35t／h 鍋爐熱管回收排煙余熱系統(tǒng)的設(shè)計【含11張CAD圖紙+文檔全套】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 煙氣凈化和熱回收：開放式吸收系統(tǒng)的生物質(zhì)燃燒鍋爐 Lars Westerlunda,*，Roger Hermanssona, Jonathan Fagerstr?mb a瑞典呂勒奧大學(xué)能源工程部S-971 87 Lulea b瑞典于默奧大學(xué)能源技術(shù)與熱化學(xué)工藝部SE-901 87 Ume? 文章歷史： 2011年8月30日收到 2011年12月14日收到修改稿 2012年2月29日收入 2012年3月27日有效性入網(wǎng) 摘要 能源回收新技術(shù)結(jié)合煙氣中粒子分離已經(jīng)在這個項目中進行了測試。傳統(tǒng)的小鍋爐燃燒生物質(zhì)燃料，煙氣中的微粒帶走較多熱量排放到環(huán)境中。如果煙氣中的溫度和水分含量可進一步降低能獲得更高的效率，減少了對環(huán)境的影響。在熱力生產(chǎn)單位中安裝一個開放式吸收系統(tǒng)就能滿足這些要求。試點單位已建成并在過去2年進行測試運行。結(jié)果表明與普通的系統(tǒng)相比煙氣中的微粒減少了33-44%。與此同時當燃燒濕的生物燃料時單位體積的熱產(chǎn)物增加40%。 關(guān)鍵詞 開放吸收系統(tǒng) 顆粒減少 熱回收 第一章 介紹 現(xiàn)在的小型生物燃料鍋爐（≤100千瓦）具有較高的效率，但在煙氣中顆粒量仍然太高[1,2]。對于這樣大小的鍋爐[3]在市場上可用的煙氣凈化的費用太高。這次設(shè)計的廉價的開放式吸收系統(tǒng)可以有效的用在這些單位。在這時煙氣中的顆粒物減少，主要的煙氣中的余熱在對流過程中被回收。熱能供應(yīng)系統(tǒng)的熱量主要是由鍋爐產(chǎn)生的，并且在循環(huán)系統(tǒng)中只需少量的電量。 吸附技術(shù)具有的優(yōu)點是和傳統(tǒng)的熱回收系統(tǒng)相比，水蒸氣中的潛熱能更好的被利用[4]。由于露點的限制，普通的熱回收設(shè)備不適用于吸收系統(tǒng)的。參考[4] 還得出結(jié)論，吸附系統(tǒng)比冷凝鍋爐系統(tǒng)有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。據(jù)我們所知開放式吸收系統(tǒng)還沒有被用于熱回收和減少生物質(zhì)鍋爐煙氣中的顆粒。假定使用濕除塵器的技術(shù)將得到相同的微粒去除效率并更有效的回收熱量。 開放式吸收系統(tǒng)主要由三部分組成：吸收器，發(fā)生器和冷凝器（見圖1）。工作介質(zhì)（水）是由外部系統(tǒng)所產(chǎn)生 （主要來自生物燃料）。煙氣被帶入吸收器中與吸收溶液接觸。水蒸汽被溶液吸收，煙氣進行干燥，冷卻和洗滌顆粒。稀釋后的溶液被泵入吸收了主熱供給中分離出的水的吸收器。濃縮液在閉環(huán)系統(tǒng)中被輸送回吸收器。水蒸汽在冷凝器中冷凝放出主要的潛熱。壓縮和冷卻的水通過冷凝器之后被系統(tǒng)分離出來。 第二章 測試設(shè)備 呂勒奧大學(xué)技術(shù)部已經(jīng)進行了很長時間的關(guān)于開放吸收系統(tǒng)的全面的研究工作。針對不同的應(yīng)用開發(fā)的工廠已經(jīng)建成，主要用于干燥的目的[8,9]。在實際情況下，實際的情況是由于微粒和化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)可能毀掉溶液的穩(wěn)定性，使吸收液變得更劇烈。