冷凝熱交換器在危險廢物焚燒尾氣潛熱回收中的應用
所有含水蒸汽的氣體都含顯熱和潛熱。危險廢物焚燒爐所燒危險廢物水分含量往往比較高，產生的尾氣中水蒸汽含量較高，從而尾氣中潛熱含量大，如果能夠有效利用，可以減少輔助燃料的使用量，從而降低焚燒爐的運行成本。危險廢物中常含S、CL、F、Br等成分，燃燒后會產生HCL、SOx等酸性氣體，這些氣體對金屬管壁有腐蝕作用。正因如此，余熱鍋爐排煙溫度一般不低于240℃。如果把煙氣溫度從240℃冷卻至煙氣中的水蒸汽冷凝，也就是利用水蒸汽的潛熱，危險廢物焚燒爐的輔助燃料消耗量可減少10%。然而，在這種情況下，煙氣的腐蝕能力大大增強，從煙氣中冷凝的液體幾乎會腐蝕所有的金屬，因此，回收潛熱對管材或管涂層提出了新的要求。
耐高溫碳氟材料的出現使之成為可能。碳氟材料耐酸腐蝕能力特別強，而且用碳氟材料作涂層，摩擦系數非常小，顆粒物和冷凝的液體不會粘在管壁上而降低熱交換系數。實際上在潛熱回收時碳氟材料表面上水蒸汽珠狀凝結使得熱交換器的效率比傳統熱交換器（水蒸汽在它上面膜狀凝結）提高了。
1、利用碳氟材料作涂層的冷凝熱交換器的特點
冷凝熱交換器管壁上常涂鍍碳氟材料。最常用的碳氟材料為聚四氟乙烯，其突出的特點有兩點：抵抗酸性物質或堿性物質腐蝕的能力很強；摩擦系數非常小，表面非常光滑，很少有物質可粘在上面。然而，聚四氟乙烯的熱交換系數比較低，因此涂層必須非常薄。聚四氟乙烯常被擠壓到管壁上成薄膜狀涂層，涂層與管壁之間無任何氣泡，因此該種熱交換器的熱交換性能相當好。此外，由于聚四氟乙烯的表面特性，冷凝的水和酸在其表面成珠狀凝結，會較快流走而不會粘在其表面。在相同的操作條件下，如果是傳統的熱交換器，冷凝的液體會在管壁上形成一層水膜，這層水膜相當于熱絕緣體而使熱交換效率降低。因此，即使聚四氟乙烯涂層相對于裸露的金屬管來說是熱絕緣體，但由于珠狀凝結的熱傳遞性能遠遠強于膜狀凝結，總得說來是具備聚四氟乙烯涂層的熱交換器傳熱效果更好。即使在沒有水凝結存在的條件下，有時涂層聚四氟乙烯的金屬比裸露的金屬熱交換性能要好，這是因為聚四氟乙烯的摩擦系數很小，降低了管壁附近邊界滯留空氣的厚度。
在鍍聚四氟乙烯之前，金屬管都必須拋光至非常光滑，鍍聚四氟乙烯之后，表面保持徹底清潔和平整。這樣，管表面不會受到腐蝕，熱交換性能在長期運行時間內保持不變。聚四氟乙烯的清洗非常方便，因為它對熱沖擊負荷不敏感，可以在系統運行時直接噴水沖洗。
冷凝熱交換器管內的流體可以是空氣、水、污泥甚至氣體攜帶的固體。對焚燒爐來說，最常見的流體是余熱鍋爐的補充水和燃燒空氣。冷凝熱交換器的管子和管板之間用聚四氟乙烯密封，在容器封口處使用聚四氟乙烯內襯以確定氣體在通過熱交換器時只與聚四氟乙烯接觸。
2、利用冷凝熱交換器回收潛熱的原理
焚燒尾氣被冷卻至水的露點以下時，冷凝水吸收尾氣中的酸性氣體形成液體酸。危險廢物中所含的硫和氯燃燒生成的二氧化硫和氯化氫結露成為硫酸、亞硫酸和鹽酸對金屬材料進行腐蝕。由于危險廢物中硫、氯、水含量較高，不但為酸的形成創造了條件，同時還使硫酸和鹽酸露點溫度升高。因此如果是傳統熱交換器，其操作溫度必須高于某臨界溫度，以防止低溫腐蝕的發生。
在決定熱交換器中允許的最低溫度時，必須考慮氣體和熱交換器管壁的溫度差。氣體的溫度代表了氣體的平均溫度，相對比較均勻。然而，如果管壁溫度比較低，會引起廢氣的局部冷卻從而導致廢氣中的酸冷凝在管壁上。實際上，在某些情況下，氣體溫度可能高于水和酸的露點，但由于管壁溫度比較低會引起廢氣的局部冷凝和過冷，水和酸冷凝在管壁上。在傳統的熱交換器中，不僅廢氣的溫度應保持在露點以上，熱交換器內任一點的管壁溫度也應高于露點溫度。這意味著在預熱前，冷水或任何冷液體包括冷空氣不能用作沒有防腐蝕措施的熱交換器的熱交換介質。當危險廢物焚燒系統內有余熱鍋爐時，水進入鍋爐之前一般至少應加熱至120℃。
