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1、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”。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。,二、锅炉发展概况,圆筒型 蒸汽锅炉 （18世纪末）,扩大容量 提高参数 （扩大受热面）,内部受热面,外部受热面,烟管锅炉,（锅筒
2、布置）,（水管布置）,（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 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） 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 优点：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： 大容量、高参数（效率高） 工业锅炉方向：,降低成本简化
3、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 机械化和自动化 环保,三、国内外烟气回收技术的发展,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，
4、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。,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。,燃气锅炉,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。 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
5、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60。,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。,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
6、结露）。,低温露点腐蚀,低温露点腐蚀机理,关 键 是SO3的 生 成,烟气带有大量的水蒸气,燃料中硫燃烧后全部生成SO2,少量的SO2再与氧化合形成SO3,当烟气温度降到400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,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。 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
7、防止露点腐蚀的发生。一般取金属表面温度比露点温度高510。 采用耐腐蚀材料,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,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,按构造型式分,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。,板式空气预热器流向,气-气换热板式预热器,板式空气预热器特点： 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1.21.5倍； 压力降小，压力降仅为钢管式预热器的2/53/5； 结构紧凑，单位体积能提供的传热面积大； 节省金属
8、，板厚和翅片相仿，仅1mm多； 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”等，使其冷端抗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。,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，烟气和空气分别由上、下逆向流过。,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。 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 缺点：有转动部件，故漏风量较多，能耗大，制造
9、要求较严格，造价较高。,单体图,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。,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。,优缺点,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。,安装,：把钢管式空气预热器直接放在对流室顶部。 ： 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 。,优点：,缺点：,上置式,下置式,玻璃管空气预热器,当需要进一步提高加热炉热效率，降低
10、排烟温度，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。 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。,结构型式,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23排保护钢管； 玻璃管的长度不易过长等等。,五、锅炉烟气余热回收与节能环保的贡献,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。 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NO
11、x 等凝结,减少了烟气中污染性气体的排放。 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%；一氧化碳减少60%；烟尘减少93%；氮氧化物减少50%；二氧化碳减少40%。,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。,六、新技术展望,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空间。 陶瓷换热器得到了很好的发展，因为它较好地解决了耐腐蚀，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。,
