中低溫?zé)煔庥酂崂弥蟹栏胧┘袄梅绞降奶接?/h1>
2011-01-17 03:54:36上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院
上海節(jié)能 2011年1期
上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院
胡深亞 潘衛(wèi)國 姜未汀 王文歡 章 玲 周 曰
0 前言
能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，能源的利用程度是反映人類進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志。所有工礦企業(yè)都有工業(yè)余熱，余熱屬于二次能源。工業(yè)余熱是指在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，本來可以利用，但實(shí)際上被廢棄不用而排放至周圍環(huán)境的那部分熱量。
各行業(yè)的余(廢）熱總資源約占其燃料消耗總量的17%—80%，其中容易回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%，也就是說，易回收利用的余熱資源約為燃料消耗總量10.2%—48%。工礦企業(yè)余熱主要集中在鋼鐵、石油、化工、建材、食品、電子等領(lǐng)域?；厥沼酂峁?jié)能的潛力是非常大的。
提高能效是最有效的節(jié)能減排手段。根據(jù)國際能源署2008年報(bào)告，節(jié)能、提高能效在減少溫室氣體排放中的貢獻(xiàn)率是54%。所以提高余熱利用率不僅可以使企業(yè)減少能耗，而且又能減少溫室氣體及其污染物的排放[1]。
1 中低溫?zé)煔庥酂崽攸c(diǎn)
工礦企業(yè)余熱中，煙氣的余熱占相當(dāng)大的比例。煙氣余熱按溫度可分為：高溫?zé)煔庥酂幔囟雀哂?50℃），中溫?zé)煔庥酂幔?00~650℃），低溫?zé)煔庥酂幔ㄐ∮?00℃）。由于高溫?zé)煔獾臒崞肺侗容^高，利用難度相對(duì)較小，所以這部分余熱基本上都得到了利用。中低溫?zé)煔馓貏e是低溫?zé)煔庥幸韵绿攸c(diǎn)：
1）余熱量不穩(wěn)定
余熱資源的數(shù)量不穩(wěn)定，一般是由工藝生產(chǎn)過程來決定的。有的生產(chǎn)工藝是周期性的，有的是間斷性的，有的工藝生產(chǎn)過程雖然連續(xù)穩(wěn)定，但也有生產(chǎn)的波動(dòng)，這樣余熱資源的數(shù)量會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。
2）煙氣中含塵量較大
工礦企業(yè)煙氣中的含塵量較大，而且煙塵物理、化學(xué)性質(zhì)也很惡劣。會(huì)引起受熱面積灰，增加了傳熱熱阻，降低了換熱效率，也會(huì)引起受熱面磨損，影響設(shè)備的壽命。
3）煙氣中含有腐蝕性物質(zhì)
中低溫?zé)煔庵谐３：懈g性氣體，如二氧化硫、三氧化硫、NOx等腐蝕性氣體，會(huì)使受熱面產(chǎn)生低溫腐蝕，不僅腐蝕受熱面，減少設(shè)備壽命，影響正常運(yùn)行，而且容易使受熱面積灰，引起煙氣通道堵塞，風(fēng)機(jī)阻力增加，增加電耗。
4）煙氣的品位較低
由于中低溫?zé)煔獾臏囟容^低，能級(jí)較小，做功的能力較小，根據(jù)能量匹配、能量梯極應(yīng)用的原則很難找到合適的熱用戶，而且利用這部分的能量相對(duì)來說成本較大，資金回收周期長，制定方案時(shí)應(yīng)綜合考慮投資與回收之間的關(guān)系。
以上這些煙氣特點(diǎn)對(duì)于余熱的回收和利用產(chǎn)生了很大的影響，使得很多工礦企業(yè)直接排放了較難利用的余熱，由于中低溫余熱資源數(shù)量非常巨大，而且分布范圍極其廣泛，所以解決好上述問題，合理回收中低溫?zé)煔庥酂?，?duì)于企業(yè)的節(jié)能降耗有很重要的意義。
2 中低溫?zé)煔庥酂崂玫姆栏g措施
2.1 低溫腐蝕的機(jī)理
