CN102607299A - 模块式氟塑料管烟气换热器 - Google Patents

Abstract

一种模块式氟塑料管烟气换热器，包括上端设有进水口和出水口、下端设有排污口的换热器外壳，以及换热管，所述进水口处可拆卸连接有进水口端板，并且进水口端板上开有进水孔，所述出水口处可拆卸连接有出水口端板，并且出水口端板上开有出水孔，所述换热管为U形的氟塑料换热管束，并且氟塑料换热管束中的氟塑料管的进水端与所述进水孔连通，氟塑料换热管束中的氟塑料管的出水端与所述出水孔连通，在换热器外壳内、由上至下平行间隔分布有定位网。本烟气换热器采用模块式设计，可使烟气换热器的设备利用率大幅提高，本烟气换热器每间隔一定距离使用一个定位网固定氟塑料换热管束，可以防止柔性的氟塑料管在烟气的流动冲击下抖动变形。

Description

模块式氟塑料管烟气换热器

技术领域

本发明涉及一种在火力发电厂锅炉或者其他工业锅炉尾气余热回收系统中应用的烟气换热器。

背景技术

在火力发电厂锅炉或者其他工业锅炉上，设置有进行烟气余热回收用的尾气余热回收系统，在尾气余热回收系统中，一般是在湿式烟气脱硫塔入口处安装烟气换热器，通过烟气换热器回收烟气余热。烟气换热器作为烟气余热回收系统的核心设备,决定着余热回收系统的性能。烟气余热回收的意义重大，这是因为烟气余热回收既可以将烟气的余热加以利用，又可以使进入烟气脱硫塔的温度降低,减少对脱硫喷淋浆液中的水分的蒸发,降低水耗。

但是，由于燃煤等化石燃料中含有硫磺等成份，所以在火力发电厂锅炉或者其他工业锅炉中燃烧时，会产生含有二氧化硫SO₂、三氧化硫SO₃、氯化氢HCL、氟化氢HF等腐蚀性气体的烟气（又称尾气），尤其是当排烟温度低于烟气酸露点时，以上腐蚀性气体会凝结浓缩，产生酸露，其腐蚀能力会更强。所以为了保护下游设备（包括空预器、除尘器、引风机、烟道、烟囱等）和烟气换热器不被腐蚀，在锅炉设计时，必须保证烟气温度在酸露点温度以上(一般在110-140℃之间),这是锅炉排烟温度不能降低的主要原因，也使得大量热量通过烟气排放至大气，造成了只能回收烟气部分余热，经济效果不够显著的缺点。

现有的烟气换热器中的换热管一般是采用普通不锈钢金属管材质，它有以下几点缺点。1、由于换热管壁面温度远低于烟气酸露点，所以在换热器低温管束的壁面会产生酸露，造成低温腐蚀；2、现有的普通不锈钢金属管材质的烟气换热器不可能实现烟气的低温换热利用，即如果想尽量多的回收烟气热量，就必须尽量降低烟气温度，而与此同时，回收的烟气热量越多，则不锈钢金属管材质的换热管上的低温腐蚀现象就会愈加严重,使得换热管的寿命难以保证，也就是说，由于受低温腐蚀限制，现有的普通不锈钢金属管材质的烟气换热器不能将烟气余热吸收过多，须保证烟气温度在酸露点以上，只能吸收烟气中部分余热；3、燃用燃煤等化石燃料的锅炉产生的烟气中含有一定量的烟尘，酸露与烟尘接触，结垢问题也不可避免，具体来说，就是当烟温降低，酸露出现时，烟气中烟尘与酸露结合生成硬质垢层，附着于换热管表面，以及管束支撑板等死角位置,由于换热面积的要求，使得管束布置紧密，即使采用蒸汽吹扫等措施，也难以彻底清理干净，垢层会越来越厚，最终使得换热器气侧阻力超过设计值，甚至造成机组停机。

