煙氣余熱回收換熱器的換熱及經(jīng)濟(jì)性研究

作指企者導(dǎo)業(yè)姓教導(dǎo)ADissertationSubmittedtoHebeiUniversityofEngineeringFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringStudyonheattransferandeconomyofheatexchangerforfluegasheatrecoveryPluralisticSupervisor：Sn.EngrZhangChangjianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ArchitectureandcivilengineeringCollege/Department：CollegeofUrbanconstructionHebeiUniversityofEngineering隨著能源和環(huán)境問題日益尖銳化，如能源枯竭、溫室效應(yīng)、酸雨等問題的出同時(shí)也是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，能源安全不僅是國家經(jīng)濟(jì)安全的重要方面，而且直接關(guān)系到國家的安全、社會(huì)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展道路的實(shí)施；環(huán)境是人類生存各行各業(yè)在發(fā)展過程中都會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響，在電力行業(yè)對環(huán)境的影響尤為突出，多數(shù)的電力行業(yè)使用煤炭資源，不僅消耗大量的能源，而且由此產(chǎn)生的鍋爐尾部煙氣對環(huán)境的影響也是非常大的。鍋爐尾部煙氣的排煙量大、溫度高度各有不同，這部分熱量直接排放到大氣中，不僅造成熱量的直接浪費(fèi)，同時(shí)也造成環(huán)境污染，若能將該部分熱量加以回收利用，不僅在一定程度上減少煙氣的余熱回收多數(shù)針對中高品味的煙氣，這部分煙氣的回收價(jià)值高；但低溫?zé)煔怆m溫度低，但排煙量大，回收該部分煙氣對熱量回收和環(huán)境保護(hù)也是非常有益的。本文主要針對低溫?zé)煔庥酂峄厥盏募夹g(shù)進(jìn)行探討和研究，以唐山市某鍋爐房作為設(shè)計(jì)案例，設(shè)計(jì)出適宜低溫?zé)煔獾挠酂峄厥昭b置，考慮到煙氣降至酸露在基于余熱回收裝置的基礎(chǔ)上，利用波面板換熱器和熱管換熱器設(shè)計(jì)兩種換熱方案，并對兩種不同換熱型式的換熱器設(shè)備分別進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，最后對兩種設(shè)計(jì)方對于企業(yè)而言，投資方案不僅僅需要技術(shù)上的可行性支持，還需要經(jīng)濟(jì)上的科學(xué)合理，只有滿足技術(shù)和經(jīng)濟(jì)都可行的情況下，工程設(shè)計(jì)才能得以實(shí)施。本文以動(dòng)態(tài)投資回收期、凈現(xiàn)值、費(fèi)用現(xiàn)值和費(fèi)用年值為經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)，以唐山市某鍋爐房作為設(shè)計(jì)案例，對兩種方案的費(fèi)用和收益進(jìn)行計(jì)算，從而計(jì)算各個(gè)經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)，通過分析比較得出選用波面板換熱器在熱力和經(jīng)濟(jì)性上都具有優(yōu)越性，文章最后對煙氣余熱回收系統(tǒng)的環(huán)保效益進(jìn)行計(jì)算分析，得出由于煙氣降至酸露點(diǎn)以下，部分酸蒸汽被凝結(jié)，減少了大量酸性氣體、溫室氣體等的排放，保護(hù)了環(huán)境而且節(jié)約了一次能源的使用，從而可以看出低溫?zé)煔庥酂峄厥諏τ谄髽I(yè)IbstractractWiththerapiddevelopmentofeconomyandsociety,energyandenvironmentalproblemsarebecomingmoreandmoreprominent.Suchasenergydepletion,greenhouseeffect,acidrainandotherissues,Butenergyisanimportantmaterialbasisforthedevelopmentofhumansociety,butalsoanimportantpillarofthenationaleconomy,Energysecurityisnotonlyanimportantaspectofnationaleconomicsecurity,butalsodirectlyrelatedtothenationalsecurity,socialstabilityandsustainabledevelopmentoftheroad;Environmentisanimportantplaceforhumansurvival,onlytoensurethesuitablelivingenvironment,toensuretherapiddevelopmentofeconomyandsociety,intheprotectionofenergy,butalsotoreduceenvironmentalpollutionisimperative.Allwalksoflifewillhavedifferentdegreesofimpactontheenvironment,andinthepowerindustrybecausemostoftheuseofcoalresources,notonlyconsumealotofenergy,andtheresultingboilertailfluegasimpactontheenvironmentisalsoverylarge,Thesmokeexhaustgasoftheboilertailgasisbigandthetemperatureisdifferent.Thispartoftheheatisdirectlydischargedintotheatmosphere,resultingintheheatofthedirectwaste,andtheenvironment,Iftheenergyofthepartoftheheatcanberecycled,itcansaveenergyandprotecttheenvironment,thebenefitisveryconsiderable.Themajorityofthewasteheatrecoveryoffluegasinthemiddleandhightasteofthefluegas,thevalueofthispartofthefluegasishigh;Butlowtemperaturefluegasisverylow,butitisveryusefulfortherecoveryofthefluegas.Inthispaper,thetechnologyoflowtemperaturefluegaswasteheatrecoveryisdiscussedandstudied,TakingafactoryinTangshanCityasadesigncase,thedepthofthelowtemperaturefluegasrecoverydeviceisdesigned,andthetemperatureofthefluegastotheaciddewpointiscalculated,Corrosionresistantmaterialswereusedforcorrosionprotection,andtheexperimentwasusedtoverifytheresults,Basedonthewasteheatrecoverydevice,twokindsofheattransferschemesaredesignedbyusingthewaveplateheatexchangerandtheheatpipeheatexchanger,Twodifferenttypesofheatexchangersaredesignedandcalculated,andthethermalperformanceofthetwodesignschemesarecomparedandanalyzed.Forenterprisestoinvestintheprogram,notonlyneedtechnicalsupport,butalsobstractthescientificandreasonableeconomic,onlytomeetthetechnicalandeconomicconditions,engineeringdesigncanbeimplemented.Inthispaper,wetakethedynamicinvestmentrecoveryperiod,netpresentvalue,presentvalueandcostvalueastheeconomicevaluationindex,andtakeafactoryinTangshanCityasacasetocalculatethecostandbenefitofthetwoschemes,Throughtheanalysisandcomparison,itisconcludedthattheselectionofthewaveplateheatexchangerintheheatandeconomyaresuperiorInthelastpartofthepaper,theenvironmentalprotectionbenefitofthefluegaswasteheatrecoverysystemiscalculatedandanalyzed.Thedeviceisusedtoreducetheemissionofalargenumberofacidgases,greenhousegasesandsoon,Reducetheenergyandprotecttheenvironment,Soitcanbeseenthatthelowtemperaturefluegaswasteheatrecoveryisveryusefulforbothenterprisesandsociety.Keywords:lowtemperaturefluegas,wasteheatrecovery,heatresistance,economy,vingandemissionreduction I V1.1課題背景1.1.1我國的能源形勢分析能源是人類社會(huì)賴以生存發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)的支柱。