一种烟气余热回收评价系统的制作方法

[0001]
本申请涉及新能源与节能领域，具体涉及一种烟气余热回收评价系统。


背景技术：

[0002]
煤炭作为我国最主要的一次能源，在能源消费结构中占主导地位。近年来，我国煤炭消耗量占一次能源消耗总量70％以上，且以工业、电力燃煤为主，占煤炭总消费比超过90％，民用燃煤为辅。在工业、电力燃煤发电过程中，通过煤炭燃烧释放出的热量加热锅炉内的水生成水蒸气推动汽轮机发电或直接对外提供蒸汽热源。大量的燃煤消耗不经快速消耗有限的煤炭资源，还会在煤炭燃烧过程中产生大量co2、sox、nox和粉尘等污染物排放，因此如何提高煤炭燃烧过程释放热量的利用效率，是降低煤炭消耗量及污染物排放量最为有效的措施。
[0003]
煤炭燃烧产生的热量去向主要包括三部分，一部分热量被有效利用作为热源用于加热工业及电站锅炉中热水并产生蒸汽；一部分热量随烟气排放进入环境空气中；还有一部分热量由工业及电站锅炉系统通过热辐射散失进入环境空气。其中被用于锅炉加热的热量为有效热量，占燃烧热量的大部分，排入环境空气中的热量为热损失。随着技术的不断进步，目前大型电站锅炉的热效率已经达到80％以上，而锅炉排烟热损失占全部热损失的一半以上，因此，锅炉烟气蕴藏着巨大的余热资源。燃煤锅炉空预器后的排烟温度一般在120～140℃，循环流化床锅炉的排烟温度可以超过150℃。研究表明，燃煤锅炉排烟温度每降低20℃，锅炉效率可以提高1％，相应地可以降低煤耗约1g/(kw/h)，按2010年全年火电发电量3.3万亿kw/h估算，可节约煤炭3.30
×
106t，同时可降低环境热污染，减少co2、so
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和no
x
和粉尘等污染物排放。
[0004]
金属翅片管换热器具有阻力小、换热面积大、换热效率高的特点，可对锅炉排放尾气取得较好的换热效果。然而，锅炉尾部烟气中含有硫氧化物和大量水蒸气，在对锅炉排放尾气进行换热降温过程中，烟气中的硫氧化物和水蒸气容易凝结成硫酸雾细小雾滴，进而腐蚀换热器(锅炉排放尾气在冷接降温过程中，刚好出现水蒸气与硫氧化物凝结的温度临界点为锅炉尾气的酸露点)，影响换热器的正常稳定运行。


技术实现要素：

[0005]
本申请提供一种烟气余热回收评价系统，可针对高温尾气余热回收过程的酸露点、取热器积灰性能、取热器换热效率及取热器阻力进行系统评价，并在此基础上确定烟气余热回收过程取热量、取热器形式、取热液流速、烟气流速等关键参数的最佳设计值，为烟气余热回收过程提供技术支撑。
[0006]
一种烟气余热回收评价系统，包括：取热腔、循环水槽、抽气泵、测量仪表和控制仪表；
[0007]
所述取热腔为烟气流通通道，取热腔的进气口连通烟气排放源烟道、出气口通过风管连通所述抽气泵，取热腔内设置取热器；
[0008]
所述循环水槽内设置加热器和取热液泵，所述取热液泵的入口与循环水槽内连通、出口通过取热器进液管路与所述取热器的取热液进口连通，所述取热器的取热液出口通过取热液出液管路接入所述循环水槽内；
[0009]
所述测量仪表包括：
[0010]
设于所述取热腔内的皮托管、入口温度计、入口压力计、入口湿度计、出口温度计、出口压力计和出口湿度计；
[0011]
设于所述取热液出液管路上的取热液出口温度计；
[0012]
与所述皮托管连接的差压变送器和气速显示仪，所述皮托管、差压变送器、气速显示仪依次连接；
[0013]
与所述入口温度计连接的入口温度显示仪；
[0014]
与所述入口湿度计连接的入口湿度显示仪；
[0015]
与所述出口温度计连接的出口温度显示仪；
[0016]
与所述出口湿度计连接的出口湿度显示仪；
[0017]
与所述入口压力计和出口压力计连接的差压显示仪；
[0018]
以及与所述取热液出口温度计连接的取热液出口温度显示仪；
[0019]
所述控制仪表包括所述抽气泵的变频器和与所述加热器连接的温控仪。
[0020]
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0021]
可选的，所述皮托管设于所述取热器的上游；所述入口温度计、入口压力计和入口湿度计设于垂直于取热腔内烟气流向的同一截面上且位于所述取热器上游；所述出口温度计、出口压力计和出口湿度计设于垂直于取热腔内烟气流向的的同一截面上且位于所述取热器的下游。
[0022]
可选的，所述取热腔为内部中空的透明长方体结构，所述透明长方体结构的其中一侧设置连接烟气排放源烟道的进气口、与进气口相对的一侧设置连接抽气泵的出气口；所述进气口处设置整流器。
