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低碳技术烟气冷凝换热技术汇总

低碳技术烟气冷凝换热技术汇总

  • 分类:工艺创新
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  • 发布时间:2024-08-20
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【概要描述】

低碳技术烟气冷凝换热技术汇总

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  • 分类:工艺创新
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  低碳技术 烟气冷凝换热技术汇总

  很多烟气中含有大量水蒸气,如燃气烟气、湿法脱硫后的烟气等。当烟气温度降至露点温度以下时,水蒸气冷凝,释放大量冷凝热,具有很高的余热回收价值。下图是燃气烟气的热量分布图,在露点温度前后出现了明显的拐点。

  烟气冷凝热回收有较大的难度,凝结水吸收酸性物质具有腐蚀性,难以使用常规换热方式。为了解决这个问题,市场上出现了很多种换热方式,下面分别说明。

  1.非金属换热器

  烟气冷凝换热中腐蚀问题明显,常见的金属换热器难以承受,可以采用防腐蚀的非金属换热器。

  非金属换热器的传热系数低,造价高。这种换热器适合在高温换热段,比如燃煤烟气脱硫前的烟气余热回收,利用较大的传热温差降低换热面积。与采用热泵回收低温热量的方式相比,造价更低,经济性很好。

  但这种换热器能利用的热量较少,因为需要保持较大的传热温差,保证经济性,不能深度降温,且高温烟气段以显热为主,能量密度低,总热量少。

  理论上来说,高温烟气段采用防腐金属换热器,如钛换热器也是可行的。但是,防腐金属换热器造价更高,在冷凝过程中容易粘连粉尘结垢。而非金属表面具有很好的防粘特性,粉尘易冲洗,应用更方便。

  市场上还有带有防腐涂层的金属换热器。这种换热器的价格也比较高,在低温段不如喷淋式换热器,高温段随着冷热交替,涂层容易脱落,综合来说不如非金属换热器。

  2.直接接触式换热器

  烟气冷凝水对换热器的腐蚀集中在换热面上。取消换热面就从根本上解决这个问题了。直接接触式换热器就是从这个角度实现烟气冷凝换热的。

  直接接触式换热器有三种,一种是喷淋式,一种是填料式,一种是混合式。

  喷淋换热器采用空腔结构,利用喷嘴将水打散,形成大量小液滴。小液滴下落过程中与烟气直接接触,接触面就是换热面。当液滴粒径很小时,形成的换热面积很大,换热效果非常好,远优于间壁式换热器,且造价低廉。

  喷淋换热器有两个不足。一是换热过程需要足够的接触时间,而在喷淋中液滴的下降速度很快,因此需要足够的高度保证换热效果,给安装造成一定难度;二是水滴下落过程中互相碰撞形成大水滴,换热面积减少,换热效果降低,无法产生较大的温差。

  填料式换热器解决了这两个问题。水沿着填料向下流动,与烟气形成换热面,换热面积就是填料表面积。这种方式降低了水的流速,减少了接触时间,换热器高度得以降低,此外,换热面积稳定,可以持续稳定换热,能够产生更大的温差。

  但是,填料和烟气接触,需要使用防腐、不易破损的材质,如陶瓷填料等,造价高,重量大,安装难度较高。

  混合式换热器上半部分是高效喷淋式换热,下半部分是稳定的填料式换热,既降低高度,又减少了填料的成本。

  直接接触式换热器一般应用在低温烟气换热段,需要与热泵配合使用。

  3.溶液喷淋换热器

  溶液喷淋换热器也是直接接触式换热器,但以传质为主。这种换热器利用吸湿性溶液与烟气接触,直接吸收水蒸气潜热。

  低温烟气中的热量大部分是潜热,这种方式的回收效率也很高。放热后的烟气温度基本不变,含湿量大幅度降低,烟气过热度很高,有利于排烟,还不易在烟囱口冷凝形成“白烟”,视觉效果较好。

  但是,这种方式需要将溶液再生才能持续回收余热,整套过程也相当于增加了一套吸收式热泵装置,只是把热泵内部流程拆开了。这种换热的弊端也很明显,一是溶液与烟气直接接触,溶液容易污染;二是项目按工程标准建设,系统精度不如工厂加工的设备,问题隐患较多;三是吸湿性溶液具有较高的腐蚀性,需要采用防腐材料,成本很高。

  溶液喷淋式换热器更适合应用在需要消白、兼顾脱硫的余热回收项目上。

  上述换热技术主要是烟气与液体换热的部分。在烟气余热回收领域,还有浆液换热器、浆液闪蒸换热器等方式,是液体之间的换热,本文暂不讨论。如果大家有兴趣,可以通过私信给大家发送技术分析。

  综合而言,烟气中余热丰富,但取热存在一些困难。根据不同的场景和需求,市场上出现了各类换热方式。合理选择换热技术,能够大幅度提高烟气余热回收效果,降低投资,实现更好的节能降碳效果。

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