能源安全不僅是國家經(jīng)濟(jì)安全的重要方面，而且直接關(guān)系到國家的安全、社會(huì)的穩(wěn)定和能源的總量和種類比較豐富，但能源分布不均勻且人均能源占有量處于低水平。我國擁有豐富的礦石化石能源，煤炭資源居首位，主要分布在西北和華北地第三位，但煤炭資源的人均擁有量占世界水平的50%。對比而言，我國天燃?xì)?、石油的儲量相對不足，此類資源人均占我國優(yōu)質(zhì)能源相對不足，效率比較低，供應(yīng)能力的提高受到制約，不均分布的能源結(jié)構(gòu)，對持續(xù)穩(wěn)定的供應(yīng)也增加了難度，而單位國內(nèi)的生產(chǎn)總值耗能和耗能產(chǎn)品高于國家平均水平的形勢，歸根結(jié)底在于能源資源結(jié)構(gòu)不合理、低水平的能源技術(shù)裝備、粗放型的經(jīng)濟(jì)增長方式、和落后的管理水平，加劇了資源供應(yīng)和需求近些年，民用汽車不斷增加，石油燃燒與煤炭燃燒所排放的污染物，是城市大氣污染的主要原因，而在北京、廣州、上海等大型城市，主要污染源來自于汽車所也是溫室效應(yīng)的主要來源，可想而知，落后的煤炭消費(fèi)方式，無形中加劇了保護(hù)目前我國所面臨的能源環(huán)境問題是：臭氧層破壞、酸雨、溫室氣體排放、水資源污染等，這些污染一方面來源于煤炭的開采運(yùn)輸，一方面來源于車輛尾氣的]。1士學(xué)位論文據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國由于燃煤所排放的污染物中二氧化硫的排放量占90%，煙華中國能源需求的持續(xù)增長給能源供給造成了巨大的壓力，這是我國當(dāng)前的能源形勢；以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)對環(huán)境保護(hù)是非常不利的；能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到資源短缺的制約；能源技術(shù)的相對落后對能源供給能力的提高產(chǎn)生了不利影響；。綜上所述，在能源和環(huán)境問題日益突出的今天，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展，發(fā)展資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì)勢在必行，針對我國基本國情，我國能源發(fā)展應(yīng)堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先、清潔發(fā)展和安全第一，堅(jiān)持發(fā)展是硬道理，落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，堅(jiān)持以人為本，轉(zhuǎn)變發(fā)展觀念，創(chuàng)新發(fā)展模式，提高發(fā)展質(zhì)量。堅(jiān)持走資源消耗低、科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境污染少的能源發(fā)展戰(zhàn)略，最大限度的實(shí)現(xiàn)能源經(jīng)濟(jì)的全1.1.2節(jié)能減排的現(xiàn)實(shí)意義節(jié)能減排是我國的基本國策，關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而能源是全面建設(shè)小康社會(huì)必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，能源問題受到諸多方面的約束，解決這一問題，首先要開源，即加快我國的能源開發(fā)力度，并充分利用國外資源；其次，要減排是解決能源與環(huán)境相協(xié)調(diào)的根本措施，是緩解能源供應(yīng)、需求矛盾的正確選擇、是提高經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境效益的中國作為發(fā)展中國家，能源資源豐富，但能源結(jié)構(gòu)分布不均勻，能源利用率嚴(yán)重。我國必須堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，堅(jiān)持節(jié)約優(yōu)先、清潔發(fā)展和安全第一，堅(jiān)持走資源消耗低、科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境污染少的能源發(fā)展戰(zhàn)略，最大限度的實(shí)現(xiàn)能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)三和落后的管理水平，加劇了資源供應(yīng)和需求矛盾，節(jié)能減排是全面貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的基本要求，對轉(zhuǎn)變能源結(jié)構(gòu)，改變經(jīng)濟(jì)增長方式等有指導(dǎo)意義，對促進(jìn)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展具有指導(dǎo)意義，在全球變暖的大背景下，主動(dòng)承擔(dān)國際的責(zé)任。因?yàn)楸Ｗo(hù)環(huán)境、減少排放是可持續(xù)發(fā)展的根本途徑，只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)2改革開放以后，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速增長，衣食住行條件都得到提高，但為也付出了很大的代價(jià)，環(huán)境和能源問題日趨尖銳的矛盾，突出體現(xiàn)在廢氣、廢水與固體廢棄物等污染物對空氣、河流以及土壤的污染，同時(shí)也嚴(yán)重影響了我國的可持續(xù)發(fā)展能力和人民的生活。當(dāng)然多數(shù)企業(yè)排放的廢棄物蘊(yùn)含有大量的熱近年來煤炭價(jià)格呈上漲趨勢，各個(gè)企業(yè)通過降低能耗、提高效率等技術(shù)產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益，煙氣余熱回收技術(shù)受到了各大企業(yè)的廣泛關(guān)注，加快發(fā)展煙煤炭消耗量的同時(shí)保護(hù)了能源環(huán)境。作為能源消耗大國。電力行業(yè)對于煤炭的消耗量是相當(dāng)可觀的。譬如：中國x失的回收潛力是相當(dāng)巨大的，占鍋爐總熱損失的80%以上，一般排煙溫度每升高量的同時(shí)減少溫室氣體的排放，因而對鍋爐尾部煙氣進(jìn)行改造并回收受到業(yè)界人本項(xiàng)目中，對鍋爐尾部的低溫?zé)煔饣厥者x用波面板高效換熱器，利用低溫?zé)煔獾牡推肺荒茉矗a(chǎn)出地板輻射的低溫?zé)崴?，供?yīng)相鄰小區(qū)的冬季供暖，不消塵等污染物的排放，又沒有產(chǎn)生新的污染物氣體，改善了空氣質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)1.2煙氣余熱回收利用進(jìn)展鍋爐的燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，隨之排放到大氣，造成大量的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染，因此在鍋爐煙道內(nèi)部布置大量的熱交換面，能量從而得到階梯利用，但是由于煙氣的排放量很大，所以在降低煙氣溫度后，這類低溫?zé)煔馊?.2.1國內(nèi)煙氣回收利用情況在國內(nèi)，關(guān)于煙氣余熱利用方面的研究與實(shí)踐，在應(yīng)用余熱鍋爐、高效換熱氣等中的余熱產(chǎn)生的熱量將3士學(xué)位論文KNPT形管余熱鍋爐，用于回收尾部煙氣余熱，用于澡堂換熱器由換熱元件制成，在熱管換熱器的冷端和熱端可以加裝翅片以擴(kuò)展換熱面積，以增強(qiáng)換熱。一般存在兩種形式：煙氣—水熱管換熱器和煙氣—空氣熱管換熱器，根據(jù)熱管換熱器的特點(diǎn)比較而言，更傾向適用在氣—?dú)忾g的換熱。山20C降至140C以下，水由90C直接接觸式換熱器，通過水與煙氣的直接換熱，伴隨有顯熱和潛熱的雙重交的。實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱和提高鍋爐效率的目熱泵是將中低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)化為中高溫?zé)崮艿难b置，特點(diǎn)為消耗少量高品位能，制取大量中低溫?zé)崮躘10]。