火力发电厂海水脱硫后烟气加热器材质的对比研究

孙武星 韩临武 周洋毅 唐智龙

摘 要：为了研究海水脱硫后烟气加热器换热管的材质问题，以某工程为实例，分别对比了氟塑料材质、2205双相不锈钢材质加热器的业绩、耐腐蚀性能、对于压力的适应性、设备布置、投资费用、对外界系统的影响等情况。结果显示，2205材质烟气加热器在业绩上更具优势，氟塑料材质耐腐蚀性更强，但不能承受较高压力，两种材质一次性投资费用相当。

关键词：烟气加热器;氟塑料;2205;耐腐蚀

引言：

在火力发电厂电力设计中，为了满足环保排放要求，改善海水脱硫后烟囱的烟气扩散情况，需要在脱硫后设置烟气加热器[1][2][3]，从而实现烟气消白及抬升烟气高度的目的。

本文结合某实际工程项目，对比分析了氟塑料材质、2205双相不锈钢材质加热器在运用业绩、耐腐蚀程度、系统安全可靠性、一次性投资及运行经济性等多个方面，供业主方决策参考。其中本项目热源为95℃热水，供水压力为0.85MPa。

1 2205双相不锈钢加热器

1.1 金属加热器材质选择

本项目采用海水脱硫工艺，对烟气加热器造成腐蚀的主要因素为氯离子及脱硫后形成的弱酸性腐蚀环境。在以往较多的实际工程经验中，湿法脱硫后烟气加热器选用较多的是双相钢2205（低温段）+316L（中温段）+ND钢（高温段）的组合型式。经过几年时间的运行，发现中温段与高温段有一定的腐蚀，低温段未发生腐蚀现象。

经与厂家沟通，最近工程的加热器大多选择纯2205翅片管的型式，现未发现腐蚀情况。除此外，类似工程海水淡化系统中加热器材质选择也为2205。基于此，考虑将烟气加热器换热管选用2205双相不锈钢材质。2205双相不锈钢为奥氏体和铁素体两相组成的材料，具有较好的屈服强度、塑韧性、耐局部腐蚀以及较高的耐应力腐蚀破裂能力。

1.2 系统设置与布置情况

烟气加热器进水支母管依次设置手动关断阀、电动关断阀、调节阀组、过滤器、流量计，回水支母管设置电动关断阀。通过调整调节阀的开度以实现不同工况下出口烟气温度的要求。支母管进回水电动关断阀做切断系统用。

设置蒸汽吹灰系统，根据运行情况调整吹灰频率。在停炉检修时，利用离线水冲洗系统进行彻底清洗。设置压缩空气系统，作为吹灰蒸汽管道内侧维持正压、防腐蚀用。

本项目烟气加热器尺寸为3.3m（长）×8.2m（宽）×8m（高），加上前后烟道连接大小头共计长度不超过8m，总体布置较为合理，流场相对均匀。

2氟塑料加热器

2.1 概述

氟塑料作为一种高分子材料，因其特殊的分子结构而具有特别的物化特性：稳定性强、高热阻、低摩擦系数和良好的表面不黏性。随着氟塑料产品加工工艺水平的提高，氟塑料加热器被逐渐的应用到化工、电力、医药等领域。由氟塑料制成的烟气加热器具有以下特点：

1）优异的耐腐蚀性能，对烟气成分及酸露点温度无要求

2）换热管表面光滑，不积灰，不结垢，易清理

3）薄管壁，换热性能良好

4）柔性疲劳强度高，经久耐用

5）耐温耐压性能差

相比于金属加热器，氟塑料加热器由于其材质本身的特点，更适合长期在强腐蚀环境下安全工作。氟塑料加热器已经在国内外火力发电厂、石油化工等行业得到成功应用。

2.2 系统设置与布置情况

低温热水从母管引出后，依次設置手动关断阀、气动快关阀、减压阀，其中减压阀联锁阀后压力，将压力稳定至0.85MPa。气动快关阀联锁减压阀后压力，若发生超压则切除该系统。设置调节阀组，根据烟气出口温度调节热水流量。此外，由于氟塑料管径较小，对来水水质要求较高。母管需配置铁表、油表、浊度仪、电导、PH值等的监测系统，根据来水水质情况，判定是否需要切除系统。氟塑料加热器与烟气凝液存在分子间渗透，需根据来水PH值情况考虑是否需在母管设置取样加药系统。

