烟气热能回收利用装置优化与工程应用研究

摘要

随着能源结构优质化和低碳经济的发展，对天然气的高效与低碳利用，提出了更高要求，研究开发高效、可靠、经济、实用节能新技术和新设备，成为国际能源环境工程领域热点课题。
　　 本文以研究开发系列化烟气热回收装置为目标，采用理论研究与工程现场实测相结合的方法，重点研究开发4t/h以上天然气利用设备烟气热回收装置，并研究工程应用方案，为提高我国天然气利用水平，建设低碳经济，提供技术支持。
　　 基于烟气热回收装置开发和优化方案研究，包括换热主体和烟气分布导流段及水系统优化，开发出4t/h至6t/h系列烟气热回收装置，并对1t/h至3t/h系列进行了优化，共得出35个规格型号的烟气热回收装置的优化设计方案，并绘制出方案设计图。实测表明，优化方案增强了热回收装置的传热性能与耐蚀性能，减小和消除了噪声，降低了设备成本。
　　 将热回收装置应用于实际工程进行了节能改造和实测，收到明显效果。对油田注汽锅炉(9.2t/h)进行节能改造，实测表明，仅回收利用部分烟气，将烟温从200℃降至60℃左右，即可使锅炉补水温度从40℃提升到柱塞泵上限制为70℃，节能效率达8％，每天产生5吨冷凝水；对某小区锅炉房4型烟气热回收装置实测表明，供暖回水温度为40℃时，烟气热回收装置使烟气温度由150℃降至到50℃左右，热回收率达10％以上，按低热值计锅炉总效率可达107％，同时每吨锅炉产生约1吨/天烟气冷凝水；烟气热回收装置应用于直燃机房时也能收到类似效果。
　　 基于对燃气锅炉烟气热回收装置工程实测数据分析，得出了烟气热回收装置节能效率的影响因素及规律，得出烟气对流凝结换热的影响因素及规律。
　　 对不同用途燃气锅炉与直燃机的特点与影响节能因素进行分析，探讨了热回收利用技术工程应用优化方案，为正确设计选用烟气热回收利用装置，进行天然气供热锅炉系统节能设计和节能改造及供热系统运行调节提供了参考。
　　 基于对天然气利用设备节能潜力及社会经济效益分析得出：按北京目前供暖用气量计，烟气热回收装置推广应用每年可节约天然气2.2～3.7亿m3；节省燃料费4.5～7.6亿元/年；产生的冷凝水量159～218万吨/年，节水费588～807万元/年；CO2减排量为52.9～88.3万吨/年，NOx减排量为327～546吨/年。若推广应用到全国各种燃气设备中，其社会经济效益将更为巨大。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:注释说明清单

声明

1绪论

1.1研究背景

1.1.1低碳经济建设与天然气利用

1.1.2天然气资源的优质性

1.1.3天然气资源的现状

1.1.4我国天然气应用状况

1.1.5天然气的高效利用

1.1.6国内外相关节能政策

1.2国内外烟气热回收相关技术研究现状

1.2.1烟气热回收装置研究应用状况

1.2.2冷凝式烟气热回收装置防腐研究

1.2.3烟气冷凝换热研究

1.3研究意义

1.4课题来源

1.5主要研究内容与方法

2烟气热回收装置结构优化

2.1换热面主体优化

2.1.1换热主体烟气侧换热分析

2.1.2热水锅炉烟气热回收装置换热主体结构优化

2.1.3蒸汽锅炉烟气热回收装置换热主体结构优化

2.1.4蒸汽锅炉烟气热回收装置主体设计

2.2烟气导流段优化设计与降噪降阻措施

2.2.1烟箱均流段的优化

2.2.2烟箱渐扩/缩段的优化

2.3烟气热回收系统阻力计算与优化

2.3.1烟阻计算及分析

2.3.2水系统阻力计算及分析

2.4优化设计结果汇总

2.5小结

3烟气热回收装置工程应用与实测分析

3.1烟气热回收装置工程应用与实测方案

3.1.1烟气热回收装置工程应用

3.1.2测试方案与测试仪器设备

3.1.3测试数据整理

3.2某油田注汽锅炉项目

3.2.1注汽锅炉烟气热回收节能改造系统

3.2.2注汽锅炉烟气热回收装置测试

3.3某小区供暖锅炉房项目

3.4北京某大厦锅炉房项目

3.5小结

4烟气热回收装置传热性能研究

4.1工程实测综合比较分析

4.2某油田注汽锅炉烟气热回装置传热性能研究

4.2.1烟气Re与水流量对换热性能的影响

4.2.2热回收装置进口水温与烟温对冷凝换热的影响

4.2.3注汽锅炉烟侧对流凝结换热准则关联式

4.3某小区供暖锅炉房4#热水锅炉热回收装置传热性能研究

4.3.1烟气Re与J对换热性能的影响

4.3.2出口烟温与进口水温对烟气J及凝结液量的影响

4.3.3锅炉运行工况分析

4.3.4热水锅炉烟侧对流凝结换热准则关联式

4.4蒸汽/热水锅炉烟气热回收装置比较分析

4.5小结

5烟气热回收利用技术工程应用优化方案探讨

5.1天然气锅炉特点与影响热回收率的因素

5.1.1锅炉的类型

5.1.2锅炉烟气的温降与放热量

5.1.3进入烟气热回收装置的水温与水量

5.1.4流动阻力与系统可利用的余压

5.1.5烟气与水的流动方式

5.2烟气热回收装置的正确选择

5.3烟气热回收装置工程应用方案

5.3.1烟气热回收装置直接加热供热系统回水方案

5.3.2烟气热回收装置加热生活热水或锅炉补水方案

5.3.3烟气热回收装置与低温热水地板供暖系统联合运行方案

5.3.4燃气工业蒸汽锅炉烟气热能回收方案

5.3.5烟气热回收装置与热泵联合运行方案

5.3.6直燃机组烟气热能回收方案

5.4小结

6烟气节能潜力与热回收装置应用经济社会效益分析

6.1燃气锅炉烟气物性分析

6.1.1燃气锅炉排烟量

6.1.2烟气物性分析

6.2湿烟气热物特性与节能潜力分析

6.2.1烟气的饱和含湿量与露点温度

6.2.2烟气焓值与温度的关系

6.2.3节能效率与出口烟温的关系

6.2.4理论计算与实测值比较分析

6.3烟气热回收装置推广应用的社会经济效益

6.3.1烟气热回收装置成本回收期分析

6.3.2推广应用的社会经济效益

6.4小结

结 论

参考文献

研究成果

致 谢