在冶金行業(yè)，某焦化廠先將溫度為90C的煤氣冷卻到25~35C，與此同時(shí)，將煤氣經(jīng)過預(yù)熱器加熱到60C，煤氣初步冷卻后產(chǎn)生熱水90C，利用第二類吸收式熱泵吸收熱量，制取的低壓蒸汽供煤氣預(yù)熱器加熱，從我國在水泥窯行業(yè)利用余熱發(fā)電技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用，在新型干法水泥生產(chǎn)萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，伴隨中國工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，中國對能源的需求量遠(yuǎn)超過對能源的開采量，同時(shí)，在工業(yè)生產(chǎn)中存在富裕的余熱可供利用，充分利用這些能量不僅利于節(jié)能減排，而且這也是現(xiàn)代化1.2.2國外煙氣回收利用情況在國外，歐洲、日本、美國等發(fā)達(dá)國家都非常重視在工業(yè)領(lǐng)域的煙氣余熱回收利用，煙氣余熱技術(shù)之所以能夠得到快速和廣泛的應(yīng)用，歸于把余熱回收設(shè)備足來回收低溫余熱[12]；某水泥廠在1981~1982年為一臺帶四級懸浮式預(yù)熱器的4爐窯配備了可以將煙氣熱量轉(zhuǎn)化成為熱能和電能的一套余熱回收系統(tǒng)，包括一臺日本是個(gè)島國，能源有限，對進(jìn)口能源依賴程度大，日本在資源再利用技術(shù)世界上第一套用余熱的發(fā)電系統(tǒng)由日本建成，系統(tǒng)由煙氣作為低溫?zé)嵩串a(chǎn)生了壓Riffat[19]等人研究了關(guān)于吸收式的煙氣低溫余熱回收系統(tǒng)，提出吸收式的熱通過分子篩(主要由沸石及其他合成材料制成)吸附存在于煙氣中的水蒸氣成分，附通過溴化鋰或者水溶液吸收煙氣中的水蒸氣，其原理是利用吸收液和煙氣中水蒸氣的分壓力差來實(shí)現(xiàn)。吸收液作了實(shí)驗(yàn)測試，分別對熱管的不同布管方位、管徑、翅片數(shù)目以及翅片間距等等方面對換熱性能的影響做了詳細(xì)研究；英國學(xué)者對管殼式換熱器固體構(gòu)件對殼程1.3換熱器的研究發(fā)展?fàn)顩r隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類換熱器也層出不窮，根據(jù)其用途、制造材料、溫度狀況、熱量傳遞等分類不勝枚舉，本文主要針對適用于煙氣余熱回收的間壁式1.3.1管殼式換熱器管殼式換熱器是以封閉在殼體中的管束的壁面為傳熱面的一種間壁式換熱板、傳熱管束、折流板與管箱等部分組成，這類換熱器在換熱效率、金屬耗材、結(jié)構(gòu)緊湊等方面比起其他換熱器略顯遜色，但仍占有重要地位，因其具有以下特點(diǎn)：操作彈性大、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠度例為管殼式強(qiáng)化換熱器[22~25]。5士學(xué)位論文。1974年橫紋管由前蘇聯(lián)首次提出，它利用普通圓管作為毛坯，管外壁經(jīng)過滾軋形成與軸線垂直的凹槽，并在管內(nèi)形成了一圈凸起的環(huán)肋。流體通過橫紋管槽管內(nèi)單相流的強(qiáng)化傳熱，對此前蘇聯(lián)和日本也做了大量研究工作。翅片管冷凝換管高達(dá)3倍，并且實(shí)驗(yàn)1.3.2板式換熱器板式換熱器與管式換熱器的傳熱面不同，兩者的相同點(diǎn)為被用做傳熱面的板子為稍帶一定錐度的傘板或者平板，板面上有不同截面形狀的翅片，或者形成不同的凹凸條紋，當(dāng)流體流經(jīng)板面時(shí)會(huì)產(chǎn)生湍流擾動(dòng)，強(qiáng)化傳熱。與管殼式換熱器輕、結(jié)構(gòu)緊湊。流體流經(jīng)換熱器時(shí)可以并流、錯(cuò)流或逆流流動(dòng)，適應(yīng)性強(qiáng)，隨著學(xué)者不斷的深入研究，結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)的板式換熱器相似，取消了墊片，使板間距增大，板間連接采用焊接，板殼板翅式換熱器主要由翅片、隔板、封條三部分組成，具有傳熱系數(shù)大、結(jié)構(gòu)熱過程發(fā)生在它的一近年來，板式換熱器主要研究板型的幾何參數(shù)對對于流動(dòng)與換熱的影響，通k45度兩種波面狀況下，不斷改6研究了不同板片結(jié)構(gòu)、不同波面傾角和不同負(fù)荷時(shí)，在相同的冷凝工況下，分別進(jìn)行數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到波面板式換熱器的弱紊流區(qū)與過渡區(qū)的參數(shù)情況，1.3.3熱管換熱器Dot高溫?zé)峁?、氣氣熱管換熱器，并應(yīng)用于石油、化工、冶金、電廠等行業(yè)，均取得河北宜化陶瓷一廠，將熱管換熱器應(yīng)用于陶瓷煙氣余熱回收，節(jié)能效果相當(dāng)1.4本課題的主要研究內(nèi)容本課題主要是根據(jù)工業(yè)鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有的余熱回收技術(shù)，提出鍋爐尾部低溫?zé)煔庥酂峄厥障到y(tǒng)方案，計(jì)算煙氣露點(diǎn)溫度，比較兩種換熱設(shè)：(2)依據(jù)尾部煙氣排放溫度，制定適宜低溫?zé)煔庥酂峄厥盏姆桨福粴饣厥盏膬刹煞N換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分別對兩種系統(tǒng)方案的換熱性1.5本章小結(jié)本章通過對我國能源形勢的分析以及節(jié)能減排在我國的現(xiàn)實(shí)意義的論述，及對鍋爐煙氣余熱回收的國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行概述，提出低溫?zé)煔饣厥詹粌H能節(jié)約7士學(xué)位論文能源，而且對于環(huán)境保護(hù)也是非常有益的，但在換熱器的選擇和尺寸設(shè)計(jì)上很重8換熱器又稱之為熱交換器，是把吸收的熱量從一種介質(zhì)傳遞到另一種介質(zhì)的換熱設(shè)備。換熱器現(xiàn)已廣泛用于石油、化工、能源、制冷、機(jī)械、交通等多個(gè)領(lǐng)域，是一種常見的換熱設(shè)備。換熱器可以開發(fā)利用工業(yè)上二次能源，并能保證某2.1換熱器的分類換熱器的分類多種多樣，可按其傳熱過程、表面緊湊度、流動(dòng)方式、傳熱機(jī)Table2-1classificationofheatexchangers觸式換熱器容流體、氣-蒸汽及相變換熱器換熱器、管殼式、板式熱器、焊接式、螺式、管翅式、固定單元我們可以看出換熱器的分類多種多樣，但在煙氣余熱備有管式換熱器、板式換熱器、熱管換熱器，下面簡2.1.1管式換熱器9士學(xué)位論文、矩形管和扁平扭曲管作為換熱元件的換熱器稱為管內(nèi)設(shè)置很多平行的管束，它在設(shè)計(jì)上靈活度很大，可以通過、排列方式等方面的改變使幾何特征發(fā)生改變，主要用于液-液使流體從不同的角度流過管束，縱向的折流板可以調(diào)節(jié)流過程中可以便。(4)壓降較大，板間的折流板，增大了換熱設(shè)備的壓力損失。變窄，隨著煙氣流速加大，會(huì)吹走粘貼于表面的灰塵，但它比板式換熱器積垢增加了5%~25%。2.1.2波面板換熱器板式換熱器是由換熱板片按照一定的規(guī)律組合而成，板片形式有多種，如光主要講波面板。波面板換熱器主板不銹鋼周邊經(jīng)過焊接，中間經(jīng)過電阻點(diǎn)焊，按正三角形形式排列，未點(diǎn)焊部分最終鼓脹而成波面形狀，它是一種高效換熱器。一種流體在板束中流動(dòng)，一種流體在板束間流動(dòng)，由于波面板過高或過長的原因，會(huì)在板片中間經(jīng)過滾焊成若干變流動(dòng)方向和流速，是流體的湍流效應(yīng)得到增強(qiáng)，強(qiáng)化傳熱。據(jù)文獻(xiàn)敘述，波面板用于水/水換熱時(shí)傳熱系數(shù)達(dá)2.0~3.5KW/m2K[34]。換熱面積較大，且換熱效率高，同等換熱量下所需換熱面積較小，比同等換熱量下的管式換形成的焊道代替了折流板，所以在板間是直通道，因此壓力損失也大大小于其它形狀使得流體在其上不斷改變流速和流向，通過不斷沖刷板面，所以自身具有一定的除灰能力，它比管式換熱器積垢減少了10%~25%。2.1.3熱管換熱器熱管是由管殼、吸液芯、端蓋三部分組成，熱管內(nèi)部為真空狀態(tài)，在里面充士學(xué)位論文液芯；4-管殼Fig-2principlediagramofheatpipeheatexchanger。滿工質(zhì)的吸液芯來進(jìn)行導(dǎo)熱，使液體工質(zhì)的溫度上升；液體的溫度上升，液面開始蒸發(fā)至到達(dá)飽和蒸汽壓狀態(tài)，以潛熱方式將熱量傳至蒸氣，隨著溫度的升高，飽和蒸汽壓也升高，通過壓差作用，使蒸汽流向低壓低溫的冷凝段，進(jìn)行冷凝并放出潛熱。在氣液界面上通過吸液芯與管壁的導(dǎo)熱，將熱量傳至管外冷源，通過吸液芯冷凝液再次流回蒸發(fā)段，循環(huán)完成，如此反復(fù)進(jìn)行循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)熱量不斷地自蒸發(fā)段傳至冷凝段。冷凝段作用是將蒸氣段與冷凝段分開，避免管內(nèi)工質(zhì)動(dòng)來傳遞熱量，而管內(nèi)熱阻很小，故傳熱系數(shù)高。