中低溫?zé)煔膺M(jìn)入低溫受熱面后，其中的水蒸汽由于煙溫降低或接觸溫度較低的受熱面而發(fā)生凝結(jié)。煙氣中水蒸汽開始凝結(jié)的溫度為水露點(diǎn)。純凈的水蒸汽的露點(diǎn)決定于它在煙氣中的分壓力，水蒸汽的露點(diǎn)通常低達(dá)45~54℃。一般排煙在100℃以上，不易發(fā)生低溫受熱面結(jié)露。但是實(shí)際煙氣中都會(huì)含有二氧化硫，其中一部分會(huì)進(jìn)一步氧化為三氧化硫，三氧化硫與煙氣中的水蒸氣結(jié)合則成硫酸蒸汽。煙氣中硫酸蒸汽的凝結(jié)溫度稱為煙氣的酸露點(diǎn)。它比水露點(diǎn)要高得多[2,4-6]。酸露點(diǎn)的提高主要與煙氣中三氧化硫和水蒸汽的含量有關(guān)，而二氧化硫含量則對(duì)酸露點(diǎn)影響很少，據(jù)文獻(xiàn)[7]報(bào)道，二氧化硫濃度在相當(dāng)大的范圍內(nèi)，露點(diǎn)的波動(dòng)范圍不到1℃，可以忽略二氧化硫的影響，所以影響煙氣中酸露點(diǎn)的溫度因素主要為三氧化硫濃度及水的含量[8]。
根據(jù)研究結(jié)果，煙氣中只要有0.005%左右的三氧化硫，煙氣的酸露點(diǎn)溫度即可高達(dá)150℃以上。但當(dāng)硫酸蒸汽含量達(dá)0.01%以上時(shí)，煙氣的露點(diǎn)提高就不多了。
2.2 影響低溫腐蝕的因素
1）煙氣中三氧化硫濃度的影響
煙氣中三氧化硫濃度越高，則三氧化硫分壓力越高，煙氣的酸露點(diǎn)就越高，余熱回收過程中越容易結(jié)露，從而造成低溫腐蝕。在燃燒固體燃料時(shí)，煙氣中帶有大量的飛灰粒子?；伊Ｗ雍锈}和其他堿金屬的化合物，它們可以部分地吸收煙氣中硫酸蒸汽，從而降低它在煙氣中的濃度。所以在收到基折算含硫量相同的情況下，燃油所產(chǎn)生的煙氣比燃煤所產(chǎn)生的煙氣更易發(fā)生低溫腐蝕。
2）換熱器管壁溫度的影響
在發(fā)生低溫腐蝕的情況下，金屬壁溫有兩個(gè)嚴(yán)重腐蝕區(qū)，即在酸露點(diǎn)以下20~45℃及水露點(diǎn)以下的區(qū)域，在兩個(gè)嚴(yán)重腐蝕區(qū)之間存在一個(gè)腐蝕較輕的區(qū)域，為防止受熱面產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，必須通過運(yùn)行參數(shù)調(diào)整，改變換熱器的管壁溫度，使其避開這兩個(gè)嚴(yán)重腐蝕區(qū)。
3）煙氣中水蒸汽的分壓力的影響
在同樣的條件下，煙氣中含有的水蒸氣越多，煙氣的酸露點(diǎn)將會(huì)越高，在實(shí)際運(yùn)行過程中越容易發(fā)生低溫腐蝕。
4）煙氣中鈣量對(duì)影響
煙氣中鈣含量增加，將大大降低發(fā)生低溫腐蝕。其原因在于當(dāng)煙氣中的氧化鈣含量較多時(shí)，它能與三氧化硫化合成硫酸鈣，從而降低了煙氣中的三氧化硫的濃度，也降低了硫酸蒸氣的濃度，降低了煙氣的酸露點(diǎn)的溫度。
2.3 防腐蝕的措施
低溫腐蝕不僅影響了設(shè)備的正常運(yùn)行效率，還且還嚴(yán)重影響了設(shè)備的壽命，文獻(xiàn)[10]中某余熱鍋爐受熱面發(fā)生低溫腐蝕后，受熱面處有很多積灰，而且需敲擊才能脫除，在受熱面低溫段，該處φ6mm的針肋已腐蝕成φ1.5mm。所以在余熱利用的過程中不僅要盡可能地利用這部分余熱，而且還要制定防止腐蝕的措施，防止或減小低溫腐蝕的發(fā)生。
1）合理控制換熱器管壁溫度
確保受熱面最低管壁溫度要高于煙氣酸露點(diǎn)溫度。當(dāng)管壁溫度低于露點(diǎn)時(shí)，可將冷、熱流體的流動(dòng)從逆流改為順流。增加進(jìn)口流體的進(jìn)口溫度，通過利用流體的再循環(huán)或者設(shè)置進(jìn)口流體預(yù)熱器來實(shí)現(xiàn)，如空氣預(yù)熱器暖風(fēng)機(jī)。這些措施雖然使換熱器的熱效率有所下降，但是可以有效的防止低溫腐蝕。
可以看出，ARCH和GARCH項(xiàng)都是高度顯著的，因此收益率序列具有明顯的波動(dòng)集聚性。其中ARCH和GARCH項(xiàng)的系數(shù)之和為0.98，小于1，說明收益率條件方差序列是平穩(wěn)的，模型具有可預(yù)測性。[5]
對(duì)于常規(guī)的換熱器，文獻(xiàn)[11]通過調(diào)整再循環(huán)門開度，來改變進(jìn)入換熱器的給水量，從而改變換熱器中的換熱量來控制換熱器的管壁溫度，從而既充分利用煙氣余熱又能避免低溫腐蝕問題。流程圖如圖1所示。
對(duì)于熱管換熱器，利用熱管作為回收余熱的設(shè)備，在設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)煙氣的特性及成份適當(dāng)調(diào)整熱蒸發(fā)段和冷凝段的長度，從而調(diào)整冷熱兩段的面積，調(diào)整冷熱兩段翅片間距、數(shù)量等辦法來調(diào)整煙氣側(cè)與空氣側(cè)的熱阻比，從而調(diào)整了煙氣側(cè)管壁的溫度。使煙氣側(cè)管壁溫高于煙氣的酸露點(diǎn)溫度，從而避免了受熱面的低溫腐蝕[12]。
