當前節能已經(jīng)成為能源行業(yè)的一個(gè)共同話(huà)題，而余熱資源的回收和利用亦是節能的重點(diǎn)話(huà)題。而作為耗能大戶(hù)的發(fā)電企業(yè)，更是有大量的余熱無(wú)法得到有效回收和利用，被白白浪費。其中，煙氣熱損失是各項熱損失中最大的一項，一般在5%～8%之間，占鍋爐總熱損失的80%或更高。因此急需尋找一條科學(xué)的煙氣回收途徑，使煙氣中的余熱得到高效的回收利用，降低能耗，同時(shí)對于我國實(shí)現節能減排、環(huán)保發(fā)展戰略也具有著(zhù)重要的現實(shí)意義。

而在余熱回收中不可或缺的裝置便是換熱器，所以，一直以來(lái)余熱回收利用換熱器的強化傳熱技術(shù)就備受世界各國的關(guān)注，使得新型高效節能的換熱器層出不窮。自20世紀60年代起國外便開(kāi)始實(shí)驗與研究熱管換熱器技術(shù)，在80年代開(kāi)始了方形板片板殼式換熱器的使用，而我國自1985年起，開(kāi)始引進(jìn)國外的“煙氣深度冷卻余熱利用”技術(shù)，引發(fā)了國內煙氣回收余熱利用換熱器的研究。進(jìn)入21世紀后，針對行業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)，國內制造商加大了研究力度和投入，并且隨著(zhù)國內材料技術(shù)、外擴展受熱面技術(shù)及火電行業(yè)整體技術(shù)水平的提高，我國煙氣余熱利用換熱器制造開(kāi)始進(jìn)入技術(shù)創(chuàng )新和突破的新時(shí)期。制造和運用更加先進(jìn)的換熱器，更加高效地回收余熱，減少能耗，合理高效地利用有限的資源，已成為一個(gè)重要的課題。

一、換熱器的介紹與工作原理

換熱器在電廠(chǎng)煙氣余熱回收中的利用十分普遍，目前國內外的余熱回收裝置主要有：板式換熱器、GGH換熱器、熱管換熱器、熱媒體換熱器、低壓省煤器、復合相變式換熱器等，介紹及工作原理如下：

1、板式換熱器

板式交換器，在表面上具有一定的波紋，并且由許多金屬片疊裝而組成的一種換熱器，這一種換熱十分新型亦十分高效。這一種換熱器的每個(gè)金屬板片間都有薄矩形通道，通過(guò)板片進(jìn)行熱量交換，我們可以通過(guò)結構來(lái)區分板式換熱器，在電廠(chǎng)中使用的換熱器主要分為兩類(lèi)①可拆卸板式換熱器②全焊接板式換熱器,而第二種即焊接板式換熱器中，在現在應用更加廣泛的是全焊式板式換熱器的換熱板片，它以不銹鋼為原材料，再通過(guò)特有的模具進(jìn)行加工，壓制而做成。板式換熱器主要由換熱芯體和外殼組成,換熱芯體由板片組焊而成,采用周邊組焊的板束形式,取消了密封墊片,故耐熱、板片系模塊化結構,可根據不同的工藝要求改變流程形式和流道面積的大小。用同一模塊壓制板片,根據需要其長(cháng)度可為216～12000 mm,這種換熱器在國外供熱工程中應用較廣泛。其表面的光滑也使得其具有不易結垢的優(yōu)點(diǎn)。板式換熱器還消除了管殼式換熱器和可拆卸板式換熱器存在的死區現象。由于全焊式板式換熱器的特有性能，特別適用于在城市熱電聯(lián)產(chǎn)供熱工程一級站中作為高峰換熱器使用,它也將成為管殼式換熱器的替代產(chǎn)品。

2、GGH換熱器

GGH又叫煙氣再熱器，是煙氣脫硫系統中的主要裝置之一。它的功能在于使排出的煙溫度加熱上升，達到露點(diǎn)溫度以上，而過(guò)程便是將噴水后原煙氣中脫硫后的凈煙氣重新加熱到符合環(huán)保法規要求的排放溫度(通常不低于75～80℃)，從而做到污染物在排出后能夠在大范圍內擴散，而不是在電廠(chǎng)周?chē)谐两?。煙氣露點(diǎn)腐蝕是因為硫元素摻雜在燃料中，當燃料燃燒時(shí)會(huì )生成SO2，SO3，一旦換熱面的外表面溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度時(shí)，在換熱面上經(jīng)過(guò)的SO2或SO3就會(huì )形成硫酸霧露珠，導致?lián)Q熱面腐蝕，而GGH就在這個(gè)過(guò)程中擔任重要的角色，可以減輕對進(jìn)煙道和煙囪的腐蝕、提高污染物的擴散度、降低進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度、降低塔內對防腐的工藝技術(shù)要求。

