去年参与一个钢铁厂的高炉煤气余热回收项目，设计阶段按常规思路选了碳钢换热器，投运不到八个月，换热管出现大面积腐蚀穿孔，煤气泄漏触发安全联锁停机。排查后发现，高炉煤气在余热回收段的温度区间里，含有硫化氢、氯离子和大量水蒸气，碳钢在这个环境下腐蚀速率比设计值高了十倍。余热回收不是简单地把热量从A传到B，烟气的化学成分和温度区间决定了换热器的命运，选型时如果只看热负荷和传热系数，材质匹配这个隐性因素就会埋雷。
烟气成分分析是余热回收选型的第一步。钢铁厂的高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气，成分差异很大。高炉煤气含CO、CO2、N2，还有少量H2S、HCl、粉尘；转炉煤气CO浓度高，但间歇产生，温度波动大；焦炉煤气含焦油、萘、苯等有机物，低温时凝结堵塞。那家钢铁厂的高炉煤气在余热回收入口温度三百五十度，出口降到一百八十度，这个温度区间里，水蒸气从过热态变成饱和态，在换热管外壁冷凝，形成酸性液膜，H2S和HCl溶解后pH值低到二到三，碳钢的均匀腐蚀速率超过一毫米每年。如果选型前做了烟气全成分分析，特别是酸性气体浓度和露点温度，就不会选碳钢。
露点腐蚀是余热回收的特有难题。当烟气温度降到酸露点以下，硫酸、盐酸等酸性气体冷凝，在金属表面形成强腐蚀液膜。不同燃料的酸露点不同，燃煤烟气露点通常一百一十到一百五十度，高炉煤气露点可能低到八十度。换热器的设计出口温度如果低于露点，低温段就必须用耐腐蚀材质。建议低温段（低于露点二十度以下）用ND钢、双相不锈钢或搪瓷管，中温段用316L，高温段可以用碳钢或低合金钢。分段设计虽然增加复杂度，但比整体用耐蚀材质经济，也比整体用碳钢然后频繁更换划算。那家厂后来改成三段式换热器，高温段碳钢、中温段316L、低温段2205双相钢，寿命延长到五年以上。
粉尘冲刷在高含尘烟气里不能忽视。钢铁厂烟气含尘量每立方米几克到几十克，粉尘颗粒在高速烟气里冲刷换热管，特别是管子的迎风面，几个月就磨出沟槽。管子的排列方式影响冲刷角度，顺列布置比错列布置冲刷轻，因为错列时管子之间的缝隙收缩，流速增加，冲刷加剧。建议高含尘烟气选顺列布置，同时管间距加大，降低缝隙流速。管子材质硬度也要提高，选耐磨钢或表面堆焊硬质合金。另外，烟气入口设粗颗粒分离器，把大于五十微米的颗粒先除掉，减轻换热器负担。
换热器的清灰和检修便利性影响长期效率。余热回收运行一段时间后，换热管外壁积灰，热阻增加，传热效率下降。那家厂投运半年后，传热系数从设计值的一百五十瓦每平方米度降到九十，下降了百分之四十，原因是积灰没及时清理。建议设计时预留清灰空间，管间距不小于管子外径的一点五倍，人孔和检修门开在积灰最严重的区域。清灰方式有吹灰器、振打器、水冲洗，根据积灰性质选。粘性灰用水冲洗效果好，但低温段不能用水，怕酸液稀释后腐蚀更严重，建议用蒸汽吹灰。
余热回收量和系统匹配度决定经济性。回收的余热用来做什么，直接影响项目的投资回报。那家厂回收的热量用来预热助燃空气，节能量按燃料节省计算，回收一兆瓦热量，年节省燃料费大约八十到一百万，投资回收期三到四年。如果回收的热量用来发电，效率低一些，因为余热发电的循环效率通常只有百分之十五到二十，但电力价值高，经济性也不错。如果回收的热量没有稳定用户，比如夏季不需要预热空气，余热就浪费了，项目经济性大打折扣。建议立项前先落实余热用户，签订供能协议，再设计回收方案。
钢铁厂的余热回收，烟气成分、露点腐蚀、粉尘冲刷、清灰设计、热量利用五个环节逐一落实，项目才能既安全又经济。蒙特卡罗的平台上可以按烟气参数和用热需求做余热回收方案设计，网址是https://www.sdhainuo.com/，前期规划时值得参考。