圖1 某廠余熱利用系統(tǒng)圖
2）采用耐腐蝕材料的換熱器如（ND鋼、搪玻璃鋼等）或在換熱器的表面涂上防腐蝕材料，對(duì)換熱器金屬表面進(jìn)行滲鋁、滲鉻處理。但是每一種方案都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)綜合比較選擇適合的防腐蝕材料。
文獻(xiàn)[13]中利用塑料薄膜材料作為換熱器的防腐蝕材料來回收電廠鍋爐排煙余熱，使這些余熱加熱汽輪機(jī)的凝結(jié)水，代替了兩個(gè)低壓加熱器，減少了汽輪機(jī)中的抽汽，這樣一方面增加了汽輪機(jī)做功，另一方面提高了鍋爐的熱效率，并且通過對(duì)煙氣中的冷凝液進(jìn)行回收處理，可以減少煙氣中二氧化硫、三氧化硫等酸性氣體的排放，另外塑料薄膜材料熱阻符合傳熱的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過改造后的電廠標(biāo)煤耗比未改造的電廠標(biāo)煤耗下降近4g/kWh，節(jié)能效果相當(dāng)顯著。改造系統(tǒng)流程見圖2。
圖2 利用塑料薄膜回收電廠鍋爐排煙余熱流程圖
3）利用吹灰器及時(shí)清除受熱面積灰[14]，因?yàn)楫?dāng)受熱面積灰時(shí)，換熱熱阻將會(huì)增大，管壁溫度將會(huì)下降，很容易低于露點(diǎn)，造成表面的腐蝕，當(dāng)及時(shí)吹灰時(shí)，即強(qiáng)化了傳熱效果，而且也提高了受熱面的管壁溫度，減輕了低溫腐蝕。
4）煙道采用密封裝置，如果煙道處的密封不好的話，外界的冷空氣會(huì)大量地漏入煙道內(nèi)，使煙氣中的含氧量和水蒸汽的含量增加，導(dǎo)致硫酸露點(diǎn)上升，增加了受熱面腐蝕的可能性。另外，在漏入空氣的局部地方煙溫會(huì)降低，有可能形成硫酸蒸汽煙霧，容易與管壁上的積灰生成硫酸鹽，這會(huì)加速對(duì)受熱面的腐蝕。
3 中低溫?zé)煔庥酂崂梅绞教接?/h2>3.1 中低溫?zé)煔庥酂崂迷瓌t
中低溫?zé)煔庥酂嵊捎谄溆酂釡囟鹊?，品質(zhì)能級(jí)較低，余熱回收的方式主要分為兩類：熱利用（直接利用）和動(dòng)力回收（間接利用）。根據(jù)“按質(zhì)用能、能級(jí)匹配”的原則[16]，當(dāng)輸入余熱的能級(jí)小于0.5時(shí)，余熱回收已經(jīng)不再適用于純動(dòng)力利用，此時(shí)純動(dòng)力利用比純熱利用要合理。
余熱的熱利用可以預(yù)熱助燃空氣，預(yù)熱燃料，產(chǎn)生蒸汽并入網(wǎng)管，也可以通過蓄熱相變材料（PCM）將熱量先儲(chǔ)存起來后用卡車將余熱運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的熱用戶處，進(jìn)行移動(dòng)供熱，要根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場余熱情況和熱用戶的情況選擇最佳的熱用戶[17]。
有的余熱資源，比如某燒結(jié)廠利用余熱鍋爐產(chǎn)生低壓蒸汽，在冬季采暖季節(jié)，低壓蒸汽的需求量較大，而到夏季非采暖季節(jié)，蒸汽用量非常小，很多的蒸汽進(jìn)行放散，甚至停開余熱鍋爐，余熱沒有得到充分利用，造成能量的浪費(fèi)。這時(shí)，提供以下兩個(gè)建議：
1）安裝小型汽輪發(fā)電機(jī)，在冬季采暖的時(shí)候產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)行供熱，而在夏季非采暖季節(jié)，則用汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，緩解夏季用電壓力。
2）利用這部分余熱進(jìn)行吸收式制冷，節(jié)約常規(guī)制冷機(jī)所需要的電能?？梢詫?shí)現(xiàn)在冬季進(jìn)行供暖，而在夏季實(shí)行制冷，節(jié)能效果明顯。
3.2 不同性質(zhì)煙氣的利用方式
在工礦企業(yè)中，存在著很多的中低溫?zé)煔庥酂?，但只有一小部分煙氣余熱是得到利用的，而大多?shù)的中低溫?zé)煔獾挠酂崾俏唇?jīng)過利用而直接排放，造成了很大的能源浪費(fèi)。這不僅是由于中低溫?zé)煔庥酂岬哪芗?jí)較低，適合的熱用戶較少，回收成本較大，還有一個(gè)重要的原因是煙氣中含有粉塵、二氧化硫、NOX等雜質(zhì)，嚴(yán)重制約了中低溫?zé)煔獾挠酂崂谩Ｋ栽谥械蜏責(zé)煔庥酂崂玫倪^程中要綜合考慮煙氣的溫度，煙氣的成分，熱用戶具體情況、投資成本等因素來設(shè)計(jì)出最佳的煙氣余熱利用方案。
