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电厂氟塑钢空预器的传热与积灰性能研究

北极星环保网来源:浙江大学学报 杨继虎2018/7/6 11:34:03我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:空预器 空气预热器 换热器

北极星环保网讯:介绍一种新型氟塑钢管板式空气预热器(氟塑钢空预器).与纯PTFE空预器相比,氟塑钢空预器综合聚四氟乙烯(PTFE)材料的耐腐蚀、不易积灰和不锈钢材料良好的传热性能和机械性能,成本大大降低.理论分析表明,相比不锈钢空预器,氟塑钢空预器多了一层氟塑料,由此产生的空预器传热能力减弱的影响可以接受.

某污泥焚烧电厂的测试结果显示,清灰前和清灰后,氟塑钢空预器的传热系数均大于搪瓷空预器,污垢热阻均小于搪瓷空预器.对氟塑钢及搪瓷换热管表面烟灰的EDS及XRD分析显示,在酸环境中,搪瓷管与烟气中氧气及水反应生成铁的氧化物和铁的水合氧化物附着在换热管表面,而氟塑钢空预器几乎没有发生低温腐蚀.氟塑钢空预器可在电厂恶劣的低温腐蚀环境中应用.

电厂低温空气预热器(空预器)是锅炉中必需的换热设备.一般燃煤锅炉,排烟温度每降低15~20℃,锅炉热效率提高大约1%[1].随着节能减排的需要,锅炉排烟温度不断降低,低温空预器等锅炉尾部受热面受到腐蚀、堵灰等问题的强烈挑战[2].

大量研究表明,对烟气中酸灰耦合作用[3]导致的电厂低温烟气段材料腐蚀和积灰问题,可采用耐腐蚀材料的换热器有效防止[2].氟塑料具有优良的化学稳定性.高润滑和不黏性,可作为耐腐蚀换热管材料,用其代替金属换热管有着很多优点[4-5].氟塑料特别是聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)早就进入换热领域[6].El-Dessouky等[7]研究将PTFE换热装置应用于海水淡化;

Saman等[8]将平板式塑料换热装置应用于减湿器和蒸汽冷却器.Jia等[9-10]将塑料换热器应用于烟气的余热回收系统;胡亚才等[4]研究了塑料换热技术应用在制冷机上的可行性;He等[11]分析了含氟聚合物应用于冷凝式换热器的机械、摩擦和传热特性;Trojanowski等[12]提出将高分子聚合物换热器应用于冷凝式锅炉;

Zhuang等[13]研究了带有矩形微观结构的金属聚合物换热器热耗散性能的影响因素;陈林等[14]验证了聚四氟乙烯具有低表面能及超强防腐蚀抗垢能力,并提出使用改性聚丙烯(polypropylene,PP)塑料翅片换热器可以使塑料换热器的换热效果接近钛、铝和铜材料换热器的换热效果[15].

高分子聚合物换热器的最近研究成果可参考文献[16].高性能氟塑料价格十分昂贵,氟塑料还有导热系数低、结构强度低、刚度小、加工困难等缺点.探索新的性能更加可靠的防腐蚀、抗积灰换热器是当前电厂发展的必然要求.

本文介绍一种氟塑钢复合管制成的电厂低温空预器氟塑钢管板式空预器(氟塑钢空预器),相比传统钢制空气预热器,不易发生低温腐蚀、沾灰结渣等问题;相比纯塑料换热器,氟塑钢复合管内层是不锈钢管,在烟气冲刷作用下,不易发生抖动变形.通过现场测试分析获得氟塑钢空预器运行过程中的传热、积灰特性.

1氟塑钢管板式空预器

实验中氟塑钢管板式空预器[17]的换热管(氟塑钢管)为氟塑料管包覆不锈钢管制作而成,胀接管采用304不锈钢管,直径为38.0mm,厚0.5mm,外部复合的氟塑料厚为0.5mm.实际尺寸如下:直径为39.0mm,厚1.0mm,空气侧流通内径为37.0mm,氟塑钢管胀接在空预器管板上,氟塑钢空预器实物图如图1所示.

电厂低温空气预热器

图1氟塑钢空预器实图

综合氟塑料防腐蚀和防堵优异性能和不锈钢管导热系数大、机械强度和刚度大,且具备一定的防腐性,开发一种氟塑钢复合管.该管相比纯氟塑料管导热性能更好,刚度更大,强度更高,更可耐高压,可采用传统工艺加工成各种换热器,同时大大降低成本.与搪瓷钢管相比,氟塑钢复合管不易产生加工裂纹,可不考虑钢材线胀系数影响.氟塑钢空预器既能防止空气预热器低温腐蚀,又能使氟塑料管束在烟气冲刷下保持原设计形态、不易发生抖动变形.

为考察氟塑钢复合管在低温烟气中的抗腐蚀和抗积灰性能,设计一台氟塑钢管空预器应用于某电厂的污泥焚烧锅炉,空预器安装位置图如图2所示.烟气从上向下流动,氟塑钢空预器安装在烟气低温段,替换了原镀搪瓷钢制管板式空预器(搪瓷空预器)的1/3,与其并排的2台空预器为搪瓷空预器.

电厂低温空气预热器

图2氟塑钢空预器安装位置图

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