介紹一種新型氟塑鋼管板式空氣預熱器（氟塑鋼管空氣預熱器）。 與純聚四氟乙烯空氣預熱器相比，氟塑鋼空氣預熱器采用聚四氟乙烯（PTFE）材料制成，耐腐蝕，不易積塵。 不銹鋼材料傳熱性能和機械性能好，成本大大降低。 理論分析表明，與不銹鋼空預器相比，氟塑料鋼空預器多了一層氟塑料，導致空氣預熱器傳熱能力減弱的影響是可以接受的。

某污泥焚燒電廠試驗結果表明，清洗前后，氟塑鋼空預器的傳熱系數大于搪瓷空預器，污物熱阻小于搪瓷空氣預熱器。 熱管表面煙塵的EDS和XRD分析表明，在酸性環境中，搪瓷管與煙氣中的氧氣和水發生反應，生成氧化鐵和鐵水合氧化物附著在熱管表面交換管，而氟塑鋼空氣預熱器幾乎沒有低溫腐蝕。 氟塑鋼空預器可用于電廠惡劣的低溫腐蝕環境。

電廠低溫空氣預熱器（空氣預熱器）是鍋爐中必不可少的熱交換設備。 對于一般燃煤鍋爐，排煙溫度每降低15～20℃，鍋爐熱效率提高1%左右[1]。 鍋爐排煙溫度不斷降低，鍋爐底部受熱面如低溫空氣預熱器等受到腐蝕、堵灰等問題的嚴峻挑戰[2]。

大量研究表明，采用腐蝕材料制成的換熱器可有效防止因煙氣中的酸灰耦合而引起的電廠低溫煙氣段材料腐蝕和積灰[3]耐材料[2]。 氟塑料具有優良的化學性能 穩定性。 高潤滑、不粘稠，可作為耐腐蝕的換熱管材料，在替代金屬換熱管方面具有諸多優勢[4-5]。 氟塑料，尤其是聚四氟乙烯（ene，PTFE）早已進入熱交換領域[6]。 El- 等人。 [7]研究聚四氟乙烯換熱裝置在海水淡化中的應用；

薩曼等人。 [8] 將平板式塑料熱交換裝置應用于除濕機和蒸汽冷卻器。 賈等。 [9-10] 塑料換熱器在煙氣余熱回收系統中的應用胡亞才等。 [4]研究了將塑料熱交換技術應用于冰箱的可行性； 他等人。 [11] 分析了用于冷凝換熱器的含氟聚合物的機械、摩擦和傳熱特性； 加熱器應用于冷凝鍋爐；

[13] 研究了影響具有矩形微結構的金屬-聚合物熱交換器散熱性能的因素； 陳琳等[14]驗證了PTFE具有低表面能和超強的防腐防垢能力，提出采用改性聚丙烯（PP）塑料翅片換熱器可以使塑料換熱器的傳熱效果更好與鈦、鋁、銅材料換熱器接近[15]。

聚合物換熱器的最新研究成果可參考文獻[16]。 高性能的氟塑料價格非常昂貴，而且氟塑料也存在導熱系數低、結構強度低、剛性低、加工困難等缺點。 探索新特性更可靠的防腐防污換熱器是當前電廠發展的必然要求。

本文介紹一種用氟塑鋼復合管制成的發電廠低溫空氣預熱器。 氟塑鋼管板式空氣預熱器與傳統鋼制空預器相比，不易出現低溫腐蝕、粉塵和結渣等問題：與純塑料換熱器相比，氟塑鋼復合管內層為不銹鋼管道，在煙氣沖刷作用下不易振動變形。 通過現場試驗分析，得出了氟塑鋼空預器運行過程中的傳熱和積塵情況。 特征。

1 氟塑料鋼管板式空氣預熱器

實驗中，氟塑鋼管板式空氣預熱器[17]的換熱管（氟塑鋼管）采用氟塑管外包不銹鋼管。 復合氟塑料的厚度為0.5mm。 實際尺寸如下：直徑39.0mm，厚度1.0mm，空氣側循環內徑37.0mm，氟塑鋼管脹接空預器管板，實物圖氟塑料鋼制空氣預熱器的結構如圖1所示。

