自驱动湿热烟气全热回收系统运行特性研究

• 作 者: 崔天阳
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 吸收式换热技术 数学建模 适用性研究 烟气冷凝换热 运行特性

吸收式换热技术是目前国内外应用较为广泛的节能技术,该技术利用溴化锂吸收式热泵机组对燃气燃烧产生的烟气进行深度热回收,能够大幅提高锅炉热效率及燃料利用率。然而,目前采用吸收式热泵进行余、废热回收时需要引入外热源驱动,这便使系统的建造、运行成本明显增加,进而对系统整体的节能效果产生影响。针对上述问题,本文提出了一种无需外热源驱动的新型烟气余热回收系统,利用烟气高温段废热驱动系统运行,进而完成对其自身余热的深度回收。本文首先根据烟气“冷凝换热过程分段进行”这一特点,将烟气换热器设计为三段式结构,进而完成了整个系统的构建。确定了烟气组分、热物性参数的计算方法,建立了热泵机组和三段式烟气换热器的数学模型,并针对全系统的数学模型进行了自由度分析,确定了求解系统热力状态所需的已知参数个数。在自驱动湿热烟气全热回收系统热力模型的基础上,利用“传热端差”概念构建了系统最大余热回收能力的求解模型。从技术和经济两个层面提出了能够表征系统适用性的指标,研究了烟气、二次水入口参数对系统烟气最低出口温度、烟气热回收率、节能扩大系数、静态投资回收期及余热回收净收益平衡期的影响趋势。在额定工况下,系统的最大热回收率可达11.6%以上,余热回收净收益平衡期的极小值为5.2年。研究了烟气温湿度变化较大时冷凝换热过程的热力特性,提出了一种全新的烟气冷凝换热过程计算方法,利用“二级迭代”算法实现了对该计算模型的求解,并引入实际算例对比分析了该计算方法与干球湿度效率法计算结果的差异情况。结果显示二者换热量计算值相差22.5%,本文提出的新型计算方法更适用于烟气的大温降、大除湿量传热传质过程计算。构建了自驱动湿热烟气全热回收系统的运行模拟模型,并利用迭代算法进行求解。研究了自驱动系统的运行特性,并分析了烟气及二次水参数发生变化时,烟气、二次水出口温度及烟气总换热量的变化趋势。结果表明烟气流量及入口温度对系统的烟气余热回收量影响较为明显,当烟气流量增大50%时其换热量增加37.6%。本课题的研究成果可以为自驱动湿热烟气全热回收系统的设计计算及运行调试等工作提供理论指导。