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烟气余热回收技术发展

烟气余热回收技术发展

烟气余热回收技术发展

工程中烟气余热回收利用的常见方式如下:

1)回收烟气余热进入锅炉热力系统,提高系统燃烧率,如加热锅炉补给水(省煤器)、预热锅炉空气(空气预热器);

2)将烟气余热回收给系统外的热用户作其他用途,如加热供热系统回水,制备生活热水(余热锅炉)。


余热回收方法应充分考虑现有条件、技术经济和具体问题的具体分析。充分、高、经济地利用现有余热资源。

在烟气余热回收项目中,主要技术难点通常包括:

①换热面积灰:燃油燃烧后,未燃炭黑通常是不可避免的。即使有少量的碳灰涂覆在换热表面,仍然会显著影响换热器的正常运行。因此,热交换器的设计应避免炭黑的积聚,并便于热交换表面的后续清洁。

②换热面腐蚀:化石燃料燃烧后必然会产生SO2。如果烟气余热回收过度,会产生大量冷凝水,容易导致换热面尾部酸腐蚀,损坏换热器。这种现象在燃煤锅炉中尤为普遍。因此,烟气余热回收温度不宜过低,换热面尾部应采用耐腐蚀不锈钢等强化材料[8]。

③烟气阻力损失:当锅炉废气温度较低,导致热压不足时,或者当换热器结构换热面积大、结构复杂时,换热器烟气侧的流动阻力必然会影响锅炉废气,因此应检查换热器的阻力,以免影响锅炉的正常运行。

由于上述技术难点的限制,考虑到余热的品质,早期的研究多集中在高温烟气余热(≥500℃)和中温烟气余热(200℃~500℃)。目前已经积累了大量高成熟的技术。

相比之下,低温烟气低品质余热的研究起步较晚,没有得到足够的重视,相关成熟可靠的产品有待进一步开发。

2.换热器的研究现状

换热器在冷热流体之间起着换热作用,其性能与余热回收率密切相关,因此换热器的研究在余热回收工程中具有重要意义。

根据换热原理的异同,传统的余热回收换热器可分为三类:分区换热器、接触式换热器和蓄热式换热器。

①隔断式换热器:是指用壁将冷热流体隔开的换热器,两种流体在传热过程中不接触,而是依靠隔断壁间接传热。

分区换热器是余热回收工程中常见的换热器,如锅炉中的过热器、省煤器和空气预热器。

②接触式换热器:指通过冷热流体直接接触进行换热的换热器,冷热流体之间的换热往往伴随着物料的交换。由于传热过程比隔断式减少了中间传热阻力,这种传热方式具有设备结构简单、传热率高的特点。在余热回收项目中,接触式换热器大多以水为工质,喷淋水与高温气体进行热交换,实现热量回收。

③储热换热器:通过冷热流体对中间储热材料(通常是多孔材料)进行周期性的冷却和加热,实现冷热流体之间的热交换。旋转换热器是常见的蓄热式换热器。

转轮内填充有中间蓄热材料,中间蓄热材料被热流体加热,并在转轮转向热流体侧时蓄热;当转向冷流体侧时,中间储热材料向冷流体释放热量。这样,实现了冷热流体之间的热交换。

在中高温烟气余热回收工程中,这三种传统换热器得到了充分利用,取得了良好的使用果。

与中高温烟气余热相比,低温烟气余热具有以下特点:品质低;大量存在于各种民用锅炉中,分布比较分散;废气温度更低,露点腐蚀问题更严重;传热温差小。这就要求低温烟气余热回收工程中使用的换热器体积小、阻力低、传热率高、耐腐蚀、易于维护、适用于小温差下的传热。在这种背景下,传统的传热系数低、体积大、阻力大、维护困难的换热器已经不能满足需要。

为了满足低温烟气条件下小温差传递大热流的需求,烟气余热回收热管换热器逐渐得到开发和利用。热管是一种高的相变换热元件,能以较小的温差传递相当大的热流。它初是用来解决空间技术发展中的传热和温度控制问题的。近年来,地面应用取得了很大进展。以热管为传热元件的热管换热器比常规换热器具有更高的传热率,在烟气余热回收工程应用中具有广阔的应用前景。

热管换热器大致可视为一种分区换热器,具有传热能力强、结构紧凑、阻力小、冷热流体互不干扰、结构简单可靠、定制性强等特点。[8],适用于低温烟气余热回收领域。

根据换热器中冷热流体的不同类型,热管换热器可分为[13]:

②气-气热管换热器,如热管空气预热器;

②气液热管换热器,如热管省煤器;

③燃气-蒸汽热管换热器,如热管锅炉。

由于技术水平的限制,热管领域的早期研究大多基于集总参数法的理论计算和实验研究。然而,热管的原理和结构复杂,给理论计算和实验研究带来了许多挑战。随着计算流体力学(CFD)技术的兴起,越来越多的学者逐渐开始使用CFD相关软件来研究热管和热管换热器。


来源:本站 时间:2020-11-13 10:39:14
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