锅炉烟气余热回收技术
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以烟气为热源的空气预热器
空 气 预 热 器 型 式
按传热 方式分 按构造 型式分
间壁换热式: 间壁换热式:管式和板式预热器 蓄热换热式: 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、 管式预热器:钢管、玻璃管、热管、 铸铁翅片管等 板式预热器
板式空气预热器 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。 合而成,烟气和空气在板间错流而行进行热交换。
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, 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 。
玻璃管空气预热器 当需要进一步提高加热炉热效率,降低排烟温度, 当需要进一步提高加热炉热效率,降低排烟温度, 而在采用金属预热器会遭受严重腐蚀的情况下, 而在采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。 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, 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, 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。 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: 与钢管空气预热器不同之处: 结 构 型 式 玻璃管与两端管板的连接; 玻璃管与两端管板的连接; 管箱中装有若干支撑钢管; 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; 玻璃管空气预热器中间不能设置隔板; 装有2~ 排保护钢管 排保护钢管; 装有 ~3排保护钢管; 玻璃管的长度不易过长等等。 玻璃管的长度不易过长等等。
燃气锅炉
对于燃气锅炉可以利用的烟气余热冷凝回 对于燃气锅炉可以利用的烟气余热冷凝回 收装置进行回收。 收装置进行回收。 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 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 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 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 中的CO2减排量下降40%,NOX减排量下降 60%。 60%。
近十年来,由于能源紧张,随着节能工作 进一步开展。各种新型,节能先进锅炉日 趋完善。 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 一步提高锅炉的热效率,达到节能降耗的 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。
回转式空气预热器 工作原理和结构 换热元件由转子带动回转, 换热元件由转子带动回转,烟气和空气分别由 下逆向流过。 上、下逆向流过。
优点: 优点: 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。 变化,露点腐蚀比管式空气预热器轻。 优 缺 点 快速流动的空气可以起到一些吹灰作用, 快速流动的空气可以起到一些吹灰作用, 减少了积灰。 减少了积灰。 因换热元件连续转动,只一个单孔摆动式 因换热元件连续转动, 吹灰器,就可吹到冷端截面上各个部位的积灰。 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 缺点:有转动部件,故漏风量较多,能耗大, 缺点:有转动部件,故漏风量较多,能耗大, 制造要求较严格,造价较高。 制造要求较严格,造价较高。
五、锅炉烟气余热回收与节能环保 的贡献
①降低了排烟温度,降低了烟气对大气环境 降低了排烟温度, 的直接热污染,大大降低排烟能量损失, 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, 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SO2和 可以使烟气中可凝性污染气体如SO2和NOx 等凝结, 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, ③经济效益比较可观,回收周期短。
钢管式空气预热器 预热器型式 立式:烟气走管程,空气走壳程。 立式:烟气走管程,空气走壳程。 卧式:烟气走壳程,空气走管程。 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。 立式和卧式空气预热器均可由几个单体所组成。
单体图
优缺点 优点: 结构简单、制造容易、价格便宜、 优点: 结构简单、制造容易、价格便宜、无转动 部件等。 部件等。 缺点: 换热面密度小、当量直径大、 缺点: 换热面密度小、当量直径大、所占地面或 空间较多, 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, 积灰堵塞较严重,因而妨碍了加热炉热效率的 进一步提高。 进一步提高。 安装 上置式 把钢管式空气预热器直接放在对流室顶部。 :把钢管式空气预热器直接放在对流室顶部。
烟气余热回收技术除了可大幅度节约能源 外,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%;一氧化 化硫减少80%;水蒸气减少60%;一氧化 碳减少60%;烟尘减少93%;氮氧化物减 碳减少60%;烟尘减少93%;氮氧化物减 少50%;二氧化碳减少40%。 50%;二氧化碳减少40%。
竖水管 20世纪初 世纪初 弯水管
(一) 烟管锅炉特点
高温烟气在火筒或烟管内流动放热, 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 优点:结构简单、维修方便、水容积大、 优点:结构简单、维修方便、水容积大、 水质要求低 缺点:炉温低、燃烧差(尺寸受限) 缺点:炉温低、燃烧差(尺寸受限) 传热效果差、排烟温度高、 传热效果差、排烟温度高、热效率低 汽压不宜提高、 汽压不宜提高、蒸发量受限 结构刚性大、清洗水垢困难、 结构刚性大、清洗水垢困难、易堵灰
(三) 锅炉的未来
未来发展方向: 未来发展方向: 工业锅炉方向: 工业锅炉方向: 降低成本——简化结构、降低金属耗量 简化结构、 降低成本 提高运行经济性——改善燃烧、提高热效率 改善燃烧、 提高运行经济性 运行安全 机械化和自动化 环保
大容量、高参数(效率高) 大容量、高参数(效率高)
三、国内外烟气回收技术的发展
板式空气预热器流向
气-气换热板式预热器 气换热板式预热器
板式空气预热器特点: 板式空气预热器特点: 传热性能好, 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~ 倍 管式预热器的 ~1.5倍; 压力降小,压力降仅为钢管式预热器的2/5~ ; 压力降小,压力降仅为钢管式预热器的 ~3/5; 结构紧凑,单位体积能提供的传热面积大; 结构紧凑,单位体积能提供的传热面积大; 节省金属,板厚和翅片相仿,仅1mm多; 节省金属,板厚和翅片相仿, 多 抗腐蚀性能好, 板材表面易进行多种处理, 抗腐蚀性能好 , 板材表面易进行多种处理 , 如 涂防腐涂料、 渗铝以及“ 搪玻璃” 涂防腐涂料 、 渗铝以及 “ 搪玻璃 ” 等 , 使其冷端抗 硫酸腐蚀能力大大提高, 硫酸腐蚀能力大大提高 , 国外已能用于烟气温度达 65℃; ℃ 清灰垢可用水冲洗; 适合优化设计及工厂制造。 清灰垢可用水冲洗 ; 适合优化设计及工厂制造 。
பைடு நூலகம்
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 pH值在 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。
二、锅炉发展概况
卧 式 烟管锅炉
(锅筒布置) 锅筒布置)
单火筒 双火筒 烟管 火筒烟管 横烟管 纵烟管 直水管
内部受热面 扩大容量 提高参数 扩大受热面) 圆筒型 (扩大受热面)
蒸汽锅炉 世纪末) (18世纪末) 世纪末
(水管布置) 水管布置)
立 式 横水管
水管锅炉 世纪中 外部受热面 19世纪中
锅炉烟气余热回收的方法
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。
防止低温露点腐蚀的措施 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。 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, 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。 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) 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。 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。 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℃ 属表面温度比露点温度高 ℃~10℃。 ℃ 采用耐腐蚀材料
以北京市为例:2008年冬季供暖共耗天然 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 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 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 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。 大气中的排放量约减少3000万吨。
燃油和燃煤锅炉
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 关 键 是 SO3 的 生 成 燃料中硫燃烧后全部生成SO 燃料中硫燃烧后全部生成 2 少量的SO 再与氧化合形成SO 少量的 2再与氧化合形成 3 烟气带有大量的水蒸气 当烟气温度降到400℃以下时 ℃ 当烟气温度降到 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
锅炉烟气余热的回收利用
一、选题目的
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” 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, 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, 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, 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, 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。
(二) 水管锅炉特点
高温烟气在管外冲刷流动放热, 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 优点:摆脱了火筒、烟管锅炉受锅筒尺寸 优点:摆脱了火筒、 的制约,在燃烧条件、 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, 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。 容量、参数和热效率,水质要求高。