該設(shè)施是連接到一個現(xiàn)有的鍋爐，限制了設(shè)備的空間。但是吸收器和發(fā)生器之間的距離過長使實驗過程中熱損失過大。 2.1系統(tǒng)說明 開放式吸收系統(tǒng)由不銹鋼組成并集成在鍋爐上如圖2展示，其中吸收器和發(fā)生器被清楚的看到。第三個主要部件，冷凝器是熱交換器（HEX4）。逆流吸收器由一個通道和填充填料組成，創(chuàng)造吸收液與煙氣之間的良好接觸。吸收器的名字是由煙氣和溶液的流動方向決定的；當氣體水平流動時該溶液垂直流過。該發(fā)生器包括若干垂直管熱，煙氣在管道內(nèi)部流動。該管被吸收液所包圍。熱從煙氣中傳輸?shù)焦軆?nèi)用于吸收的水蒸發(fā)。來自鍋爐的熱氣體的一部分被用于給發(fā)發(fā)生器入熱量，所有的氣體在進入吸收器之前經(jīng)過鍋爐的對流部分。該旁路在正常的運行階段穿過了吸收器。在煙氣經(jīng)過吸收器時吸收器中的吸收溶液吸收了煙氣中的大量顆粒。在同一時間，煙道氣被冷卻和干燥。經(jīng)過吸收器后煙氣流向煙囪。 由于吸收液中收集到的顆粒是通過一個小的流量連續(xù)通過過濾器分離的。垂直的流過吸收器時煙氣中的熱流體溫度升高。在HEX1和2熱量傳遞到集中供熱系統(tǒng)。在發(fā)生器中產(chǎn)生的蒸汽被冷凝并冷卻在HEX4放出熱量到區(qū)域供熱系統(tǒng)，冷凝物最終從系統(tǒng)中排出。區(qū)域供熱系統(tǒng)是通過在鍋爐對流區(qū)最后加熱，從吸收器中吸收稀溶液到發(fā)生器在HEX3被預(yù)熱。濃縮溶液的吸收劑在此熱交換器中放出熱量時被冷卻。 表1 字母的下標的命名 命名 符號 下標 Q 熱傳遞速率（KW） boiler 鍋爐傳熱效率（KW) V 流體體積（m3/s) generator 發(fā)生器的傳遞速率（KW） T 溫度℃ extra 根據(jù)增加的面積的熱傳遞率（KW） TT 溫度變送器和溫度℃ conc 吸收液濃度（質(zhì)量分數(shù)） m 流體質(zhì)量流量（kg/s) frac abs 流經(jīng)吸收器的總煙氣流的一部分 （質(zhì)量分數(shù)） CP 比熱容（J/kgK） 縮略語 h 焓值（KJ/kg) HEX 換熱器 ρ 密度（kg/m3) TT 溫度變送器和溫度(℃) 下標 LT 液位變送器 absorber 1 來自煙氣的能量 FM 流量計 absorber 2 流體的能量 CU 控制單元 ref 參考值（0℃） CV 控制閥 conv 傳統(tǒng)鍋爐的熱傳遞率（KW） P 泵 圖1開放吸收系統(tǒng) 2.2 儀器儀表 系統(tǒng)狀況的整體圖，在溫度為（TTS）和液體流流量為（FMS）時進行測量如圖3展示。干濕計（干和濕球溫度）被用來在吸收器后建立煙氣流。測量的時間間隔是10s。 為了控制系統(tǒng)，在發(fā)生器中的溫度應(yīng)保持在一個恒定的值。這是通過控制發(fā)生器中的流體流量和設(shè)備中的熱煙氣量來進行的。如果在發(fā)生器的溫度高于設(shè)定值，稀釋后的溶液通過增加控制閥（CV1）的開口使流至發(fā)生器的流量增加。如果它是完全開放的系統(tǒng)，而溫度仍然過高，阻尼器（CV2）將減少熱流體流向發(fā)生器。液面在發(fā)生器應(yīng)該是恒定的，并且被頁面?zhèn)鞲衅鳎↙T1）和控制閥（CV5）控制。 第三章 方法 3.1 熱量和質(zhì)量平衡 吸收器的熱平衡由隨煙氣排出的熱量和集中供熱系統(tǒng)帶走的熱量組成，溶液流參照公式1。