冷凝热交换器在危险废物焚烧尾气潜热回收中的应用
所有含水蒸汽的气体都含显热和潜热。危险废物焚烧炉所烧危险废物水分含量往往比较高，产生的尾气中水蒸汽含量较高，从而尾气中潜热含量大，如果能够有效利用，可以减少辅助燃料的使用量，从而降低焚烧炉的运行成本。危险废物中常含S、CL、F、Br等成分，燃烧后会产生HCL、SOx等酸性气体，这些气体对金属管壁有腐蚀作用。正因如此，余热锅炉排烟温度一般不低于240℃。如果把烟气温度从240℃冷却至烟气中的水蒸汽冷凝，也就是利用水蒸汽的潜热，危险废物焚烧炉的辅助燃料消耗量可减少10%。然而，在这种情况下，烟气的腐蚀能力大大增强，从烟气中冷凝的液体几乎会腐蚀所有的金属，因此，回收潜热对管材或管涂层提出了新的要求。
耐高温碳氟材料的出现使之成为可能。碳氟材料耐酸腐蚀能力特别强，而且用碳氟材料作涂层，摩擦系数非常小，颗粒物和冷凝的液体不会粘在管壁上而降低热交换系数。实际上在潜热回收时碳氟材料表面上水蒸汽珠状凝结使得热交换器的效率比传统热交换器（水蒸汽在它上面膜状凝结）提高了。
1、利用碳氟材料作涂层的冷凝热交换器的特点
冷凝热交换器管壁上常涂镀碳氟材料。最常用的碳氟材料为聚四氟乙烯，其突出的特点有两点：抵抗酸性物质或碱性物质腐蚀的能力很强；摩擦系数非常小，表面非常光滑，很少有物质可粘在上面。然而，聚四氟乙烯的热交换系数比较低，因此涂层必须非常薄。聚四氟乙烯常被挤压到管壁上成薄膜状涂层，涂层与管壁之间无任何气泡，因此该种热交换器的热交换性能相当好。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状凝结，会较快流走而不会粘在其表面。在相同的操作条件下，如果是传统的热交换器，冷凝的液体会在管壁上形成一层水膜，这层水膜相当于热绝缘体而使热交换效率降低。因此，即使聚四氟乙烯涂层相对于裸露的金属管来说是热绝缘体，但由于珠状凝结的热传递性能远远强于膜状凝结，总得说来是具备聚四氟乙烯涂层的热交换器传热效果更好。即使在没有水凝结存在的条件下，有时涂层聚四氟乙烯的金属比裸露的金属热交换性能要好，这是因为聚四氟乙烯的摩擦系数很小，降低了管壁附近边界滞留空气的厚度。
在镀聚四氟乙烯之前，金属管都必须抛光至非常光滑，镀聚四氟乙烯之后，表面保持彻底清洁和平整。这样，管表面不会受到腐蚀，热交换性能在长期运行时间内保持不变。聚四氟乙烯的清洗非常方便，因为它对热冲击负荷不敏感，可以在系统运行时直接喷水冲洗。
冷凝热交换器管内的流体可以是空气、水、污泥甚至气体携带的固体。对焚烧炉来说，最常见的流体是余热锅炉的补充水和燃烧空气。冷凝热交换器的管子和管板之间用聚四氟乙烯密封，在容器封口处使用聚四氟乙烯内衬以确定气体在通过热交换器时只与聚四氟乙烯接触。
2、利用冷凝热交换器回收潜热的原理
焚烧尾气被冷却至水的露点以下时，冷凝水吸收尾气中的酸性气体形成液体酸。危险废物中所含的硫和氯燃烧生成的二氧化硫和氯化氢结露成为硫酸、亚硫酸和盐酸对金属材料进行腐蚀。由于危险废物中硫、氯、水含量较高，不但为酸的形成创造了条件，同时还使硫酸和盐酸露点温度升高。因此如果是传统热交换器，其操作温度必须高于某临界温度，以防止低温腐蚀的发生。
在决定热交换器中允许的最低温度时，必须考虑气体和热交换器管壁的温度差。气体的温度代表了气体的平均温度，相对比较均匀。然而，如果管壁温度比较低，会引起废气的局部冷却从而导致废气中的酸冷凝在管壁上。实际上，在某些情况下，气体温度可能高于水和酸的露点，但由于管壁温度比较低会引起废气的局部冷凝和过冷，水和酸冷凝在管壁上。在传统的热交换器中，不仅废气的温度应保持在露点以上，热交换器内任一点的管壁温度也应高于露点温度。这意味着在预热前，冷水或任何冷液体包括冷空气不能用作没有防腐蚀措施的热交换器的热交换介质。当危险废物焚烧系统内有余热锅炉时，水进入锅炉之前一般至少应加热至120℃。
