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石墨脱硫废水列管式换热器:脱硫废水处理中的高效换热解决方案

更新时间:2025-09-15      浏览次数:83
一、设备核心定位:为何选择石墨材质?
脱硫废水的水质特性对换热设备提出了严苛挑战:废水中含有大量 Cl⁻、SO₄²⁻、Ca²⁺、Mg²⁺等离子,且 pH 值通常偏低(2-5),对金属材质(如碳钢、不锈钢)存在强烈的电化学腐蚀与化学腐蚀;同时,废水中的悬浮物(如石膏颗粒)还可能造成设备堵塞。
传统金属换热器易出现腐蚀泄漏、使用寿命短(通常 1-2 年)、维护成本高的问题,而石墨材料恰好弥补了这一短板:
  1. 耐腐蚀性:石墨对酸、碱、盐等腐蚀性介质(除强氧化性酸外)具有优异的耐受性,可长期在脱硫废水的强腐蚀环境中稳定运行,使用寿命可达 5-8 年;

  2. 良好传热性能:石墨的导热系数(约 100-150 W/(m・K))远高于陶瓷、塑料等其他耐蚀材料,接近部分金属,确保换热效率满足脱硫废水处理的工艺要求;

  3. 化学稳定性强:石墨不与脱硫废水中的离子发生化学反应,无溶出物,不会造成二次污染,符合环保标准;

  1. 抗结垢性较好:石墨表面光滑,且热膨胀系数小,不易因温度变化产生结垢层,减少堵塞风险。

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二、设备结构与工作原理:列管式设计的优势

石墨脱硫废水列管式换热器采用 “壳管式" 结构设计,核心由石墨换热管、管板、壳体、进出口接管等部件组成,具体结构与原理如下:

1. 核心部件功能

  • 石墨换热管:设备的传热核心,通常采用不透性石墨(如浸渍酚醛树脂石墨)制成,管内与管外分别流通不同介质(如管内通脱硫废水,管外通冷却水或加热介质),通过管壁实现热量传递;

  • 管板:分为石墨管板与金属管板(如碳钢衬胶),用于固定石墨换热管,确保管程与壳程介质不串流,同时需具备一定的耐腐蚀性与密封性能;

  • 壳体:通常采用碳钢或不锈钢材质(内部可衬胶、衬塑增强耐蚀性),形成壳程空间,承受介质压力,保护内部石墨部件;

  • 折流板:安装于壳程内,引导壳程介质沿 “折流" 路径流动,避免介质短路,提高壳程传热系数,同时增强石墨换热管的稳定性,防止振动损坏。

2. 传热工作原理

根据脱硫废水处理的工艺需求(如降温、升温或浓缩),换热器的工作流程分为 “冷却" 与 “加热" 两种模式:
  • 冷却模式:当脱硫废水需降温(如预处理前降温至适宜反应温度)时,脱硫废水走管程(避免悬浮物堵塞壳程缝隙),冷却水走壳程;废水在管内流动时,热量通过石墨管壁传递给壳程的冷却水,实现废水降温,升温后的冷却水经出口排出,进入循环系统;

  • 加热模式:当脱硫废水需浓缩(如蒸发结晶前预热)时,加热介质(如蒸汽、高温水)走壳程脱硫废水走管程;热量通过石墨管壁传递给管内废水,实现废水升温,满足后续浓缩工艺要求。

这种 “管程走废水、壳程走载热介质" 的设计,既能减少废水悬浮物对设备的堵塞,又能通过折流板优化壳程介质流动,提升整体传热效率,传热系数通常可达 150-300 W/(m²・K)。

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三、设备优势与技术难点

1. 核心优势:适配脱硫废水处理场景

  • 耐蚀性与稳定性兼顾:解决了金属换热器在脱硫废水强腐蚀环境下的 “短命" 问题,设备故障率低,减少停机维护时间,降低运维成本;

  • 传热效率高:相比陶瓷换热器、塑料换热器,石墨材质的高导热性确保了换热效率,可满足脱硫废水处理的大热量交换需求(如电厂脱硫废水单台处理量可达 50-200 m³/h);

  • 适配复杂水质:不透性石墨的致密结构可防止废水渗透,且表面光滑不易结垢,尤其适用于高盐、高悬浮物的脱硫废水;

  • 环保合规:石墨材质无溶出物,不会对脱硫废水或循环水造成二次污染,符合《火电厂烟气脱硫废水处理工程技术规范》(HJ 2040-2014)等标准要求。

2. 主要技术难点与应对措施

尽管优势显著,石墨脱硫废水列管式换热器在应用中仍需解决以下技术问题:
  • 石墨部件脆性问题:石墨材质硬度高但脆性大,受冲击或温度骤变时易破裂。应对措施:选用高强度浸渍石墨材质,设计时控制管程与壳程的温差(通常不超过 50℃),安装时采用柔性密封结构,避免刚性碰撞;

