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谈一种深度回收烟气中冷凝水潜热的冷凝器
作者:管理员    发布于:2017-08-25 08:28:26    文字:【】【】【

  摘 要:针对从锅炉排出的高温烟气,进入烟气余热回收装置,经过热交换降低烟温、产生的部分冷凝水会腐蚀光管及其他管道,我们在现具有耐硫酸露点腐蚀性能的材料中进行比对研究,用一种新型管材即翅片管代替原来的光管,不仅可以解决烟气余热管道腐蚀的问题,而且增大换热面积。使得烟气余热回收装置换热效率为4%-6%,改进后的换热效率可达到8%-10%,并可以减小设备体积,减轻设备重量,实现烟气冷却器结构优化。这种方式有利于提升企业能源的使用效率,有利于缓和现阶段能源供求矛盾,解决环境污染的问题。因此,本文针对这种深度回收烟气中冷凝水潜热的冷凝器展开一系列的讨论,仅供参考。

  关键词:烟气;潜热;冷凝器;传热管;热效率

  我国的工业炉能源的使用效率还比较低,平均热效率在85%以下。通过余热能够节省很多燃料,减少对大气的污染,改良劳动条件,增加产量,节约成本。工业炉进步的重点在于节能。能耗的多少会体现在产品的成本与价值方面,同时也会在很大程度上影响到产品自身的竞争力,关系到企业的发展。利用企业能源的利用效率可以缓解现阶段能源供求之间的矛盾。同样,深度回收烟气中冷凝水产生的潜热也会起到节能的作用。本文主要分析了一种深度回收烟气中冷凝水潜热的冷凝器,具体内容如下。

  一、深度回收冷凝技术

  我国颁布的《大气污染防治行动计划》中提出的目标是,到2017年,我国地级以上城市可吸入颗粒物的浓度应该有所下降。还有其他发达地区的细颗粒物浓度也应该明显的下降。因此,我国应该重视综合治理工作,降低污染物的排放量,大力支持与鼓励发展环保行业,完善重要的环保技术设备与设施,鼓励新型产品的研究与开发,促进产业化的发展等。尽管如此,我国的工业炉能源的使用效率还比较低。利用烟道气的余热可以预热控制,或者加热水,提升锅炉的热效率,还有利于节约燃料,降低二氧化碳与其他其他的排放量。工业炉的排烟温度在150和220℃之间,可以充分利用很多余热资源,特别是深度回收利用烟气中冷凝水释放的潜热可以达到节能的目标。深度回收烟气中冷凝水产生的潜热能够起发挥节能的作用,与常规的燃气锅炉相比,冷凝器中的燃气锅炉的热效率会高出10%,而且锅炉的热效率可以提升到接近100%的程度。

  1、燃气工业炉的热损失

  一般情况下,燃气工业炉的热量损失包含三个方面:炉体自身散热、不完全的燃烧、排烟热量。很明显,如果想提升火焰种类的工业炉的热效率,就需要从以上三个方面入手,展开细致的研究。锅炉热损失量最多的属于排烟损失,大概有锅炉热损失的70%到80%。它的温度在150与190℃之间。这种热量只包含烟气显热,没有将烟气力水蒸汽的潜热划分在其中。

  2、回收烟气余热锅炉的热效率

  在衡量工业炉余热运用经济性的过程中,工业炉燃料的节约量是一个关键的标准。它的节约率是评价炉子热效率的关键。预热锅炉给水有利于提升燃料的使用效率,可以实现节能的目标。

  3、火电厂燃料的节约量作为对锅炉余热利用所存经济性的重要衡量指标,同时还是对炉子热效率予以评定的重要依据。预热锅炉给水能够对燃料的利用率进行提高,以此达到节能的效果及目的。对于火电厂锅炉烟气热量来讲,其主要包含有水蒸汽的热量Q1及干烟气的热量,即Q1=γCpgT1+M1hfg(T1)(1),则在烟气出口处冷凝液及烟气所具有的热量Q2表示为:Q2=γCpgT2+M2hfg(T2)+mcoolCpT2(2),对于回收烟气总量来讲,可用公式Q表示为:Q=Q1-Q2(3),Qcool表示为冷凝水潜热换热量,即Qcool=mcoolhfg(T1)(4),Qg表示烟气显热热量,即Qg=α0ηA0(Tg-Ti)(5)。在公式当中,Q1所表示的是烟气输入热量,单位表示为 kj/h;烟气出口处热量则用Q2表示,单位表示为kj/h;回收排烟总热量则用Q表示,烟气入口处温度采用T1表示,采用℃表示,T2代表烟气出口处温度,采用同上;η代表翅片冷凝器效率,α0代表烟气侧对流换热系数,单位为W/(m2·K);烟气的质量流量则用γ表示,其单位是kg/h;冷凝液生成量及水蒸汽焓值分别采用及表示,其单位分别为kg/h和kj/kg,则代表翅片管束外表面积,m2为其单位。