现有的烟气换热器中的换热管还有一些是采用可以承受低温腐蚀的特种合金钢材质，但其高昂的价格难以让人接受。也有一些换热管采用金属管加防腐衬层的技术，例如烟气侧衬搪瓷，衬氟塑料，衬特氟龙涂料，喷涂二氧化硅SiO2或氧化铝Al2O3等，但由于换热器本身前后温差较大，衬硬质材料的都难以避免地发生衬层开裂，导致内部金属管局部腐蚀，最终影响设备的安全运行，此外衬氟塑料还存在价格昂贵、导热系数很低、换热器体积巨大、以及结垢后人工清理时会造成外衬氟塑料管的破损并使内部金属管腐蚀的缺点。

现有的烟气换热器中的换热管还有一些采用了完全由氟塑料材质制成的换热管，这种烟气换热器的缺点是烟气换热器中的氟塑料管为柔性，在烟气的流动冲击下容易产生抖动并发生变形，不但非常容易损坏，而且换热效率也会随之变差。

此外，现有的烟气换热器结构不够合理，只要有一处换热管出现问题，则整个烟气换热器都需要停运以配合检修，所以非常不方便，需要改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块式氟塑料管烟气换热器，要解决传统的烟气换热器结构不够合理、维修不方便的技术问题；并解决传统的采用了氟塑料管的烟气换热器容易损坏和换热效率容易变差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种模块式氟塑料管烟气换热器，设置在烟气通道中，包括上端设有进水口和出水口、下端设有排污口的换热器外壳，以及设置在换热器外壳内部、连接在进水口与出水口之间的换热管，其特征在于：所述进水口处螺栓可拆卸连接有进水口端板，并且进水口端板上开有进水孔，所述出水口处螺栓可拆卸连接有出水口端板，并且出水口端板上开有出水孔，所述换热管为U形的氟塑料换热管束，并且氟塑料换热管束中的氟塑料管的进水端与所述进水孔连通，氟塑料换热管束中的氟塑料管的出水端与所述出水孔连通。

沿所述换热器外壳的纵向方向可设置一排进水口和一排出水口。

所述换热器外壳靠烟气出气一侧设置进水口、靠烟气进气一侧设置出水口。

在换热器外壳内、可由上至下平行间隔分布定位网，该定位网由平行间隔分布的定位网纬线和平行间隔分布的定位网经线组成，所述定位网纬线和定位网经线均为刚性的耐高温耐腐蚀材质，所述氟塑料换热管束中的氟塑料管从定位网纬线和定位网经线围成的的孔格中穿过。

沿定位网的纬线方向、所述氟塑料换热管束中的氟塑料管顺序设置在定位网的孔格中，沿定位网的经线方向、所述氟塑料换热管束中的氟塑料管跳格设置在定位网的孔格中。

所述定位网纬线和定位网经线围成的的孔格的纬向宽度可为2mm～10mm，经向宽度可为2mm～15mm。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明是一种能够耐低温腐蚀、防垢能力强、能长期安全可靠运行的烟气-水间接换热器，具有结构合理、易于操作管理、耐腐、防结垢的特点。烟气换热器中的换热管采用氟塑料材质，能有效解决烟气换热器的腐蚀问题和结垢问题，并高效回收烟气余热，节约能源。此外，烟气换热器中的换热管采用氟塑料材质，实现了低温换热，也就是可以使烟气余热回收系统在最大可能的回收烟气余热的同时，减弱换热管的低温腐蚀现象，换句话说，就是在达到了最大的节能效果的同时，使换热管的寿命得以保证，使烟气换热器可靠性大幅提高。

本发明采用模块式设计，模块式设计包括一个或若干个可拆卸连接在换热器外壳上的换热模块，换热模块包括有进水口端板、出水口端板和氟塑料换热管束。采用模块式设计的最大好处是拆卸容易，便于设备检修维护，这是因为换热模块的进出口处设置有关断阀（参见图9、图10），当为一个换热模块时，如果出现管束泄漏问题，可以关断该处的关断阀，然后可以将其卸下来维修或者更换，当有若干个换热模块时，如果某一换热模块出现管束泄漏问题，可以关断该处的关断阀，然后在其它换热模块运行的情况下，将出现问题的换热模块隔离出来单独检修或更换。这种设计可以使烟气换热器的设备利用率大幅提高，不再发生因管束泄漏而造成烟气换热器整体停运的问题。此外，由于氟塑料换热管束为柔性的，所以采用了氟塑料换热管束的换热模块拆卸起来比较方便。

