中低温烟气余热利用系统换热特性

北极星环保网讯:摘要：随着社会的发展和人们对周边环境的要求日益提高，相关技术人员越来越关注其余热利用的系统优化以及换热特性。本文将会着重介绍烟气余热利用过程中最容易出现的两种现象—中低温腐蚀和积灰，接着针对这两大问题提出与之对应的解决措施，希望对我国中低温烟气设计余热利用装置以及实际运行起到一定的参考和借鉴作用。

众所周知，人们的生活和生产活动中能源都是不可或缺的重要组成部分。但是当前人们为了加快经济的进步，导致环境污染日益严重，能源资源也越来越少。

在生产过程中，通常都会产生具有压力能和热能的废气、废液等，甚至还会产生大量的化学反应热等物质。这些余热是可以被广泛用于发电、加热或者制冷的，这样一来就可以很大程度上减少一次能耗，同时可以减少对环境的伤害。我国的工业企业自身具有很大的余热利用潜力，这在当前的节约能源工作中占据着极其重要的地位。但是事实证明，要做到余热资源的回收利用工作，并非一躇而就的事情，而是一定要同时满足技术上可行、工艺上需要、经济上合理以及保护环境等要求，这是我们当前面临的重要研究课题。

1.中低温烟气余热利用中的腐蚀

1.1低温腐蚀的主要影响因素

大致可以分为以下几大因素：(1)换热器管壁的温度。通常情况下，在低温腐蚀的条件下，金属壁温会出现两个比较严重的腐蚀区域，也就是水露点以下区域以及在酸露点以下20—45度的区域内，值得注意的是，在这两个严重的腐蚀区域之间存在一个腐蚀相对比较轻的区域，为了有效避免锅炉受热面出现大面积的腐蚀，应当尽可能的避开着两个区域，但是在实际操作中，因为壁面温度已经远远大于设计值，也就是说水露点以下区域不容易出现，因此要相关人士特别引起重视;(2)三氧化硫的浓度。实践表明，所有影响烟气中硫酸形成的因素都会对低温受热面的腐蚀造成不同程度的腐蚀。通常情况下，三氧化硫的浓度越高，三氧化硫的分压力越高，烟气的酸露点就会越高，也就越容易造成低温腐蚀;(3)烟气中水蒸气的分压力。一般地说，烟气中所含有的水蒸气越多，分压力就会越大，所产生的硫酸蒸汽也会随之越来越多，酸露点就会越高，意味着在实际操作中发生低温腐蚀的几率就越大。

1.2如何防止低温烟气余热利用中的低温腐蚀

由于中低温烟气中会含有三氧化硫等一些具有腐蚀性的气体或者液体，如果在余热回收中不对如何防止低温腐蚀加以考虑，不仅仅会影响到整个系统的正常运转，还会大大减少设备的使用寿命。对于此种情形通常有以下几类解决方式：(1)尽可能的使用耐腐蚀的材料。经过多次试验结果表明，采用耐腐蚀材料(比方说搪玻璃钢、ND钢等)，或者对金属标明进行渗铝处理，便能够有效延长设备的使用寿命，但是每一种方案都并不是十全十美的，我们必须进行权衡来择优选取。比方说在来回收电厂锅炉排烟余热过程中采用塑料薄膜材料作为防腐蚀材料，实验表明，使用这些加热汽轮机的凝结水以后，可以大大减少汽轮机的抽气环节，还可以减少烟气中二氧化硫和三氧化硫等酸性气体的大量排放，最终起到了烟气脱硫的效果。除此之外，塑料薄膜材料的热阻比较小，十分符合传热的标准，经过科学的改造以后的电厂标煤消耗比之前没有改造过的电厂标煤下降大约4.5g/KW.H,具有非常明显的节能效果;(2)让受热面的最低壁面温度比露点温度要高。我们可以通过充分利用工况来提高最低管壁温度。具体地说就是当管壁温度比露点温度低的时候，可以将热流体和冷流体从逆流改为顺流;还有一种方式就是利用流体的再循环旁路增加进口流体的温度，比方说空气预热器暖风机，虽然这会使换热器的热效率在一定程度上会下降，但是可以大大降低低温腐蚀的发生概率。另外一种比较好的办法就是利用套管填充法来提高管壁温度。它是指将与烟气直接接触的管子运用更大的管子将其套起来，在两同心管之间填充碳化硅等导热材料，这样一来就可以让外套管壁温度比水测内壁温度高出许多，这也是一种防止发生低温腐蚀的有效方法。值得注意的是，使用这种方式会增加传热的热阻，施工起来会比较麻烦。