圖1 氟塑鋼空預器實物圖

結合氟塑料優異的防腐、防堵性能和不銹鋼管的高導熱性、高機械強度和剛性，并具有一定的防腐性能，開發出氟塑料-鋼復合管。 這種管材比純氟塑料管材具有更好的導熱性、更大的剛性、更高的強度、更耐高壓，可以用傳統工藝加工成各種換熱器，同時大大降低成本。 受膨脹系數的影響。 氟塑鋼空預器不僅可以防止空預器低溫腐蝕，而且在煙氣的沖刷下，氟塑管束仍能保持原設計形狀，不易晃動變形。

為研究氟塑鋼復合管在低溫煙氣中的防腐、防塵性能，設計了氟塑鋼管空氣預熱器，并將其應用于某電廠污泥焚燒鍋爐。 空氣預熱器的安裝位置如圖2所示，煙氣自上而下流動。 氟塑鋼空預器安裝在煙氣低溫段，取代了原來鍍搪瓷鋼管板式空預器（搪瓷空預器）的1/3，并排安裝的兩臺空預器是一種搪瓷空氣預熱器。

圖2 氟塑鋼空預器安裝位置示意圖

2 氟塑鋼空預器計算模型

根據電廠鍋爐手冊和電廠鍋爐原理[18-20]，氟塑料鋼管比不銹鋼管的氟塑料層更薄，采用以下熱計算模型對氟塑料進行熱計算鋼管空氣預熱器。 圓管的外表面積為 氟塑料鋼管空預器的總傳熱系數可由下式確定：

3 氟塑鋼空預器傳熱及積塵特性試驗

該鍋爐為220t/h高溫高壓循環流化床鍋爐。 煙氣依次流經水冷（過熱）板、高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器和空氣預熱器。 空預器試驗主要參照國家標準GB/《電站鍋爐性能試驗規程》[21]，氟塑鋼空預器傳熱性能試驗點如圖3所示。

圖3 煙氣、氣流及進出口溫度測量示意圖

氟塑鋼空預器性能試驗的主要設備如表1所示，根據《電站鍋爐性能試驗規程》高溫高壓不銹鋼換熱管，將斷面分成若干等面積的近正方形矩形，經度和緯線。 每個小矩形的對角線交點為測量點。 采用將測量孔插入測量點的方法測量煙氣和空氣的溫度和壓力，如圖3所示。溫度測量采用T型（康銅）熱電偶，熱電偶的測溫范圍為-200~350℃，溫度測量誤差為±0.2℃，每個測點安裝2個熱電偶，共16個測點用于測試煙氣進出口溫度。 空氣溫度測量采用探頭長度為500mm的K型鎧裝熱電偶，2只熱電偶分別布置在進風口和出風口。 溫度采集器每 10s 采集 1 組數據。

表1 氟塑料鋼管空氣預熱器性能試驗主要設備

安裝氟塑鋼空預器時，清洗與之平行的另外兩個搪瓷空預器，當搪瓷空預器和氟塑鋼空預器運行4m時，再次清洗搪瓷空預器，測試氟塑鋼空預器和清理前后搪瓷空預器的灰塵。

試驗時主要參數允許波動范圍為：主蒸汽流量為額定流量，波動范圍為±3%； 主蒸汽出口壓力為額定壓力，波動范圍為±2%。 計算的數據均取試驗期間測得的有效數據的算術平均值。 鍋爐運行的額定工況，即理論計算工況如下：主蒸汽流量220t/h，一次風總風量1.5×/h速凍，總煙氣流量為2.5×/h。 進風口空氣溫度30℃，下部空氣預熱器進口煙氣溫度155℃。 煙氣主要成分及體積分數為：N2（56.62%）、CO2（12.81%）、H2O（7.80%）、SO2（0.19%）、過量空氣（22.5%）。

4 試驗結果分析

4.1 氟塑鋼空預器傳熱性能分析

由于外購氟塑料的導熱系數遠小于不銹鋼，因此在不考慮污垢存在的情況下，氟塑料鋼空預器的理論傳熱性能比不銹鋼空預器差。 預熱器傳熱能力的影響。 在本實驗中，不銹鋼空預器的傳熱系數范圍為20~35W/(m2˙K)。