3、熱管換熱器

熱管式換熱器在結構上可分為整體式熱管換熱器和分離式熱管換熱器兩種。整體式熱管換熱器的等溫性相對分離式熱管換熱器較突出，所以可回收熱風(fēng)爐煙道廢氣的低溫余熱，另一方面可預熱助燃空氣和煤氣便是利用了其容易密封，結構簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但是，在助燃空氣和煤氣方面，整體式熱管換熱器也存在不足，由于大直徑的助燃空氣管道和煤氣管道往返較多，若安裝上整體式熱管換熱器，便增大了投資，并且管道容易破裂。分離式熱管換熱器的工作原理，與整體式熱管換熱器的區別在于分離式熱管的受熱端和冷凝端置于不同的換熱器內，分離式熱管換熱器利用了液化與汽化的原理，用兩條管道在連接分離的受熱端和冷凝端，一個(gè)為蒸汽連接管，另一個(gè)則為液體連接管。由于放在熱端的熱媒體被高溫的廢氣所加熱，所以變成蒸汽，加熱后的蒸汽經(jīng)過(guò)蒸汽連接管送到冷凝端。帶著(zhù)從加熱端加熱的蒸汽在經(jīng)過(guò)冷凝端時(shí)，便被煤氣或助燃空氣冷卻，變成液體，液體在通過(guò)液體管道流通到加熱端受熱，而做到蒸汽-液體間的順暢轉換則是依靠分離式管道內兩端的高低差實(shí)現，在整個(gè)過(guò)程中實(shí)現熱量的連續傳遞。但在高溫端的加熱蒸汽在冷凝端不一定可以做到100%的冷凝，因此會(huì )產(chǎn)生不凝性氣體，熱管換熱器則加裝了不凝性氣體分離裝置，產(chǎn)生的不凝性氣體可隨時(shí)排放。熱管換熱器可分為：氣—氣、氣-汽、氣—液、液—液、液—氣式換熱。

4、熱媒體換熱器

熱媒體利用了礦物有機油，這種礦物有機油化學(xué)性質(zhì)穩定、流動(dòng)性、親熱性良好、具有高沸點(diǎn)、高閃點(diǎn)的，因而油價(jià)格十分昂貴。其價(jià)格昂貴的原因更在于系統能夠長(cháng)期有效地回收熱量熱媒。為了避免此類(lèi)有機油在交換過(guò)程中受損，所以利用熱媒體換熱的電廠(chǎng)對設備的安裝要求極高，因為密封性十分重要。換熱器的工作原理是：熱風(fēng)爐道中的高溫廢氣加熱著(zhù)從煙氣換熱器中的熱媒體，被冷卻后的熱風(fēng)爐煙道廢氣再通過(guò)煙囪排入大氣，加熱后的熱媒體則在鋼管內將從廢氣帶來(lái)的熱量供于助燃空氣換熱器和煤氣換熱器，將熱量傳遞給助燃空氣和煤氣，加熱后的助燃空氣和煤氣送入熱風(fēng)爐內燃燒，在助燃空氣和煤氣燃燒后，其便冷卻，冷卻后的熱媒體經(jīng)過(guò)循環(huán)泵再次送入煙氣換熱器內加熱，就這樣進(jìn)行反復循環(huán)。

5、低壓省煤器

鍋爐低壓省煤器又叫低壓省煤器低壓省煤器，是利用鍋爐排煙余熱,節約能源的有效措施之一。低壓省煤器的名字由來(lái)使因為其利用了低壓凝結水而不是高壓給水，而且水側的壓力比較低，其結構上與普通的省煤器相似,但一般在引風(fēng)機之后;二是連接于汽水系統中,在回熱系統中串并聯(lián)。低壓省煤器的水側聯(lián)接于汽輪機回熱系統的低壓加熱部分。煤耗的節省則是它通過(guò)回熱系統排擠抽汽實(shí)現的。低壓省煤器安裝之后，汽輪機在工作時(shí)不僅可以得到一份外來(lái)的熱量，而且節省了一部分抽汽，從而減少了浪費，提高了效率，使汽輪機在工作時(shí)更加環(huán)保。

6、復合相變式換熱器

復合相變換熱技術(shù)是一個(gè)全新的換熱技術(shù)，它采用了熱管的原理，提出了“相變段”這一概念，開(kāi)創(chuàng )了以“壁面溫度”作為換熱器最基本的設計參數這一新理念。從根本上解決了低溫腐蝕難題。