如果是燃?xì)忮仩t的煙氣，因?yàn)槠浜蛄枯^低，而且煙氣中含有大量的水蒸汽，所以可以用換熱器或余熱鍋爐將煙氣冷凝下來，含硫量很少，所以受熱面腐蝕很小，而且可以充分利用煙氣中水蒸汽的汽化潛熱，余熱可以得到深度利用。
如果煙氣中含有粉塵、三氧化硫等雜質(zhì)，在余熱利用的過程中，要做好防止腐蝕、防止積灰的措施，比如控制管壁溫度大于煙氣的酸露點(diǎn)溫度，控制好煙氣流速，安裝吹灰器，使用有防腐材料的換熱器。
如果中低溫?zé)煔庥酂豳Y源周圍沒有熱用戶，而在周圍10km之內(nèi)酒店、醫(yī)院、浴室等單位需要熱量，如果單獨(dú)鋪設(shè)供熱管道進(jìn)行供熱很不經(jīng)濟(jì)，可以利用移動(dòng)供熱的方式，將煙氣余熱傳遞給這些熱用戶[17]，或者產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
4 結(jié)論
（1）在節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，充分利用工礦企業(yè)的中低溫?zé)煔庥酂峋哂蟹浅Ｖ匾囊饬x，而中低溫?zé)煔庥酂岬哪芗?jí)、其煙氣的性質(zhì)及熱用戶的特點(diǎn)嚴(yán)重制約了中低溫?zé)煔庥酂崂?，特別是煙氣中含有腐蝕性氣體，掌握低溫腐蝕的機(jī)理及做好防腐蝕措施是非常關(guān)鍵的。
（2）根據(jù)煙氣的具體特點(diǎn)，熱用戶的實(shí)際情況、投資成本等要素，選擇最佳的余熱利用方案。例如，燃?xì)鉄煔庵谢静缓卸趸虻那闆r下，則不需要考慮低溫腐蝕，深度利用煙氣作余熱，更經(jīng)濟(jì)更安全地回收煙氣的余熱，為余熱利用提供了更好的發(fā)展方向。
[1]齊亞超.余熱利用待解能效難題 [N].中國能源報(bào),(節(jié)能減排).2009.
[2]車得福,劉艷華.煙氣熱能梯級(jí)利用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.
[3] 曹玉婷.鍋爐的低溫腐蝕及預(yù)防措施[J].能源技術(shù),1996(2):13-14.
[4]岑可法等.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理與計(jì)算[M].北京:科學(xué)出版社,1994.
[5]車得福.冷凝式鍋爐及其系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
[6]陳裝.鍋爐低溫腐蝕的因素分析及其防護(hù)措施[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2009(10):49-50.
[7] 李彥,武彬.SO2,SO3和H2O對(duì)煙氣露點(diǎn)溫度影響的研究 [J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),1997,17(1):126-130.
[8]Bahman ZareNezhad AliAminian.A multi-layer feed forward neural network model for accurate prediction of?ue gas sulfuric acid dew points in process industries [J]. Applied Thermal Engineering,2010,30(6-7):692-696.
[9]劉紀(jì)福,白榮春,山本格.實(shí)用余熱回收和利用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.
[10]黃飛,王洪云.余熱鍋爐受熱面低溫腐蝕分析[J].鍋爐技術(shù),2000,31(7):18-20.
[11]武勇,康達(dá),李永星,等.某電廠鍋爐排煙余熱利用系統(tǒng)改造[J].鍋爐制造,2009(3):4-6.
[12]王斌斌,仇性啟.熱管及其換熱器在煙氣余熱回收中的應(yīng)用[J].工業(yè)加熱,2006,35(5):37-41.
[13]姜媛媛,周少祥,周惠.煙氣余熱利用及脫硫的新方案[J].石油石化節(jié)能,2008,19(3):10-13.
[14]舒邦春.加熱爐余熱回收系統(tǒng)腐蝕狀況調(diào)查及預(yù)防 [J].石油化工腐蝕與防護(hù),2005,22(1):60-62.