  经过计算,随着排烟温度的降低,烟气出口位置散发的热量也会减少。锅炉的热损失会降低。当排烟温度在60℃以下时,在烟气内部的水蒸汽会冷凝成水,从而产生潜热。每一kg的水蒸气在冷凝的过程中会产生2500kJ的热量。每1m3的天然气在燃烧的过程中,会产生2.25m3的水蒸汽,从而散发出3391kJ的热量。如果将天然气的低值35000kJ作为标准,那么就应该提升锅炉的热效率。因此,具体的降低烟气温度回收的显热效率是1.8%,相应的潜热提高的热效率7.14%,将二者合并便可得出所提高的锅炉热效率,即:ξ2=1.8%+7.14%=8.94%。根据我国相关国家标准,针对锅炉热效率计算,应以燃料低位发热值为基础,因此,在回收前期,其锅炉热效率是90.0%,然后与上述两项合并,则最终锅炉的热效应是99.94%。

  二、冷凝器的组成

  为了使冷凝器更加稳定的工作,避免从锅炉排出的高温烟气进入烟气余热回收装置后,对光管及其他管道产生腐蚀作用,我们采用了一种新型管材,即翅片管,代替原来的光管,这样不仅可以解决烟气余热管道腐蚀的问题,而且增大换热面积。改进后的烟气余热装置如图1所示:

  


  其中,冷凝器中包括方圆管道、框架、翅片换热管、冷凝水出口、冷水进口以及热水出口。

  三、冷凝器的创新分析

  1、换热管内部可以加强传热

  在换热管的基管上安装着螺旋沟槽。在基管外部还有焊接的翅片,具备螺旋沟槽的翅片管能够加强管内流体一端的对流换热,螺旋沟槽翅片管可以促使流体在管内进行螺旋运动,同时还会产生径向速度,这样可以加强换热管内部的对流换热,进而加强传热。与此同时,螺旋沟槽管可以实现迅速、大量的处理,能够明显提升总传热的指数。这样有利于减少制造的成本。换热管螺旋形沟槽中的螺旋角与节距能够促进加工工作中,可以调节与改善,同时顾及到流动阻力。

  2、换热管中的外管传热

  翅片管式冷凝器的传热的过程是,烟气利用管壁把热量传送到冷水,可以实现相变换热,是一种需要一次换热的过程。与此同时,管内的水是冷水,但是管外存在烟气。与管外相比,管内的换热系数偏大。因此,管外的换热系数会在很大程度上影响到总的传热系数。利用在光管外面无切削整体挤压翅片可以扩大外表面的范围,这可以增加管外的换热系数,进而实现加强传热的目标。在维持管外侧翅片传热水平的前提下,利用增强管内侧的对流换热,可以实现这种传热元件传热功能增强的目标。

  3、与冷凝器有关的技术改造方法

  为了促进这种技术的改造,相关人员可以从三个方面展开。第一个方面是,冷凝器后方中的烟道需要使用抗腐蚀的材料。第二方面是燃烧系数需要根据比例来变更燃烧的方法,保证冷凝器运行的稳定,使用功能齐全,能够高效的工作。第三个方面是,应该配置冷凝水排放体系。利用对流换热的作用可以回收烟气产生的余热。这种方式的成本较低、质量也小,同时具备很强的可靠性,操作简单等。

  四、实测结果的分析

  本文以这种改进后的深度回收烟气中冷凝水潜热的冷凝器为例,对它进行了实地测试。结果如下:烟气进口温度的设计值是190℃,实际值是197℃;烟气出口温度的设计值是70℃,实际值是32.6℃;烟气体积流量的设计值是6700Nm3·h-1,实际值是5000Nm3·h-1,水进口温度的设计值是15℃,实际值是23.7℃;水出口温度是设计值是44.8℃,实际值是51℃;水质量流量的设计值是8000kg·h-1,实际值是8983kg·h-1;换热量的设计值是280kW,实际值是285kW;锅炉效率提高的设计值是8.5,实际值是8.95。

  即现有的烟气余热回收装置换热效率为4%-6%,改进后的换热效率可达到8%-10%,并可以减小设备体积,减轻设备重量,实现烟气冷却器结构优化。

  五、结语

  综上所述,在工业炉余热回收的过程中,冷凝器的运用可以有效的提升燃气炉的热效率。当前工业生产过程中产生的很多锅炉烟气余热的利用效率都比较低,如果可以高效的回收、运用烟气内的水蒸气潜热,那么就能够将燃气炉的热效率提升到接近100%的程度。这种做法不仅能够节约很多燃料,还能够降低二氧化碳的排放量,有利于提高空气的质量,防止大气污染。深度回收烟气中冷凝水潜热的冷凝器的运用属于一项有效控制与预防大气污染的重要方式,值得推广应用。

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