“相變段”的概念是將原熱管換熱器中相互獨立的部分，通過(guò)優(yōu)化設計構造成一個(gè)關(guān)聯(lián)的整體。保證“相變段”受熱面最低壁面溫度只有微小的梯度溫降。同時(shí)，利用“相變段”將被加熱介質(zhì)（如空氣、水）的溫度適當地提高。被預熱了的空氣可以保證下級空預器的安全，解決了低溫腐蝕問(wèn)題；被加熱的水回收了煙氣中的余熱，實(shí)現了節能的目的。

通過(guò)“相變段”水量的調節，可以對受熱面最低壁溫面度實(shí)現閉環(huán)控制，實(shí)現了壁面溫度的恒定或調節。

二、主要換熱器的優(yōu)劣比較

1、焊接板式換熱器

優(yōu)勢：

全焊式板式換熱器的換熱板片，是用特殊的不銹鋼，以特制的模具壓制而成，表面光滑不易結垢，便于清洗。

全焊接板式換熱器波紋狀的設計使流體在較低的流速下也能產(chǎn)生湍流，提高了傳熱效率。

全焊接板式換熱器的整個(gè)板片束并沒(méi)有采用任何非金屬材料，而是全部采用本體材料由氬弧焊焊接而成，因而有較高的耐溫、耐壓性能。在工作溫度300℃，壓力3.0Mpa的極端工況條件也十分適用。

全焊接板式換熱器結構設計緊湊，傳熱性能高效，使用方便靈活，因而具有完全取代傳統管殼式換熱器的優(yōu)越性能。

便于改變換熱面積或流程組合，適用于多重介質(zhì)換熱。

劣勢：

不適用于易堵塞介質(zhì)。

密封性較差，易泄露。需要更換墊圈，比較麻煩。

使用溫度受墊圈材料耐溫性能的限制。

使用壓力受一定限制。

流道小，不適用于氣--氣換熱或蒸汽冷凝。

2、GGH換熱器

優(yōu)勢：

利用進(jìn)入脫硫吸收塔的高溫原煙氣加熱從脫硫吸收塔出來(lái)的溫度較低的凈煙氣，既回收了高溫原煙氣的一部分熱能，又提高了凈煙氣的溫度，減少了對煙囪的腐蝕。

其中，水熱媒式換熱器原煙氣側和凈煙氣側的分離設計，避免造成二次污染；采用中間輔助蒸汽加熱器，有利于保證運行設備參數的穩定。

劣勢：
GHH換熱器占地面積大，初次投資很高，費用約占脫硫系統總投資的15%

安裝GGH引起煙道壓降，造成約1200Pa左右的壓損，必須增加增壓風(fēng)機和引風(fēng)機的壓頭來(lái)克服這些阻力，因而大大增加了運行電耗。

原煙氣在GGH中釋放熱量后溫度會(huì )降低到80℃，低于酸露點(diǎn)，導致GGH的熱側(即原煙氣側)產(chǎn)生大量粘稠的濃酸液，不僅對GGH的換熱元件和殼體造成腐蝕，而且會(huì )粘附大量煙氣中的飛灰，造成嚴重積灰，會(huì )降低換熱效率，并且進(jìn)一步增加GGH的壓降。

GGH在運行過(guò)程中產(chǎn)生的積灰和酸沉淀物需要用壓縮空氣、蒸汽和高壓水進(jìn)行沖洗，而沖洗后的廢水有很強的腐蝕性，必須作專(zhuān)門(mén)處理后才能排放，因此增加了設備投資。

其中回轉式GGH的原煙氣側向凈煙氣側的泄露會(huì )降低系統的脫硫效率，易造成二次污染，而且更容易堵灰。

3、熱管換熱器

優(yōu)勢：
在運行過(guò)程中單根熱管由于磨損、腐蝕、超溫等原因發(fā)生破壞時(shí)基本不影響換熱器整體運行。因而將熱管換熱器應用于易然、易爆、腐蝕性強的流體換熱場(chǎng)合非?？煽?。

熱管換熱器的冷、熱流體完全分開(kāi)流動(dòng)，易實(shí)現冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均在管外流動(dòng)，由于管外流動(dòng)的換熱系數遠高于管內流動(dòng)的換熱系數，用于品位較低的熱能回收場(chǎng)合非常經(jīng)濟。

流體含塵量較高時(shí)，熱管換熱器可以通過(guò)改變結構、擴展受熱面等形式解決換熱器的磨損和堵灰問(wèn)題。

熱管換熱器在回收具有腐蝕性的煙氣余熱時(shí)，通過(guò)調整蒸發(fā)段、冷凝段的傳熱面積來(lái)調整熱管管壁溫度，可以使熱管盡可能避開(kāi)最大的腐蝕區域。