2.中低温烟气余热利用中的积灰处理

在工矿企业中的中低温烟气中少不了飞灰的存在，尤其是燃用固体燃料烟灰的数量非常多，而积灰会很大程度上增加受热面的热阻，流动阻力也会随之增加，换热器  表面温度下降，极易产生低温腐蚀，因予以重视。

2.1采用化学方式除灰

也就是通过化学清灰剂将烟道里的烟垢清除掉。而我们较为常用的是以硝酸盐为主，外加一些缓蚀剂，通过反复使用，能够让受热面烟垢龟裂而易于脱落。

2.2保证烟气流速

实践证明，烟气流速对于松散性积灰以及减轻积灰的倾向带来很大的帮助。但是流速增加以后，磨损和阻力也会随之增加，因此选择一个较为合适的流速显得尤为重要，通常情况下只要阻力降允许的话尽可能的选取较大的流速，最好是将最狭窄的截面位置选取6-8m/s的流速，这样可以改善机会状况。

2.3利用清灰或者清灰装置

一般有两种方式：(1)激波吹灰。这会对机会产生先压后拉的作用，将积灰与基底发生有效分离，从而达到彻底清灰的目的，它的主要特点在于传播方位全，范围广，不留死角;(2)声波吹灰。这是利用气流边界在声音振动的时候形成声波，烟气流的声震周期性的改变边界层在纵向的压力梯度，进而被逆向流动的烟气携带出烟道，进而起到除灰的目的。

3.中低温烟气余热利用的换热特性

通过对具体的换热器的性能进行试验以后，我们可以采用换热器烟气侧烟气流速的方式来得到空气侧的雷诺数，还能够得到水侧换热系数、烟气侧NU以及烟气侧换热系数，试验工况以及测量参数如表1所示，最终得出的结果如表2所示。

通过这些数据我们可以得出一下几个结论：(1)通过搭建试验台与模拟工矿企业生产现场运行工况的实验结果来看，可以轻易得出换热器的NU与RE的关联式：，这个关联式为中低温烟气余热利用的换热器无论是从设计方面还是选型方面都提供了强而有力的参考依据;(2)鉴于中低温烟气余热的能级低于回收难度大的属性，提出了强化传热是中低温余热利用的重点所在，而在设计换热器则是强化传热的重中之重，这样我们在搭建试验台的过程中就能够做到有的放矢;(3)为了有效防止低温腐蚀，相关人员必须适时的采取必要措施提高换热器的管壁温度，鉴于最低管壁温度接近水侧的温度，因此我们可以采取水侧再循环运行方式提高换热器的最低管壁温度，使其高于烟气中酸露点温度5-10度，这样不仅可以有效防止腐蚀，也可以降低积灰。

4.总结语

综上所述，随着经济的快速发展的对环保要求的日益提高，如何进行预热回收利用已经成为节能减排领域中相当重要的课题，而中低温烟气余热自身的一些属性导致预热回收难度大、能耗增加、污染物排放增大。鉴于此，我们首先从认识上关注这个问题，密切注意在参数优化中尽可能的防止产生低温腐蚀和积灰现象;另外，由于工矿企业的生产特点，烟气的预热通常都是周期性产生，并且热用户与预热会存在着一定的距离，所以我们在设计蓄热供热的时候，需要根据用户的能级、余热源以及预热回收的工作环境来择优选取与之匹配的材料;还有一点就是需要根据强化传热的方式搭建中低温烟气余热利用实验平台，模拟工矿企业烟气余热利用的运行工况，通过给水再循环提高管壁温度，以此来有效避免腐蚀与积灰现象。