氟塑钢管腐蚀积灰试验及热媒介质换热器优化设计的研究

摘要

在大力实施节能减排的背景下，通过中间热媒介质传递热量的水媒管式烟气换热器和前置式液相介质空预器在电厂里的应用逐渐增多。在本文中，这种通过中间热媒介质传热的换热器统称为中间热媒介质换热器。锅炉燃料中的S、Cl、N等燃烧后经过一系列化学反应生成酸蒸汽，当烟气温度降低到一定值时在换热设备表面结露并发生腐蚀现象。本文提出一种新型氟塑钢管板式换热器，综合聚四氟乙烯材料的耐腐蚀、不易积灰和不锈钢材料良好的传热性能和机械性能，与纯聚四氟乙烯换热器相比，成本大大降低。研究该新型氟塑钢换热器对电厂节能升级改造具有重要意义。 首先，本文采用浸泡腐蚀失重法和电化学方法对氟塑钢、316L不锈钢、304不锈钢和2205双相钢等4种工程材料进行腐蚀行为和腐蚀特性试验研究。通过扫描电镜对氟塑料腐蚀前后表面形貌观测和元素分析，被H2SO4和NH4HSO4溶液腐蚀后氟塑料表面没有出现明显的腐蚀形貌，且没有出现新的元素。浸泡腐蚀失重试验结果表明，温度为20℃±3℃情况下，H2SO4溶液比相同浓度的NH4HSO4溶液对304、316L不锈钢和2205双相钢的腐蚀更剧烈；2205双相钢相比304、316L不锈钢更容易被酸溶液腐蚀。氟塑钢在H2SO4和NH4HSO4溶液中几乎没有发生腐蚀。根据动电位极化曲线结果，随着H2SO4或NH4HSO4溶液浓度增加，2205双相钢的腐蚀电流密度增大，腐蚀速率加快。在不同浓度的H2SO4和NH4HSO4溶液中，316L不锈钢比304不锈钢和2205双相钢更耐腐蚀。 其次，根据首台氟塑钢空预器在某污泥焚烧电厂的工程应用情况，研究氟塑钢空预器传热及耐腐蚀和抗积灰性能。现场测试结果表明：当氟塑钢空预器外包氟塑料厚度小于1.0mm时，氟塑钢管相比不锈钢管增加了一层氟塑料而导致空预器传热能力减弱的影响可以接受。清灰前和清灰后，氟塑钢空预器的传热系数均大于搪瓷空预器，污垢热阻均小于搪瓷空预器。对氟塑钢及搪瓷换热管表面烟灰的EDS及XRD分析显示，在酸环境中，搪瓷管与烟气中氧气及水反应生成铁的氧化物和水合氧化物附着在换热管表面，而氟塑钢管几乎没有发生低温腐蚀。 最后，本文提出将氟塑钢管应用在中间热媒介质换热器中，并建立中间热媒介质换热器传热理论模型。模型以中间热媒介质换热器总传热面积为目标函数，通过将模型无量纲化减少模型中的变量，进而求解中间热媒介质最优温度解。然后采用多函数选择遗传算法对中间热媒介质换热器结构参数进行优化设计。

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