了解余热回收技术

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换热器：

换热器在动力、化工、石油、原子能等许多工业部门均有广泛的应用。按工质类型，换热器可分成气体对气体、气体对液体、液体对液体等换热器，以及有相变的蒸发器、冷凝器等。按工作原理，可以分成三种类型：

气-气换热器：气-气换热器在余热利用中用得最多的是用烟气余热来加热燃烧用空气。也有的用烟气余热加热燃烧用煤气。管式空气预热器和回转式空气预热器气-液和液-液换热器：气-液换热器通常是利用烟气的余热来生产热水供采暖和生活用，或用来加热锅炉给水。也有用来加热有机流体作中间载热介质或供热介质。

换热器按传热方式分类，可分为以下三类：直接接触式（混合式），蓄热式，间壁式。

接触式换热器：冷却塔，旋风预热器，澡堂蒸汽加热器。

蓄热式换热器：回转式空气预热器，各种蓄热室。

间壁式换热器：管壳式（管板式、浮头式、填料函式、U型管式），板式（板翅式、螺旋板式、波纹板式），管式（管箱式、套管式、喷淋管式），板壳式。

热管换热器：

热管是60年代中期出现的一种高效传热元件。由热管组成的换热器具有体积小、重量轻、传热功率大、流阻低等优点，在余热回收利用中得到越来越广泛的应用。

热管特点：

1）极高的传热性能：随管内工质的不同，传热系数达107W/m2.℃，是普通碳钢的数万倍。

2）低温差下高传输热量能力：一根直径12.7mm，长1000mm的紫铜棒，两端温差100℃时传输30W的热量；而一根直径、长度的热管传输100W的热量，两端温差只需几度；

3）换热两流体均走管外，可以翅片化以强化传热；

4）单管作业性：由热管组成的换热设备单根热管损坏对设备的换热影响不大，即使部分热管损坏也不会影响的政正常运行；

5）热源分汇：在设计可以随意调整热管冷却段和蒸汽段的换热长度，以控制热管的壁温，因此可以使热管换热器避开露点。这样就可避开露点腐蚀、不易积灰；

6）热管与换热器单支点焊接，避免由热涨冷缩造成的应力。

热管省煤器：

镍基钎焊翅片管：

合金钎焊翅片管与高频绕焊管比较：

项 目	合金钎焊	高频绕焊
焊接率	100%	80%
耐腐蚀	表面烧接渗透一层镍铬合金，具有不锈钢性能	无
表面硬度	高，HRC55~60	低，HRC12.5
焊接应力	无，碰撞冷热不脱焊	有，容易脱焊
积灰	管片焊接面光滑，无焊瘤，不易挂灰	焊接面粗糙，有焊瘤，易粘污挂灰

分离式热管换热器：

热管蒸发器：

某钢厂80T电炉余热回收现场：

热泵：

热泵是利用逆卡诺循环的原理，使载热工质从低温余热中吸取热量，并在温度较高处放出热量的热回收装置。热泵的制造与制冷机相同，只是目的不同而已。由于热泵能将低温位热能转换成高温位热能，从而提高能源的有效利用率，因而是回收低温位余热的重要途径之一，近年来得到了迅速的发展。

蓄热器：

蓄热器是锅炉与使用蒸汽侧两者之间必要的储存能量的“热库”，这就是蓄热器所起的作用。当负荷波动剧烈，尖峰负荷与最低负荷反复出现时，对于生产蒸汽与使用蒸汽两方面都是不经济的。有了蓄热器，在锅炉产生蒸汽富裕的时候，把蒸汽储存起来，蒸汽不足的时候，在取出来使用。蓄热器的这种作用，对锅炉经济运行和有效的使用蒸汽两方面来说，都是极其重要的。

