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锅炉烟气余热回收技术docx
锅炉烟气余热的回收利用
■在当今社会里,节能已成为继煤炭、电力、石油和天然气之后的“第五能源”。
而在现在的工业锅炉的使用中普遍存在着热量利用率低下,排放烟气余热温度过高,以及烟气内污染环境气体含量过高等问题。
■目前工业锅炉是我国主要的热能动力设备,随着我国经济快速发展,能源消耗日益增加/城市大气质量日益恶化的问题越发突出。
在热能动力方面能耗高、污染高的主要原因之一就是锅炉的烟气排放'锅炉排烟问题一方面在于烟气污染物的直接污染,另一方面就是过高的排烟温度。
r
7
、锅炉发翩f况
扩大容量
提高参数
圆筒型(扩大受热面)蒸汽锅炉,
(18世纪末)
内部受热面
烟管锅炉Y(锅筒布置)
—单火筒双火筒烟管
L火筒烟管厂横烟管
纵烟管
厂横水管
(水管布置)水管锅炉2
外部受热面19世纪中
厂直水管
「竖水管<
20世纪初
(一)烟管锅炉特点
高温烟气在火筒或烟管内流动放热,低温介质在火筒或烟管外吸热
结构简单、维修方便、水容积大、水质要求低
炉温低、燃烧差(尺寸受限)传热效果差、排烟温度高、热效率低汽压不宜提高、蒸发量受限
结构刚性大、清洗水垢困难、易堵灰
(二)水管锅炉特点
高温烟气在管外冲刷流动放热,汽水在管
内流动而吸热蒸发
"a
摆脱了火筒、烟管锅炉受锅筒尺寸的制约,在燃烧条件、传热效果和受热面布置方面得到根本改善,便于清洗和维修,提高了锅炉容量、参数和热效率,水质要求高。
(三)锅炉的未来
未来发展方向:
,亠亠
大容量、咼参数(效率咼)
工业锅炉方向:
>降隹唇毛简化结构、降低金属耗量
>提高运行经济性改善燃烧、提高热效率
>运行安全
A机械化和自动化
»环保
■近十年来,由于能源紧张,随着节能工作进一步异展。
容*申薪型,节能先班竊炉白“宀¥
趋兀書。
■采用先进的燃烧装置强化了燃烧,降低了不完全燃烧量。
然而,降低排烟热损失和回收烟气余热的技术仍进展不快。
为了进一步提高舖初滋热效碁送到节能薩耗的目的,回收烟气余热也是一项重要的节能途径。
■美、日、苏等工业发达国家都十分重视对工业烟气余热的回收利用,把热管换热器的研制、生产和推广应用工作放在优先发展的位置,这就是热管换热器迅速发展和广泛应用的原因。
■目前,国内外烟气余热回收装置大多采用金属换热材料,主要结构形式有回转式换热器、焊接板(管)式换热器、热管换热器、热媒式换热器等。
■烟气余热回收途径通常采用二种方法:
一种是预热工件;二种是预热空气进行助燃。
■预热工件需占用较大的体积进行热交换,往往受到作业场地的限制。
■预热空气助燃是一种较好的方法,一般配置在加热炉上,也可强化燃烧,加快炉子的升温速度,提高炉子热工性能。
这样既满足工艺的要求,最后也可获得显著的综合节能效果。
■对于燃气锅炉可以利用的
进行回收。
■烟气余热冷凝回收装置的技术原理,就是利用温度较低的水冷却烟气,把烟气温度降低到烟气中的水蒸汽冷凝,同时实现烟气显热和水蒸汽冷凝潜热的回收利用,提高锅炉热效率。
■据调查每1标准立方米天然气完全燃烧后,
可节省燃气8%左右。
每1标准立方米天然
气完全燃烧后,冷凝水回收量0.65kg烟气
中的CO2减排量下降40%,NOX减排量下降
■以北京市为例:
2008年冬季供暖共耗天然气40亿立方米。
若全部安装烟气冷凝余热回收装置,可节约天然气约3亿立方米,可
回收冷凝水约2600万立方米。
二氧化碳往大气中的排放量约减少3000万吨。
■但是由于石油、煤等燃料中均含有硫,在燃烧时,硫氧化物的产生是必不可少的,它与水蒸气结合后即形成硫酸蒸汽。
当锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点(称为酸露点),就会在其表面形成液态硫酸(称为结露)。
低温露点腐蚀
低温露点腐蚀机理
燃料中硫燃烧后全部生成SO2
「关
键
是
so
当烟气温度降到400°C以下时
SO3将与水蒸气化合生成硫酸蒸气硫酸蒸气凝结到受热面上
发生低温硫酸腐蚀
提高空气预热器换热面的壁温
提高空气预热器入口的空气温度可以提高预热器冷端换热面的壁温,防止结露腐蚀。