[15]Doherty P.S.,Srivastava N.,Riffat S.B.,等.Fluegassorptionheatrecoveryexperimental test and modelling results[J].Journal of the Energy Institute,2006,79(1).
[16]楊東華. 分析和能級(jí)分析 [M].北京:科學(xué)出版社,1986.
[17]Nomura Takahiro,Okinaka Noriyuki,Akiyama Tomohiro.Waste heat transportation system,using phase change material (PCM)from steelworks to chemical plant [J]. Resources,Conservation and Recycling,2010,54(11):1000-1006.
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能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，能源的利用程度是反映人類進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志。所有工礦企業(yè)都有工業(yè)余熱，余熱屬于二次能源。工業(yè)余熱是指在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，本來可以利用，但實(shí)際上被廢棄不用而排放至周圍環(huán)境的那部分熱量。
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1 中低溫?zé)煔庥酂崽攸c(diǎn)
工礦企業(yè)余熱中，煙氣的余熱占相當(dāng)大的比例。煙氣余熱按溫度可分為：高溫?zé)煔庥酂幔囟雀哂?50℃），中溫?zé)煔庥酂幔?00~650℃），低溫?zé)煔庥酂幔ㄐ∮?00℃）。由于高溫?zé)煔獾臒崞肺侗容^高，利用難度相對(duì)較小，所以這部分余熱基本上都得到了利用。中低溫?zé)煔馓貏e是低溫?zé)煔庥幸韵绿攸c(diǎn)：
1）余熱量不穩(wěn)定
余熱資源的數(shù)量不穩(wěn)定，一般是由工藝生產(chǎn)過程來決定的。有的生產(chǎn)工藝是周期性的，有的是間斷性的，有的工藝生產(chǎn)過程雖然連續(xù)穩(wěn)定，但也有生產(chǎn)的波動(dòng)，這樣余熱資源的數(shù)量會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。
2）煙氣中含塵量較大
工礦企業(yè)煙氣中的含塵量較大，而且煙塵物理、化學(xué)性質(zhì)也很惡劣。會(huì)引起受熱面積灰，增加了傳熱熱阻，降低了換熱效率，也會(huì)引起受熱面磨損，影響設(shè)備的壽命。
3）煙氣中含有腐蝕性物質(zhì)
中低溫?zé)煔庵谐３：懈g性氣體，如二氧化硫、三氧化硫、NOx等腐蝕性氣體，會(huì)使受熱面產(chǎn)生低溫腐蝕，不僅腐蝕受熱面，減少設(shè)備壽命，影響正常運(yùn)行，而且容易使受熱面積灰，引起煙氣通道堵塞，風(fēng)機(jī)阻力增加，增加電耗。
4）煙氣的品位較低
由于中低溫?zé)煔獾臏囟容^低，能級(jí)較小，做功的能力較小，根據(jù)能量匹配、能量梯極應(yīng)用的原則很難找到合適的熱用戶，而且利用這部分的能量相對(duì)來說成本較大，資金回收周期長，制定方案時(shí)應(yīng)綜合考慮投資與回收之間的關(guān)系。
以上這些煙氣特點(diǎn)對(duì)于余熱的回收和利用產(chǎn)生了很大的影響，使得很多工礦企業(yè)直接排放了較難利用的余熱，由于中低溫余熱資源數(shù)量非常巨大，而且分布范圍極其廣泛，所以解決好上述問題，合理回收中低溫?zé)煔庥酂?，?duì)于企業(yè)的節(jié)能降耗有很重要的意義。
2 中低溫?zé)煔庥酂崂玫姆栏g措施
2.1 低溫腐蝕的機(jī)理
中低溫?zé)煔膺M(jìn)入低溫受熱面后，其中的水蒸汽由于煙溫降低或接觸溫度較低的受熱面而發(fā)生凝結(jié)。煙氣中水蒸汽開始凝結(jié)的溫度為水露點(diǎn)。純凈的水蒸汽的露點(diǎn)決定于它在煙氣中的分壓力，水蒸汽的露點(diǎn)通常低達(dá)45~54℃。一般排煙在100℃以上，不易發(fā)生低溫受熱面結(jié)露。但是實(shí)際煙氣中都會(huì)含有二氧化硫，其中一部分會(huì)進(jìn)一步氧化為三氧化硫，三氧化硫與煙氣中的水蒸氣結(jié)合則成硫酸蒸汽。煙氣中硫酸蒸汽的凝結(jié)溫度稱為煙氣的酸露點(diǎn)。它比水露點(diǎn)要高得多[2,4-6]。酸露點(diǎn)的提高主要與煙氣中三氧化硫和水蒸汽的含量有關(guān)，而二氧化硫含量則對(duì)酸露點(diǎn)影響很少，據(jù)文獻(xiàn)[7]報(bào)道，二氧化硫濃度在相當(dāng)大的范圍內(nèi)，露點(diǎn)的波動(dòng)范圍不到1℃，可以忽略二氧化硫的影響，所以影響煙氣中酸露點(diǎn)的溫度因素主要為三氧化硫濃度及水的含量[8]。