吸收液的質(zhì)量流量，溫度和比熱是變化的但是保持一個總的平衡。 (1) 煙氣中的焓（H）的計算與空氣濕度有關(guān)。用于干燥煙氣的熱容量值是通過加入催化劑的比熱容量的值乘以其質(zhì)量分數(shù)來確定。估計煙氣在吸收器和干濕計之前不能使用，因為溫度高出了100℃。水的含量是直接通過軟件Fluegas測量得知煙氣中水的含量和煙氣中氧氣的含量。來自鍋爐的干煙氣的總質(zhì)量流量，已經(jīng)用Fluegas軟件測量得知，還需要通過手動的方式測量氣流的總體積。測量冷凝水的體積流量用流量計（FM2圖2中）。吸收器中的濃縮吸收液的體積流量由圖3中的閥5的登記的開放時間決定。在一個開放期間1.551升體積流動到吸收器。從吸收器稀釋后的溶液的質(zhì)量流量可隨后通過添加縮合物的質(zhì)量流量以及濃溶液的質(zhì)量流量進行計算。 在HEX3和4之間也存在熱平衡。在HEX3的表面水蒸氣的潛熱包含在平衡中。總傳熱速率用在區(qū)域供熱系統(tǒng)的質(zhì)量流量的計算和TT1和TT5之間的溫度差的計算。根據(jù)下面的公式進行計算從煙氣吸附水的質(zhì)量和冷凝物的量。 (2) 在恒定條件下運行設(shè)備時從煙氣和冷凝液流從系統(tǒng)中所吸收的水應(yīng)該是相等的。 濕度比和其他變量根據(jù)前面的描述來確定。 圖 2開放吸收系統(tǒng)與鍋爐組合 圖3控制設(shè)備和測試設(shè)備 3.2 熱回收 通過比較傳統(tǒng)的鍋爐系統(tǒng)和水洗器得出下面的概念和計算。 傳統(tǒng)的傳熱效率：不開放系統(tǒng)的鍋爐傳熱速率是通過公式（3）計算的。發(fā)生器引起的大面積的溫度降低，這種情況它只發(fā)生在鍋爐的對流部分。它因此被撤回以獲得高效的總的熱傳遞速率。 (3) (4) 方程（4）中發(fā)電機熱功率包括吸收溶液的加熱，加熱水（液體）和蒸汽過熱。使用的焓值包括了水中的能量。 燃料水分含量：燃料中水的含量（質(zhì)量部分）。 集中供熱系統(tǒng)溫度加熱單元：在HEX 1 i.e., TT1之前測量。 理論上可能的改進：計算可能從煙氣中恢復(fù)的能量，如果能量通過鍋爐后降低到煙氣離開吸收器是的水平。這個值被除以常規(guī)的熱傳遞速率。 (5) 測量改進：在區(qū)域供熱系統(tǒng)測量的總傳熱速率除以傳統(tǒng)的熱傳遞速率。 (6) 通過修正熱損失：總測量傳熱率加上理論計算的熱損失，除以常規(guī)的熱傳遞速率。 改善水洗器：沒有熱損失的理想洗滌器的理論計算。該裝置的工作溫度相當于集中供熱系統(tǒng)溫度的加熱單元（TT1）和煙氣經(jīng)過洗滌器之后溫度相比差5度。經(jīng)過滌氣器后的再加熱煙氣不包括在計算中。 (7) 3.3 煙氣通過旁路 泄露對煙氣系統(tǒng)中的阻尼器（CV3）來說是正常的。為了確定這種泄漏，測量時封閉阻尼器。在空氣溫度為204℃時再測量幾種不同的體積流量進行分析。來自鍋爐的大量煙氣流經(jīng)過吸收器后使用微壓計和皮托管研究斷面上的不同點的溫度。 結(jié)果表明僅總體積流量的64％通過吸收器，這取決于較高的壓降。流動阻力正比于每個電路（吸收器/閥門-CV3）的體積流量的平方，并隨后可確定為這些流動阻力的大小。即使溫度變化，這個量幾乎是恒定的，只要煙氣可被視為理想氣體。煙氣進入和流出吸收器的狀況是已知的。根據(jù)理想氣體規(guī)則可能可以計算出流入和流出吸收器的特定量。部分通過吸收器的干煙氣的質(zhì)量流量可以在實驗中確定。 3.4 顆粒取樣和分析 用Dekati（DLPI）系統(tǒng)的13級低壓沖擊進行顆粒收集。這些顆粒根據(jù)氣體動力學(xué)原理直徑進行分離，范圍是在0.03到10μm。