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【余热利用】环形加热炉低热值烟气余热利用

       国家“十三五规划”明确提出了节能减排的目标,到2020年,单位GDP能耗比2005年下降40%-45%的目标,2030年单位GDP碳排放比2005年下降60%-65%的要求,“十三五”(到2020年)单位GDP能耗只需要下降13%,单位GDP碳排放下降14%或15%,就可以完成对国际承诺的减排任务。“十三五”规划提出的约束性指标更加明确了国家节能减排的决心。

       根据调查,各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%-67%,可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。

       政府已将“余热余压”利用工程列为“十大重点节能工程”之一。节能减排已成为整个社会的共同任务。

       为了响应国家节能减排的号召,针对环形加热炉余热回收配套余热锅炉系统进行余热的回收利用。

       一、技术特点

       热利用:就是直接利用废气热能,提供生产生活需要,简单、直接。

       动力回收:是将废气热能转化成清洁的、使用方便、输送灵活的蒸汽,可以扩大余热利用途径。对废气余热中的热能进行动力回收,是一项最佳的节能措施。能实现“变废为宝”,是一项节能环保综合利用技术改造项目,其经济效益、环保效益和社会效益十分显著。

       二、余热回收的好处:

       1、回收利用环形加热炉的排烟热能,进行余热回收,可提高企业的能源利用率。

       2、余热回收所产蒸汽直接用于发电,减少外购电能,降低单位生产成本。

       3、可以缓解能源供应紧张的局势、减少污染物的排放。

       4、企业建设余热回收可提高企业的经济效益,减少大气污染物的排放,实现经济效益、环保效益和社会效益多赢的局面,符合循环经济。

       三、余热锅炉防爆:

       余热锅炉汽包采用2只安全阀控制,超压自动泄压,液位采用磁翻板控制设计高低水位报警,安装有电接点压力表超压报警。

       四、烟气余热回收设备流程:

       1、450℃的烟气沿经烟道依次进入热管蒸发器、中低温热管换热器降到≦160℃,经烟囱排出。

       2、 系统特点

       (1)操作简单、维修方便、工作可靠,整个系统的热量输送过程不需要任何外界动力,故障率低,效率高。

      (2)整个系统中热管蒸发器和中低温热管换热器均采用热管结构设计,处上升管和下降管其他全部受压元件的组焊均在厂内完成,整体出厂,现场吊装,减少现场安装焊口,缩短现场安装量,节约安装费用。

       3、余热锅炉辅助系统

       排污系统——汽包设定期排污,排去适量的污水以确保蒸汽品质。

       蒸汽放散——设备故障时,蒸汽能够实现紧急快速放散蒸汽。

       4、套管式热管余热锅炉特点

       1)有更高的效率。套管式热管余热回收器的传热元件是超导热管,保留了热管相变传热的固有特点,传热快,效率高;在结构上,套管是全逆向换热,换热效率在传统锅壳式余热回收器的基础上进一步提高;

       2)更低成本。由于换热效率更高,同等效率需要的受热面积减少,因此设备重量减轻,成本更低;

       3)更好的抗露点腐蚀。热管是等温传热,受热面壁面温度高于露点温度,不易结露,同时,由于套管式余热回收器每一根都是相对独立的,所以可以更好的控制壁面温度,进而可以更有效防止露点腐蚀的发生;

       4) 更大耐压。套管式余热回收器完全摈弃锅筒,而全部使用小口径无缝管,很薄的壁厚即可承受十倍锅筒的压力;

       5)外形更灵活。由于设计时不需要考虑锅筒,可根据现场设计成任意形状,可用整体式和分体式,更容易布置;

       6) 安装更方便。由于换热效率高,换热面积降低,并且没有锅筒的重量,外形灵活,可整体安装,也可分块组装,安装更容易,安装成本更低;

       7)运行更安全。设备没有大容器的存水空间,不会出现事故时闪蒸,即使承压运行,也永远不会发生爆炸类事故。

       5、系统工作原理

       余热锅炉系统烟气先经过热管蒸发器后经过中低温热管换热器。

       (1) 各段换热设备之间有过渡段连接,过渡段上设有人孔(供设备安装和停炉检修时使用)。每套装置平台均留有通道,以便设备安装和维修需要。

       (2)热管蒸发器是由若干根套管式热管元件组合而成。其基本结构及工作原理如图所示。

       热管的受热段置于热流体风道内,热风横掠热管受热段,热管元件的放热段插在汽--水系统内。由于热管的存在使得该汽--水系统的受热及循环完全和热源分离而独立存在于热流体的风道之外,汽--水系统不受热流体的直接冲刷。热流体的热量由热管传给水套管内的饱和水(饱和水由下降管输入),并使其汽化,所产蒸汽(汽、水混合物)经蒸汽上升管到达汽包,经汽水分离以后再经主汽阀输出。这样热管不断将热量输入水套管,通过外部汽--水管道的上升及下降完成基本的汽--水循环,达到将热烟气降温,并转化为蒸汽的目的。

       (3)热管换热器也是由若干根特殊的热管元件组合而成,热管的受热段置于烟气风道内,热管受热,将热量传至夹套管中从除氧器进来的除氧水,加热到140℃以上,送至汽包。

       五、系统特点

       (1)采用热管作为传热元件,整个汽水系统的受热及循环完全和热流体隔离而独立存在于热流体烟道以外,这就使本系统有别于一般余热锅炉。

       (2)设备中热管元件间相互独立,热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响,即使单根或数根热管损坏,也不影响系统正常运行,同时水、汽也不会由于热管破损而进入热流体。

       (3)设计时调节热管两端的传热面积可有效地调节和控制壁温,防止低温酸露点腐蚀。

       (4)操作简单、维修方便、工作可靠,整个系统的热量输送过程不需要任何外界动力,故障率低,效率高。

      (5)整个系统中热管蒸发器和热管省煤器均采用积木式模块化箱体结构设计,全部受压元件的组焊均在厂内完成,分段出厂,现场吊装,减少现场安装焊口,缩短现场安装量,节约安装费用。

       六、ORC有机朗肯余热发电简述

       1、ORC发电装置的工作原理

       工作原理与朗肯循环热机相同,常规火电厂的汽轮机发电机组使用的介质是水,而ORC发电机组使用的是有机物质。有机介质的选定是由余热的温度水平决定的,不同的温度选用不同的介质,常用的介质有R134、R245fa和各种烷类等。利用有机介质的低沸点特性(35-65℃蒸发),当余热温度大于介质蒸发温度时,有机介质在蒸发器内汽化,相变为具有一定压力的气体,推动螺杆或透平膨胀机做功,螺杆机或透平机拖动发电机发电。做功后有机介质气体的温度和压力下降,从螺杆机或透平机排出时为气液两相,经冷凝器冷凝为全液相,进入储液槽,工质泵将液态工质泵入蒸发器,完成一个做功循环。

       2、机组工作

       热水、低压饱和蒸汽、热物液、烟气经蒸发器流出,有机工质在蒸发器内汽化,当温度达到70℃时,工质气体压力达到1.0-1.5MPa,推动螺杆膨胀机旋转拖动发电机,经冷凝器冷凝后进入集液槽,由工质泵泵入蒸发器,输出电力并入电网。

       3、工艺流程

       4、机组外形图

       六、系统流程示意图

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