根據(jù)研究結(jié)果，煙氣中只要有0.005%左右的三氧化硫，煙氣的酸露點(diǎn)溫度即可高達(dá)150℃以上。但當(dāng)硫酸蒸汽含量達(dá)0.01%以上時(shí)，煙氣的露點(diǎn)提高就不多了。
2.2 影響低溫腐蝕的因素
1）煙氣中三氧化硫濃度的影響
煙氣中三氧化硫濃度越高，則三氧化硫分壓力越高，煙氣的酸露點(diǎn)就越高，余熱回收過程中越容易結(jié)露，從而造成低溫腐蝕。在燃燒固體燃料時(shí)，煙氣中帶有大量的飛灰粒子?；伊Ｗ雍锈}和其他堿金屬的化合物，它們可以部分地吸收煙氣中硫酸蒸汽，從而降低它在煙氣中的濃度。所以在收到基折算含硫量相同的情況下，燃油所產(chǎn)生的煙氣比燃煤所產(chǎn)生的煙氣更易發(fā)生低溫腐蝕。
2）換熱器管壁溫度的影響
在發(fā)生低溫腐蝕的情況下，金屬壁溫有兩個(gè)嚴(yán)重腐蝕區(qū)，即在酸露點(diǎn)以下20~45℃及水露點(diǎn)以下的區(qū)域，在兩個(gè)嚴(yán)重腐蝕區(qū)之間存在一個(gè)腐蝕較輕的區(qū)域，為防止受熱面產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，必須通過運(yùn)行參數(shù)調(diào)整，改變換熱器的管壁溫度，使其避開這兩個(gè)嚴(yán)重腐蝕區(qū)。
3）煙氣中水蒸汽的分壓力的影響
在同樣的條件下，煙氣中含有的水蒸氣越多，煙氣的酸露點(diǎn)將會(huì)越高，在實(shí)際運(yùn)行過程中越容易發(fā)生低溫腐蝕。
4）煙氣中鈣量對(duì)影響
煙氣中鈣含量增加，將大大降低發(fā)生低溫腐蝕。其原因在于當(dāng)煙氣中的氧化鈣含量較多時(shí)，它能與三氧化硫化合成硫酸鈣，從而降低了煙氣中的三氧化硫的濃度，也降低了硫酸蒸氣的濃度，降低了煙氣的酸露點(diǎn)的溫度。
2.3 防腐蝕的措施
低溫腐蝕不僅影響了設(shè)備的正常運(yùn)行效率，還且還嚴(yán)重影響了設(shè)備的壽命，文獻(xiàn)[10]中某余熱鍋爐受熱面發(fā)生低溫腐蝕后，受熱面處有很多積灰，而且需敲擊才能脫除，在受熱面低溫段，該處φ6mm的針肋已腐蝕成φ1.5mm。所以在余熱利用的過程中不僅要盡可能地利用這部分余熱，而且還要制定防止腐蝕的措施，防止或減小低溫腐蝕的發(fā)生。
1）合理控制換熱器管壁溫度
確保受熱面最低管壁溫度要高于煙氣酸露點(diǎn)溫度。當(dāng)管壁溫度低于露點(diǎn)時(shí)，可將冷、熱流體的流動(dòng)從逆流改為順流。增加進(jìn)口流體的進(jìn)口溫度，通過利用流體的再循環(huán)或者設(shè)置進(jìn)口流體預(yù)熱器來實(shí)現(xiàn)，如空氣預(yù)熱器暖風(fēng)機(jī)。這些措施雖然使換熱器的熱效率有所下降，但是可以有效的防止低溫腐蝕。
可以看出，ARCH和GARCH項(xiàng)都是高度顯著的，因此收益率序列具有明顯的波動(dòng)集聚性。其中ARCH和GARCH項(xiàng)的系數(shù)之和為0.98，小于1，說明收益率條件方差序列是平穩(wěn)的，模型具有可預(yù)測性。[5]
對(duì)于常規(guī)的換熱器，文獻(xiàn)[11]通過調(diào)整再循環(huán)門開度，來改變進(jìn)入換熱器的給水量，從而改變換熱器中的換熱量來控制換熱器的管壁溫度，從而既充分利用煙氣余熱又能避免低溫腐蝕問題。流程圖如圖1所示。
對(duì)于熱管換熱器，利用熱管作為回收余熱的設(shè)備，在設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)煙氣的特性及成份適當(dāng)調(diào)整熱蒸發(fā)段和冷凝段的長度，從而調(diào)整冷熱兩段的面積，調(diào)整冷熱兩段翅片間距、數(shù)量等辦法來調(diào)整煙氣側(cè)與空氣側(cè)的熱阻比，從而調(diào)整了煙氣側(cè)管壁的溫度。使煙氣側(cè)管壁溫高于煙氣的酸露點(diǎn)溫度，從而避免了受熱面的低溫腐蝕[12]。
圖1 某廠余熱利用系統(tǒng)圖
2）采用耐腐蝕材料的換熱器如（ND鋼、搪玻璃鋼等）或在換熱器的表面涂上防腐蝕材料，對(duì)換熱器金屬表面進(jìn)行滲鋁、滲鉻處理。但是每一種方案都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)綜合比較選擇適合的防腐蝕材料。
