含硫煙氣余熱回收現狀研究

解妙雅 林安琪 趙艷敏 劉舒寒 孫艷 周屹軒 王俊璞

摘 要：含硫煙氣存在于各行各業，余熱回收可實現節能降耗，其核心是換熱器。通過現狀調研發現，目前含硫煙氣余熱回收還存在較大的回收空間，原因是為了避免露點腐蝕，采用耐腐蝕材質或提高排放溫度的方法，但最終造成成本高或余熱回收不充分。所以找出影響含硫煙氣露點的因素[1]，確定露點與影響因素之間的關系，將含硫煙氣的排放溫度與煙氣露點的差值盡可能小，從而確定余熱回收最大化的方案。

關鍵詞：含硫煙氣;余熱回收; 露點腐蝕

一、前言

2021年全國兩會，碳達峰和碳中和被首次寫入政府工作報告：我國要在2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和[2]，實現的途徑主要是通過節能減排、植樹造林等形式。經調研，熱電廠、化工廠、金屬冶煉廠等各行各業存在含硫煙氣的生產廠家，均存在余熱回收不徹底的問題。含硫煙氣余熱回收的核心是換熱器，我國是換熱器生產大國，應用于各行各業，2020年主營業務收入1868億元，在“中國制造2025”的規劃背景下，我國的換熱器市場規模越來越大，年均增長速度可達15%左右[3]。

二、含硫煙氣余熱現狀

為了了解含硫煙氣余熱回收現狀，選取有代表性的生產單位進行采訪調研，調研結果詳見表1。

從表1可見，50%余熱回收存在含硫煙氣，占據調研企業的半壁江山。調研企業采用燃煤鍋爐或存在焦爐氣的行業中，熱電廠的排放溫度最低，可以低到80℃，付出的代價是采用昂貴的陶瓷材質;鋼鐵有限公司的排煙溫度較低，為140-150℃;化肥廠、防腐劑廠排煙溫度為140-160℃，遠遠高于含硫煙氣的露點。其余被調研企業的廢氣焚燒環保設施除了裝置內部的陶瓷蓄熱外，基本上無余熱回收裝置，熱量浪費很大，與目前的雙碳環境很不協調。

通過調研可知，為了解決含硫煙氣露點腐蝕問題，有些換熱器采用高成本的耐腐蝕材質，有些為了降低投入簡單地采用提高排放溫度的方式。總之成本高、露點未充分有效控制、余熱未充分回收利用是含硫煙氣余熱回收目前存在的主要問題。

三、含硫煙氣余熱回收解決方案

前述熱電廠采用陶瓷材質的目的是為了避免金屬材質易發生露點腐蝕的問題，但是陶瓷材質價格高、導熱性不及金屬材質，如何采用價廉導熱性好的金屬材質、同時不發生露點腐蝕、同時又能使余熱得到最大的回收利用，這是目前急待解決的問題。

為解決這一問題，含硫煙氣露點的控制是前提。首先，要獲取含硫煙氣系統的露點值，目前缺少能直接測量的儀器，為解決這一問題，必須確定影響含硫煙氣露點的影響因素，借鑒吳雪峰[4]、馬金磊[5]等前人已有的研究成果，引入含硫煙氣露點的函數關系，函數關系如下：

T露=f（pH2O，pSO3）.......................式①

式①表明，含硫煙氣中水汽的分壓pH2O與三氧化硫的分壓值pSO3會對露點產生影響，而水汽的分壓與三氧化硫的分壓值可以通過現有的在線儀器檢測獲取，通過式①計算就可以得到在不同分壓下的含硫煙氣露點。

第二，除了含硫煙氣露點值以外，還必須知道含硫煙氣的溫度，含硫煙氣的溫度可以通過目前現成的熱電偶進行在線檢測。將檢測得到溫度控制在T露以上，并且盡可能減少含硫煙氣實際溫度與T露的差值，實現避免露點腐蝕下的余熱最大回收。

第三，在確定以上基礎條件后，構建含硫煙氣實際溫度與T露的控制方案，設計智能控制器，隨時捕捉含硫煙氣的露點與實時溫度，通過含硫煙氣余熱回收換熱器冷熱介質的流量、壓力、溫度的調節，實現即不發生露點腐蝕、又能實現余熱最大利用、投入運行費用最低的最佳狀態。

結束語

通過對余熱回收現狀的調研、對前人已有研究成果的消化吸收，本研究提出采用實時檢測含硫煙氣每種成分的分壓，通過分壓計算含硫煙氣的實時露點，從而控制含硫煙氣的實際溫度微高于含硫煙氣的露點，實現即防止露點腐蝕、又實現熱量最大回收、還控制投入成本。

參考文獻

[1]煙氣酸露點溫度計算方法研究現狀及進展[J]. 張建中，徐耀兵，潘軍，李甲鵬. 熱力發電. 2019（11）

[2]全媒發力 內容創新 技術賦能——從2021年全國兩會報道看黨報媒體融合新趨向[J]. 別志雷，蔡計鎖，王小波. 采寫編. 2021（05）

[3]馮玉靜，翟亮亮.產業政策、創新與制造企業服務化——基于“中國制造2025”準自然實驗的經驗研究[J/OL].科技進步與對策：1-9[2022-01-23].

[4]吳雪峰，李安英，高繼峰，麻宏強.含硫煙氣酸露點實驗及預測模型研究[J].石油與天然氣化工，2021，50（06）：58-63.

[5]馬金磊. 發電廠燃煤鍋爐熱力計算系統的研究[D].華北電力大學，2014.