电厂烟气余热利用的热交换技术综述

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【摘 要】电厂烟气余热的回收利用是节能减排和降低能源消耗的重要组成部分。根据火电厂实际排烟情况，结合烟气余热的特点，以热交换技术为研究对象，论述了烟气余热回收利用技术的研究现状，分析了烟气余热利用核心设备热交换技术的特点和各种换热器的优缺点，并就换热器的不足提出了改进措施，希望为烟气余热利用热交换技术的进一步研究提供参考。

【关键词】烟气余热 热交换技术 综述

一、引言

目前，能源危机已成为制约各国经济发展的主要问题。我国工业领域的能源消耗量约占全国能源消耗总量的70%，而火力发电在能源利用中所占比重较大，其中有非常丰富的余热资源，如火电厂烟气较高的排烟温度，它一直影响着锅炉的经济运行。一般情况下，电厂锅炉排烟温度设定在120～130℃，然而实际运行中，排烟温度通常会比设定值高20℃左右。排烟温度的升高会导致煤耗的增加、锅炉经济效益的下降。因此针对电厂烟气的余热利用研究对实现节能减排具有重要的战略意义。余热利用热交换技术、余热制冷技术和余热发电技术，虽然原理不同，但是都是以降低排烟温度的方式实现能源的二次回收利用，各项技术都有一定的优缺点。

二、热交换技术在烟气余热回收利用中的发展

（一）石墨换热器。石墨换热器被广泛应用于石油化工产业，该换热器不仅耐腐蚀，而且导热性强，在加热、冷凝等工业过程中有很大的发展前途。作为导热率仅次于铝的常用结构材料石墨，它的换热性能是毫无争议的，并且石墨还有很好的耐酸腐蚀的特点。

（二）聚四氟乙烯复合材料换热器。聚四氟乙烯（PTFE）作为换热器材料，不仅有稳定的化学性能和耐腐蚀性，而且它的表面光滑，不易吸附污垢，很好的解决了烟气余热利用中换热器积灰的问题。它的成本也比金属低很多，在重量方面也明显优于金属，节省了运输、制造和安装费用。

（三）热管换热器。随着加工工艺的发展，出现了新型结构的换热器――热管换热器。它是依靠内部工作流体的相变实现传热的装置，内部含有可以传输液体的吸液芯的金属管，将其内部不凝性的气体抽出，注入某种液体工质并做封闭处理，热管就是利用蒸发制冷，使其两端温差增大，致使热量快速传导，具体结构如图1所示。

（四）复合相变换热器

复合相变换热器是在热管换热器的基础上通过改进得到的，它将热管换热器每根相互独立的热管连通成了一个整体热管，使整个连通空间内的工作介质处于“相变”状态。

三、余热利用换热器改进措施

热交换技术在烟气余热回收利用中主要采用管壳式换热器的结构，该结构形式适应范围广，可靠度高，材料可供选择多，在对其传热性能改进方面进行了大量研究。

（一）金属换热器表面增加涂层

烟气在换热器中造成的积灰和低温腐蚀是工程实际中的一大难题，采用耐腐蚀的合金材料制作换热器，可减少腐蚀，但成本增加，投资大。目前常采用金属换热器表面增加涂层的方法解决换热器的积灰和低温腐蚀的问题，其中聚四氟乙烯也是被广泛应用的一种的涂层材料，它具有热稳定性好、抗腐蚀能力强、成本低等优点，且表面能相对较低，可实现水蒸气和有机蒸汽的滴状冷凝。

（二）翅片管的应用

对换热管进行结构上的改造，可以提高换热器的换热效率，是增强传热进行余热利用的另一种手段。目前常采用将传统的光管增加换成翅片管，通过改变换热面的形状增加换热面积，提高换热效率。根据翅片的形式不同，可分为螺旋翅片管、波纹形翅片管、内翅片管和纵向翅片管等。

（三）折流板改进

折流板在管壳式换热器中，除使流体横过管束流动外，还有支撑管束、防止管束振动和弯曲的作用，常用的形式主要有弓形折流板。随着对换热效率要求的逐渐提高，原有的折流板存在着阻力大、死区多等问题。为了进一步提高换热器的换热性能，对折流板结构进行了改进，主要方式有：

1.改变折流板穿过换热管的孔洞形状；

2.改变折流板的形状；

3.在换热管间布置直径很小的短钢管。

（四）换热管内部改进

在烟气余热回收中，通常是用烟气加热空气或工业用水，空气或工业用水在管内流动，可在换热管内增加插入物，来改变流体的流动，起到增加传热的目的，由于添加了插入物改变了管内流体的流速，还有一定的抑垢能力。

四、结论

在烟气余热利用中合理使用热交换技术可提高工业热效率，降低煤耗，对节约能源，减少污染物的排放具有重要意义。根据火力发电厂的不同情况，选用合适的烟气余热利用技术，可促使火电厂获取一定的社会效益和经济效益。但是无论是哪种余热回收利用技术都存在着一定的缺陷，为此开发高效、节能、低廉、可减少积灰和低温腐蚀发生高热导率材料的研究是未来烟气余热利用技术开发的方向。