Теплообменник выхлопных газов для котлов на биомассе
По сравнению с традиционными котлами, работающими на ископаемом топливе, характеристики топлива котлов, работающих на биомассе, определяют особенность очистки выхлопных газов. - Топливо из биомассы имеет высокое содержание влаги и золы, а выхлопные газы, образующиеся после сгорания, содержат большое количество пыли, щелочных металлов, тяжелых металлов и агрессивных компонентов, что предъявляет более высокие требования к коррозионной стойкости и антиблокировке теплообменного оборудования. Традиционные теплообменники часто имеют такие проблемы, как низкая эффективность теплопередачи, легкое образование накипи и засорение, а также короткий срок службы, которые не могут адаптироваться к сложным условиям работы котлов на биомассе. Специальный теплообменник выхлопных газов котлов на биомассе точно решил болевые точки в этой отрасли благодаря целенаправленному проектированию конструкции и оптимизации материалов, достигнув двойной цели: эффективной утилизации отработанного тепла из выхлопных газов и долгосрочной-стабильной работы оборудования, став незаменимым основным вспомогательным оборудованием в котельных системах на биомассе.
Основной принцип работы теплообменника выхлопных газов котла на биомассе основан на технологии косвенного теплообмена газа-газа или газа-жидкости, которая обеспечивает теплообмен между высокотемпературными выхлопными газами и холодной средой (воздухом, водой и т. д.) без прямого контакта со средой, а также обеспечивает рекуперацию и повторное использование отходящего тепла из выхлопных газов. Рабочий процесс можно просто резюмировать как замкнутый-цикл цикла "теплообмен отходящих газов → рекуперация отходящего тепла → вторичное использование": высоко-отходящие газы, образующиеся при сжигании котла на биомассе, попадают в канал потока горячей стороны теплообменника отходящих газов через дымоход и переносят тепло холодной среде в канале потока холодной стороны через металлическую теплообменную поверхность теплообменника (например, холодный воздух, поступающий в котел, производственная циркулирующая вода и т. д.); После завершения теплопередачи температура выхлопных газов значительно снижается примерно до 150 градусов, и они выбрасываются после соблюдения требований по выбросам в окружающую среду; Холодная среда, поглощающая тепло, может использоваться для предварительного нагрева воздуха для горения котла, нагрева производственного процесса, отопления и других сценариев, реализуя использование ресурсов отходящего тепла и формируя эффективный цикл «сбережение энергии и сокращение потребления → защита окружающей среды и сокращение выбросов».
В зависимости от рабочих характеристик котлов, работающих на биомассе, широко используемые в промышленности теплообменники отходящих газов в основном делятся на три категории. Каждый тип продукта адаптирован к котлам, работающим на биомассе, различных масштабов и условий эксплуатации с различными структурными преимуществами, удовлетворяя разнообразные потребности в утилизации отходящего тепла.
Пластинчатый теплообменник отходящих газов является предпочтительным решением для малых и средних-котлов, работающих на биомассе. Его сердцевина состоит из нескольких наборов металлических гофрированных пластин, а холодная и горячая среда текут по обеим сторонам пластин, обеспечивая эффективный теплообмен через тонкие пластины. Особая структура гофрированных пластин создает вынужденную турбулентность в канале потока, значительно улучшая коэффициент теплопередачи. Эффективность теплопередачи намного выше, чем у традиционных теплообменников дымоходного типа, с коэффициентом теплопередачи 30-50Вт/(м²·К). Структура компактна, а объем меньше при той же эффективности теплопередачи. Структура золы, предотвращающая засорение, может быть настроена в соответствии с условиями работы, чтобы соответствовать требованиям пространственной компоновки малых и средних котлов, работающих на биомассе. В то же время пластинчатый теплообменник имеет съемную конструкцию, удобную для ежедневной очистки и технического обслуживания и может эффективно решать проблему высокого содержания пыли в отходящих газах биомассы, избегая образования накипи и закупорки, которые влияют на эффективность работы.
Теплообменники отходящих газов трубчатого типа больше подходят для условий с высокой-температурой дымовых газов и большим объемом воздуха, например для крупных котлов, работающих на биомассе, и электростанций, работающих на биомассе. Они состоят из пучков стальных труб, в которых высокотемпературные отходящие газы проходят снаружи труб, а холодная среда течет внутри труб, обеспечивая передачу тепла через металлические стенки труб. Трубчатый теплообменник работает надежно, обладает высокой устойчивостью к давлению и может адаптироваться к высокотемпературным условиям выхлопных газов котла, работающего на биомассе. Конструкция пучка труб легко оснащается устройством очистки, которое позволяет эффективно очищать выхлопные газы с высоким содержанием пыли. Для повышения коррозионной стойкости пучки труб трубчатых теплообменников часто изготавливаются из таких материалов, как нержавеющая сталь 304, 316L, жаропрочная сталь и т. д., которые могут противостоять эрозии коррозионных компонентов в отходящих газах биомассы и продлевать срок службы оборудования.