進入和流出吸收器時兩個撞擊器在同時使用。氣流通過沖擊器被勻速帶出。通過比較這些結(jié)果，煙氣的凈化系統(tǒng)可以建立。 在一個附加的能量色散型X射線檢測器（SEM-EDS）的電子掃描顯微鏡中，進行粒子的化學(xué)成分分析。 第四章 結(jié)果 實驗值的分析，基本上是基于熱量和質(zhì)量平衡的。從整個系統(tǒng)內(nèi)流失到房間內(nèi)的熱損失為11.4 KW。這個值被用在所有實驗的評估中。增加電輸入的方法是使用由四個液體泵組成的開放式吸收系統(tǒng)或者增加引風(fēng)機的壓力。在實驗裝置中增加電輸入估計為2.2 KW。該系統(tǒng)的小體積流量和系統(tǒng)不同部分之間的距離的瞬時值測量比較困難。鍋爐產(chǎn)生煙氣質(zhì)量流量的65-66%通過吸收器。排除鍋爐的煙氣溫度在所有的實驗中都在150-180℃的范圍之內(nèi)。 4.1 傳熱率 集中供熱的傳熱率在圖4中表示。各熱交換器（HEX1，2和4）和鍋爐如圖所示，總傳熱效率（總）與吸收器（絕對壓力）的熱傳遞效率也包括在內(nèi)。吸收器的傳熱速率包括HEX1和2。 圖4 集中供暖的傳熱效率 圖5 集中供暖區(qū)域的溫度等級和煙氣離開系統(tǒng) 圖 6 煙氣吸收水分和冷凝物的質(zhì)量流量 表 1系統(tǒng)中的不同含水量和不同溫度下在區(qū)域供熱系統(tǒng)的加熱單元的熱傳遞速率。 傳統(tǒng)的熱傳遞率（千瓦） 燃料的水分含量（％） 集中供熱系統(tǒng)溫度加熱單元（℃） 理論上可能的改進（％） 測得改善（％） 通過整流改進熱損失（％） 65 50.9 46.4 50 23 44 70 51.7 41.0 46 29 46 61 52.1 44.4 45 25 45 70 52.0 52.3 41 24 41 42 48.0 35.1 55 19 47 80 28.0 38.3 26 10 25 表2比較開放吸收系統(tǒng)和水洗滌器的熱改進效果 燃料的水分含量（％） 通過整流改進熱損失（％） 改善洗滌水（％） 50.9 44 23 51.7 46 27 52.1 45 25 52.0 41 19 48.0 47 29 28.0 25 16 4.2 吸收溶液 煙氣離開吸收器的相對濕度為38 - 45％RH。這個值有點高于設(shè)計值是因為吸收率和吸收器中存在較高含量的CO2。二氧化碳的濃度被穩(wěn)定在一個較低的水平，并從供熱過程中發(fā)生器的吸收溶液中分離出來。實驗結(jié)束后把經(jīng)過發(fā)生器的吸收液和新的沒有接觸過煙氣的吸收液的吸收能力進行比較。結(jié)果表明吸收能力只有很小的差別。 4.3 煙氣和集中系統(tǒng)之間的熱傳遞 圖5顯示在進過熱交換（HEX1）之前集中供暖系統(tǒng)(TT1)的溫度，還有煙氣離開吸收器的的干溫度。煙氣溫度只比水溫高1-2℃，甚至有兩三度的下降。煙氣的熱量傳遞到吸收液，吸收液把熱量傳遞給集中供暖系統(tǒng)中的水。熱交換器（HEX1）具有大的傳熱面積。不僅是溫度，而且還對煙氣離開吸收器的相對濕度和傳熱率有關(guān)聯(lián)。如果氣體離開吸收器的相對濕度增加，熱傳輸速率將會降低。圖5表明在16小時之后會引起額外的垢膩。 4.4 質(zhì)量平衡 圖 6 表明了估算吸收的來自吸收器中煙氣中的水分與測量的在HEX4之后的冷凝物進行比較。這些變量的平均值對應(yīng)良好。冷凝物在吸收器和發(fā)生器之間的時間差是很長的，因為大量的吸收液被用在吸收器和發(fā)生器，只有少量的水被吸收。因此瞬時值不能被使用。 