；特种耐腐蚀材料；换热器；性能

我国作为能源消耗大国，在经济得到迅速发展的同时，资源也处于不断消耗中。相关数据表明，我国一次能源消耗的总量达到了世界第一，而在火力发电的过程中，对煤炭的消耗量占据了全国煤炭消耗量的 49%。而与此同时，根据有关专家学者的计算，生产中余热资源的回收利用还不到5%。作为一个能耗大国，我们还需要进一步加强对余热回收和利用，加强对换热器的研究和生产，尽量提高余热的回收效率和回收范围。

1　当前余热利用现状分析

当前，大型火力发电站的锅炉热效率已经达到90%以上，但锅炉排烟热损失占整个发电生产全部热损失的一半以上，因此，可以说大型发电站的锅炉中蕴含着巨大的余热资源可以开发利用。根据相关研究数据表明，燃煤锅炉的排烟温度控制在120～130℃，而循环流化床锅炉的排烟温度则是超过150℃，并且无论是何种锅炉，烟气的温度变化都直接影响着锅炉的效率，烟气温度每降低20℃，锅炉效率提高1%。我们可以将这个数据进行最简单的计算，即烟气温度只降低20℃，而锅炉效率恒定提高1%，在这种假定的条件下，我国每年巨额的发电量乘以1%，最终我们可以计算出节约了多少的煤炭，而以2010年的火电为基础，可以节约近30万t的煤炭。

尽管有着极多的余热资源可以回收利用，但需要清醒认识的是，当前我国对余热资源的回收极低，整个能源消耗中的余热回收只有2%。这一方面是受到了监督管理不到位的影响，但另一方面我们更多的将其看成是技术的问题。因为技术的不足，即耐腐或防腐材料制成的换热器的研究不足，导致了利用效率的较低。根据化学知识，我们知道锅炉排放的烟气中含有硫氧化物，而硫氧化合物与水蒸气混合则会形成硫酸，硫酸作为强腐蚀的化学物品，其对换热器有着极大的腐蚀作用。硫氧化合物与水蒸气的作用需要一定的温度，这个温度较低，也就是为了防止换热器的被腐蚀，需要提高烟气的排放温度，这直接导致了能源的浪费。因而，为了提高能源的节约效率，生产耐腐或防腐的换热器，以此降低烟气排放的温度，提高整个资源回收率是一个科学可行的选择。

2　特种塑料材料在换热器上的应用

生产耐腐或防腐的换热器是当前提高余热回收效率的有效途径，而生产符合要求的换热器根本的还是在于材料的选择上。为解决这一问题，人们尝试了多种材料的换热器，包括合金、陶瓷等，但研究表明这些材料制成的换热器存在着或多或少的缺点，不足以解决当前所遇到的实际问题。但塑料材料却有着良好的耐腐蚀性能，特别是特种的耐腐蚀塑料，包括聚四氟乙烯、聚苯硫醚等塑料几乎不与强酸、强碱反应，因此极为适合制作换热器。并且这些特种塑料的使用温度都比较高，都超过了锅炉的最高排放温度，也就意味着特种塑料制作的换热器满足烟气温度每降低20℃，能耗降低1%的条件。此外，特种塑料还具有抗污塞、质量轻、成本低、易加工成型等优点。

特种塑料制成的换热器主要可以分为两大类：一是氟塑料换热器，二是导热塑料换热器。氟塑料换热器最早是由美国杜邦公司研制而成，氟塑料的热导率较低，因此需要采用薄壁细管的形式来提高换热性能。而导热塑料主要是制成整体式的翅片管换热器，其因其独特的结构和独到的设计，其在消除热阻上具有极高的效率，因此，其换热器的整体性较高。

3　经典特种塑料换热器的分析

根据上文得知，特种塑料制成的换热器主要有两种，一是氟塑料换热器，一是导热塑料换热器，而根据具体的制成样式来看，其具体主要是指管束式换热器和翅片管换热器。本节主要根据两种材料的运行参数和材料消耗特点，分析两种材料的相同与差异之处，为具体的材料选择提供参考依据。

烟气余热回收的系统结构图如图1所示，塑料换热器主要是通过烟气和冷凝水的交换作用进行余热回收，而且换热器两侧流体呈一次交叉流动。

根据上述图表，我们可以得知两种塑料换热器在整体性能上各有千秋，但管束式换热器在传热系数上优于翅片管换热器；而翅片管换热器在换热效率上优于管束式换热器，并且单位体积下的换热面积更多，也就意味着翅片管换热器的体积可以更小。需要说明的是，管束式的换热器因其材料的导热性较差，其需要采用更多的细薄管件，其总共需要近5万多根细薄直管，这在安装和维护上不具有优势，可以说存在的问题可能比翅片管换热器更多。而翅片管换热器并非没有缺点，其体积虽然较小，但其原材料消耗是管束式换热器的2倍左右。因此，综合来看翅片管换热器更具有优势。

图1　烟气余热回收的系统结构图

在上述烟气回收结构图的基础上，我们根据相关数据给出了两种塑料的运行参数（表1）和相同工况下的运行结果（表2）。

表1　塑料换热器的结构参数

表2　两种换热器相同工况下的运行结果

［1］ 李丹丹.聚偏氟塑料管式换热器烟气余热回收的应用研究［D］.北京建筑大学，2015.

［2］ 王巧丽.余热回收翅片管换热器传热与流体力学特性研究［D］.华南理工大学，2012.

［3］ 王哲.烟气余热回收换热器的换热及经济性研究［D］.河北工程大学，2015.

Special Corrosion-resistant Plastic Heat Exchanger Performance Analysis of Flue Gas Waste Heat Recovery

Cai Bing

The flue gas heat recovery is inevitable that the major important issues of energy production and consumption in the face，the power production process，under the influence of pressure to protect both the environment and energy consumption，increase power production heat recovery and utilization of resources has become a major core issues.Waste heat recovery for many current research focuses on the efficiency of waste heat，and corrosion problems how to effectively solve the heat exchanger.It is currently considered as the use of special corrosion-resistant plastic materials，manufacture and production of heat exchangers can effectively solve the flue gas waste heat recovery of low temperature corrosion problems，thereby expanding the range of temperature and heat recovery efficiency of resource recovery.In this paper，the current situation of waste heat utilization，analysis of two major special corrosion-resistant plastic，both classic and special corrosion-resistant plastic heat exchanger produced a comparative analysis，draw relevant conclusions.

waste heat recovery；special corrosion-resistant materials；heat exchanger；Performance

TK172

A

1003-6490（2016）06-0040-02

2016-06-06

蔡冰（1987—），男，浙江宁波人，助理工程师，主要研究方向为热能与动力。