本发明用柔性氟塑料换热管束代替金属换热管束等材质，制作出了能够耐腐蚀、防结垢的新型烟气换热器。烟气换热器的换热管采用氟塑料挤压成型，克服了常规金属换热管在烟气条件下普遍存在的低温腐蚀、结垢、磨损问题。氟塑料化学性质稳定，是最耐腐蚀的材料之一，是制造腐蚀性介质换热器的理想材料，该材料熔点为310℃，导热率0.24 w/(m.K)，阻燃性为V-0级，抗拉强度28MPa，具有抗蠕变性、润滑性、不粘性、耐老化性、不燃性，热稳定性非常优良，同时可以长期工作在200℃下，满足电站等大型锅炉的烟气温度条件要求。

与金属材料相比，虽然柔性氟塑料换热管的导热系数是极低的，仅为0.19-0.24 w/(m.K)，但是由于柔性氟塑料换热管的耐腐蚀耐磨损特性，可以将管子做的很细，壁厚很薄，换热管管径可以设置在φ3mm～10mm之间，从而获得了极大的换热面积，所以管束的换热面积通常是常规金属管换热器（换热管直径在φ20～30mm）的5～20倍，从而达到巨大的换热能力，使换热器的整体换热系数可以达到110～175 w/(m².K)。此外，氟塑料管是柔性管，克服了传统金属管换热器的易结垢腐蚀的弊病，可提高换热器的防结垢性能，使结垢容易清理。具体来说，就是在烟气流动作用下，氟塑料管会产生小幅震动和摆动，附着于表面的灰垢难以结成大的硬块，呈疏松状态，便于清理，同时氟塑料表面不粘性的特点会使得大部分灰垢自行脱落，另外还可以采用水冲洗方式对换热管外壁的附着积灰进行清理。

所述的定位网应用在本发明中（在本发明的内部，每间隔一定距离就使用一个定位网来固定氟塑料换热管束），用于氟塑料换热管束的定位（固定），这样可防止柔性的氟塑料换热管束在烟气的流动冲击下抖动变形，还可以使各个氟塑料换热管保持间隙，使烟气顺利流通，保证烟气与氟塑料换热管充分接触换热；定位网的结构形式能够使氟塑料换热管束的定位平面不发生积灰，确保本发明的可靠运行，保证本发明的换热效率，也就是说，大大提高了氟塑料换热管束的使用寿命和运行可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是设置有两组换热模块的本发明的结构示意图。

图2是图1中的A-A剖面的示意图。

图3是图1中的B-B剖面的示意图。

图4是图1中的C-C剖面的示意图。

图5是图4中Ⅰ处的放大示意图。

图6是进水口端板的示意图。

图7是出水口端板的示意图。

图8是设置有六组换热模块的本发明的示意图。

图9是设置有两组换热模块的本发明连接在烟气通道上的原理示意图。

图10是设置有六组换热模块的本发明连接在烟气通道上的原理示意图。

附图标记：1－换热器外壳、2－进水口、3－出水口、4－排污口、5－烟气通道、6－进水口端板、6.1－进水孔、7－出水口端板、7.1－出水孔、8－氟塑料换热管束、9－定位网、9.1－定位网纬线、9.2－定位网经线、9.3－孔格、10－关断阀。

具体实施方式

实施例一参见图1-图3、图6、图7所示，这种模块式氟塑料管烟气换热器，设置在烟气通道5中，包括上端设有进水口2和出水口3、下端设有排污口4的换热器外壳1，以及设置在换热器外壳内部、连接在进水口2与出水口3之间的换热管，所述进水口2处螺栓可拆卸连接有进水口端板6，并且进水口端板6上开有进水孔6.1，所述出水口3处螺栓可拆卸连接有出水口端板7，并且出水口端板7上开有出水孔7.1，所述换热管为U形的氟塑料换热管束8，并且氟塑料换热管束8中的氟塑料管的进水端与所述进水孔6.1连通，氟塑料换热管束8中的氟塑料管的出水端与所述出水孔7.1连通。氟塑料换热管束8的两端固定在进水口端板6和出水口端板7上。所述换热器外壳靠烟气出气一侧设置进水口2、靠烟气进气一侧设置出水口3。所述氟塑料管由氟塑料挤压成型，具有柔软特性。所述换热器外壳一般为矩形，具体尺寸根据连接的烟气通道5的尺寸确定。