[0023]
可选的，连接取热液泵与取热器的取热液进口的管路上设置取热液流量计和取热液流量调节阀。可选的，所述取热器为单根金属翅片管；所述取热器安装于取热腔的中间部分且以金属翅片管的轴线垂直于烟气流向布满取热腔的横截面。
[0024]
可选的，所述金属翅片管的管内为双层套管结构，内层套管一端开口作为取热液进口并通过取热器进液管路与取热泵出液口连通，内层套管另一端为敞开结构并与两层套管之间的腔体连通；外层套管两段均为封闭结构，在靠近取热液进口端的外壁上设有取热液出口，取热液出口与两层套管之间的腔体连通并通过取热液出液管路与循环水槽连通。
[0025]
内外层套管结构的换热器可增强取热液流速、提高换热效率提高，另外可保证进出水口的温度更均匀，均匀换热。
[0026]
可选的，所述外层套管位于第一取热液通道与第二取热液通道连通处的一端端口直接封闭，另一端的端口熔封于内层套管的外壁上。
[0027]
可选的，所述金属翅片管的翅片垂直于外层套管的轴线且布满外层套管的外表面。
[0028]
可选的，位于内层套管腔体与两层套管之间腔体连通一端的外层套管的外端面上设置用于与取热腔连接的固定卡扣。与之相适应的，取热腔内壁上设置固定卡槽。
[0029]
可选的，位于内层套管腔体与两层套管之间腔体连通一端的外层套管的内端面上设置取热液导流环。导流环用于强化取热液流动并降低取热液在两层套管之间的流动阻力。
[0030]
可选的，为了减少污染，所述抽气泵出口可通过出口烟气管道接入排放源烟道中。
[0031]
与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果：
[0032]
(1)本申请提供了一种锅炉尾气余热回收前快速测定烟气酸露点温度的测试系统，通过调整换热器内换热液的流量及温度，逐步降低换热器后的烟气温度直至酸露点温度出现，可快速测出锅炉尾气的酸度点温度，确定在保证换热器长周期稳定运行前提下的最大换热量，评价换热方案的可行性和经济性；
[0033]
(2)本实用新型提供了一种锅炉尾气中颗粒物在换热器表面粘附堆积性能的评价系统，通过调整换热器换热过程的烟气流速、烟气温度、换热液流量及换热液温度，验证不同工艺参数下换热器表面的机会性能，可为尾气余热回收过程防止换热器表面积灰提供工艺参数支撑，降低换热器堵塞风险；
[0034]
(3)本实用新型提供了一种换热器换热效率的评价系统，通过调节烟气流速、烟气温度、换热液流量及换热液温度，测试换热器下游烟气的温、湿度及换热器进出口换热液温度，评价不同换热器的换热效率，为锅炉尾气余热回收工程中换热器的选型和设计提供支撑。
附图说明
[0035]
图1为本申请烟气余热回收评价系统的结构示意图；
[0036]
图2为图1中取热器的结构以及取热器与取热腔之间的配合示意图。
[0037]
图中所示附图标记如下：
[0038]
1-取热腔
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2-整流器
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3-皮托管
[0039]
4-压差变送器
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5-气速显示仪
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6-入口温度计
[0040]
7-入口湿度计
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8-入口压力计
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9-取热器
[0041]
10-出口温度计
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11-出口湿度计
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12-出口压力计
[0042]
13-抽气泵
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14-变频器
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15-循环水槽
[0043]
16-取热液泵