管外流體的傳熱系數(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于管內(nèi)工質(zhì)換熱元件每一根都是獨(dú)立的，若在換熱過程中，一根熱管因腐蝕、磨損等問題而檢修，可以整體檢修，也可以獨(dú)一定的自吹會(huì)效果，也可以通過調(diào)節(jié)熱管的管間距、翅片間距等參數(shù)，來減少灰因鍋爐尾部低溫?zé)煔夂推渌幕旌蠚怏w有很大區(qū)別，它是煤的燃燒產(chǎn)物，含有大量的二氧化碳、二氧化硫、氮?dú)?、水蒸氣等，因此對換熱器的要求是非常嚴(yán)格的，國內(nèi)對于余熱回收方面的工作剛剛起步，已有部分換熱設(shè)備正在使用，但仍存在一些問題，下面列舉低溫?zé)煔獾囊恍┨攸c(diǎn)：溫度偏低、總流量大、含有一根據(jù)上述數(shù)據(jù)和煙氣的自身特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)余熱回收換熱器時(shí)，應(yīng)考慮換熱器需具鍋爐尾部煙氣流量大溫度小的特點(diǎn)，決定了若換熱設(shè)備的傳熱系數(shù)小，則加大換熱器的換熱面積，設(shè)備體積則會(huì)加大，而鍋爐房除塵間面積是一定的，若換熱器換熱系數(shù)大則會(huì)減小設(shè)備體積，耗材少，初投資小，所以在選擇換熱器時(shí)盡鍋爐尾部低溫?zé)煔庠诮?jīng)過除塵器后，仍含有部分灰塵，若灰塵粘結(jié)于換熱器表面則影響換熱器的換熱效率，換熱系數(shù)也會(huì)下降，所以在選擇換熱器時(shí)，要考其換熱溫差小，造成設(shè)備過大，而對于原有系統(tǒng)鍋慮設(shè)備應(yīng)盡可能小，因鍋爐房在設(shè)計(jì)時(shí)可能未能預(yù)想會(huì)增安裝空間過小的問題，要綜合考慮設(shè)備在安全運(yùn)行的情況便，便于維修，所以在選擇換熱器時(shí)，換熱設(shè)備應(yīng)盡可能收換熱器時(shí)，選用根據(jù)換熱設(shè)備應(yīng)具備的上述特點(diǎn)熱器的發(fā)展?fàn)顩r，及部分高效換熱器的成功案例，最2.2換熱介質(zhì)的流動(dòng)方式士學(xué)位論文行但流動(dòng)方向相反，在熱力學(xué)角度稱這種流動(dòng)為逆動(dòng)方式，不管是冷流體或是熱流體，在換熱過程中，換熱進(jìn)入，且流動(dòng)方向相同并相互平行，在熱力學(xué)角動(dòng)，它的換熱有效度低在換熱過程中，換熱器壁厚方向的溫直的流動(dòng)，在熱力學(xué)角度稱為錯(cuò)流流動(dòng)，介于順流和大值出現(xiàn)在冷流體入口處，可根據(jù)設(shè)計(jì)需要，靈活布置是否，故對熱管換熱器的介質(zhì)流動(dòng)采用逆流流動(dòng)形式，板材選動(dòng)介于順流和逆流之間，換熱效果處于兩者之間，只有在差過小，波面板是緊湊型換熱器，在煙氣回收過程中更多。2.3換熱器的傳熱計(jì)算方程管換熱器，熱流體走管材或板材外放出熱量，溫對于波面板換熱器冷流體走板內(nèi)，熱管換熱器冷流體走水箱換熱器內(nèi)，冷熱流體間熱量的傳遞過程的機(jī)理是，熱量首先方式穿過間壁內(nèi)側(cè)，然后以導(dǎo)熱方式穿過間壁，最后由間壁溫差數(shù)值與換熱器的流向及結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，本文在計(jì)算時(shí)采用對數(shù)平均溫差法進(jìn)行換熱器的計(jì)算(在后面第四章有換熱器具體計(jì)算計(jì)算，這里不再贅述。)，下面為傳熱方程式：QKAtm(2-1)(2-2)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up6('),)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up6(''),)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up6('),2)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up6(''),2)(2-2)ccJkgC)；EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up6('),)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up6('),2)1,2t''t''---冷熱流體出口溫度，1,22.4換熱器的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)在工程中，任何項(xiàng)目或者工程技術(shù)方案都可以看成是一種投資方案，而對于某一種投資方案，不僅僅需要技術(shù)上的可行性支持，還需要經(jīng)濟(jì)上的科學(xué)合理，對于企業(yè)而言，經(jīng)濟(jì)上的合理性是至觀重要的，只有滿足技術(shù)和經(jīng)濟(jì)都可行的情工程項(xiàng)目評價(jià)的核心內(nèi)容是經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)，對于煙氣余熱回收項(xiàng)目，研究其。余熱回收項(xiàng)目評價(jià)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有多種多樣，根據(jù)是否考慮資金的時(shí)間價(jià)值(資金在生產(chǎn)和流通過程中，根據(jù)時(shí)間推移而產(chǎn)生的增值，所增值的部分稱為資金的時(shí)間動(dòng)態(tài)評價(jià)指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)：考慮了資金的時(shí)間價(jià)值、在一定程度上可以反映項(xiàng)目兩者有密切聯(lián)系，資金又具有時(shí)間價(jià)值，不同的技術(shù)方案分別在不同時(shí)期的投資費(fèi)用及產(chǎn)值效益在價(jià)值上綜上所述，本余熱回收項(xiàng)目在選擇經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析時(shí)，分別從投資回2.4.1動(dòng)態(tài)投資回收期在考慮時(shí)間的資金價(jià)值條件下，依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所設(shè)定的投資收益率來回收投PtCICOtitt=0t 士學(xué)位論文， 2.4.2凈現(xiàn)值凈現(xiàn)值是指按照一定的折現(xiàn)率將設(shè)計(jì)方案在整個(gè)壽命期內(nèi)各時(shí)點(diǎn)所發(fā)生的凈現(xiàn)金流量，折現(xiàn)到計(jì)算期初的現(xiàn)金累加之和，它可以檢驗(yàn)項(xiàng)目在整個(gè)生命周期內(nèi)NPV=xn(CIt-COt)(1+ic)-tt=0t 凈現(xiàn)值考慮了項(xiàng)目在整個(gè)生命周期內(nèi)的現(xiàn)金流入和流出情況，計(jì)算結(jié)果較穩(wěn)定，不僅能在費(fèi)用效益上做對比，還能與其他方案進(jìn)行收益率的比較，但因起初沒有考慮投資額的多少，所以不能直接反映資金的利用率，需要再輔以其他評價(jià)2.4.3費(fèi)用現(xiàn)值和費(fèi)用年值費(fèi)用現(xiàn)值是把不同方案計(jì)算期內(nèi)的年成本按基準(zhǔn)收益率換算為基準(zhǔn)年的現(xiàn)PC=nCO(P/A,i0,n)t=0t費(fèi)用年值計(jì)算式為： CPCAPinnnCOtPAinAPinnt=0t 2.5本章小結(jié)本章首先介紹換熱器的基礎(chǔ)理論知識，后分別列舉了適用于煙氣余熱回收的換熱器設(shè)備，對換熱器設(shè)備做出介紹，說明其具備的特點(diǎn)，對煙氣余熱回收系統(tǒng)換熱器的設(shè)計(jì)作出分析，確定在選擇換熱器時(shí)需具備的基本特點(diǎn)，從而確定所選用的換熱器設(shè)備；最后對換熱器的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)進(jìn)行介紹，并提出三種評價(jià)指標(biāo)，士學(xué)位論文近年來煙氣余熱回收成為一種節(jié)能減排新趨勢，冶金、電力、石油、化工等能新措施，最大限度的也增長了企業(yè)的效益。常見的煙氣余熱回收應(yīng)用于鍋爐尾部得煙氣回收，各種換熱器及余熱鍋爐等換熱設(shè)備層出不窮，但多數(shù)是針對中高溫?zé)煔獾挠酂峄厥眨摷夹g(shù)也趨投資過高，大多數(shù)企業(yè)并不是很支持低溫?zé)煔獾幕厥眨艟C合考慮其投資效益問鍋爐尾部低溫?zé)煔怆m然可降溫度有限，但其具有流量大的特點(diǎn)，因此其熱量回收的潛力也相當(dāng)巨大，節(jié)省煤量也十分可觀。這種節(jié)煤效果對于處于發(fā)展中的3.1煙氣余熱回收系統(tǒng)應(yīng)用研究3.1.1鍋爐尾部煙氣的應(yīng)用排煙余熱回收利用的方法有加熱生活用水，采暖系統(tǒng)回水，地板式低溫?zé)崴┡脽岜眉訜崂渌?。余熱回收是使用冷媒介質(zhì)再通過換熱器獲得煙氣熱能，利用方法和形式上不同。將冷風(fēng)、冷水或熱泵中的蒸發(fā)劑作為冷媒介質(zhì)。排d士學(xué)位論文來提供，而居民生活熱水供水溫度在60C左右。通過利用回水加熱10C左右的冷水至30C左右采用的是一級加熱器,再通過二級加熱利用高溫出水至50C。為(2)用于加熱采暖系統(tǒng)回水。中國的供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的供回水溫度一般為95C/70C。