余热锅炉：

余热锅炉是回收和利用各种工业炉窑和石油化工工艺气余热的主要设备。

余热锅炉利用废气为热源，因此无需燃烧系统(除非有补燃要求)。

余热锅炉可在多压状态下产生蒸汽以提高热回收效率。

热传导靠对流而不是靠辐射。

余热锅炉不采用膜式水冷壁结构。

余热锅炉采用翅片管最大限度地强化传热。

余热锅炉的分类：

1、使用场合分类，如烧结余热锅炉、加热炉余热锅炉、合成氨余热锅炉、硫酸余热锅炉等。

2、按余热锅炉的操作条件分类，如高温高压余热锅炉、中压或低压余热锅炉。

3、按照余热锅炉汽水循环的特性分类，分为自然循环余热锅炉、强制循环余热锅炉、直流式余热锅炉。

4、按照传热管内流通的介质是烟气或水可分，烟管式和水管式余热锅炉。

5、按照布置形式分，可以分管壳式余热锅炉与烟道式余热锅炉。

6、按照安装方式分，可分为立式余热锅炉和卧式余热锅炉。

管壳式废热锅炉：

余热锅炉的构造：

1.汽包的作用与构造：

汽包又叫锅筒，是锅炉最重要的受压元件，其作用为：

（1）接受锅炉给水，同时向蒸汽过热器输送饱和蒸汽，连接上升管和下降管构成循环回路，是加热、蒸汽与过热三个过程的连接枢纽。

（2）锅筒中储存一定量的饱和水，具有一定的蒸发能力，储存的水量愈多，适应负荷变化的能力就愈大。

（3）锅筒内部安装有给水、加药、排污和蒸汽净化等装置，以改善蒸汽品质。

余热锅炉吹灰器：

为了确保锅炉各受热面能够长期、高效、安全、可靠地运行，必须正确设置和使用吹灰器。

蒸汽吹灰器，声波吹灰器，燃气脉冲吹灰器（激波吹灰器），机械振打吹灰器。

余热发电厂的主要设备：

(一)余热锅炉组成部分：

余热锅炉部分是由锅炉本体、过热器、省煤器、汽包等组成，它们的作用如下：

（1）锅炉本体：吸收炉膛中的热量，产生饱和蒸汽。

（2）过热器：将饱和蒸汽进一步加热，提高蒸汽温度为过热蒸汽。

（3）省煤器：利用烟气的余热提高给水温度。降低排烟温度，提高锅炉热效率。

（4）汽包：汽包是锅炉蒸发设备中的主要部件，是汇集炉水和饱和蒸汽的圆筒形容器。是加热、蒸发、过热三个过程的分界点

（二）汽轮机部分

汽轮机是由汽轮机本体、调速系统、危急保安器及油系统组成，它们的作用如下：

（1）汽轮机本体：由锅炉输出的高温高压蒸汽吹动叶轮转动，将热能变换为机械能。

（2）调速系统：使汽轮机在负荷变化时，自动增大和减小蒸汽的进汽量，保持汽轮机在额定转速（3000r/min)下稳定运行。

（3）危急保安器：当汽轮机调速系统失灵，转速超过3300r/min，危急保安器动作，将主汽门关闭，防止汽轮机损坏。

（4）油系统：它是供给汽轮机和发电机各处轴承的润滑油和调速系统用油。

（三）电气部分

电气部分由发电机、变压器、高低压配电装置、输电线路及厂用电和综合自动化系统系统组成，它们的作用如下：

（1）发电机：将机械能转换为电能。

（2）变压器：将发电机输送出的电能的电压升高或降低。余热发电不需要。厂用变压器供辅助设备用电。

（3）高低压配电装置：它是按主接线的要求，由开关设备、保护测量电器、母线和必要的辅助建筑构成的总体，其作用是在正常时用来接受和分配电能，在系统故障时迅速切断故障部分,恢复正常运行。

（4）输电线路：向用户输送电能与系统联络，以保证供电的可靠性。

（5）厂用电系统：供给发电厂生产用电、照明、机修等自用电。

（6）综合自动化系统：由DCS自动化控制系统、二次仪表、综合保护装置、电气测量系统、电气计量系统、电站自动统计报表系统等组成。完成遥控、遥测、遥信、遥脉、综合保护功能。

余热发电厂的汽水流程简述：

电厂的汽水系统由锅炉、汽轮机、凝汽器、凝结水泵、除氧器、给水泵等组成。炉水在锅炉中被加热成蒸汽，经过过热器进一部加热后变成过热蒸汽，过热蒸汽通过主蒸汽管道进入汽轮机，过热蒸汽在汽轮机中不断膨胀加速，高速流动的蒸汽冲动汽轮机动叶片，使汽轮机后的蒸汽排入凝汽器并被冷却水冷却成凝结水，凝结水通过凝结水泵打入除氧器中与脱氧后的补充水一起由给水泵打入锅炉。这样就完成了一个周期循环。

