含硫煙氣余熱回收現(xiàn)狀研究

解妙雅 林安琪 趙艷敏 劉舒寒 孫艷 周屹軒 王俊璞

摘 要：含硫煙氣存在于各行各業(yè)，余熱回收可實現(xiàn)節(jié)能降耗，其核心是換熱器。通過現(xiàn)狀調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前含硫煙氣余熱回收還存在較大的回收空間，原因是為了避免露點腐蝕，采用耐腐蝕材質(zhì)或提高排放溫度的方法，但最終造成成本高或余熱回收不充分。所以找出影響含硫煙氣露點的因素[1]，確定露點與影響因素之間的關(guān)系，將含硫煙氣的排放溫度與煙氣露點的差值盡可能小，從而確定余熱回收最大化的方案。

關(guān)鍵詞：含硫煙氣;余熱回收; 露點腐蝕

一、前言

2021年全國兩會，碳達峰和碳中和被首次寫入政府工作報告：我國要在2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和[2]，實現(xiàn)的途徑主要是通過節(jié)能減排、植樹造林等形式。經(jīng)調(diào)研，熱電廠、化工廠、金屬冶煉廠等各行各業(yè)存在含硫煙氣的生產(chǎn)廠家，均存在余熱回收不徹底的問題。含硫煙氣余熱回收的核心是換熱器，我國是換熱器生產(chǎn)大國，應(yīng)用于各行各業(yè)，2020年主營業(yè)務(wù)收入1868億元，在“中國制造2025”的規(guī)劃背景下，我國的換熱器市場規(guī)模越來越大，年均增長速度可達15%左右[3]。

二、含硫煙氣余熱現(xiàn)狀

為了了解含硫煙氣余熱回收現(xiàn)狀，選取有代表性的生產(chǎn)單位進行采訪調(diào)研，調(diào)研結(jié)果詳見表1。

從表1可見，50%余熱回收存在含硫煙氣，占據(jù)調(diào)研企業(yè)的半壁江山。調(diào)研企業(yè)采用燃煤鍋爐或存在焦?fàn)t氣的行業(yè)中，熱電廠的排放溫度最低，可以低到80℃，付出的代價是采用昂貴的陶瓷材質(zhì);鋼鐵有限公司的排煙溫度較低，為140-150℃;化肥廠、防腐劑廠排煙溫度為140-160℃，遠遠高于含硫煙氣的露點。其余被調(diào)研企業(yè)的廢氣焚燒環(huán)保設(shè)施除了裝置內(nèi)部的陶瓷蓄熱外，基本上無余熱回收裝置，熱量浪費很大，與目前的雙碳環(huán)境很不協(xié)調(diào)。

通過調(diào)研可知，為了解決含硫煙氣露點腐蝕問題，有些換熱器采用高成本的耐腐蝕材質(zhì)，有些為了降低投入簡單地采用提高排放溫度的方式。總之成本高、露點未充分有效控制、余熱未充分回收利用是含硫煙氣余熱回收目前存在的主要問題。

三、含硫煙氣余熱回收解決方案

前述熱電廠采用陶瓷材質(zhì)的目的是為了避免金屬材質(zhì)易發(fā)生露點腐蝕的問題，但是陶瓷材質(zhì)價格高、導(dǎo)熱性不及金屬材質(zhì)，如何采用價廉導(dǎo)熱性好的金屬材質(zhì)、同時不發(fā)生露點腐蝕、同時又能使余熱得到最大的回收利用，這是目前急待解決的問題。

為解決這一問題，含硫煙氣露點的控制是前提。首先，要獲取含硫煙氣系統(tǒng)的露點值，目前缺少能直接測量的儀器，為解決這一問題，必須確定影響含硫煙氣露點的影響因素，借鑒吳雪峰[4]、馬金磊[5]等前人已有的研究成果，引入含硫煙氣露點的函數(shù)關(guān)系，函數(shù)關(guān)系如下：

T露=f（pH2O，pSO3）.......................式①

式①表明，含硫煙氣中水汽的分壓pH2O與三氧化硫的分壓值pSO3會對露點產(chǎn)生影響，而水汽的分壓與三氧化硫的分壓值可以通過現(xiàn)有的在線儀器檢測獲取，通過式①計算就可以得到在不同分壓下的含硫煙氣露點。

第二，除了含硫煙氣露點值以外，還必須知道含硫煙氣的溫度，含硫煙氣的溫度可以通過目前現(xiàn)成的熱電偶進行在線檢測。將檢測得到溫度控制在T露以上，并且盡可能減少含硫煙氣實際溫度與T露的差值，實現(xiàn)避免露點腐蝕下的余熱最大回收。

第三，在確定以上基礎(chǔ)條件后，構(gòu)建含硫煙氣實際溫度與T露的控制方案，設(shè)計智能控制器，隨時捕捉含硫煙氣的露點與實時溫度，通過含硫煙氣余熱回收換熱器冷熱介質(zhì)的流量、壓力、溫度的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)即不發(fā)生露點腐蝕、又能實現(xiàn)余熱最大利用、投入運行費用最低的最佳狀態(tài)。

結(jié)束語

通過對余熱回收現(xiàn)狀的調(diào)研、對前人已有研究成果的消化吸收，本研究提出采用實時檢測含硫煙氣每種成分的分壓，通過分壓計算含硫煙氣的實時露點，從而控制含硫煙氣的實際溫度微高于含硫煙氣的露點，實現(xiàn)即防止露點腐蝕、又實現(xiàn)熱量最大回收、還控制投入成本。

參考文獻

[1]煙氣酸露點溫度計算方法研究現(xiàn)狀及進展[J]. 張建中，徐耀兵，潘軍，李甲鵬. 熱力發(fā)電. 2019（11）

[2]全媒發(fā)力 內(nèi)容創(chuàng)新 技術(shù)賦能——從2021年全國兩會報道看黨報媒體融合新趨向[J]. 別志雷，蔡計鎖，王小波. 采寫編. 2021（05）

[3]馮玉靜，翟亮亮.產(chǎn)業(yè)政策、創(chuàng)新與制造企業(yè)服務(wù)化——基于“中國制造2025”準(zhǔn)自然實驗的經(jīng)驗研究[J/OL].科技進步與對策：1-9[2022-01-23].

[4]吳雪峰，李安英，高繼峰，麻宏強.含硫煙氣酸露點實驗及預(yù)測模型研究[J].石油與天然氣化工，2021，50（06）：58-63.

[5]馬金磊. 發(fā)電廠燃煤鍋爐熱力計算系統(tǒng)的研究[D].華北電力大學(xué)，2014.