在管式空气预热器内将管子水平放置,使烟气在管外横流冲刷换热面,空气在管内纵向流动。
这样设计的预热器,其壁温比立式管(烟气走管内)稍高,对减少低温腐蚀有利。
若将尾部换热面的壁温控制在稍高于烟气的露点温度,可以完全防止露点腐蚀的发生。
一般取金属表面温度比露点温度高5°C〜10°Co
采用耐腐蚀材料
热分造分传式构式按方按型空气预热器型式
间壁换热式:
管式和板式预热器
蓄热换热式:
回转式空气预热器
管式预热器:
钢管、玻璃管、热管、
铸铁翅片管等
板式预热器
由大量的平行的平板或各种冲压的波纹板组合而成,烟气和空气在板间错流而行进行热交换。
板式空气预热器流向气•气换热板式预热器
•传热性能好,同样流速的条件下其传热系数为钢管式预热器的1・2〜1・5倍;
•压力降小,压力降仅为钢管式预热器的2/5〜3/5;
结构紧凑,单位体积能提供的传热面积大;
•抗腐蚀性能好,板材表面易进行多种处理,如
臧腐涂料、渗铝以及“搪玻璃”等,使其冷端抗
65°C;
清灰垢可用水冲洗;适合优化设计及工厂制造。
工作原理和结构
换热元件由转子带动回转,烟气和空气分别由
上、下逆向流过。
换热表面上冷凝的酸液量和硫酸浓度不断变化,露点腐蚀比管式空气预热器轻。
快速流动的空气可以起到一些吹灰作用,减少了积灰。
因换热元件连续转动,只一个单孔摆动式吹灰器,就可吹到冷端截面上各个部位的积灰。
便于对腐蚀后的元件进行更换或调换放置位置
rM式:
烟气走管程,空气走壳程。
页热器型式i卧式:
烟气走壳程,空气走管程。
立式和卧式空气预热器均可由几个单体所组成。
空气
▼烟气
管式空气预热器单体图
结构简单、制造容易、价格便宜、无转动部件等。
换热面密度小、当量直径大、所占地面或空间较多,特别是低温区受热面的露点腐蚀和积灰堵塞较严重,因而妨碍了加热炉热效率的进一步提高。
上置式:
把钢管式空气预热器直接放在对流室顶部。
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下置式:
把预热器放置在炉侧地面的基础上或钢架上,将对流室的烟气引下来,通过空气预热器和引风机后再将烟气由烟囱排出。
当需要进一步提高加热炉热效率,降低排烟温度,而在釆用金属预热器会遭受严重腐蚀的情况下,才考虑用玻璃管空气预热器。
由于玻璃管空气预热器不能承受高温,适宜在烟气露点温度以下工作,它是作为一种防腐措施付诸应用的,所以一般都是和其他型式的预热器联合使用。
与钢管空气预热器不同之处:
玻璃管与两端管板的连接;管箱中装有若干支撑钢管;玻璃管空气预热器中间不能设置隔板;
装有2〜3排保护钢管;
玻璃管的长度不易过长等等。
■①降低了排烟温度'降低了烟气对大气环境的直接热污染,大大降低排烟能量损失「提高
了锅炉运行效率。
■②冷凝式换热器在燃油燃气锅炉上的应用/可以使烟气中可凝性污染气体如S02和NOx等凝结,减少了烟气中污染性气体的排放。
■③经济效益比较可观'回收周期短。
■烟气余热回收技术除了可大幅度节约能源夕卜,由于冷凝的作用,排入大气的有害物质也将大为减少。
据科学测定,烟气冷凝后排入大气的有害物质减少量如下:
二氧化硫减少80%;水蒸气减少60%;氧化碳减少60%;烟尘减少93%;氮氧化物减少50%;二氧化碳减少40%o
因此,利用烟气余热回收技术除了节能外,
排烟将更加符合环保要求。
另外,据实际测定,烟气冷凝后形成的冷凝水pH值在6左右,略呈酸性,因城市污水为碱性,故冷凝水排入城市污水系统不会形成危害,但以排入工厂废水处理系统处理为佳。
■由于金属换热器的使用存在很多的局限性,
所以在余热回收技术方面存在很大的发展
好地解决了耐腐蚀,耐高温等课题,成为
了回收高温余热的最佳换热器。
・■・
■经过多年生产实践,表明陶瓷换热器效果很好。
它的主要优点是:
导热性能好,高温强度高,抗氧化、抗热震性能好。
寿命长,维修量小,性能可靠稳定,操作简便。
■设想:
我们可以根据余热的回收来研究余热发电技术。
■利用强制余热锅炉回收冶炼烟气余热,,配套饱和蒸汽汽轮机组,发电机组实现发电,最大限度提高余热蒸汽利用效率。
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