氟塑料换热器在电厂节能减排中的应用
刘含笑; 周林海; 吴金; 冯国华; 王少权; 陈招妹; 沈敏超; 周冰
【期刊名称】《《中国环保产业》》
【年(卷),期】2019(000)004
【总页数】6页(P18-22,26)
【关键词】内孔撑圆涨紧夹具热电厂; 氟塑料换热器; 相变凝聚器; 颗粒团聚
【作 者】刘含笑; 周林海; 吴金; 冯国华; 王少权; 陈招妹; 沈敏超; 周冰
【作者单位】浙江菲达环保科技股份有限公司 浙江诸暨311800
【正文语种】中 文
输液瓶【中图分类】X701
随着国家环保政策的趋严，燃煤烟气中颗粒物、SO2、NO x等污染物排放得到了有效控制，环境空气质量得到了一定程度改善，重点区域雾霾天数，尤其是重度雾霾天数呈减少趋势。但我国大气污染物排放依然是量大面广的局面，且环境空气质量与西方发达国家存在明显差距[1～5]。2015年9月6日，浙江省经信委等部门联合发布《浙江省地方燃煤热电联产行业综合改造升级行动计划》，要求省内所有热电厂全部实施超低排放，并要求完善节能指标管理。近年来“有烟羽”现象频繁引起关注，不论是视觉污染，还是近年来部分舆论关注的“可凝结颗粒物”“可溶盐”等危害，均对污染物周围居民造成一定影响[6～8]。鉴于此，上海、天津、唐山、邯郸等多个省市均陆续出台了消除“有烟羽”的相关政策，要求采用降温、升温或先降温再升温的方式，控制“有烟雨”的排放。 含不同污染物的工业烟气经烟囱排入大气，因天空背景和天空光照、观察角度等原因，视觉上通常为白、灰、蓝等。烟气排入大气后烟温降低，烟气中的水蒸汽凝结成小液滴形成白烟雾，如烟羽中含有SO3气溶胶会在光照反射时形成蓝，当烟羽中未脱除的微细粉尘、石膏液滴、可溶盐含量高，湿度大、雾滴浓时易呈现灰。因此降低湿度、控制SO3浓度、提高烟囱入口烟温，进一步脱除烟气中的细颗粒物、石膏液滴、可溶盐、SO3等是脱除有烟羽的关键。
1.1 典型烟气治理技术路线及关键设备
热电厂的典型烟气治理技术路线如图1所示。炉后含污染物的高温烟气先后经脱硝装置、烟气余热回收装置、一次除尘装置、脱硫装置（二次除尘）、湿式电除尘器（超低排放终端把关设备）、脱白装置，最后经烟囱排到大气环境[9～11]。 节能、减排、脱白等环节的典型技术及装备如图2所示。热电厂锅炉一般采用煤粉炉或循环流化床锅炉（CFB），且煤粉炉居多。
图1 热电厂典型烟气治理技术路线
分子动力学仿真
图2 现有节能、减排、脱白技术及其关键设备
在污染物控制方面，针对氮氧化物控制，煤粉炉可采用低氮燃烧+SCR脱硝技术，循环流化床锅炉可采用低氮燃烧+SCR脱硝或低氮燃烧+SNCR脱硝技术；针对烟尘控制，一般采用一次除尘+二次除尘或湿式电除尘器（WESP）终端把关的方式，一次除尘可采用电除尘
（ESP）、袋式除尘（FF）或电袋复合除尘（EF）技术，其中，电除尘技术应用最多，约占70%，电除尘技术可采用低低温电除尘技术（LL-ESP）、旋转电极式电除尘技术（MEEP）等，二次除尘主要是靠湿法脱硫（WFGD）的高效协同除尘功能；针对二氧化硫控制，可采用的技术有石灰石-石膏湿法脱硫、氨法脱硫、海水脱硫或半干法脱硫等，其中，石灰石-石膏湿法脱硫应用最多，超过90%。
在节能方面，主要采用布置换热器的方式回收烟气余热，再将烟气余热作为电厂固有热力系统的一级低温热源（如汽机回热系统的一级低加），或用于加热最终排烟，以提升排烟温度。根据换热器布置位置不同，可分为电除尘器前烟气冷却器（FGC）和湿法脱硫前烟气冷却器（FGC）。
在烟气脱白方面，主要是通过烟气再热器（FGR）加热排烟温度的方式，减少白烟排放的天数。
沥青阻尼板1.2 现有技术存在的问题
1.2.1 节能技术
烟气余热回收使用的烟气冷却器目前多为金属管式烟气冷却器，当布置在电除尘器前时，为避免低温腐蚀，要求灰硫比不小于100，对于高硫煤（Sar＞2%），依然会存在腐蚀风险；对于高灰煤，则存在堵灰和磨损风险；目前超低排放机组，SCR脱硝喷氨量较高，过量喷氨会导致在烟气冷却器内，冷凝后的SO3与氨气反应，生成硫酸氢铵，进一步加重了堵灰现象[12]。
当金属管式烟气冷却器布置在湿法脱硫前时，因烟气中的烟尘浓度较低，当烟气温度降至酸露点以下时，冷凝后的硫酸雾没有足够的飞灰吸附、中和，会引起换热管壁的低温腐蚀。
