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低品位热能高效回收与利用技术研究进展
来源:传热传质研究中心 | 作者:qkm2016 | 发布时间: 2018-04-08 | 241 次浏览 | 分享到:
低品位热能高效回收与利用技术研究进展

      随着能源利用和环境保护的问题日益严重,高效和清洁能源利用技术受到广泛关注和重视。为应对我国北方地区“雾霾”等突出的社会环境问题,供暖锅炉“煤改气”已成为发展趋势,由此带来了“气荒”等严峻的社会问题。针对上述问题,传热传质研究中心团队在国家重点研发计划支持下,承担了“低品位热能高效回收与利用技术及装置研发”课题任务,开展燃气锅炉烟气余热回收和利用技术研究,旨在提高锅炉效率、减少污染物排放,为节能减排事业的发展提供技术途径。 

  天然气的主要成分为甲烷(CH4),在燃烧器中燃烧之后,生成的产物主要有二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、水蒸汽(H2O)等组分。烟气余热利用率的概念定义如下: 

  由于水蒸气冷凝可以释放大量潜热,烟气余热中的热量包含显热和潜热两部分,可回收潜热约占排烟损失的58%。一般余热回收设备只回收烟气中的显热,在经过换热之后排烟温度依然较高,热效率较低。图1给出了余热利用率与排烟温度间的定量关系,由图可见要实现烟气余热的深度利用必须回收烟气中的潜热部分。随着过量空气系数的增加,烟气的露点温度逐渐降低,潜热回收需要在更低的温度下进行,对潜热回收不利。烟气露点温度在50-60℃左右,低于露点温度,同时回收显热和潜热,提高热效率。 

  余热回收效率与排烟温度的关系 

  针对烟气余热深度回收面临的技术问题,研究团队开展了烟气回收技术方案论证和装置开发工作:从回收性能、成本等方面综合考虑,确定了“多级换热,分段设计”的技术路线,分别对显热和潜热进行热量回收;对冷凝换热器的性能以及结构进行了设计计算,寻求更高性能的冷凝换热设计方案,从而提高余热利用率;编写烟气余热回收的计算程序,用于冷凝换热的热力学分析和结构设计优化等,具体计算过程如图2所示。第一部分计算燃烧部分,分析出口烟气成分,计算蒸汽含量和露点温度。第二部分根据露点温度以及设计工况,计算和优化换热器参数等。 

  余热回收计算流程 

  针对该技术方案,研究人员开展了实验方案的设计、论证,拟在廊坊高温烟气除尘实验平台的基础上进行改建,一方面使排烟温度达到预定要求,另一方面实现回收热量的合理利用,同时开展新型高效烟气余热深度回收装置的研发、实验验证、技术示范。预计今年6月份,研究人员将完成该实验平台的改建和方案测试,届时通过该实验平台可进行烟气除尘、余热深度回收等系列关键技术的研发和论证,将为我国节能减排事业的发展提供新的技术积累。 

  图实验平台全景(廊坊)