В последние годы двух-теплообменники выхлопных газов с двухфазным потоком широко используются в качестве нового типа теплообменного оборудования в области котлов, работающих на биомассе. Он имеет разделенную конструкцию, состоящую из теплопоглощающего конца и тепловыделяющего конца, соединенных закрытым трубопроводом для образования циркуляционной системы. Специальный теплообменный носитель впрыскивается внутрь, и он поглощает тепло выхлопных газов на теплопоглощающем конце и испаряется с образованием насыщенного пара. После входа в конец, выделяющий тепло, для выделения тепла он конденсируется в жидкое состояние, и цикл повторяется для завершения теплопередачи. Его основное преимущество заключается в способности всегда контролировать температуру стенки теплообменника выше температуры точки росы выхлопных газов, что существенно позволяет избежать низко-коррозии и проблем с закупоркой накипи. В то же время он обеспечивает контролируемую и регулируемую температуру стенок, которая может адаптироваться к условиям работы с различными видами топлива из биомассы и колебаниями нагрузки. Его срок службы намного дольше, чем у традиционных теплообменников с тепловыми трубками, а эффективность рекуперации отходящего тепла стабильна и составляет более 80%.
Применение теплообменников выхлопных газов котлов, работающих на биомассе, привело к тройному прорыву в энергосбережении, защите окружающей среды и экономической выгоде, став важной поддержкой для продвижения высококачественного-развития энергетики на биомассе. С точки зрения энергосбережения и сокращения потребления, за счет рекуперации отходящего тепла из выхлопных газов для предварительного нагрева воздуха для горения котла эффективность сгорания котла может быть улучшена примерно на 2% -3% на каждые 100 градусов повышения температуры воздуха. При той же мощности испарения расход топлива может быть снижен на 5–15%, а период окупаемости инвестиций обычно составляет 1–2 года. После установки пластинчатого теплообменника выхлопных газов из нержавеющей стали в сочетании с котлом на пеллетах температура выхлопных газов снизилась с 320 градусов до 160 градусов, а температура входящего воздуха увеличилась до 180 градусов. Тепловой КПД котла увеличился почти на 6%, а расход топлива снизился примерно на 12%, что привело к значительному энергосберегающему эффекту.
С точки зрения защиты окружающей среды и сокращения выбросов, теплообменники выхлопных газов могут снизить температуру выхлопных газов котлов, работающих на биомассе, с более чем 300 градусов до примерно 150 градусов, что не только снижает тепловое загрязнение высоко-дымовых газов высокой температурой в атмосферу, но также снижает образование загрязняющих веществ, таких как NOx -, благодаря более полному сгоранию, выбросы таких загрязняющих веществ, как CO и NOx, значительно сокращаются, помогая предприятиям достичь сверх-низких выбросов. стандарты. При этом снижение температуры дымовых газов позволяет снизить тепловую нагрузку на поверхность нагрева и пылеулавливающее оборудование в хвостовой части котла, продлить срок службы котла и дымоходной системы, снизить затраты на обслуживание оборудования. Кроме того, концентрация пыли и коррозионных компонентов в отходящих газах после рекуперации отходящего тепла еще больше снижается, что снижает загрязнение атмосферной среды и соответствует развитию чистой и низкоуглеродной энергии биомассы.
В связи с непрерывным развитием энергетической отрасли, работающей на биомассе, и все более строгой экологической политикой, скорость технологических итераций теплообменников выхлопных газов котлов, работающих на биомассе, продолжает ускоряться. В будущем отрасль сосредоточится на трех основных направлениях: материальные инновации, интеллектуальная модернизация и системная интеграция. Что касается материалов, будут продвигаться новые материалы, такие как нанопокрытия и композитные материалы, армированные графеном, для снижения термостойкости загрязнения, улучшения коррозионной стойкости и теплопроводности оборудования, а также дальнейшего продления срока службы оборудования; Что касается интеллектуального управления, интеграции технологии цифрового двойника и прогнозного технического обслуживания на базе искусственного интеллекта, мониторинга-мониторинга состояния работы оборудования в реальном времени, обеспечения предупреждения о неисправностях и точного обслуживания, сокращения времени незапланированных простоев и снижения затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание; Что касается системной интеграции, мы будем способствовать объединению теплообменников выхлопных газов с выработкой энергии ORC, абсорбционными тепловыми насосами и другими технологиями для достижения рекуперации отходящего тепла во всем диапазоне температур 80-600 градусов, максимизации эффективности использования отходящего тепла и интеграции с системами денитрификации, десульфурации, удаления пыли и других систем для комплексной очистки множества загрязняющих веществ.
Являясь «хранителем утилизации отработанного тепла» для котлов, работающих на биомассе, теплообменники отработанного газа не только решают отраслевые проблемы, связанные с отработанной тепловой энергией и выбросами загрязняющих веществ из отработанного газа котла, работающего на биомассе, но также способствуют развитию энергетики биомассы в направлении высокой эффективности, чистоты и интеллекта. Благодаря постоянным инновациям в технологиях и постоянному расширению сценариев применения теплообменники выхлопных газов котлов на биомассе будут играть более важную роль в использовании возобновляемых источников энергии и достижении целей «двойного углерода», помогая предприятиям добиться скоординированного развития энергосбережения, защиты окружающей среды, сокращения выбросов и экономических выгод, придавая сильный импульс высококачественному развитию отрасли чистой энергетики Китая.