而歐洲國家供回水溫度的設(shè)計(jì)值較低，一般為60C/40C、50C/30C，他們所采用的冷凝式鍋爐多為這種小型的家用熱水器或者家用壁掛式，從而回水溫度,進(jìn)而可有效利用煙氣潛熱[7]134。1C，空氣溫度升高2C左右。如果空氣進(jìn)口溫度20C，煙氣溫度180C，為保證煙氣進(jìn)口溫度大于空氣出口溫度，煙氣可降到80C，未達(dá)到冷凝狀態(tài)，因此可以高溫處放出熱量的原理，熱泵就是利用這一原理的熱回收裝置。熱泵可以將低品位的能轉(zhuǎn)化為高品位的能，可以利用電能轉(zhuǎn)化為熱能,從而提高熱能的品味，可以1)熱泵的供熱方式與其他方式相比，節(jié)能率為30%~70%，能較大的提高能2)熱泵可充分利用低溫余熱資源。3)能消除或減少供熱時(shí)的環(huán)境污染。3.1.2余熱回收利用的基本方法Fig3-2boilerfluegasheatrecoverysystemwithcontacttypecoalandairpreheater20上圖為鍋爐尾部排煙熱能回收系統(tǒng)，帶有接觸式省煤器與空氣預(yù)熱器，省煤器的作用是將送入水處理裝置的水進(jìn)行加熱，空氣預(yù)熱器的用途是提高鍋爐的空氣溫度，系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，最先流入省煤在換熱器中被加熱后流入水處理裝置；空氣在進(jìn)入鍋爐前，需要將其在空氣預(yù)熱該裝置的優(yōu)點(diǎn)在于可以將煙氣溫度降低，從而提高鍋爐的效率，采用直接接觸式換熱，換熱效果更好；缺點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，采用多級接觸式換熱，3.2煙氣余熱回收初定方案設(shè)計(jì)本課題是根據(jù)鍋爐煤質(zhì)成分(表3-1)，廠家給出的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)(表3-2)，設(shè)計(jì)合理的余熱回收系統(tǒng)；根據(jù)參數(shù)可知鍋爐排煙溫度相對比較高，而排煙溫度過低，煙氣中含有硫酸蒸汽會(huì)導(dǎo)致鍋爐尾部受熱面的酸腐蝕，使設(shè)備不能安全運(yùn)行，考慮到酸腐蝕問題，需要在選擇換熱器材料時(shí)選擇耐酸腐蝕的材質(zhì)。而在鍋爐運(yùn)行進(jìn)程中，雖排煙溫度不是很高，但其排煙量是相當(dāng)可觀的，若能充分利用這部分熱量，將給企業(yè)帶大巨大收益，但同時(shí)煙氣中帶有部分飛灰顆粒，將給換士學(xué)位論文Table3-1coalcompositionC C%H H%OrO%N N%S S%M M%ArA%分V V%8熱量kJ/kgTable3-2relatedparametersofboilerandfluegascomposition35t/h165C63000m3/h5711kg/h6.07%N221.9%:Figfluegaswasteheatrecoverysystem慮換熱器的壁面溫度是否接近煙氣的水露點(diǎn)溫度，若產(chǎn)生大量水蒸氣，凝結(jié)于換需考慮安裝綜上對于余熱回收的利用以及熱交換時(shí)所要考慮的問題，提出低溫?zé)煔庥酂峄厥站唧w措施如下：低溫?zé)煔鈸Q熱主要通過換熱器進(jìn)行熱交換，系統(tǒng)流程為煙氣此過程中會(huì)有硫酸蒸汽，此時(shí)系統(tǒng)釋放潛熱和顯熱，此時(shí)煙氣呈酸性，所以所選換熱器為耐酸腐蝕材質(zhì)的；考慮到設(shè)備的使用期，安裝余熱回收設(shè)備的煙道與排使設(shè)備安全運(yùn)行；考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在換熱器水側(cè)安裝電磁調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)換熱該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是降低排煙溫度，提高鍋爐效率；將回收的余熱用于加熱系統(tǒng)回水，不僅節(jié)約一次能源的消耗，同時(shí)產(chǎn)生良好的環(huán)境效益；根據(jù)排煙量的大小3.3耐腐蝕材料的選取3.3.1低溫腐蝕的機(jī)理低溫腐蝕即由于鍋爐尾部受熱面的煙氣溫度較低且低于煙氣露點(diǎn)時(shí)，煙氣中燃料中硫的燃燒生成二氧化硫，在催化劑的作用下，二氧化硫氧化生成三氧化硫，當(dāng)煙氣溫度降低到一定溫度時(shí)，由三氧化硫和水蒸汽生成硫酸蒸汽。隨著硫酸蒸汽濃度的增加，煙氣的露點(diǎn)溫度也隨之升高。因換熱區(qū)域的煙氣溫度低，3.3.2酸露點(diǎn)的計(jì)算電站鍋爐或工業(yè)鍋爐使用的化石燃料(包括石油、煤炭等)均含有一定量的士學(xué)位論文(1)煙氣水露點(diǎn)計(jì)算通常煙氣中水蒸氣的露點(diǎn)溫度是通過濕空氣圖查取，這種方法不能反應(yīng)煙氣組分及其含量和煙氣壓力等條件對露點(diǎn)的影響，現(xiàn)在介紹一種更加精確的計(jì)算水露點(diǎn)的方法，以濕空氣理論與飽和水蒸汽溫壓特性擬合方程為基礎(chǔ)，推導(dǎo)得出解。td℃pg------煙氣密度，kg/m3BCds量，g/kgP力，KPa根據(jù)本課題煙氣的相關(guān)參數(shù)，計(jì)算得:td=47.828C(2)煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算前蘇聯(lián)鍋爐機(jī)組的熱力計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)方法(1973年標(biāo)準(zhǔn))中，煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)EQ\*jc3\*hps25\o\al(\s\up6(b),)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up3(),h)目前，我國的鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算大多都是按照該公式進(jìn)行，但對于現(xiàn)有鍋爐fh空氣 V 三氧化碳的體積分?jǐn)?shù)，%；so表3-3計(jì)算結(jié)果對比表Table3-3comparisontabletld=tsl+tu=186+20lgH2O+26lgSO3日本電力工業(yè)中心研究院的計(jì)算結(jié)果偏大，而經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法的計(jì)算結(jié)果偏小，為節(jié)能和安全起見，對上述結(jié)果平均值，則煙氣的酸露點(diǎn)溫度為103.1C。3.3.3耐腐蝕材料的性能和參數(shù)煙氣溫度降低就要面臨酸腐蝕問題，選擇好耐酸腐蝕材料是關(guān)鍵，國內(nèi)的耐Si：0.2~0.4，Mn：0.35~0.6，Cu：0.25~0.45，Cr：0.7~1.15，Sb：0.04~0.1，在20C到500C之間，ND鋼具有相對穩(wěn)定的力學(xué)性能，且焊接性能良好[42]。士學(xué)位論文表3-4腐蝕試驗(yàn)結(jié)果對比表[43]Table3-4corrosiontestresultscomparisontable腐蝕速率(mg/cm3h)ND1I對ND鋼進(jìn)行焊接，在采用小電流表3-5ND鋼的焊接接頭處實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表Table3-5testresultsofweldedjointsofNDsteel母材腐蝕率(mg/cm3h)焊縫腐蝕率(mg/cm3h)30C，6h，20%H2SO440C，6h，40%H2SO490C，6h，65%H2SO4性能良好，同時(shí)焊縫的化學(xué)成分及組織得以保證，主要在于焊接過程中良好元素ND的焊縫同樣具有良好的耐酸腐蝕性能。若將該材料用于3.4本章小結(jié)本章通過對煙氣余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用研究情況的介紹，結(jié)合本課題的實(shí)際情況，考慮設(shè)備運(yùn)行所引發(fā)的不利情況，對煙氣余熱回收進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，綜合考慮四章會(huì)詳細(xì)計(jì)算，這里不做贅述)和經(jīng)濟(jì)性分析是本文的核心，并計(jì)算煙氣的酸露點(diǎn)以下，這里介紹了耐腐蝕材料ND鋼的相關(guān)4.1問題的提出及解決方案唐山市某企業(yè)的工業(yè)鍋爐，在生產(chǎn)過程中鍋爐尾部產(chǎn)生大量的低溫?zé)煔?