  • 密封性能要求高:管板与石墨管、壳体与管板的密封点易因腐蚀或温度变化出现泄漏。应对措施:采用耐蚀性强的密封垫片(如氟橡胶垫片),优化法兰密封结构,定期检查密封面磨损情况;

  • 悬浮物堵塞风险:脱硫废水中的石膏颗粒、泥沙等若长期积累,可能堵塞石墨换热管。应对措施:在废水进入换热器前增设预处理装置(如沉淀池、过滤器),定期对管程进行反冲洗(采用高压水或压缩空气),设计时适当增大换热管内径(通常选用 Φ25-50 mm 的换热管)。

四、选型、安装与运维建议

1. 科学选型:匹配工艺需求

选型需结合脱硫废水的处理量、进出口温度、介质成分、压力等参数,核心关注以下要点:
  • 材质选择:石墨换热管优先选用浸渍酚醛树脂石墨(适用于中低温、非氧化性介质),若废水含少量氧化性物质,可选用浸渍呋喃树脂石墨;壳体材质根据壳程介质选择,如冷却水可用碳钢,加热介质用不锈钢;

  • 传热面积计算:根据工艺所需的换热量(Q=K×A×Δt,其中 K 为传热系数,Δt 为平均温差),结合实际工况(如结垢系数),预留 10%-20% 的传热面积余量,避免因结垢导致换热能力下降;

  • 流道设计:废水含悬浮物时,管程流速控制在 1.0-1.5 m/s(过高易磨损石墨管,过低易结垢);壳程流速控制在 0.5-1.0 m/s,确保介质充分换热。

2. 安装要点:避免损伤与泄漏

  • 运输与吊装:石墨部件需轻装轻卸,避免碰撞;吊装时采用专用吊具,防止壳体变形或石墨管断裂;

  • 找平与固定:设备安装需水平找平(水平度偏差≤0.1mm/m),避免因受力不均导致管板密封失效;壳体与基础间需加装减震垫,减少系统振动对石墨管的影响;

  • 密封检查:安装密封垫片时,确保密封面清洁无杂质,螺栓按对角线顺序均匀拧紧,避免局部压力过大导致石墨管板开裂。

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3. 运维管理:延长设备寿命

  • 定期清洗:每 3-6 个月对管程进行一次反冲洗,若结垢严重,可采用稀盐酸(浓度 5%-10%)循环清洗(需控制温度≤40℃,避免腐蚀石墨);

  • 腐蚀监测:定期检查壳体衬里、密封垫片的腐蚀情况,每 1-2 年对石墨管进行超声波检测,排查是否存在裂纹或腐蚀穿孔;

  • 启停控制:设备启动时,先通壳程介质,再通管程废水;停运时,先停管程废水,再停壳程介质,避免温差骤变导致石墨部件损坏。

五、行业应用与发展趋势

目前,石墨脱硫废水列管式换热器已成为电力行业(火电厂)脱硫废水处理的主流设备,承担着废水预处理降温、蒸发浓缩预热的关键角色。例如,某 300MW 火电厂采用 2 台石墨列管式换热器(单台传热面积 150 m²),将脱硫废水从 60℃冷却至 35℃,再进入后续的软化、浓缩系统,设备连续运行 3 年无腐蚀泄漏,换热效率保持稳定。
未来,随着环保要求的不断提高,石墨脱硫废水列管式换热器将向以下方向发展:
  1. 大型化与模块化:针对大型电厂的高流量废水处理需求,开发单台处理量≥300 m³/h 的设备,同时采用模块化设计,便于安装与扩容;

  1. 材质升级:研发耐更高温度(如 200℃以上)、耐强氧化性的石墨材料(如浸渍石墨与金属复合材质),拓展设备应用场景;

  1. 智能化运维:集成温度、压力、流量传感器与在线清洗系统,实现设备运行状态实时监测与自动清洗,降低人工运维成本。

结语

石墨脱硫废水列管式换热器凭借 “耐蚀性强、传热高效、运行稳定" 的核心优势,有效解决了脱硫废水处理中的换热难题,为工业脱硫系统的环保达标与长期运行提供了可靠保障。在选型、安装与运维过程中,需结合工艺需求科学设计、规范操作,才能充分发挥设备性能,实现经济效益与环保效益的双赢。随着技术的不断升级,石墨换热器在脱硫废水处理领域的应用将更加广泛,为工业绿色发展注入更强动力。


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