低碳技术 烟气余热深度回收技术
yj蓝天
yj蓝天 Lv.16
2023年03月27日 07:41:46
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锅炉系统中烟气带走的热量占10%以上,回收价值很高。特别是燃气烟气和湿法脱硫的燃煤烟气,含有大量水蒸气,汽化潜热丰富,能量密度高,对供热系统来说是很好的余热源。目前,市场上对汽化潜热进行深度回收的技术又喷淋热泵技术、开式热泵技术、进气加湿技术等。1.喷淋热泵技术喷淋热泵技术以热泵制取低温冷水,通过喷淋换热的方式吸收烟气热量,实现对烟气的降温、吸热。一般情况下,由于锅炉供热系统中存在较大的固有传热温差,热泵以吸收式热泵为主,利用传热温差做功,实现零能耗回收余热。

锅炉系统中烟气带走的热量占10%以上,回收价值很高。特别是燃气烟气和湿法脱硫的燃煤烟气,含有大量水蒸气,汽化潜热丰富,能量密度高,对供热系统来说是很好的余热源。目前,市场上对汽化潜热进行深度回收的技术又喷淋热泵技术、开式热泵技术、进气加湿技术等。

1.喷淋热泵技术

喷淋热泵技术以热泵制取低温冷水,通过喷淋换热的方式吸收烟气热量,实现对烟气的降温、吸热。一般情况下,由于锅炉供热系统中存在较大的固有传热温差,热泵以吸收式热泵为主,利用传热温差做功,实现零能耗回收余热。

该技术的优点:首先,吸收式热泵和喷淋式换热器是相对独立且较成熟的设备,系统安全性、稳定性高;其次,吸收式热泵具有很好的制冷能力,可以深度回收烟气热量,将排烟温度降得较低;第三,以两个主设备(热泵、喷淋式换热器)为核心的系统简单,以常规水泵、管道连接,维护方便。

该技术的缺点:首先,系统造价较高,特别是吸收式热泵的造价高,部分项目经济性不佳;其次,喷淋式换热器体积较大,部分项目无法实施,甚至需要改为间壁式换热器,造价升高,还进一步恶化热泵工况,提高热泵造价,进一步拉低项目经济性。

总体而言,该技术安全可靠,经济性在可接受范围内,是目前烟气余热深度回收的主流技术。

 

2.开式热泵技术

深度回收烟气余热的重点在于吸收式水蒸气,而吸收式热泵内部流程存在溴化锂溶液吸收水蒸气的过程,因此,将封闭的吸收式热泵打开,将烟气引入热泵流程中,直接回收烟气,就形成了开式热泵技术。

该技术的优点:首先,将吸收器和蒸发器取消,用烟气吸收塔替代,简化了系统流程;其次,溶液直接吸收烟气热量,减少了传热环节,热泵工况较好;第三,采用钙盐吸收液,同时兼具了脱硫的效果。

该技术的缺点:首先,虽然系统流程简化、热泵工况变好,有助于降低成本,但是考虑到开式系统中溶液的腐蚀性,很多关键设备需要采用昂贵的防腐换热器(如钛换热器),整体造价并没有显著降低;其次,溶液与烟气直接接触,会逐渐变质、需要定期更换,也会被烟气吹走一部分、需要定期补充,使用昂贵的溴化锂溶液不合适,需要改为便宜的吸收液(如氯化钙溶液等),但也带来了较高的运行成本;第三,更换溶液后,溶液吸收水蒸气能力变差,余热回收能力比喷淋热泵技术差;第四,将一体化的吸收式热泵循环拆开,形成了工程项目,故障点增多,运行稳定性变差。

总体而言,该技术以降低造价、提高效率为目标,对喷淋热泵技术进行改进,但是没有达到预期效果,余热回收的经济性低于喷淋热泵技术。如果将其脱硫功能考虑,与湿法脱硫塔+喷淋热泵路线相比,具有一定的优势。这也是该技术具有一定市场的重要原因。

 

3.进气加湿技术

进气加湿技术取消了热泵,将锅炉本体作为余热回收的一部分,大幅度降低了造价。该技术利用两级喷淋换热,将烟气中的水蒸气传递到助燃空气中,提高排烟的露点温度,能够用热网水直接回收烟气潜热。

该技术的优点:系统简单,造价低。

该技术的缺点:首先,助燃空气加热加湿后,炉膛内烟气体积相应增加,导致部分通道“卡脖子”,降低了锅炉出力能力;其次,烟气增湿后对锅炉尾部烟道腐蚀加剧,大幅度降低锅炉寿命,提高了大修频率;第三,性能严重受到热网回水温度影响,低温时回收效果好,高温时回收效果差,一旦超过设计温度,余热回收效果断崖式下降。

总体而言,该技术降低锅炉出力能力、缩短使用寿命,不宜用在电站锅炉、大型燃煤锅炉上;在燃气锅炉上的应用表明,具有较好的余热回收效果(受益于燃气烟气含湿量远高于燃煤烟气),但也存在明显的腐蚀问题,需要变更控制策略,甚至改造炉体,改造复杂程度和操作精细程度明显高于喷淋热泵技术。因此,该技术不适合对常规锅炉改造,可以与新型锅炉一体化设计,按照加湿后的特点重新设计炉体,实现低成本的烟气余热深度回收。

 

此外,在烟气余热回收技术里,还有浆液余热回收技术,以脱硫塔作为换热器,吸收浆液的热量。该技术有浆液换热器和闪蒸两种,浆液换热器会破坏电厂的水平衡,腐蚀磨损严重,问题较大;闪蒸是一种较理想的方式,但也面临浆液结垢、堵塞的问题,目前还没有长时间运行的案例,可行性需要示范项目验证。

烟气余热是一种良好的供热余热源,深度利用是供热领域节能降碳的重要方向。目前,市场上以喷淋热泵技术为主,开式热泵技术有少量案例,其他技术很少,说明了各类技术的成熟度。在双碳环境下,未来还会出现更多的新技术,进一步助力供热领域的节能降碳。

 

 


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