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17-加热器
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18-温控仪
[0044]
19-取热液进液管
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20-取热液进液阀
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21-取热器进液管路
[0045]
22-取热液流量计
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23-取热液流量调节阀
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24-取热器出液管路
[0046]
25-取热液出口温度计
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26-进口温度显示仪
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27-进口湿度显示仪
[0047]
28-出口温度显示仪
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29-出水湿度显示仪
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30-压差显示仪
[0048]
31-取热液出口温度显示
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32-烟气排放源烟道仪
[0049]
91-内层套管
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92-外层套管
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93-翅片
[0050]
94-内层套管腔体
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95-两层套管之间的腔体
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96-取热液进口
[0051]
97-取热液出口
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98-取热液导流环
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99-固定卡扣
具体实施方式
[0052]
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0053]
为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。
[0054]
需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
[0055]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
[0056]
采用换热降温对锅炉排放尾气排放余热进行回收利用时，尾气的余热回收量取决于排烟温度和锅炉尾气的酸露点温度，两者温度差为尾气的最大换热温差。受煤质、锅炉类型及燃烧参数的影响，不同锅炉排放尾气中硫氧化物和水蒸气的含量均不同，造成不同锅炉尾气的酸露点存在较大差异。因此，在对锅炉尾气进行余热回收前，通过对锅炉尾气酸露点进行测试及评价，确定不同锅炉尾气的实际酸露点，并用于指导锅炉尾气余热回收量及烟气温度降温幅度的设计，是保证锅炉排放尾气余热回收效率及余热回收装置长期稳定运行的关键所在。本申请提供的烟气余热回收评价系统可有效解决以上问题，具体实施方案如下：
[0057]
如图1所示，一种烟气余热回收评价系统，包括：取热腔1、循环水槽15、抽气泵13、测量仪表和控制仪表。取热腔1为烟气流通通道，取热腔1的进气口通过烟气管道连通烟气排放源烟道32，取热腔的出气口通过烟气管道连通抽气泵13，取热腔内设置取热器9；循环水槽15内设置加热器17和取热液泵16，取热液泵的入口与循环水槽内连通，取热液泵的出口通过取热器进液管路21与取热器8的取热液进口连接，取热器的取热液出口通过取热器出液管路24接入循环水槽15内。循环水槽15还连接取热液进液管19，取热液进液管19上设置取热液进液阀20。取热液进液管19用作系统运行前的取热液添加和运行过程中调节取热液时的冷夜补充。