劣勢：
管道往返較多，增加了投資，工作溫度受熱媒體的限制，且管道容易破裂。

抗氧化、耐高溫性能較差。

4、熱煤式換熱器

優(yōu)勢：

熱效率高，氣密性好，可以通過(guò)調節熱媒體的流量來(lái)調節預熱助燃空氣和預熱煤氣之間的熱量。

熱媒不外泄，可以安全地預熱，回收更多熱量。

預熱助燃空氣和煤氣的熱交換器可分開(kāi)設置，比較靈活，適應于熱風(fēng)爐區場(chǎng)地狹窄的技術(shù)改造。

受熱側、放熱側分離設置，可同時(shí)預熱空氣和煤氣，避免因漏氣造成預熱煤氣不安全的問(wèn)題。

熱媒換熱器的體積小而輕，便于安裝和更換，維護簡(jiǎn)便。

熱媒體采用導熱油，在較高溫度下也具有熱穩定性，可長(cháng)期連續使用。

劣勢：

要注意密封件的質(zhì)量，防止熱媒的泄漏。

為了安全，熱媒貯存罐必須與熱風(fēng)爐保持一定的距離。

翅片和翅片管間距小，阻力大，清灰困難，因而對加壓循環(huán)泵的要求比較高。

5、低壓省煤器
優(yōu)勢：

低壓省煤器的用鎳絡(luò )滲層零隙阻釬焊螺旋鰭片管作傳熱元件,接觸熱阻幾乎為零,具有抗腐蝕，耐磨損及防堵灰等綜合性能，即便煙氣流阻限制較嚴格，也可將煙氣流阻控制在允許范圍內。

直接降低了排煙溫度，因而節省煤炭用量，同時(shí)減少了脫硫系統所需的工藝用水，進(jìn)一步保證了除塵效率和脫硫效率。

具有良好的煤種和季節適應性。鍋爐的低壓省煤器出口煙氣溫度可根據季節和煤質(zhì)(主要是含硫質(zhì)量分數)進(jìn)行調節，可節省標煤耗，也可防止低溫腐蝕。

低壓省煤器布置于空氣預熱器后面，其傳熱對鍋爐其它受熱面不會(huì )產(chǎn)生影響，因而不會(huì )降低鍋爐效率。

由于布置在鍋爐本體外的引風(fēng)機處水平煙道，空間寬敞，安裝簡(jiǎn)便，安裝費用較低，同時(shí)便于檢修。

劣勢：

為防止低溫腐蝕，將低壓省煤器進(jìn)口水溫設計在酸露點(diǎn)+10℃，溫度較高導致不能大幅度降低排煙溫度，余熱回收效果不佳。

6、復合相變式換熱器

優(yōu)勢：

能夠在鍋爐的設計和改造中，大幅度降低煙氣的排放溫度，使大量的中低溫熱能被有效回收，產(chǎn)生十分可觀(guān)的經(jīng)濟效益；

在降低排煙溫度的同時(shí)，保持金屬受熱面壁面溫度處于較高的溫度水平，遠離酸露點(diǎn)的腐蝕區域，從根本上避免了結露腐蝕和堵灰現象的出現，大幅度降低設備的維護成本；

實(shí)現了換熱器金屬受熱面最低壁面溫度處于可控可調狀態(tài)，使復合相變換熱器具有相當幅度的調節能力，適應鍋爐的燃料品種以及傳熱負荷的變化，使排煙溫度和壁面溫度保持相對穩定；

保留了熱管換熱器所具有的高效傳熱特性的同時(shí)，可通過(guò)排除不凝氣體有效解決老化問(wèn)題，大大延長(cháng)了設備的使用壽命。

大幅度降低煙氣的排放溫度，對靜電除塵器有利。

大幅度降低煙氣的排放溫度，可以有效的延長(cháng)布袋除塵器布袋的使用壽命。

大幅度降低煙氣的排放溫度，有利于脫硫的化學(xué)反應。

三、目前制約換熱器發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題

電廠(chǎng)中煙氣余熱回收的換熱器，在實(shí)際使用中還有幾點(diǎn)問(wèn)題：

第一、腐蝕問(wèn)題。關(guān)于腐蝕，最嚴重的當屬酸的腐蝕。電廠(chǎng)尾氣中含有二氧化硫，當未除盡的二氧化硫在催化劑的條件下與氧氣結合生成三氧化硫，最后與水蒸氣結合形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的存在使煙氣的酸露點(diǎn)顯著(zhù)升高，當煙氣溫度低于酸露點(diǎn)時(shí)就會(huì )造成煙氣結霧，對換熱器造成腐蝕，又稱(chēng)為低溫腐蝕。低溫腐蝕主要對空氣預熱器造成危害，酸霧會(huì )使空氣預熱器的金屬壁變薄，損壞，是大量的冷風(fēng)進(jìn)入空氣預熱器，而且一同進(jìn)入的水蒸氣會(huì )粘在金屬壁上，造成空氣預熱器的堵塞，嚴重時(shí)還可能造成生產(chǎn)事故。