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1.2.2 末端减排技术
当颗粒物超低排放主要依靠一次出尘和湿法脱硫协同除尘时，湿法脱硫的协同除尘效率不能低于70%，此时脱硫系统阻力较高，一般在2300Pa以上，且脱硫塔内主要依靠惯性捕集飞灰颗粒，结构较为复杂，且易损件较多。一般而言，湿法脱硫设计的最佳协同除尘效率在70%～80%负荷，当负荷较低时，流速不够，惯性除尘性能大幅下降；当负荷较高时，阻力会升高，并会加剧浆液携带和液滴破碎，造成除尘效率下降。
湿式电除尘器作为超低排放终端把关设备，可实现极低的颗粒物排放，根据阳极板型式的不同，可分为金属板式湿式电除尘器和导电玻璃钢管式湿式电除尘器。
金属板式湿式电除尘器主要存在的问题有：1）对于烟气流速较高、烟气中SO3含量较高的湿电普遍存在运行电流低，参数不稳定的问题，即电晕封闭问题；2）个别项目还存在极少数阴极线焊接热影响处有裂纹，少部分极线下端点焊处脱焊的现象；3）电厂运行维护操作时，若不按照设计要求进行外排水及补充新水时，将会造成内部水系统悬浮物（SS）浓度太高，特别是入口颗粒物浓度较高时，易引起喷淋水管堵塞、循环水泵叶轮结垢、极板和极线积灰、喷嘴磨损等问题；4）WESP耗水、外排水量相对较多，如直接外排，需增设废水处理系统，如进入脱硫塔补水，则会增加脱硫废水处理负担[13-14]。
导电玻璃钢管式湿式电除尘器主要存在的问题有：1）玻璃钢阳极管耐高温性能不如金属板板式，通常入口烟气温度要求小于90℃，运行过程中，当前面烟气处理设备出现故障，致使入口烟气温度过高时易引起玻璃钢阳极管软化变形，遇火花，则会发生安全事故；2）玻璃钢阳极管易发生闪络击穿，因此应严格控制火化率，必要时需限流降压，去除颗粒物效率不稳定，且去除效率随着运行时间增长而有所降低；3）采用间断喷淋冲洗，喷淋时需断
电或降压，冲洗时会影响除尘效率；4）阳极管导电层采用手糊方式制作，质量难以保证，运行时容易脱落，遇火花，则更为严重，当阳极管较长，喷淋水量不足时，极管下部容易积垢，影响除尘性能；5）废旧阳极管较难处理，易造成二次污染。
1.2.3 脱白技术
烟气再热器目前主要有回转式烟气再热器和金属管水媒式烟气再热器，前者因泄漏、堵塞、腐蚀等问题，国内项目已悉数拆除。日本的烟气再热器多采用普通碳钢，但需定期更换。前端换热材料采用2205，中段换热材料采用316L，后端换热材料采用ND钢，国内尚缺少长期运行的工程经验，金属材料仍存在一定的腐蚀风险。
2 现有技术的简单叠加不可取
环保形势严峻，政策趋严，热电厂的节能、减排、脱白改造势在必行，但将节能技术（金属管式烟气冷却器）、减排技术（除尘脱硫一体化或湿式电除尘器）、脱白技术（金属管式烟气再热器）简单串联叠加并不可取，一方面会大大增加投资费用，且占地面积大，现有电厂多经数次改造，较难有空间布置多余设备；这些设备叠加后，系统阻力大幅增加，
引风机出力不够，一般烟气冷却器阻力≤450Pa，除尘脱硫一体化为2300Pa，湿式电除尘器约200Pa，烟气再热器≤550Pa；金属管换热面腐蚀严重，影响设备正常运行。
鉴于此，需要从多污染物协同控制，低成本、低能耗、高收益，攻克低温腐蚀等方面寻求突破，打破现有技术叠加不能满足热电厂环保亟需的技术困局。
3 氟塑料及氟塑料换热器
3.1 氟塑料
氟塑料具有优异的耐高、低温性能，耐温范围-195℃～+250℃（常压下），长期使用温度为-100℃～+250℃。化学稳定性突出，几乎可以耐所有的化学溶剂和酸、碱；润滑性能好（低摩擦系数，相接近的静力和动力摩擦系数），具有优良的不黏性、不吸水性、耐大气老化性能等。
用于制备换热器的氟塑料材质一般有PTFE、PFA，PTFE热稳定性优于PFA，一般为PTFE制备换热管束，采用PFA制备相关配件。
3.2 氟塑料换热器
根据管径尺寸，氟塑料换热器可分为小管径换热器和大管径列管式换热器，如图3所示，其中小管径的内径尺寸一般在10～14mm，大管径的内径尺寸一般为50mm。综合热力、烟气压降、水侧压降、管子承压、管子刚度等影响及经济性考虑，壁厚一般取1mm左右。氟塑料换热器采用模块化设计，管束一般包含有600～5000根管子，管管之间用氟塑料卷板互相隔开并固定。
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