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1、锅炉烟气余热的回收利用一、选题目的n n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。 n n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、锅炉发展概况二、锅炉发展概况圆筒型圆筒型蒸汽锅炉蒸汽锅炉（18世纪末）世纪末）扩大容量扩大容量提高参数提高参数（扩大
2、受热面）（扩大受热面）内部受热面内部受热面外部受热面外部受热面烟管锅炉烟管锅炉（锅筒布置）（锅筒布置）卧卧式式立立式式单火筒单火筒双火筒双火筒烟管烟管火筒烟管火筒烟管横烟管横烟管纵烟管纵烟管（水管布置）水管布置）水管锅炉水管锅炉19世纪中世纪中横水管横水管竖水管竖水管直水管直水管弯水管弯水管20世纪初世纪初（一）（一） 烟管锅炉特点烟管锅炉特点 高温烟气在火筒或烟管内流动放热，低温介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质在火筒或烟管外吸热 优点：优点：结构简单、维修方便、水容积大、水结构简单、维修方便、水容积大、水质要求低质要求低 缺点：缺点：炉温低、燃烧差（尺寸受限）炉
3、温低、燃烧差（尺寸受限） 传热效果差、排烟温度高、热效率低传热效果差、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、易堵灰结构刚性大、清洗水垢困难、易堵灰（二）（二） 水管锅炉特点水管锅炉特点 高温烟气在管外冲刷流动放热，汽水在管内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流动而吸热蒸发 优点：优点：摆脱了火筒、烟管锅炉受锅筒尺寸的摆脱了火筒、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，提高了锅炉容得到根本改善，便于清洗和维修，提高了锅炉容量、
4、参数和热效率，水质要求高。量、参数和热效率，水质要求高。（三）（三） 锅炉的未来锅炉的未来 未来发展方向：未来发展方向： 大容量、高参数（效率高）大容量、高参数（效率高） 工业锅炉方向：工业锅炉方向： 降低成本降低成本简化结构、降低金属耗量简化结构、降低金属耗量 提高运行经济性提高运行经济性改善燃烧、提高热效率改善燃烧、提高热效率 运行安全运行安全 机械化和自动化机械化和自动化 环保环保三、国内外烟气回收技术的发展n n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。n n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
5、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。 n n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。n n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。 锅炉烟气余热回收的方法锅炉烟气余热回收的方法 n n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。n n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。n n预
6、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n n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。n n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。 n n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。n n以北京市为例：2008年冬季供暖共
7、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n n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 低温露点腐蚀机理低温露点腐蚀机理关关键键是是SO3的的生生成成烟气带有大量的水蒸气烟气带有大量的水蒸气燃料中硫燃烧后全部生成燃料中硫燃烧后全部生成SO2少量的少量的SO2再与氧化合形成再与氧
8、化合形成SO3当烟气温度降到当烟气温度降到400以下时以下时SO3将与水蒸气化合生成硫酸蒸气将与水蒸气化合生成硫酸蒸气硫酸蒸气凝结到受热面上硫酸蒸气凝结到受热面上发生低温硫酸腐蚀发生低温硫酸腐蚀防止低温露点腐蚀的措施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，使烟气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。这在管外横流冲刷换热面，空气在管内纵
9、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。一般取金点温度，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属表面温度比露点温度高510。采用耐腐蚀材料采用耐腐蚀材料以烟气为热源的空气预热器以烟气为热源的空气预热器空空气气预预热热器器型型式式按传热按传热方式分方式分间壁换热式：管式和板式预热器间壁换热式：管式和板式预热器蓄热换热式：回转式空气预热器蓄热换热式：回转
10、式空气预热器按构造按构造型式分型式分管式预热器：钢管、玻璃管、热管、管式预热器：钢管、玻璃管、热管、 铸铁翅片管等铸铁翅片管等板式预热器板式预热器板式空气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。板式空气预热器流向板式空气预热器流向气气-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： 传传热热性性能能好好，同同样样流流速速的的条条件件下下其其传传热热系系数数为为钢钢管式预热器的管式预热器的1.21.5倍；倍； 压压力力降降小
11、小，压压力力降降仅仅为为钢钢管管式式预预热热器器的的2/53/5； 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，仅节省金属，板厚和翅片相仿，仅1mm多；多； 抗抗腐腐蚀蚀性性能能好好，板板材材表表面面易易进进行行多多种种处处理理，如如涂涂防防腐腐涂涂料料、渗渗铝铝以以及及“搪搪玻玻璃璃”等等，使使其其冷冷端端抗抗硫硫酸酸腐腐蚀蚀能能力力大大大大提提高高，国国外外已已能能用用于于烟烟气气温温度度达达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。回转式空气预热器回转式空气预热器工作原理和结构工
12、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。上、下逆向流过。优优缺缺点点优点：优点： 换热表面上冷凝的酸液量和硫酸浓度不断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。 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，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。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便于对腐蚀后的
13、元件进行更换或调换放置位置位置缺点：缺点：有转动部件，故漏风量较多，能耗大，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。单体图单体图 钢管式空气预热器钢管式空气预热器预热器型式预热器型式立式：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。优缺点优缺点 结构简单、制造容易、价格便宜、无转动结构简单、制造容易、价格便宜、无转动部件等。部件等。 换热面密度小、当量直径大、所占地面或换热面密度小、当量直径大、所
14、占地面或空间较多，特别是低温区受热面的露点腐蚀和空间较多，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。安装安装 ：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。 ： 把预热器放置在炉侧地面的基础上或钢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器和引风机后再将烟气由烟囱排出 。优点：优点：缺点：缺点：上置式上置式下置式下置式玻璃管空气预热器玻璃管空气预热器 当需要进一步提高加
15、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，才考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，适宜在烟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。结结构构型型式式 与钢管空气预热器不同之处：与钢管空气预热器不同之处：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
16、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；装有装有23排保护钢管；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。五、锅炉烟气余热回收与节能环保五、锅炉烟气余热回收与节能环保的贡献的贡献 n n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。n n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NOx 等凝结,减少了烟气中污染性气体的排放。n n经济效益比较可观,回收周期短。n n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
17、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%。n n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n n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。n n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。n n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。n n设想：我们可以根据余热的回收来研究余热发电技术。n n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。