文獻(xiàn)[13]中利用塑料薄膜材料作為換熱器的防腐蝕材料來回收電廠鍋爐排煙余熱，使這些余熱加熱汽輪機(jī)的凝結(jié)水，代替了兩個(gè)低壓加熱器，減少了汽輪機(jī)中的抽汽，這樣一方面增加了汽輪機(jī)做功，另一方面提高了鍋爐的熱效率，并且通過對(duì)煙氣中的冷凝液進(jìn)行回收處理，可以減少煙氣中二氧化硫、三氧化硫等酸性氣體的排放，另外塑料薄膜材料熱阻符合傳熱的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過改造后的電廠標(biāo)煤耗比未改造的電廠標(biāo)煤耗下降近4g/kWh，節(jié)能效果相當(dāng)顯著。改造系統(tǒng)流程見圖2。
圖2 利用塑料薄膜回收電廠鍋爐排煙余熱流程圖
3）利用吹灰器及時(shí)清除受熱面積灰[14]，因?yàn)楫?dāng)受熱面積灰時(shí)，換熱熱阻將會(huì)增大，管壁溫度將會(huì)下降，很容易低于露點(diǎn)，造成表面的腐蝕，當(dāng)及時(shí)吹灰時(shí)，即強(qiáng)化了傳熱效果，而且也提高了受熱面的管壁溫度，減輕了低溫腐蝕。
4）煙道采用密封裝置，如果煙道處的密封不好的話，外界的冷空氣會(huì)大量地漏入煙道內(nèi)，使煙氣中的含氧量和水蒸汽的含量增加，導(dǎo)致硫酸露點(diǎn)上升，增加了受熱面腐蝕的可能性。另外，在漏入空氣的局部地方煙溫會(huì)降低，有可能形成硫酸蒸汽煙霧，容易與管壁上的積灰生成硫酸鹽，這會(huì)加速對(duì)受熱面的腐蝕。
3 中低溫?zé)煔庥酂崂梅绞教接?/h2>3.1 中低溫?zé)煔庥酂崂迷瓌t
中低溫?zé)煔庥酂嵊捎谄溆酂釡囟鹊?，品質(zhì)能級(jí)較低，余熱回收的方式主要分為兩類：熱利用（直接利用）和動(dòng)力回收（間接利用）。根據(jù)“按質(zhì)用能、能級(jí)匹配”的原則[16]，當(dāng)輸入余熱的能級(jí)小于0.5時(shí)，余熱回收已經(jīng)不再適用于純動(dòng)力利用，此時(shí)純動(dòng)力利用比純熱利用要合理。
余熱的熱利用可以預(yù)熱助燃空氣，預(yù)熱燃料，產(chǎn)生蒸汽并入網(wǎng)管，也可以通過蓄熱相變材料（PCM）將熱量先儲(chǔ)存起來后用卡車將余熱運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的熱用戶處，進(jìn)行移動(dòng)供熱，要根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場余熱情況和熱用戶的情況選擇最佳的熱用戶[17]。
有的余熱資源，比如某燒結(jié)廠利用余熱鍋爐產(chǎn)生低壓蒸汽，在冬季采暖季節(jié)，低壓蒸汽的需求量較大，而到夏季非采暖季節(jié)，蒸汽用量非常小，很多的蒸汽進(jìn)行放散，甚至停開余熱鍋爐，余熱沒有得到充分利用，造成能量的浪費(fèi)。這時(shí)，提供以下兩個(gè)建議：
1）安裝小型汽輪發(fā)電機(jī)，在冬季采暖的時(shí)候產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)行供熱，而在夏季非采暖季節(jié)，則用汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，緩解夏季用電壓力。
2）利用這部分余熱進(jìn)行吸收式制冷，節(jié)約常規(guī)制冷機(jī)所需要的電能?？梢詫?shí)現(xiàn)在冬季進(jìn)行供暖，而在夏季實(shí)行制冷，節(jié)能效果明顯。
3.2 不同性質(zhì)煙氣的利用方式
在工礦企業(yè)中，存在著很多的中低溫?zé)煔庥酂?，但只有一小部分煙氣余熱是得到利用的，而大多?shù)的中低溫?zé)煔獾挠酂崾俏唇?jīng)過利用而直接排放，造成了很大的能源浪費(fèi)。這不僅是由于中低溫?zé)煔庥酂岬哪芗?jí)較低，適合的熱用戶較少，回收成本較大，還有一個(gè)重要的原因是煙氣中含有粉塵、二氧化硫、NOX等雜質(zhì)，嚴(yán)重制約了中低溫?zé)煔獾挠酂崂谩Ｋ栽谥械蜏責(zé)煔庥酂崂玫倪^程中要綜合考慮煙氣的溫度，煙氣的成分，熱用戶具體情況、投資成本等因素來設(shè)計(jì)出最佳的煙氣余熱利用方案。
如果是燃?xì)忮仩t的煙氣，因?yàn)槠浜蛄枯^低，而且煙氣中含有大量的水蒸汽，所以可以用換熱器或余熱鍋爐將煙氣冷凝下來，含硫量很少，所以受熱面腐蝕很小，而且可以充分利用煙氣中水蒸汽的汽化潛熱，余熱可以得到深度利用。
如果煙氣中含有粉塵、三氧化硫等雜質(zhì)，在余熱利用的過程中，要做好防止腐蝕、防止積灰的措施，比如控制管壁溫度大于煙氣的酸露點(diǎn)溫度，控制好煙氣流速，安裝吹灰器，使用有防腐材料的換熱器。