，直接排放到空氣中造成直接的熱量損失和環(huán)境污染，為應(yīng)國家的倡導(dǎo)節(jié)約能源保護(hù)本項(xiàng)目欲將煙氣中的低溫?zé)煔膺M(jìn)行回收并用于供熱系統(tǒng)，現(xiàn)預(yù)建設(shè)一套余熱耗量，并緩解了廠區(qū)根據(jù)第三章關(guān)于換熱器的基礎(chǔ)知識和自身特點(diǎn)的簡要介紹，本余熱回收設(shè)計(jì)方案一：以波面板換熱器為主要換熱元件，研究波面板換熱器的余熱回收性方案二：以熱管換熱器為主要換熱元件，對換熱器的余熱回收性能和經(jīng)濟(jì)性通過對兩種換熱器的綜合性能比較，確定最終余熱回收所選用的換熱器設(shè)備4.2換熱器回收總熱量的計(jì)算CC由于二氧化硫含量不是很大，而且在此溫度下不會(huì)產(chǎn)生大量硫酸蒸汽，為非嚴(yán)重 士學(xué)位論文ppcp、p的計(jì)算值均以煙氣的定性溫度為基準(zhǔn)，計(jì)算式如下： 4.3波面板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算4.3.1波面板換熱器的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)換熱器為長方體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部各個(gè)換熱元件獨(dú)立且均為扁平長方體，板片的出入管與換熱器總分配管相連，熱網(wǎng)的回水循環(huán)水流入總分配管，并由總分配管分配水量至每個(gè)換熱元件，當(dāng)煙氣與回水在板內(nèi)流動(dòng)換熱后，進(jìn)入換熱器總在換熱系統(tǒng)中根據(jù)換熱器兩側(cè)流通的換熱工質(zhì)不同，壓力不同，在換熱器寬為加強(qiáng)水側(cè)的湍流效應(yīng)，設(shè)置與管殼式換熱器類相似的折流板，設(shè)置在恰當(dāng)同一換熱元件地兩連接管的外端采用焊接形式固定在管板的同一水平線上，把各網(wǎng)回水連接，波面板的截面積與連接管管徑相同，板束的兩端固定于筒體的內(nèi)側(cè)壁的支撐環(huán)內(nèi)壁上，換熱元件可以伸縮膨脹在筒體內(nèi)自由滑動(dòng)。采用固定柱來焊接固定換熱元件，來保證煙氣側(cè)4.3.2波面板換熱器的幾何參數(shù)(1)相關(guān)參數(shù)波面板是有兩塊厚度為0.5~2.0mm的薄板片經(jīng)周邊焊接，中間電阻點(diǎn)焊，從對較高的換熱元件，本設(shè)計(jì)的波面板的板厚為1.5mm,士學(xué)位論文(2)波面板的迎風(fēng)面積F=(4-3)計(jì)算結(jié)果為F=1.73m2(3)當(dāng)量直徑2x22Z=x2x22403ex=fd4Aex=ff的濕周，m。計(jì)算結(jié)果為de1=0.0045m，de2=0.036m4.3.3波面板換熱器的傳熱計(jì)算(1)對數(shù)平均溫差熱流體沿程放出熱量而增加溫度，冷流體沿程吸熱而升高溫度，冷熱流體間EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up9(ma),) (2)波面板換熱器的傳熱系數(shù)1)煙氣側(cè)換熱系數(shù)NuRePr0.3(4-6)EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up6(d),)煙氣側(cè)的流速取12m/s，煙氣側(cè)的定性溫度為125C，計(jì)算結(jié)果為2)水側(cè)換熱系數(shù) delm；Pr---------普朗特?cái)?shù)；EQ\*jc3\*hps24\o\al(\s\up5(d),)士學(xué)位論文的流速取1.6m/s;煙氣側(cè)的定性溫度為55.5C，由《傳熱學(xué)》附錄9查表并用差分法得出水熱物性：rK3)總傳熱系數(shù)如下(3)傳熱面積計(jì)算 QmF=K.編t(4-9)m(4)波面板片的計(jì)算所以，單片波面板尺寸為1400×1490(H)。(5)折流板尺寸的確定 在Y方向滿足方程z=y2+1.7計(jì)算得焊點(diǎn)之間的流通面積為154.14m2，D0dEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up4(0),el).74(4-12)Fig4-2thecorrelationdimensionofthewaveplate士學(xué)位論文EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up4(),)yy(7)波面板的壁溫的壁溫由公式計(jì)算tcC 計(jì)算結(jié)果為tw=52.5℃，因煙氣的水露點(diǎn)溫度為47.828C，所以其壁溫仍高于水露點(diǎn)溫度，不會(huì)有大量水蒸氣凝結(jié)而附著于換熱器的表面，故粘結(jié)于其表面的4.4熱管換熱器設(shè)計(jì)4.4.1熱管換熱器的結(jié)構(gòu)形式冷凝段、絕熱端三部分，工質(zhì)在熱源一側(cè)蒸發(fā)，攜帶潛熱的蒸汽由于壓差作用，傳輸至殼體的冷凝側(cè)放出熱量，冷凝液在重力作用下返回蒸發(fā)側(cè)，再次蒸發(fā)，如此往復(fù)循環(huán)，熱量得以傳輸，本設(shè)計(jì)熱管的工質(zhì)選擇為水，不加吸液芯結(jié)構(gòu)，依Fig4-3schematicdiagramofheatpipeheatexchanger本設(shè)計(jì)為上下兩個(gè)長方體結(jié)構(gòu)，下方長方體為加熱段，熱管加熱段置于煙氣中，熱管表面采用翅片管，上方長方體為冷卻段，冷端熱管至于水中，熱量自煙并考慮煙氣含灰問題而預(yù)留吹灰通道。煙道采用水平流向，換熱器水側(cè)為異側(cè)連4.4.2熱管換熱器的設(shè)計(jì)參數(shù)(1)工質(zhì)的選擇T=T1+nT2(4-15)V1+nT--水側(cè)出口溫度，C；TvTv=60.75℃，本設(shè)計(jì)預(yù)選擇水為工作介質(zhì)，水的工作溫度為50~250C，故合適。(2)管徑的選擇士學(xué)位論文) c) cypvpv V(4-16)Qd(()vPad Vd"ypEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up5(-),)1/4+pEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up5(-),)1/4gGpL-pV-1/4 式中：Qnet----攜帶極限的傳熱量，kW；dv----管內(nèi)蒸汽的流通截面直徑，m；pvpL下工質(zhì)汽、液密度，kJ/m3；mmTable4-1basicdimensionsofheatpipeheatexchangermmmmm1m9 (3)長度比的選擇Table4-2heattransfercoefficientofheatexchanger4×β30001)經(jīng)濟(jì)長度比：jK405.49L=K2=2000jK405.4912)安全長度比：EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up9(),)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up10(),)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up8(1),)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up8(00),)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up8(),)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up8(),00) (4)煙氣側(cè)的迎風(fēng)面積0A'=0EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up5('),) G1 (4-20)h則實(shí)際迎風(fēng)面積為A1=2.52=5m2，迎風(fēng)面積的質(zhì)量流量為1G=1M M1A1s ST=SL=90mm，則第一排熱管的數(shù)目為n1=2/0.09=23根。從而得到第一排熱管的傳熱面積為A=(Ab)Ln=23.7m2。4.4.3熱管換熱器的傳熱計(jì)算士學(xué)位論文(1)對數(shù)平均溫差整個(gè)傳熱面上的熱流量應(yīng)利用傳熱方程來計(jì)算，其中平均溫度的計(jì)算本計(jì)算tmEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up8(ma),)其中tm-------對數(shù)平均溫差，Ctmax------溫差較大端的溫差，Ctmin------溫差較小端的溫差，C(2)傳熱系數(shù)1)近似計(jì)算傳熱系數(shù)K0由下表選取[48]：Table4-3heatreleasecoefficientselectiontable氣體質(zhì)量流速氣體質(zhì)量流速G1K氣體放熱系數(shù)α1氣體翅化比β0405250340420200300400480200340450530230380490580(4-22)(4-22)+1.L1α1αL L2L2根據(jù)已知條件取K0=200W/m2.K。2)精確計(jì)算A煙氣側(cè)放熱系數(shù)由于煙氣在換熱器流動(dòng)，輻射換熱效果差所占比例小，所以在計(jì)算時(shí)考慮以EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up7(),d0)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up7(),) (4-23) (4-24)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up5('),)b----翅化比；n，取85%。(入)(dG)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up10(2),0)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up11(2),(入)(dG) (4-25)士學(xué)位論文x 1=1+ 1=1+d0lnd0+d0lnd0L1+1L1+RK2入d2入dLLw(4-26)計(jì)算得K0=193W/m2K。