當不銹鋼空預器的傳熱系數分別為25、30、35W/(m2˙K)時，氟塑鋼空預器與不銹鋼空預器的傳熱系數之比隨包裹厚度的不同而變化氟塑料如圖4所示。

圖4 氟塑鋼空預器傳熱系數隨外購氟塑厚度的變化曲線

其中，Kg為不銹鋼空預器傳熱系數，Kf為氟塑鋼空預器傳熱系數，ψ為Kg與Kf之比； δ是氟塑料的厚度。

換熱管長4.4m，內徑37.0mm，不銹鋼厚度1.0mm。 不考慮氟塑料與不銹鋼管之間的接觸熱阻。 當氟塑鋼空預器厚度為1.0mm時，氟塑鋼空預器傳熱系數與不銹鋼空預器傳熱系數之比超過92%（圖4虛線）； 系數與不銹鋼空預器傳熱系數的比值超過95%（圖4中虛線）。

由于空氣預熱器在運行過程中的污垢熱阻值是未知的和可變的，當氟塑料鋼空氣預熱器和非外購氟塑料鋼空氣預熱器（不銹鋼空氣預熱器）的污垢熱阻值相等時，氟塑鋼空預器傳熱系數與不銹鋼空預器之比隨污垢熱阻的變化曲線如圖5所示。

圖5 氟塑鋼空預器傳熱系數與不銹鋼空預器傳熱系數之比隨污物熱阻的變化曲線

其中，Rf為氟塑鋼空預器的結垢熱阻，Rg為不銹鋼空預器的結垢熱阻（Rf=Rg）。 的

氟塑鋼空預器與不銹鋼空預器的傳熱系數之比增大，說明隨著空預器污垢熱阻的增大，兩種空預器的傳熱系數差值減小。

當Rg=Rf+Rb時，Kg=Kf，其中Rb為外層氟塑料的導熱電阻。 當δ=0.5mm，Kg=Kf時，氟塑鋼空預器與不銹鋼空預器的污垢熱阻關系如圖6所示。

圖6 傳熱系數相等時氟塑鋼空預器污垢熱阻與不銹鋼空預器污垢熱阻的關系

當氟塑鋼空預器和不銹鋼空預器的臟熱阻值落在圖中直線上方區域A時，不銹鋼空預器的傳熱性能優于氟塑鋼空預器預熱器； 當氟塑鋼空預器和不銹鋼空預器污垢熱阻值落在圖中直線下方區域B時，氟塑鋼空預器的傳熱性能優于不銹鋼空預器不銹鋼空氣預熱器。 在電廠非常惡劣的低溫腐蝕條件下應用時，其傳熱能力可超過不含氟塑料的非耐腐蝕空氣預熱器，這一點已為實際應用的測量和分析所充分證明以下。

4.2 空氣預熱器傳熱及積塵性能對比

實測氟塑鋼空預器與原搪瓷空預器實際運行的主要參數如表2所示。其中tyi為煙氣進口溫度，tyo為煙氣出口溫度，tki為進風口溫度，tko為出風口溫度，qy為煙氣體積流量，qk為空氣體積流量，煙氣與空氣流量測量誤差為±6%，熱電偶測溫誤差為±0.2℃，電阻測量誤差為±10Pa。

表2 氟塑鋼和搪瓷空預器實測參數值

根據換熱器的能量平衡公式和傳熱公式，計算出搪瓷空預器的傳熱系數和污垢熱阻與氟塑鋼空預器的傳熱系數和污垢熱阻，并進行比較結果如表3所示。

清理搪瓷空預器內灰塵前后，氟塑鋼空預器的傳熱系數大于搪瓷空預器，臟物的熱阻小于搪瓷空預器。 顯然，氟塑鋼空預器的積塵少。 清理灰塵后，搪瓷空預器的傳熱系數明顯增加高溫高壓不銹鋼換熱管，臟物的熱阻明顯下降。 積塵明顯，積塵對空氣預熱器的傳熱能力影響很大。

表3 氟塑鋼和搪瓷空預器清洗前后傳熱及積塵性能對比

從傳熱系數來看，除塵后氟塑鋼空預器的傳熱能力優于搪瓷空預器； 從污垢熱阻來看，氟塑鋼空預器除塵后的污垢熱阻遠小于搪瓷空預器。 設備。

可見，在污泥焚燒鍋爐中，氟塑鋼空預器的污垢熱阻比搪瓷空預器小。 兩種空預器污垢熱阻的關系 氟塑料鋼管的傳熱性能優于搪瓷空預器，有腐蝕。 觀察氟塑鋼空預器的積塵情況，氟塑鋼管表面確實比較干凈，積塵少。 空氣、煙氣流量等因素有關，氟塑鋼空預器的熱阻只是電廠氟塑鋼空預器4m以內污物熱阻的一個參考值。