因為冷凝熱交換器的管表面有聚四氟乙烯作為涂層，環境溫度下的補充水和周圍空氣可直接進入以這種方式保護的熱交換器。例如，如果補充水或其他流體溫度為 20℃，這些流體可直接進入冷凝熱交換器的管內，利用煙氣的潛熱和顯熱，升到低于它們沸點的溫度。在這種情況下，冷凝熱交換器的內管壓可設計的比傳統熱交換器低很多，因此與傳統材料制成的高壓熱交換器相比，造價比較省。然而，傳統熱交換器可以把高壓水或其他流體從低溫加熱至遠高于沸點的溫度。
傳統熱交換器的管壁溫度最低大約為127℃，因此只能從尾氣中回收燃料放出熱量的3－4％。如果有合適的冷流體作為熱傳遞介質并降低氣體溫度至38℃左右，冷凝熱交換聲可以回收燃燒過程中燃料放出的總熱量的11－15%。如果向尾氣中加些水蒸汽，可達到更高的熱回收率。
因為傳統熱交換器通常使用肋壁，冷凝熱交換器因表面光滑所需橫截面積更大。但是管壁內不需摻入防腐蝕的材料，冷凝熱交換器的管壁可以比傳統熱交換器薄很多，因此它比傳統熱交換器輕。
管子和管板之間用聚四氟乙烯密封，這既可以使熱交換器不漏氣，又允許管子通過管板自由膨脹和收縮。由于聚四氟乙烯本身的潤滑性，用聚四氟乙烯做管涂層的管子可以在聚四氟乙烯密封區內側滑動而摩擦力很小，仍能保持徹底密封。
一般冷凝熱交換器制成標準組件，運行時一個置于另一個的頂部。組件的橫截面積由通過熱交換器的氣體流速確定。一旦橫截面積已確定，由所需的總表面積可以決定所需的組件數量。
3、對某實際應用的技術經濟分析
由于節約了大量能耗，冷凝熱交換器的投資常常不到一年即可收回。只有在極少數情況下，需要兩年以上的時間收回投資。
美國一家焚燒含氯碳氫化合物和一些PVC塑料的危險廢物焚燒廠安裝了冷凝熱交換器。
對該廠安裝的冷凝熱交換器所作的技術經濟分析如下：
每年運行時間8600h
冷凝熱交換器的一次性投資：＄85232
每年節約的能量的價值：＄112950
冷凝熱交換器每小時的運行費用：＄1.79
冷凝熱交換器的年運行費用：＄15193
每年節約的凈資金：＄97757
考慮到貼現率，分期付清最初投資所需時間：10.5個月
第一年的稅前收益率：114.7%
五年里的平均收益率：152.9%
十年里的平均收益率：229.4%
由以上分析可知，該廠收回冷凝熱交換器的投資只需10.5個月。
4.總結
4.1由于可在傳統金屬管上鍍聚四氟乙烯涂層以抵抗危險廢物焚燒爐尾氣的腐蝕，從而可從尾氣中回收潛熱。冷凝熱交換器可把冷的鍋爐補充水加熱至一定的溫度后直接進入焚燒爐的余熱鍋爐，可把助燃空氣從周圍冷空氣狀態被加熱至超過150℃。
4.2冷凝熱交換器可使危險廢物焚燒爐的能耗減少10%。
4.3這種熱交換器不會被焚燒過程中產生的顆粒物質粘附，因為聚四氟乙烯會使顆粒物與冷凝的液體同時流走。當冷凝熱交換器在回收潛熱段工作時，水蒸汽在聚四氟乙烯上珠狀凝結，這可以提高熱傳導系數。
4.4當危險廢物中的水分越多或廢物中的氫含量增大，或輔助燃料的H/C比越高，尾氣中的水分含量越高，這種熱交換器的效率越高。
4.5冷凝熱交換器可抵抗危險廢物焚燒爐產生的幾乎所有的酸性氣體的腐蝕。
4.6冷凝熱交換器的投資基本上可在一年內收回。
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