4.5 熱回收的改進 六個實驗的不同結(jié)果顯示在表1和表2. 在表中使用的概念在3.2節(jié)中進行了說明。增加的電輸入不包含在比較中。 表1和表2表明提高了燃料的水分含量可以提高熱回收。在集中供熱系統(tǒng)中的較低溫度具有相同的影響。實驗裝置的熱損失很大。在表1的最后一列對開放式吸收系統(tǒng)與傳統(tǒng)的鍋爐進行最準確的比較。這些值是一個理想的單元中求出的，因為一些熱損失總是會出現(xiàn)。減少燃燒中的含水量完善減排機制。 開放式吸收系統(tǒng)優(yōu)于水洗器，因為煙氣是使用吸收系統(tǒng)進行干燥的。濕氣中的能量被用來提高和改善機器。煙氣經(jīng)過洗滌器后再加熱，增加了煙氣與系統(tǒng)的溫度差。增加集中供暖的回水溫度減少了熱回收，對開放式吸收系統(tǒng)和水洗器來說是不重要的。 圖 7 不同顆粒質(zhì)量的粒度分布 4.6 在煙道氣中減少顆粒 在煙氣中的顆粒是由吸收溶液中的吸收劑與煙氣接觸進行收集的。結(jié)果表明，在吸收器之前的煙氣中的顆粒的粒徑在0.1-0.3之間，見圖7，生物燃料正常使用的大小[1,10]。根據(jù)[11]中所述濕式除塵器的顆粒除去效率在這個范圍內(nèi)是非常低的。小尺寸的顆粒是對人類有害的，應(yīng)該盡可能減少。當吸收器均勻分布時粒徑?jīng)]有超過限額的百分比減小。格羅恩[10]報道說去除效率是在相同的范圍內(nèi)。 對每個燃料采取兩個樣本，結(jié)果列于表3-6。顆粒的化學(xué)成分在通過吸收器中的流動過程中不發(fā)生變化。測量成分為鈉，硅，磷，硫，氯，鉀，鋅。最后一個實驗后進行檢查過濾器的內(nèi)部和使用過的過濾器。顆粒的數(shù)量是無法確定的，但累積高度可以觀察到。吸收器中吸收液的顏色和在過濾器內(nèi)部的顏色有很大不同。因此可以說是一個很好地過濾器。 表3 煙氣中粒子的測量結(jié)果，燃料：木屑。 在吸收10%O2之前(mg/Nm3) 在吸收10%O2之后(mg/Nm3) 減少顆粒（％） Run1 18 11 -35 Run2 23 16 -31 Run3 18 12 -34 表4 煙氣中粒子的測量結(jié)果，燃料：木材廢料。 在吸收10%O2之前(mg/Nm3) 在吸收10%O2之后(mg/Nm3) 減少顆粒（％） Run1 51 29 -42 Run2 39 21 -46 表5 煙氣中粒子的測量結(jié)果，燃料：木材和紅色金絲雀草。 在吸收10%O2之前(mg/Nm3) 在吸收10%O2之后(mg/Nm3) 減少顆粒（％） Run1 14 9 -36 Run2 13 8 -40 表6 煙氣中粒子的測量結(jié)果，燃料：木材廢料和紅色金絲雀草。 在吸收10%O2之前(mg/Nm3) 在吸收10%O2之后(mg/Nm3) 減少顆粒（％） Run1 40 25 -39 Run2 26 14 -47 第五章 結(jié)論 煙氣的凈化效果令人滿意，煙氣中33-44%的顆粒被分離。使用過濾器的鍋爐相對于其他焚化廠產(chǎn)生的顆粒量有明顯減少。一個令人振奮的結(jié)果是有害小顆粒的分離是有效的。粒子可以簡單地從系統(tǒng)中的過濾器中除去。但吸收液沒有明顯的破壞只可能建立在實驗過程中。 當使用潮濕的燃料時煙氣中的回收余熱約40％是生物質(zhì)燃料增加產(chǎn)生的。增加電輸入估計為2.2千瓦，不包括 在比較中。工業(yè)設(shè)備使用更少的電量。 參考文獻 [1] Messerer A, Schmatloch V, P?schl U, Niessner R. 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