(3)熱管根數(shù)NKKt QA=0mK計(jì)算得A0=89.2m2n= (4-27) (4-28)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up5('),)Q(4-29)q='=2.71K(4-29)n根據(jù)精確計(jì)算得出的傳熱系數(shù)計(jì)算再次得出傳熱面積，計(jì)算式同上，計(jì)算得(5)熱管壁溫的計(jì)算EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up6('),)式中TEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up5(),)---煙氣出口處溫度，C；計(jì)算得Tw=65.7℃，在此溫度下壁溫仍高于煙氣水露點(diǎn)溫度，所以不會(huì)產(chǎn)生(6)阻力計(jì)算熱管換熱器的吸放熱，靠水循環(huán)得以實(shí)現(xiàn)，而整個(gè)循環(huán)是否能順利完成，關(guān) (4-31)f=18.93db.EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up8(G),)max-0.316-0.9270.515 (4-32)f---摩擦系數(shù)，士學(xué)位論文4.5換熱器的性能比較通過對上述兩種換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，現(xiàn)將設(shè)備的計(jì)算結(jié)果列Table4-4waveplateheatexchangercalculationparametersND鋼mmm5m2mmCTable4-5heatpipeheatexchangercalculationparametersND鋼mmm管間距(橫、縱)m2mmC果和換熱器自身的性能特點(diǎn)進(jìn)行比較，對比結(jié)果Table4-6performancecomparisonofheatexchangers高高11都很高，都具有很強(qiáng)的換熱能力和熱回收能力，在煙氣余熱回收技術(shù)中，均可以使用；在流動(dòng)形式上熱管換熱器采用逆流，而波面板換熱器采用錯(cuò)流，都益于強(qiáng)本設(shè)計(jì)采用ND鋼作為耐腐蝕材料，采用耐腐蝕材料可減緩設(shè)備的腐蝕速率，所以兩種換熱設(shè)備的的使用壽命均較短；根據(jù)以往工程經(jīng)管換熱器，又因已有建筑的鍋爐房往往沒有多余的空間，在此我們應(yīng)該考慮選擇換熱器較為簡單，對工藝要求較低；從設(shè)備的運(yùn)行阻力方面可以看出，熱管換熱綜合上述結(jié)論，得出熱管換熱器和波面板換熱器兩者換熱能力都很強(qiáng)、耐腐在設(shè)備的緊湊度方面，由于熱管換熱器的管間距大等方面的因素，使設(shè)備的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波面板換熱器，而在鍋爐房方面考慮設(shè)備應(yīng)選擇盡可能小的；熱管換熱士學(xué)位論文4.6項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析在實(shí)際工程中，對于余熱利用系統(tǒng)的綜合效益僅僅考慮設(shè)備的熱力學(xué)性能是不行的，對于余熱回收系統(tǒng)的改造要考慮綜合效果，對其熱力性能方面進(jìn)行計(jì)算和對比，此外對經(jīng)濟(jì)性效益的對比也是必不可少的，這就要考慮到增加余熱回收運(yùn)行所產(chǎn)生的電力損耗費(fèi)用以4.6.1設(shè)備的初投資預(yù)算本設(shè)計(jì)的余熱回收系統(tǒng)所需要的初投資費(fèi)用大部分來源于換熱器的費(fèi)用，用戶端循環(huán)水泵的費(fèi)用及余熱回收裝置采購的成本費(fèi)，此外還包括部分人工費(fèi)和其文章中第三章已詳細(xì)計(jì)算了換熱器設(shè)備的換熱面積，設(shè)備尺寸等相關(guān)參數(shù)，個(gè)月，前面由于采暖期的限制，在非采暖期換熱器會(huì)停止工作，本設(shè)計(jì)采用旁路煙道系統(tǒng)，該系統(tǒng)中總要包括波面板換熱器設(shè)備，由換熱器加熱熱網(wǎng)系統(tǒng)回水，用于地區(qū)供暖；在非采暖季方案一換熱器的報(bào)價(jià)由鑫悅桐換熱設(shè)備有限公司提供報(bào)價(jià)作為參考，約為人等，循環(huán)水泵報(bào)價(jià)由陽光泵業(yè)制造有限公司提供報(bào)價(jià)作為參考，約為人民幣0.92Table4-7comparisonoftheinitialinvestmentofthescheme方案一(元)方案二(元)換熱設(shè)備(含運(yùn)輸費(fèi))500水泵(含運(yùn)輸費(fèi))001004.6.2方案的支出分析因在煙道布置換熱器設(shè)備，降低排煙溫度，會(huì)增加煙道的阻力，同時(shí)煙囪的抽力也會(huì)隨之減弱，這樣會(huì)增加風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率，進(jìn)而加大電機(jī)的功率，使電能增加；而水側(cè)換熱器的阻力增加，使水泵揚(yáng)程增大，使得水泵功率和電機(jī)功率也(1)計(jì)算煙囪的抽力煙囪抽力的大小是根據(jù)空氣、煙氣的密度和煙囪的高度等因素確定的，計(jì)算式如hHg.pEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up8(0),)-pEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up8(0),)))||(4-33)tk---煙氣外空氣的溫度，C；yt---煙囪中煙氣的平均溫度，C；yEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up4(0),k)EQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up4(0),y)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up5(0),k)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up5(0),)(2)計(jì)算風(fēng)機(jī)功率增加值風(fēng)機(jī)風(fēng)壓與煙氣抽力、排煙溫度密切相關(guān)，隨著煙囪抽力減弱，排煙溫度降EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up0(P),y)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up0(P),y) (4-34)yyyyCpyt---排煙溫度，C；pyNN (4-35)士學(xué)位論文nc---傳動(dòng)效率，當(dāng)風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)采用直連時(shí)，為1.0；當(dāng)風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)采用三角皮帶傳送時(shí)，為0.9~0.95；當(dāng)采用皮帶傳動(dòng)時(shí)，為0.85；當(dāng)采用聯(lián)軸器連接時(shí)，為0.95~0.98。nf---風(fēng)機(jī)的效率；Nd=N.Knd (4-36)(3)計(jì)算水泵的功率N=Ns 3600102n (4-37)n---水泵的效率；Nd=K. nm (4-38)Table4-8powerconsumptionparametercomparisontablePaKWKWKWKW2從上面的計(jì)算結(jié)果可以看出，原風(fēng)機(jī)可以滿足現(xiàn)有工況，但風(fēng)機(jī)的電耗有所增加。國內(nèi)電價(jià)實(shí)行分時(shí)計(jì)價(jià)政策，供電時(shí)段的谷峰不同，計(jì)價(jià)規(guī)定也不相同，Table4-9powerpricelistfordifferenttimeperiods使用時(shí)長(h)電價(jià)(元/KWh)68KWh設(shè)備的維修保養(yǎng)由專門人員進(jìn)行，主要目的是為了減少設(shè)備的磨損，減緩使得自然老化及腐蝕，延長設(shè)備的使用壽命，消除隱患，使設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，根表4-10維修保養(yǎng)費(fèi)用對比表Table4-10maintenancecostcomparisontable元50士學(xué)位論文Table4-11twoprojectexpenditurecomparisontable4.6.3方案的收益分析唐山市地區(qū)所產(chǎn)的煤炭熱值(即低位發(fā)熱量)為24426MJ/kg，根據(jù)物價(jià)局定根據(jù)城市集中供熱的費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)查詢熱價(jià)的計(jì)價(jià)費(fèi)用，查詢得唐山地區(qū)煤炭集Table4-12heatpricelist標(biāo)準(zhǔn)熱價(jià)(元/m3/a)供熱負(fù)荷指標(biāo)(W/m3)熱價(jià)(元/KWh)4.6.4經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對比分析本文對于煙氣余熱回收的兩種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，假設(shè)系統(tǒng)中各方案