如果中低溫?zé)煔庥酂豳Y源周圍沒有熱用戶，而在周圍10km之內(nèi)酒店、醫(yī)院、浴室等單位需要熱量，如果單獨(dú)鋪設(shè)供熱管道進(jìn)行供熱很不經(jīng)濟(jì)，可以利用移動(dòng)供熱的方式，將煙氣余熱傳遞給這些熱用戶[17]，或者產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
4 結(jié)論
（1）在節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，充分利用工礦企業(yè)的中低溫?zé)煔庥酂峋哂蟹浅Ｖ匾囊饬x，而中低溫?zé)煔庥酂岬哪芗?jí)、其煙氣的性質(zhì)及熱用戶的特點(diǎn)嚴(yán)重制約了中低溫?zé)煔庥酂崂?，特別是煙氣中含有腐蝕性氣體，掌握低溫腐蝕的機(jī)理及做好防腐蝕措施是非常關(guān)鍵的。
（2）根據(jù)煙氣的具體特點(diǎn)，熱用戶的實(shí)際情況、投資成本等要素，選擇最佳的余熱利用方案。例如，燃?xì)鉄煔庵谢静缓卸趸虻那闆r下，則不需要考慮低溫腐蝕，深度利用煙氣作余熱，更經(jīng)濟(jì)更安全地回收煙氣的余熱，為余熱利用提供了更好的發(fā)展方向。
[1]齊亞超.余熱利用待解能效難題 [N].中國能源報(bào),(節(jié)能減排).2009.
[2]車得福,劉艷華.煙氣熱能梯級(jí)利用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.
[3] 曹玉婷.鍋爐的低溫腐蝕及預(yù)防措施[J].能源技術(shù),1996(2):13-14.
[4]岑可法等.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理與計(jì)算[M].北京:科學(xué)出版社,1994.
[5]車得福.冷凝式鍋爐及其系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
[6]陳裝.鍋爐低溫腐蝕的因素分析及其防護(hù)措施[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2009(10):49-50.
[7] 李彥,武彬.SO2,SO3和H2O對(duì)煙氣露點(diǎn)溫度影響的研究 [J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),1997,17(1):126-130.
[8]Bahman ZareNezhad AliAminian.A multi-layer feed forward neural network model for accurate prediction of?ue gas sulfuric acid dew points in process industries [J]. Applied Thermal Engineering,2010,30(6-7):692-696.
[9]劉紀(jì)福,白榮春,山本格.實(shí)用余熱回收和利用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.
[10]黃飛,王洪云.余熱鍋爐受熱面低溫腐蝕分析[J].鍋爐技術(shù),2000,31(7):18-20.
[11]武勇,康達(dá),李永星,等.某電廠鍋爐排煙余熱利用系統(tǒng)改造[J].鍋爐制造,2009(3):4-6.
[12]王斌斌,仇性啟.熱管及其換熱器在煙氣余熱回收中的應(yīng)用[J].工業(yè)加熱,2006,35(5):37-41.
[13]姜媛媛,周少祥,周惠.煙氣余熱利用及脫硫的新方案[J].石油石化節(jié)能,2008,19(3):10-13.
[14]舒邦春.加熱爐余熱回收系統(tǒng)腐蝕狀況調(diào)查及預(yù)防 [J].石油化工腐蝕與防護(hù),2005,22(1):60-62.
[15]Doherty P.S.,Srivastava N.,Riffat S.B.,等.Fluegassorptionheatrecoveryexperimental test and modelling results[J].Journal of the Energy Institute,2006,79(1).
[16]楊東華. 分析和能級(jí)分析 [M].北京:科學(xué)出版社,1986.
[17]Nomura Takahiro,Okinaka Noriyuki,Akiyama Tomohiro.Waste heat transportation system,using phase change material (PCM)from steelworks to chemical plant [J]. Resources,Conservation and Recycling,2010,54(11):1000-1006.
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