因为冷凝热交换器的管表面有聚四氟乙烯作为涂层，环境温度下的补充水和周围空气可直接进入以这种方式保护的热交换器。例如，如果补充水或其他流体温度为 20℃，这些流体可直接进入冷凝热交换器的管内，利用烟气的潜热和显热，升到低于它们沸点的温度。在这种情况下，冷凝热交换器的内管压可设计的比传统热交换器低很多，因此与传统材料制成的高压热交换器相比，造价比较省。然而，传统热交换器可以把高压水或其他流体从低温加热至远高于沸点的温度。
传统热交换器的管壁温度最低大约为127℃，因此只能从尾气中回收燃料放出热量的3－4％。如果有合适的冷流体作为热传递介质并降低气体温度至38℃左右，冷凝热交换声可以回收燃烧过程中燃料放出的总热量的11－15%。如果向尾气中加些水蒸汽，可达到更高的热回收率。
因为传统热交换器通常使用肋壁，冷凝热交换器因表面光滑所需横截面积更大。但是管壁内不需掺入防腐蚀的材料，冷凝热交换器的管壁可以比传统热交换器薄很多，因此它比传统热交换器轻。
管子和管板之间用聚四氟乙烯密封，这既可以使热交换器不漏气，又允许管子通过管板自由膨胀和收缩。由于聚四氟乙烯本身的润滑性，用聚四氟乙烯做管涂层的管子可以在聚四氟乙烯密封区内侧滑动而摩擦力很小，仍能保持彻底密封。
一般冷凝热交换器制成标准组件，运行时一个置于另一个的顶部。组件的横截面积由通过热交换器的气体流速确定。一旦横截面积已确定，由所需的总表面积可以决定所需的组件数量。
3、对某实际应用的技术经济分析
由于节约了大量能耗，冷凝热交换器的投资常常不到一年即可收回。只有在极少数情况下，需要两年以上的时间收回投资。
美国一家焚烧含氯碳氢化合物和一些PVC塑料的危险废物焚烧厂安装了冷凝热交换器。
对该厂安装的冷凝热交换器所作的技术经济分析如下：
每年运行时间8600h
冷凝热交换器的一次性投资：＄85232
每年节约的能量的价值：＄112950
冷凝热交换器每小时的运行费用：＄1.79
冷凝热交换器的年运行费用：＄15193
每年节约的净资金：＄97757
考虑到贴现率，分期付清最初投资所需时间：10.5个月
第一年的税前收益率：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，该厂收回冷凝热交换器的投资只需10.5个月。
4.总结
4.1由于可在传统金属管上镀聚四氟乙烯涂层以抵抗危险废物焚烧炉尾气的腐蚀，从而可从尾气中回收潜热。冷凝热交换器可把冷的锅炉补充水加热至一定的温度后直接进入焚烧炉的余热锅炉，可把助燃空气从周围冷空气状态被加热至超过150℃。
4.2冷凝热交换器可使危险废物焚烧炉的能耗减少10%。
4.3这种热交换器不会被焚烧过程中产生的颗粒物质粘附，因为聚四氟乙烯会使颗粒物与冷凝的液体同时流走。当冷凝热交换器在回收潜热段工作时，水蒸汽在聚四氟乙烯上珠状凝结，这可以提高热传导系数。
4.4当危险废物中的水分越多或废物中的氢含量增大，或辅助燃料的H/C比越高，尾气中的水分含量越高，这种热交换器的效率越高。
4.5冷凝热交换器可抵抗危险废物焚烧炉产生的几乎所有的酸性气体的腐蚀。
4.6冷凝热交换器的投资基本上可在一年内收回。
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