[0058]
测量仪表包括：皮托管3、入口温度计6、入口湿度计7、入口压力计8、出口温度计10、出口湿度计11、出口压力计12、差压变送器4、气速显示仪5、取热液出口温度计25、入口温度显示仪26、入口湿度显示仪27、出口温度显示仪28、出口湿度显示仪29、压差显示仪30和取热液出口温度显示仪31。皮托管2、入口温度计6、入口湿度计7和入口湿度计8设于取热腔内取热器的上游；出口温度计10、出口湿度计11和出口压力计12设于取热腔1内取热器的下游；取热液出口温度计25设于取热器出液管路24上。皮托管3、差压变送器4、气速显示仪5依次通过导线连接。入口温度显示仪26与入口温度计6通过导线连接；入口湿度显示仪27与入口湿度计7通过导线连接；出口温度显示仪28和出口温度计10通过导线连接；出口湿度显示仪29与出口湿度计11通过导线连接；压差显示仪30通过导线与进口压力计8及出口压力
计12连接；取热液温度显示仪31与取热液出口温度计25通过导线相连。
[0059]
控制仪表包括变频器14和温控仪18，变频器14通过导线与抽气泵13连接；温控仪18通过导线与加热器17连接。
[0060]
本申请的烟气余热回收评价系统包括烟气流通系统、取热液流通系统和测量仪表系统。取热腔、烟气管道和抽气泵组成烟气流通系统；循环水槽、取热液泵、取热液管道和取热器组成取热液流通系统；皮托管、差压变送器、气速显示仪、入口温度计、入口温度显示仪、入口湿度计、入口湿度显示仪、出口温度计、出口温度显示仪、进口压力计、出口压力计、压差显示仪、取热液出口温度计及取热液出口温度显示仪组成测量仪表系统；变频器和温控仪组成控制仪表系统。烟气流通系统、取热液流通系统、测量仪表系统和控制仪表系统组成本申请的评价系统。
[0061]
取热液泵16安装于循环水槽15内，取热液泵进水口与循环水槽连通，取热液泵出口通过取热液管路与取热器进液口连通，取热器出液口通过管路与循水槽连通。循环水槽内的加热器通过导线与温控仪连接，用于调节循环水槽内的取热液温度。取热腔内流通烟气，取热器内流通取热液，烟道源烟气在抽气泵作用下在取热腔内流动，流经取热器时，与取热器内的取热液进行热交换，烟气温度降低，烟气中的热量进入取热液中。通过温控仪逐步调节取热液的温度，观察硫酸雾的生成情况，通过测量仪表测量烟气换热前后的各项参数，记录硫酸雾生成时出口温度显示仪28的显示温度，即为酸露点温度。
[0062]
通过调节取热液温度或取热液流量可调节取热器的换热效率，取热液温度通过温控仪18、加热器17和取热液进液阀20进行调节，加热器可加热取热液的温度，取热液进液阀20可调节进入循环水槽内的补充冷夜，降低取热液温度。取热液流量可通过设置在取热器进液管路21上的流量计22和取热液流量调节阀23调节。
[0063]
一种实施方式中，取热腔1的进气口处设置整流器2，用于对进入取热腔内的烟气进行整流；皮托管3设于整流器2的下游，用于检测烟气流速；烟气在取热腔内沿轴向流动，入口温度计6、入口湿度计7和入口压力计8位于取热器上游的同一径向截面上；出口温度计10、出口湿度计11和出口压力计12位于取热器下游的同一径向截面上。此设置方式下，入口温度计6、入口湿度计7和入口压力计8所检测为同一截面处入口烟气的参数，出口温度计10、出口湿度计11和出口压力计12所检测为同一截面处出口烟气的参数。
[0064]
取热腔1为烟气流通通道，作为取热腔的一种实施方式，取热腔1采用内部中空的透明长方体结构，透明长方体结构的其中一侧设置进气口、与进气口相对的另一侧设置出气口，进气口通过烟气管道连接烟气排放源烟道32，出气口通过烟气管道连接抽气泵13。烟气沿长方体结构的长边方向流通，进口温度计、进口湿度计和进口压力计位于垂直于长边的的同一截面上，出口温度计、出口湿度计和出口压力计位于垂直于长边方向的同一截面上。取热腔的材质采用保温材料，透明结构便于观察取热腔内的硫酸雾生成情况及积灰情况。
[0065]
作为取热器9的实施方式，取热器可采用单根金属翅片管；取热器9安装于取热腔1的中间部分，取热器9以金属翅片管的轴线垂直于烟气流向布满取热腔1的横截面。例如烟气在取热腔内沿轴向(或长边和方向)流动，取热器分布于取热腔的径向(或短边)截面上。采用单根金属翅片管，取热腔的径向(或短边)尺寸与单根金属管的外轮廓相适配；金属翅片管安装后，取热器布满取热腔的整个径向(或短边)截面，烟气从翅片间隙流通，确保所有