的設(shè)表4-13方案一的投資及凈現(xiàn)金收入Table4-13investmentandnetcashreceipts年012345100000001917006表4-14方案二的投資及凈現(xiàn)金收入Table4-14investmentandnetcashincomeoftwo年0123450000080107依據(jù)現(xiàn)金流量表給出的數(shù)值，根據(jù)動(dòng)態(tài)投資回收期計(jì)算公式可以得到兩方案士學(xué)位論文CAPAC=509300(A/P,5%,5)+175860=293494Table4-15comparisonoftheeconomicindicatorsoftheprogram30252050費(fèi)用現(xiàn)值(十萬)12.11費(fèi)用現(xiàn)值(十萬)12.1112.7費(fèi)用年值(十萬)27.9729.31.161.161.44方案一方案二16.0816.55Fig4-4economicevaluationindexcolumnchart通過對經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果匯總做出表格和柱狀圖對比圖，可以更加清晰年，所以均方案二少0.28年，故在動(dòng)案的凈現(xiàn)值均大于零，表明獲利能力均高于貼現(xiàn)率，有附加收益可得；而方案二的凈收益比方，進(jìn)行評優(yōu)收期短；從凈現(xiàn)值來看，方案一比方案二的凈現(xiàn)值要?。粡馁M(fèi)用現(xiàn)值和費(fèi)用年值這一指標(biāo)來看，方案一的指標(biāo)值比方案二要??；所以，綜合比較可以得出方案二在凈現(xiàn)值指標(biāo)上優(yōu)于方案一；而方案一在動(dòng)態(tài)投資回收期及費(fèi)用現(xiàn)值和費(fèi)用年值4.7環(huán)保效益分析4.7.1節(jié)能減排的必然性能源和我們的生活息息相關(guān)，自人類的以衣食住行至文化、生產(chǎn)、通信等各方面處處離不開能源，縱然科學(xué)技術(shù)在進(jìn)步、人民生活水平在提高，但對于能源隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，能源和環(huán)境問題的矛盾也日趨尖銳，主要體現(xiàn)在廢氣、廢水、固體廢棄物等的污染物對環(huán)境的污染，出現(xiàn)溫室效應(yīng)、臭氧層破壞等環(huán)境問題，同時(shí)也嚴(yán)重影響了人民的生活和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，國家國務(wù)院部門發(fā)布了《關(guān)于落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的決定》的綱領(lǐng)性文件，指導(dǎo)企業(yè)總結(jié)過去、指導(dǎo)當(dāng)前、引領(lǐng)未來，努力建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，推動(dòng)4.7.2節(jié)能減排的效益低溫?zé)煔怆m溫度較低，但煙氣量巨大，所以低溫?zé)煔庵械哪芰恳膊蝗菪∮U，本項(xiàng)目對鍋爐尾部煙氣進(jìn)行回收，將低品位能源的熱量傳遞給供暖系統(tǒng)回水，不煤炭，而現(xiàn)將煙氣降至酸露點(diǎn)溫度以下，對部分SO2氣體本工程的煙氣余熱回收系統(tǒng)，可加熱用于采暖的60C低溫?zé)崴?11.4t/h,相當(dāng)hKWh士學(xué)位論文Mso2=(526.964Sar)32=9.27噸Mco2=(526.944Car)12=1194.3噸4.8本章小結(jié)本章介紹了本工程的基本情況，并對余熱回收系統(tǒng)的提出作出說明，計(jì)算余熱回收系統(tǒng)回收的總熱量；分別對波面板換熱器和熱管換熱器的結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)作出說明，并分別對兩者的幾何參數(shù)、傳熱壁溫、壓力損失、傳熱面積等進(jìn)行設(shè)修保養(yǎng)等方面費(fèi)用的支出及節(jié)煤等方面的收入情況，利用經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，對兩種換熱器的經(jīng)濟(jì)性能作出評價(jià)；再結(jié)合換熱設(shè)備的換熱性能和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合比較得出結(jié)果；最后對熱回收系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保情況進(jìn)行分析，可以看出余5.1結(jié)論隨著能源的需求量飛速增長，能源和環(huán)境的矛盾日益白熱化，以燃煤為主的經(jīng)濟(jì)模式仍占主導(dǎo)地位，在工業(yè)領(lǐng)域譬如電廠、鋼廠、化工、焦?fàn)t等各個(gè)行業(yè)在產(chǎn)能時(shí)，會(huì)排放大量廢氣、廢水等污染物，嚴(yán)重污染環(huán)境，現(xiàn)國家已有多個(gè)成功案例，針對諸類廢棄物進(jìn)行回收利用，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，減輕了環(huán)境壓力。對于燃煤電廠，多數(shù)企業(yè)對其中、高品味的余熱能源利用熱管式余熱鍋爐、低壓余熱利用是將余熱能源轉(zhuǎn)換為其他可利用能源，節(jié)約一次能源的使用，提高鍋爐出兩種設(shè)計(jì)方案，并對兩種方案的換熱器設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算，并對系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析和研究；以唐山市某鍋爐房的煙氣余熱回收系統(tǒng)為例，對其兩種回收方案的熱性能和選擇波面板換熱器設(shè)計(jì)，計(jì)算出換熱器的換熱系數(shù)、傳熱面積、結(jié)構(gòu)參數(shù)、壓力損失等，對兩種換熱設(shè)備的換熱性能進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：波面板換熱器和熱管換熱器的換熱能力都很強(qiáng)，耐腐蝕性能差，均需要使用耐腐蝕材料，壽命期限基本相同；前者所需換熱面積較大，金屬耗材較大，設(shè)備緊湊，結(jié)構(gòu)尺寸較小，運(yùn)行阻力較大；而后者的外形尺寸較(2)通過對兩種方案初投資、運(yùn)行費(fèi)用、維修保養(yǎng)費(fèi)用、節(jié)煤量等相關(guān)支出與收益進(jìn)行分析，利用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明：從動(dòng)態(tài)投資回收期的指標(biāo)角度分析，兩種方案的動(dòng)態(tài)投資回收期都不到兩年，兩種方案都是可行的，但表明有附加收益，方案可行，但后者的凈現(xiàn)值金額較大于前者；兩種方案的產(chǎn)出值相同，在此引入費(fèi)用現(xiàn)值和費(fèi)用年值指標(biāo)，在費(fèi)用現(xiàn)值和費(fèi)用年值的指標(biāo)上方案一的指標(biāo)值均小于方案二；綜合比較三種經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)的結(jié)果，方案一無論士學(xué)位論文廢棄物對環(huán)境的污染，改善了廠區(qū)附近空氣質(zhì)量；根據(jù)計(jì)算每年可回收1188KW為條件，每年可減少二氧化硫排放量5.2展望過實(shí)驗(yàn)的方式ND材料，可減緩其腐蝕速率，不可完全避免，而煙氣溫度仍未達(dá)到嚴(yán)重腐蝕區(qū)域溫度，未來可在防腐材料方面做進(jìn)一步研究，將煙氣溫度降至的煙氣量較大，雖溫度較低，但將其回收利用效益也是非常好的，故在低溫?zé)煔馐繉W(xué)位論文[1]張旭亮,黃繼昌,節(jié)能減排基礎(chǔ)知識[M].中國電力出版社,2009J，有色冶金節(jié)能，2008J]，中國黨政干部論壇，2007[4]吳華新,低位煙氣余熱深度回收利用狀況評述(Ⅱ)——傳熱過程與技術(shù)應(yīng)用研究[J].合會(huì)，中國燃煤電廠大氣污染物控制現(xiàn)狀2009[M]，北京：中國電[6]任建廣,王國保,李風(fēng)軍.瓦斯發(fā)電站煙氣余熱利用技術(shù)[J].科技信息,2008,(31):45[7]車得福,劉艷華.煙氣熱能梯級利用[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2006asandKANGZi-jin，ZHENGLei，ZHAOQin-xin．TheoryofadirectcontactheatexchangeM出版社，2012.6[11]富莉.我國冶金企業(yè)廢氣余熱利用的現(xiàn)狀[J].冶金能源.2000:19(5):23[12]YChen,PLundqvist,AJohansson,etal.AcomparativestudyofthecarbondioxidetranscriticalpowercyclecomparedwithanorganicrankincyclewithR123asworkingfluidinwasteheatrecovery[J].AppliedThermalEngineering,2006,26(17-18):-2147.[13]鐘桂龍.余熱發(fā)電技術(shù)[J].熱能動(dòng)力工程,1991(6):99-10