模块式氟塑料管烟气换热器中的冷媒介质为凝结水。换热流程为烟气在换热管外的烟气通道5中流动，凝结水在换热管内流动，水-气通过氟塑料换热管束的管壁进行换热。

沿所述换热器外壳的纵向方向设置有一排进水口2和一排出水口3。进水口2和出水口3的数量根据烟气通道5的宽度而定，一般来说最少设置一个进水口2和一个出水口3。所述进水口端板6、出水口端板7和氟塑料换热管束8组成了换热模块，一个烟气换热器中可以有一个或若干个换热模块。换热模块的数量与进水口2和出水口3的数量对应。换句话说，就是根据换热面积的要求来配置换热模块的数量，烟气换热器的凝结水的进出口可以形成多进多出形式。

参见图3，在实施例一中，沿所述换热器外壳的经线方向设置有两个进水口2和两个出水口3，同时设有两个换热模块。参见图8，在实施例二中，沿所述换热器外壳的经线方向设置有六个进水口2和六个出水口3，同时设有六个换热模块。

参见图9、图10，换热模块的进出口处设置有关断阀10，即在与进水口2连接的进水管上和与出水口3连接的出水管上设置关断阀10。关断阀使各换热模块能在运行中隔离出来检修。当烟气换热器的换热管发生泄漏时，可将其中一个换热模块分支进出水口的关断阀关闭，然后运行其它的换热模块，通过一个换热模块一个换热模块的试，判断出泄露点。判断出氟塑料换热管束泄露点所处的换热模块后，正常的换热模块开启进出水口处的关断阀，继续工作，将有故障的换热模块的进出水口处的关断阀关闭，对故障管束进行封堵后，开启其进出口处的关断阀，使烟气换热器整体投入运行，保证烟气换热器至少半负荷运行,所以总体提高了设备可用率。

参见图1、图4、图5，在换热器外壳1内、由上至下平行间隔分布有定位网9，该定位网9由平行间隔分布的定位网纬线9.1和平行间隔分布的定位网经线9.2组成，所述定位网纬线和定位网经线均为刚性的耐高温耐腐蚀材质，所述氟塑料换热管束8中的氟塑料管从定位网纬线9.1和定位网经线9.2围成的的孔格9.3中穿过。孔格9.3的尺寸根据换热管束管径确定，一般来说，孔格9.3的纬向宽度d1为2mm～10mm，经向宽度d2为2mm～15mm。定位网为耐腐蚀材质（能耐烟气中的腐蚀物质），选材原则为能够耐受200℃，有一定的刚性。

参见图5，作为最优选的实施例，沿定位网的纬线方向、所述氟塑料换热管束8中的氟塑料管顺序设置在定位网9的孔格9.3中，沿定位网的经线方向、所述氟塑料换热管束8中的氟塑料管跳格设置在定位网9的孔格9.3中。采用这种布置方式，一是可以使各个氟塑料换热管保持间隙，使烟气顺利流通，使氟塑料换热管束8的热交换效率最高，二是跳格设置可以使定位网中间留有露空部分，露空部分可以使两换热管间的积灰不能存留。

为了配合换热模块的可拆卸，定位网与换热器外壳之间的连接为可拆卸连接。当换热模块为一个的时候，定位网是一个小定位网。当换热模块为多个的时候，定位网是由对应的多个小定位网拼成的一个大定位网，相邻的两个换热模块的小定位网之间也是可拆卸连接。

图1、图3、图4和图8-图10中，实线箭头表示凝结水的走向，空心箭头表示烟气的流动方向（烟气由图中空心箭头所示横向穿过烟气换热器）。

在某600MW容量的火力发电厂锅炉烟气余热回收试验工程中，在电厂锅炉尾部烟道布置烟气换热器，吸收烟气中余热，用来向厂外供应热水。初始设计条件为：烟气换热器入口烟气流量为2610t/h，烟气入口温度123℃，水入口温度35℃，要求加热为78℃热水。如采用常规金属管烟气换热器，为防止烟气余热回收中的低温腐蚀问题，烟气温度只能降到100℃，仍有大量热能被烟气带入烟囱排放。采用本发明烟气换热器时，可以将烟气出口温度降低到60℃，可以加热720t/h热水，比使用常规金属管烟气换热器时多加热450t/h热水。

