烟气余热回收换热方案综述-北极星电力新闻网

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能源是我们人类活动的物质基础,是经济发展最基本的驱动力。随着世界各国经济的增长，能源供求矛盾越来越严重。在能源紧缺的大环境下，余热回收、节能降耗逐渐成为节约能源的重要手段。在余热回收领域，锅炉和窑炉的烟气余热有较大的回收价值。以10 t锅炉排烟量27 000 Nm3/h，排烟温度180 ℃为例，露点温度110 ℃～120 ℃，露点以上可回收热量价值约70×104元/a。大型窑炉因排烟量大，排烟温度高，年回收价值可达上百万甚至几百万。如此多的热量由烟囱直接排入大气，既浪费能源又污染环境，因此对锅炉和窑炉排放烟气中的热能进行合理的回收利用有较大的社会效益和经济价值。

在余热回收领域，很多情况下因对换热因素分析不够准确，错误地选择换热方案，一方面一味强调热管的高换热效率，在不必使用热管，如无需轴向传热的情况下应用热管作为换热元件，反而降低换热器的换热效率，浪费钢材，使换热成本大幅提高;另一方面在露点高、粉尘大的烟气环境使用间壁式换热器，导致换热器堵塞和腐蚀严重，造成短时间设备损坏换热失效。

烟气的换热系数较低，且大部分烟气中含有SO3和粉尘，回收其热能有一定的难度。余热回收以提高经济效益为目的，换热方案的选择对成本投入影响较大，换热方案选择不合理,成本投入过大，会大大降低余热回收的经济效益。因此应根据各类烟气的不同特点和工艺要求，设计选择科学合理的换热方案。

1 含硫含尘烟气的换热方案设计

1.1 确定露点温度

当原料中含有S且在高温下燃烧时，会产生SO2，少量SO2与O2反应形成SO3，根据烟气中SO3和水分含量的不同，露点温度也不相同。SO3含量越高，露点越高;水分含量越高，露点越高。对一含硫烟气进行余热回收，首先要确定其露点温度。当我们知道了气相中S03和H20的含量，将其换算成气相分压，就可以通过露点温度图或由霍夫露点计算式得出露点温度。换热器设计时要求换热管管壁的温度要高于露点20 ℃～30 ℃[1]，从而有效防止换热元件的低温露点腐蚀和积灰。

1.2 换热元件的选择

对于含硫烟气的余热回收一般情况下应选择热管换热器，热管换热器的换热元件是热管。在余热回收领域热管换热器比较常规间壁式换热器有两大优势：a) 壁温可调;b)冷热侧均可缠绕翅片扩展受热面。

烟气的余热回收以提高经济效益为目的，而热管换热器中热管的价值占换热设备总造价的比值达75%～85%，因此选择一种造价低廉、运行平稳的热管在余热回收换热器的设计中意义重大。热管种类很多，在烟气余热回收中通常采用钢水重力热管，碳钢水重力热管结构简单、制作方便，所用工作液体水无毒无味，汽化潜热大，黏度低，传热性能稳定，工作温度较宽，30 ℃～250 ℃。因此在基本解决了碳钢水的相溶性问题后，逐渐成为烟气余热回收中的首选[2]。

1.3 壁温的调整

存在露点腐蚀的情况下，设备材质无论采用碳钢还是不锈钢，使用寿命一般不超过1 a。如果烟气含尘较多，管壁温度又低于露点，设备通常是因积灰堵塞换热面而失效。因此将管壁温度提高至露点以上是热管换热器换热是否成功的关键。

当不考虑热损的情况下，热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量，则换热量Qx为：

Qx=UhAh(th-tv)=UcAc(tv-tc)， (1)

式(1)中，Qx为换热量，W;Uh、Uc为热侧和冷侧的传热系数;Ah、Ac为热侧和冷侧的传热面积，m2;th、tc为热侧和冷侧的流体温度，℃;tv为热管内部工质的蒸汽温度，℃。

由式(1)可以看出通过调整Uh、Ah和Uc、Ac的值，可使热管的蒸汽温度tv接近热流体或远离热流体温度。由于热管的管壁温度接近管内蒸汽温度，所以可用调整U、A值的办法来控制热管管壁温度。

烟气和空气换热时，由于气体的换热系数很接近，一般是通过调整热管冷热侧比例，翅片高度和螺距来调整管壁温度。当烟气和水进行换热时，因水的换热系数比烟气高很多，所以水侧一般采用光管，除了调整冷热比例，还可以通过增加或减少折流板的数量来调整管壁温度。

原标题：烟气余热回收换热方案综述

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