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煙氣餘熱回收技術發展

       工程上常見的煙氣餘熱回收利用方式有:
       1)將煙氣餘熱回收至鍋爐熱力係統內,提高係統燃燒效率,例如:加熱鍋爐補水(省煤器)、預熱鍋爐空氣(空氣預熱器);
       2)將煙氣餘熱回收至係統外的熱用戶,另作他用,例如:加熱供熱係統回水、製備生活熱水(餘熱鍋爐)等。
圖 1.1  煙氣餘熱回收示意圖
 
       餘熱回收方式應充分考慮現有條件、技術經濟性,具體問題具體分析。充分、高效、經濟地利用現有餘熱資源。
       在煙氣餘熱回收工程中,主要技術難點通常有:
       ①換熱麵積灰:燃料燃燒後通常不可避免的含有未燃盡的炭黑。即使是少量的炭灰,覆於換熱表麵仍將顯著影響換熱器正常運行。因此,換熱器設計形式因充分考慮避免炭黑積聚,並方便後期清理換熱麵。
       ②換熱麵腐蝕:化石燃料燃燒後不可避免的產生SO2 ,若煙氣餘熱過度回收,大量產生凝結水,容易在換熱麵尾部產生酸性腐蝕,損壞換熱器,此現象在燃煤鍋爐中尤為常見。因此,煙氣餘熱回收溫度不能過低,並應在換熱麵尾部采用強化材料,如耐腐蝕的不鏽鋼等[8]。
       ③煙氣阻力損失:鍋爐排煙溫度較低導致熱壓不足,或換熱器結構換熱麵積大、結構複雜時,換熱器煙氣側流動阻力勢必對鍋爐排煙造成影響,此時應校核換熱器的阻力以免影響鍋爐正常運行。
       由於以上等技術難點的限製,並考慮到餘熱的品質,早期研究多集中於高溫煙氣餘熱(≥500℃)、中溫煙氣餘熱(200℃~500℃),目前已經積累了大量高效、成熟的技術。
       與之相對的是,品質較低的低溫煙氣餘熱相關研究起步較晚,未得到足夠的重視,相關成熟可靠的產品有待進一步開發。
       2. 換熱器研究現狀
       換熱器在冷、熱流體間起到熱量交換作用的設備,其性能與餘熱回收效率緊密相關,因此在換熱器的研究在餘熱回收工程中具有重要的意義。
       依據換熱原理的異同,傳統的餘熱回收換熱器主要可分為三大類:間壁式換熱器、接觸式換熱器及蓄熱式換熱器。
       ①間壁式換熱器:是指通過壁麵將冷熱流體隔離開,在傳熱過程中兩種流體互不接觸,而依靠間壁間接傳熱的換熱器。
       間壁式換熱器是餘熱回收工程中常見的換熱器形式,如鍋爐中的過熱器、省煤器、空氣預熱器等都屬於間壁式換熱器。
       ②接觸式換熱器:是指通過冷熱流體的直接接觸而進行熱量交換的換熱器,冷熱流體進行熱量交換的同時常常伴隨著物質的交換。由於換熱過程相比間壁式減少了中間換熱熱阻,這種換熱方式具有設備結構簡單、換熱效率高的特點。在餘熱回收工程中,接觸式換 熱器多以水為工作介質,噴淋水與高溫氣體換熱,以此實現熱量回收。
       ③蓄熱式換熱器:其通過冷、熱流體周期性地對中間儲熱材料(通常為多孔材料)進行冷卻、加熱,實現冷熱流體的熱量交換。回轉式換熱器為最常見的蓄熱式換熱器。
       轉輪上填充有中間儲熱材料,當轉輪轉至熱流體側時,中間儲熱材料被熱流體加熱並儲存熱量;轉至冷流體側時,中間儲熱材料向冷流體釋放熱量。如此循環往複,實現冷熱流體的熱量交換。
       在中高溫煙氣餘熱回收工程中,這三類傳統的換熱器得到充分的利用,取得了良好的使用效果。
       相對於中高溫煙氣餘熱,低溫煙氣餘熱有如下特點:品質低;大量存在於各類民用鍋爐中,分布較為分散;排煙溫度較低,露點腐蝕問題更為嚴重;傳熱溫差較小。這就要求應用在低溫煙氣餘熱回收工程中的換熱器體積小、阻力小、傳熱效率高、耐腐蝕、易維修,並且適應小溫差下的傳熱。在這樣的背景下,換熱係數較低、體積大、阻力高、檢修困難的傳統換熱器已經無法滿足需要。
       為滿足低溫煙氣工況下小溫差傳遞大熱流量的需求,煙氣餘熱回收熱管換熱器逐漸得到開發利用。熱管是種高效的相變換熱元件,可以在溫差很小的情況下傳遞相當大的熱流量,它起初用於解決空間技術開發中的傳熱和溫控問題。近些年,在地麵應用中其研究也取得較大進展,以熱管為傳熱元件的熱管換熱器,其傳熱效率遠高於常規的換熱器,在煙氣餘熱回收工程應用中具有廣闊的應用前景。
       熱管換熱器可近似視為一種間壁式換熱器,其具有傳熱能力強、結構緊湊、阻力小、冷熱流體互不幹擾、結構簡單可靠、可定製型強等特點[8],適用於低溫煙氣餘熱回收領域。
       根據換熱器中冷熱流體類型的不同,熱管換熱器可分為[13]:
       ② 氣-氣式熱管換熱器,如熱管式空氣預熱器;
       ②氣-液式熱管換熱器,如熱管式省煤器;
       ③氣-汽式熱管換熱器,如熱管鍋爐。
       由於技術水平的限製,早期熱管領域的研究多是基於集總參數法的理論計算以及實驗研究。但是熱管原理、結構複雜,對理論計算及實驗研究帶來了諸多挑戰,隨著計算流體動力學(CFD)技術的興起,越來越多的學者逐步開始利用 CFD 類相關軟件進行熱管及熱管換熱器相關的研究。 
2020/08/17 08:45:39 107 次