采用均方根法計算實驗系統的誤差，誤差主要來源于儀器的精度誤差。 根據多元函數誤差傳遞的計算結果如表4所示。Kt為搪瓷空預器傳熱系數，Rt為搪瓷空預器污垢熱阻。 測試誤差在項目允許范圍內，誤差范圍不影響本文結論，測量結果可信。

表4 傳熱系數與污垢熱阻誤差分析

4.3 空預器粉塵成分對比

從低溫氟塑鋼空預器和低溫搪瓷空預器的表面取少量煙灰樣品，利用能譜（EDS）技術測量煙灰的元素分布。 表5為氟塑鋼空預器和搪瓷空預器換熱管表面煙塵元素分布的對比結果。 結果表明，搪瓷空預器換熱面Fe元素含量高于氟塑料鋼空預器。

據分析，搪瓷空預器換熱面發生低溫腐蝕，導致煙塵中Fe元素含量增加； 而氟塑鋼空預器側面出現的Fe元素可能來自支撐管或上部空預器的腐蝕產物。

表5 氟塑鋼和搪瓷空預器換熱管表面灰分元素分布

使用 X 射線衍射儀對樣品進行 X 射線衍射 (X-, XRD) 分析，結果如圖 7 和圖 8 所示。

圖7 搪瓷空預器表面煙塵的主要成分

圖8 氟塑鋼空預器表面煙塵的主要成分

從圖7可以看出，低溫搪瓷空氣預熱器表面的灰燼主要由含水硫酸鈣、硫酸鈣、二氧化硅和氧化鐵組成。 碳酸鈣。 說明搪瓷空預器換熱面氧化反應產生氧化鐵，而氟塑鋼空預器換熱面不發生鐵的氧化反應。

在搪瓷空預器煙氣側換熱管表面刮下少量粉末，用XRD分析。 分析結果如圖 9 所示。

圖9 搪瓷空預器換熱管表面刮下的粉末成分

從圖中可以看出，搪瓷換熱器煙氣側換熱管表面刮下的粉末成分主要是氧化鐵（Fe2O3）和羥基氧化鐵（水合氧化鐵，FeOOH）。

據分析，在低溫環境下，搪瓷換熱管在酸性（H+）條件下會與煙氣中的氧氣和少量水發生析氫腐蝕和吸氧腐蝕，并形成氧化鐵和水合物氧化鐵附著在換熱管表面。 而這種腐蝕產物很容易吸收煙氣中的水分，進而吸附煙塵，在換熱管表面形成蓬松的結構。 而氟塑鋼空預器由于換熱管包覆了一層氟塑料，所以不存在低溫腐蝕或低溫腐蝕不明顯。 氟塑鋼空預器的換熱管表面幾乎沒有因腐蝕產物和煙塵而產生的污垢，說明氟塑鋼空預器的污垢熱阻小，而搪瓷空預器運行時比較大。

5 結論

(1) 介紹了一種氟塑料管板式空氣預熱器。 與金屬換熱器相比，煙氣側采用聚四氟乙烯，具有優良的防腐防堵塞粉塵性能； 與純塑料換熱器相比，在空氣側采用具有傳熱性能和機械性能的不銹鋼管，可以加強換熱管，大大降低空氣預熱器的成本。

(2)當氟塑鋼空預器換熱管壁厚小于1.0mm時，氟塑鋼管較不銹鋼管多了一層氟塑料，導致空預器傳熱減弱傳輸能力，這是可以接受的。

(3)搪瓷空預器容易積灰，積灰對空預器的傳熱能力影響很大。 除塵前后，氟塑料空預器的傳熱系數大于搪瓷空預器。 污物的熱阻比搪瓷空預器小。

(4)在酸性環境中，搪瓷管與煙氣中的氧氣和水發生反應，生成氧化鐵和水合氧化物附著在換熱管表面，而氟塑鋼管幾乎不經受低溫耐腐蝕，氟塑鋼空氣預熱器可用于電廠惡劣的低溫腐蝕環境。