第二、換熱器的積灰問(wèn)題。這個(gè)是各類(lèi)鍋爐和工業(yè)爐窯的通病，無(wú)論是固體燃料還是液體燃料甚至是氣體燃料都會(huì )有不同程度的積灰問(wèn)題，但是固體燃料的煙灰數量更多，這對于以煤炭為主要燃料的電廠(chǎng)是一個(gè)重大的問(wèn)題，煙塵對于換熱器的不良影響主要有：

（1）鍋爐煙灰的腐蝕性會(huì )增加維修成本，降低換熱器的使用壽命。

（2）煙灰可能會(huì )堵塞通氣管，造成換熱器損壞。

（3）大量的煙灰還會(huì )造成換熱器的工作效率大打折扣。

（4）煙灰還可能造成結垢，使換熱器局部過(guò)熱和降低工作效率。

最后由于煙囪內的空間有限，清理工作也變得十分困難。

第三、經(jīng)濟性。就目前的材料成本和工藝方面，可以在一定程度上解決上述問(wèn)題，但產(chǎn)品高昂的價(jià)格和維護成本使量產(chǎn)在短時(shí)間內難以實(shí)現。

四、發(fā)展展望

綜上所述,可以看到換熱器在電廠(chǎng)煙氣余熱回收方面的應用十分廣泛。不同的換熱器各有優(yōu)缺，通過(guò)比較各種換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)，和實(shí)際應用中面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，如：露點(diǎn)腐蝕，積灰，磨損等，今后的換熱器發(fā)展必須要克服這些問(wèn)題同時(shí)注重經(jīng)濟利益和回收的效率。GGH換熱器雖然可以有效地利用煙氣的一部分熱能，但在實(shí)際應用中面臨初期投資大、維護費用高、故障率高、不能較好地解決酸露點(diǎn)腐蝕等問(wèn)題使得現階段GGH在國內的應用前景不大。

而熱媒式換熱器的運轉設備較多，而且設備的維護、運轉費用高，對余熱回收系統的要求較為苛刻，在國內應用也較少。常規的安裝在鍋爐尾部的低壓省煤器也面臨腐蝕，磨損和引風(fēng)機電耗增大，進(jìn)水口水溫設計值高降低排煙溫度效果不顯著(zhù)等問(wèn)題。對比前幾種換熱器，熱管換熱器的傳熱效率高，使用的壽命較長(cháng)，而且能較好地解決磨損帶來(lái)的問(wèn)題，單根熱管損壞可以單獨更換而不會(huì )影響整體的使用，雖然還面臨著(zhù)積灰、腐蝕等技術(shù)問(wèn)題，但是其利大于弊，隨著(zhù)熱管技術(shù)的不斷進(jìn)步，熱管換熱器在電廠(chǎng)煙氣余熱回收利用方面的前景也不斷擴大。全焊接板式換熱器式目前國外應用較成熟的高效節能換熱器，具有傳熱系數高，重量輕，體積小，回收效率高等優(yōu)點(diǎn)，其應用前景也十分廣泛。

復合相變換熱器技術(shù)很好解決了降低鍋爐排煙溫度與酸露點(diǎn)腐蝕的矛盾，解決了這個(gè)世界性的難題，開(kāi)拓了鍋爐節能的新思路，創(chuàng )造了一種鍋爐有效節能的新方法。目前在鍋爐節能領(lǐng)域，在我國乃至全世界沒(méi)有更好的節能技術(shù)所代替，未來(lái)在國民經(jīng)濟發(fā)展中在節能減排領(lǐng)域會(huì )處于重要地位，市場(chǎng)前景。此外還有諸如：螺旋折流板，縱流管束換熱器等等新型的高效換熱器不斷發(fā)展，電廠(chǎng)煙氣余熱回收換熱器將呈多元化，多方向的發(fā)展，熱管和全焊接板等效率高的技術(shù)在換熱器方面的應用也將更加廣泛，新型高效的換熱器也將逐步代替應用前景不大和傳統的換熱器。