具体实例中的换热器采用特种氟塑料挤压成型Φ8×0.8mm的氟塑料管作为换热管，管束换总热面积为10620m²，由1～6号六个模块单元并列组装而成，各模块的管束换热面积为1328m²，每个模块的烟气侧进出口尺寸为1.62×11m，模块厚度为0.9m，各模块水侧进口均设置关断阀，可以单独控制各自的进水状态，各模块水侧进出口口径均为DN300mm，各模块的通水能力为170t/h，六个模块并列组装成为一个烟气换热器，烟气换热器的烟气侧进出口尺寸为13.76×11m，烟气换热器厚度为0.9m。换热器外壳采用材料为普通碳钢材料，内衬高温玻璃鳞片防腐。烟气换热器入口烟气流量为2610t/h，烟气入口温度123℃，烟气出口温度60℃，水入口温度35℃，水出口温度78℃，水流量为720t/h。运行中发现换热管束有泄漏情况，可逐次关闭1~6号模块的进出口阀门，将其中一个模块从运行状态隔离出来，其他模块继续保持工作，此时供热水能力仍高于900t/h。对隔离出的模块进行检查和维护，检修完成后开启进出口阀门，继续投入工作，该设置形式使烟气换热器的设备利用率大幅提高，不再发生因管束泄漏而造成烟气换热器整体停运状态。

在烟气余热回收系统中，由氟塑料换热管束代替金属换热管束制作出能够耐腐蚀、防结垢的本发明，节能效果好，运行稳定，设备利用率高。热水利润按10元/t，电厂年利用小时按5500小时计算，1台600MW火力发电厂煤粉炉，使用本发明后，比使用常规金属管烟气换热器时利润增加2475万元/年，经济效益显著。

Claims (6)

1.一种模块式氟塑料管烟气换热器，设置在烟气通道（5）中，包括上端设有进水口（2）和出水口（3）、下端设有排污口（4）的换热器外壳（1），以及设置在换热器外壳内部、连接在进水口（2）与出水口（3）之间的换热管，其特征在于：所述进水口（2）处螺栓可拆卸连接有进水口端板（6），并且进水口端板（6）上开有进水孔（6.1），所述出水口（3）处螺栓可拆卸连接有出水口端板（7），并且出水口端板（7）上开有出水孔（7.1），所述换热管为U形的氟塑料换热管束（8），并且氟塑料换热管束（8）中的氟塑料管的进水端与所述进水孔（6.1）连通，氟塑料换热管束（8）中的氟塑料管的出水端与所述出水孔（7.1）连通。

2.根据权利要求1所述的模块式氟塑料管烟气换热器，其特征在于：沿所述换热器外壳的纵向方向设置有一排进水口（2）和一排出水口（3）。

3.根据权利要求1所述的模块式氟塑料管烟气换热器，其特征在于：所述换热器外壳靠烟气出气一侧设置进水口（2）、靠烟气进气一侧设置出水口（3）。

4.根据权利要求1所述的模块式氟塑料管烟气换热器，其特征在于：在换热器外壳（1）内、由上至下平行间隔分布有定位网（9），该定位网（9）由平行间隔分布的定位网纬线（9.1）和平行间隔分布的定位网经线（9.2）组成，所述定位网纬线和定位网经线均为刚性的耐高温耐腐蚀材质，所述氟塑料换热管束（8）中的氟塑料管从定位网纬线（9.1）和定位网经线（9.2）围成的的孔格（9.3）中穿过。

5.根据权利要求4所述的模块式氟塑料管烟气换热器，其特征在于：沿定位网的纬线方向、所述氟塑料换热管束（8）中的氟塑料管顺序设置在定位网（9）的孔格（9.3）中，沿定位网的经线方向、所述氟塑料换热管束（8）中的氟塑料管跳格设置在定位网（9）的孔格（9.3）中。

6.根据权利要求4所述的模块式氟塑料管烟气换热器，其特征在于：所述定位网纬线（9.1）和定位网经线（9.2）围成的的孔格（9.3）的纬向宽度（d1）为2mm～10mm，经向宽度（d2）为2mm～15mm。

Images