关键词：
含硫烟气
余热回收
相变传热理论
性能评价方法
数学模型
摘要：
为防止余热回收过程中含硫烟气结露腐蚀换热设备,通常以极端酸露点工况设计排烟温度;但在正常烟气酸露点工况下,这会导致烟气余热回收效率低,能源浪费等问题。因此为了提高烟气余热回收效率,降低换热设备腐蚀;本文基于相变传热理论,提出了新型含硫烟气余热回收系统,结合实验与模拟的方法,对新型含硫烟气余热回收系统特性进行探究。
首先,依据文献调研及设计资料确定了新型含硫烟气余热回收系统原理,根据新型系统原理绘制了系统流程图;基于相变回收原理,设计了新型系统热力学参数,根据参数对新系统中的关键设备进行了选型及校核计算;最后加工设备,将设备集成,搭建了新型含硫烟气余热回收系统实验台。
其次,基于新型含硫烟气余热回收系统原理,提出了新型系统评价分析方法;利用搭建的新型系统实验台,探究了烟气热负荷率、循环倍率及溴化锂水溶液浓度对系统热回收系数、系统火用效率及烟气换热器性能的影响规律。结果表明,（1）为保证新系统的高效运行,溴化锂溶液的质量流量应根据热负荷率和循环倍率在48-178范围内进行调整;否则,只按热负荷率进行调整,并随着热负荷率的增加而增加。新系统的火用效率较低约为25%-34%,这表明通过该新型系统回收的烟气余热不适合做功;溴化锂水溶液浓度对火用效率的影响较小。（2）烟气换热器的传热系数随烟气热负荷率的增大而减小,在烟气热负荷率为0.7-1.1时烟气换热器传热系数相对较高。烟气热负荷率越大,烟气换热器的效能就越低,这将导致新系统的火用效率也随着烟气热负荷率的降低而降低;溴化锂水溶液质量浓度对烟气换热器效能的影响虽然较为复杂,但总体上影响较小。
然后,基于热量守恒原理,建立了新型系统的理论数学模型,利用实验数据验证了理论模型的准确性;采用迭代计算方法进一步探究了溴化锂水溶液体积流量,设计烟气体积流量及烟气热负荷率参数对新型系统运行特性的影响。结果表明,（1）热回收系数随设计体积流量和烟气热负荷率呈线性增大;随溴化锂溶液体积流量减小,溴化锂水溶液体积流量越小,其对热回收系数的影响越明显。（2）回收的烟气余热随溴化锂水溶液体积流量增大而增大,但当溴化锂溶液的体积流量超过一定值时,它会缓慢增加;为了提高烟气的余热回收和减少循环泵的功耗,在设计时烟气的体积流量范围分别为25,000-75,000和75,000-150,000Nm3/h时,溴化锂水溶液体积流量应该分别是35和75m3/h。（3）烟气与溴化锂水溶液逆流换热条件下,在烟气换热器冷端处烟气与溴化锂溶液温差随溴化锂溶液体积流量的减小而减小,溴化锂溶液体积流量越大,其对温差的影响越小。随烟气热负荷率的减小而线性减小;当烟气设计容积流量为25,000-100,000Nm3/h时,循环泵在定容积流量条件下,烟气热负荷比在0.65-1.2范围内,可通过调节溴化锂溶液进口浓度来调节烟气出口温度;否则,溴化锂溶液的体积流量应随着烟气热负荷率的减小而减小。溴化锂溶液体积流量和系统规模对系统火用效率的影响较小。
最后,通过碳排放量和烟气余热回收量这两方面将新型系统与水循环低温空气余热系统进行对比分析,更进一步揭示该新型系统的特点。此外还对新型系统及水循环低温空气预热系统进行了经济性分析,以确定该新型系统的经济适用性。结果表明,（1）新型系统在回收烟气余热、降低二氧化碳排放量方面具有更大的优势;新系统的烟气余热回收量和二氧化碳减排量随烟气酸露点温度的降低呈线性增加;而水循环低温空气预热系统几乎不能够调节,所以烟气余热回收量和二氧化碳减排量不随酸露点温度发生变化。（2）新系统用于天然气净化厂的烟气余热回收时,初始投资可在一年内收回。即使新型系统的初始投资大于水循环低温空气预热系统,但新型系统节约天然气的年总收益和净收益都要远大于水循环低温空气预热系统。所以新型系统在回收烟气余热方面具有更大的经济效益。