的烟气都经过取热其均匀换热。如图2所示为单根金属翅片管的安装方式。
[0066]
金属翅片管包括管体和翅片，作为金属翅片管的一种实施方式，如图2所示，金属翅片管的管体为双层套管结构，包括内层套管91和外层套管92，内层套管和外层套管均为直管，翅片93垂直于外层套管的轴线且布满外层套管的外表面。内层套管为两端贯通的直管，内层套管91的一端开口作为取热液进口96、另一端为敞开结构并连通内层套管腔体94和两层套管之间的腔体95；外层套管92的两端均为封闭结构，外层套管靠近取热液进口端的外壁上开设取热液出口97。取热液进口96连接取热器进液管路21，取热液出口97连接取热器出液管路24。
[0067]
作为外层套管两端封闭的一种实施方式，外层套管92位于内层套管腔体和两层套管之间的腔体连通处的一端端口直接封闭，另一端的端口熔封于内层套管91的外壁上。
[0068]
为便于取热器在取热腔内的快速安装，一种实施方式中，位于内层套管腔体94与两层套管之间腔体95连通一端的外层套管92的外端面上设置固定卡扣99，用于与取热腔1的内壁连接。与之相适应的，取热腔1内壁上设置固定卡槽。
[0069]
为强化取热液流动并降低取热液在两层套管之间的流动阻力，一种实施方式中，位于内层套管腔体94与两层套管之间的腔体95连通一端的外层套管92的内端面上设置取热液导流环98。作为导流环的一种实施方式，可在外层套管内侧的管壁与底部转角处形成弧形导流面，将来自内层套管腔体94的取热液更好的导向两层套管之间腔体95内。
[0070]
为了减少污染，所述抽气泵出口可通过出口烟气管道接入排放源烟道中。
[0071]
利用上述评价系统进行烟气余热回收评价的方法，包括：
[0072]
(1)连接烟气余热回收评价系统，接入电源，打开取热液进液阀向循环水槽注入循环液，开启加热器通过温控仪将取热液加热至设定温度并保持稳定；(采用高沸点取热液时将取热液加热至与烟气温度一致，采用水作为取热液时，将循环水加热至接近沸点)；
[0073]
(2)打开位于高温尾气排放源烟道上的进气阀门，启动抽气泵并通过变频器设定抽气泵工作频率，将排放源烟道中的高温烟气引入余热回收评价系统，在抽气泵的作用下，高温烟气依次经过取热腔、烟气管道并经抽气泵排出；
[0074]
(3)根据检测仪表数据显示结果，通过控制仪表调整设备运行工况，进行如下至少一种余热回收工艺评价：
[0075]
(a)高温尾气酸露点评价：待烟气余热回收评价系统各检测仪表所测试的参数稳定后逐步调整温控仪，降低循环水槽中取热液温度，待气速显示仪、进口温度显示仪、进口湿度显示仪、出口温度显示仪、出口湿度显示仪和压差显示仪参数稳定后记录测试数据，并观察取热器下游烟气硫酸雾出现情况，若烟气没有达到酸露点则继续通过温控仪降低循环水槽中取热液温度，直至酸度点出现并记录被测试烟气的酸露点温度；
[0076]
(b)取热器积灰性能评价：待烟气余热回收评价系统各参数稳定后逐步调整温控仪，降低循环水槽中取热液温度，待各气速显示仪、进口温度显示仪、进口湿度显示仪、出口温度显示仪、出口湿度显示仪和压差显示仪参数稳定后记录测试数据，并观察取热器表面积灰情况，若烟气没有积灰现象则继续通过温控仪降低循环水槽中取热液温度，直至积灰现象出现并记录取热器下游烟气温度；
[0077]
(c)取热器换热性能评价：控制取热器进液管路上的阀门，调整取热器内取热液的流量，待烟气余热回收评价系统气速显示仪、进口温度显示仪、进口湿度显示仪、出口温度
显示仪、出口湿度显示仪和压差显示仪参数稳定，记录取热器前后的烟气温度，继续下一个不同流量的测试；通过测试不同取热液流量换热效果，评价换热器的换热性能，确定最佳的取热液温度和流量；
[0078]
(d)取热器阻力评价：控制抽气泵的变频器频率，调整取热腔内高温烟气的流量，待烟气余热回收评价系统气速显示仪、进口温度显示仪、进口湿度显示仪、出口温度显示仪、出口湿度显示仪和压差显示仪参数稳定，记录取热器前后的压力差，继续下一个不同流量的测试；通过测试不同烟气流速下取热器的压力差，确定最佳的烟气流速。
[0079]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0080]
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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