氟塑料加热器尺寸略大于2205加热器，为2.7m（长）×12.4m（高）×7.6m（宽），加上前后烟道连接大小头共计长度不超过8m，总体布置略为紧凑，但能满足阻力要求。

3两材质换热器对比

3.1 业绩对比

由于海水脱硫项目本身偏少，用作海水脱硫后的2205双相不锈钢加热器业绩也相应偏少，了解到的海水脱硫后2205烟气加热器项目运行时间约在3年左右。而用于石灰石石膏法脱硫后的2205双相不锈钢烟气加热器项目较多。

通过调研各氟塑料厂家，各厂家虽然具有不少的运行业绩，但大多设计参数在0.4MPa，并没有在0.85MPa压力下的运行业绩。

3.2 技术优缺点对比

3.2.1 耐腐蚀性能

2205双相不锈钢在当前海水脱硫后Cl-环境下具有较强耐腐蚀性能。据厂家反馈，主要换热元件寿命不低于15年，加热器整机使用寿命不低于30年。从材料特性来说，2205加热器耐腐蚀性能不如氟塑料加热器，但从2205加热器当前运行状况来看，运行几年的换热管基本未发现腐蚀。

氟塑料加热器由于自身材料特性抗腐蚀性强，能满足长时间腐蚀条件下运行的要求。

3.2.2 加热器在当前压力下的适应性

2205加热器加热管为钢管，管道与管件为焊接连接，可满足当前压力的要求。

由于氟塑料加热器自身连接特性，大部分厂家管板与加热管采用胀接连接方式，该处成为整个加热器的薄弱点，不能保证能满足0.85MPa下安全运行。为保证系统安全、稳定性，需相应增加以下系统：减压阀、设备安全阀等阀组。由于本项目回水母管运行压力为0.55MPa，增设减压系统后，按照流体水力计算，存在无法回水的可能。

3.2.3 设备布置

从布置上来看，两者占地面积相当，烟气流场均匀，均能满足烟气阻力的要求。

3.2.4 对外界系统的要求与影响

为了保证氟塑料加热器换热系数，换热管管径一般较小，本项目各厂家选型均为φ10mm。若来水中含油、铁等不利成分过高，会存在划伤、堵塞换热管的风险。而根据运行经验，化工区加热器存在泄漏的风险，若渗油、铁较多，会影响氟塑料换热器的运行。此外，氟塑料加热器与烟气凝液存在分子间渗透，需增设取样加药系统，维持来水PH值在9～9.7之间，才能保证换热器出口热水介质偏碱性，不对管道造成酸性腐蚀。

2205双相不锈钢加热器对外界来水水质不敏感，对回水水质不造成影响。

3.3 经济性对比

结合各厂家报价情况，对比分析可以得出两方案一次性投资、运行费用基本相当。

4结论

本文以某项目工程实例的前期调研工作为基础，对比分析了氟塑料材质、2205材质加热器的业绩、耐腐蚀性能、对于压力的适应性、系统与设备布置、投资运行费用、对外界系统的要求与影响情况。结果显示，2205材质烟气加热器在业绩上更具优势，氟塑料材质耐腐蚀性更强，但不能承受较高压力，两种材质一次性投资费用相当。结合以上对比情况及根据本项目实际条件，2205材质烟气加热器方案具有更多优势。

通过本文对比研究，希望对国内外项目烟气加热器材质选型提供一定的参考，给予工程一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]李鹏.电厂脱硫系统中MGGH技术的应用分析[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（24）：137-138.

[2]王云鹏.330MW机组MGGH再热器端腐蚀原因分析及对策[J].重庆电力高等专科学校学报，2019，24（3）：32-34.

[3]李剑锋，涂淑平，孙文哲.氟塑料换热器的研究及应用进展[J].应用化工，2019，48（3）：685-687.