退火炉烟气余热回收系统：

退火炉烟气余热回收系统，从过滤水管道改造20~30m3/h的常温过滤水，输送PH排烟管道附近设置的气水换热器，经过320℃~420℃烟气加热，过滤水被加热到41~75℃，并输送到清洗段热水槽内，热水槽内根据温度设定补充少量或完全无需补充蒸汽加热。

技术方案编写和项目实施：

1）现场调查和数据采集

2）基本方案编写和方案沟通

3）技术协议和商务合同签订

4）实施计划书和项目管理

5）工程验收后项目分成期

现场调查和数据采集-1（基本信息）：

余热来源（简要工艺描述）；

余热的品质和数量（温度、流量、污染物成分、腐蚀性介质）；

余热的用途；

要求服务内容；

项目进展情况。

现场调查和数据采集-2（工程设计）：

燃料消耗量；

年运行时间，负荷变动情况；

设备布置方式；

设备安装地点（平立面布置图）；

电气及自控要求；

土建资料。

现场调查和数据采集-3（设备设计）：

材质要求；

介质成分；

设备寿命；

交货期；

整体安装还是组装；

关键技术点（吹灰方式、阻力要求、设计保证值）。

基本方案编写及方案交流：

1）烟气热焓、排烟温度、产汽量（热水量及温升）；

2）最大热负荷，平均热负荷，最小热负荷核算；

3）管道和系统压损范围，排烟系统抽力（包括炉压控制）能力核算；

4）工艺流程描述（流程图）；

5）余热回收系统现场布置（布置图）；

6）自控方式和能介接点条件；

7）经济性分析。

基本方案编写及方案交流-换热器计算：

1）烟气侧热流量 Q烟= V烟* C烟（t1-t1）

2）管程出口水温度t2 = Q烟/(V水*水* C水)+ t2

3）对数平均温差△tm= [（t1- t2）-（t1- t2） ]/ln[（t1- t2）-（t1- t2）]

4）换热面积A = Q烟/ (K*△tm)

余热锅炉计算：

1)烟气放出热量Qy=Vy*1.295*(ty1*Cy1-ty2*Cy2)/3600

2)额定压力下蒸汽流量Q汽=Qy*0.95/(h汽-h软水)*3600

余热锅炉设备设计：

1)烟气放出热量Qy=Vy*1.295*(ty1*Cy1-ty2*Cy2)/3600

2)额定压力下蒸汽流量Q汽=Qy*0.95/(h汽-h软水)*3600

3）热管工质的选择：(ty1+5tk2)/6

4）加热段单根光管换热面积Ay0=3.14*d0*Ly/1000

5）冷却段单根光管换热面积AkO=3.14*d0*Lk/1000

6）烟气流通截面积S=B*Ly/1000-d0*Ly*n/1000

7）烟气流速ω=Vy/3600/S

8) 烟气平均温度tp=(ty1+ty2)/2

9）烟气侧阻力ΔP=ξ*ω2*ρ（1+ tp/273）/2

10)对流换热系数αy =0.33*((λ*1000)/d0)*( Re0.6)*( Pr0.3)

11）管壁热阻R管=d0/(2λw)*Ln(d0/di)

12）污垢热阻R污=0.002

13）传热系数K=1/(1/αy+R管+ R管*( Ly/Lk)+1/α2*(Ly/Lk)+ R污)

14）对数平均温差Δtm=((ty1-ts1)-(ty2-ts1))/Ln((ty1-ts1)/(ty2-ts1))

15）传热面积A = Qy*1000/(K*Δtm)

16）需要管根数n=A/Ay0

技术协议和商务合同编写签订：

技术协议编写；

项目商务模式沟通和合同招投标；

商务合同编写、谈判和签订。

余热回收系统常见故障：

低压热交换器加热过滤水温度过高，管壁结垢；

换热器处排烟温度过低，含SO2烟气在管壁结露，造成换热器管壁泄漏；

过热水系统稳压装置损坏，系统压力波动并造成管道内热水快速汽化，换热管剧烈震动；

热管受热面受飞灰长期冲刷磨损，造成破裂，增加更换维护费用；

热管受热面积灰，不便于清理。

实施计划和项目管理：

实施计划书编写

设备采购和合同分包

详细设计专业分交或外委；

设计审查和出图；

现场施工交底

设备进场和施工协调

工程考核验收