本發(fā)明屬于余熱回收領(lǐng)域，涉及一種煙氣冷凝余熱回收系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、在燃料燃燒過程中，含水率高和氫元素含量豐富的燃料，或為了控制大氣污染而向煙氣中噴入氨水和脫硫漿液，常導(dǎo)致煙氣中水蒸氣的生成。這些水蒸氣含有較高的焓值，包括汽化潛熱，隨著煙氣排放到大氣中，造成了顯著的能源浪費。為了解決這一問題，通常采用低溫冷卻介質(zhì)來從煙氣中吸熱，從而降低煙氣溫度，達到露點溫度，使煙氣中的水蒸氣凝結(jié)為水并釋放出汽化潛熱。這一過程不僅提高了熱效率，還能利用升高的冷卻介質(zhì)溫度加熱鍋爐補水、蒸汽發(fā)電中的冷凝水、燃料燃燒所需空氣，以及區(qū)域供熱和工業(yè)生產(chǎn)的熱源，最終實現(xiàn)降低能源消耗和減少二氧化碳及其他大氣污染物的排放。

2、然而，冷凝余熱回收后的煙氣處于飽和狀態(tài)，后續(xù)冷卻過程中會析出冷凝水，這可能導(dǎo)致煙道、風(fēng)機和煙囪出現(xiàn)嚴重的腐蝕問題，從而威脅到安全生產(chǎn)。如果針對這些設(shè)備采取防腐措施，投資成本將大幅增加，且安裝技術(shù)和成本也隨之上升。使用樹脂或玻璃鱗片作為防腐材料時，還需考慮到潛在的火災(zāi)風(fēng)險，這可能導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失。此外，盡管實施了防腐處理，但由于煙氣冷凝水析出問題未得到根本解決，設(shè)備依然面臨嚴重腐蝕，進而提高了檢修和維護的成本。因此，如何有效應(yīng)對煙氣冷凝余熱回收中的腐蝕問題，仍然是該領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種煙氣冷凝余熱回收系統(tǒng)及控制方法，能夠解決煙氣冷凝余熱回收存在的腐蝕問題及產(chǎn)生的成本問題和安全風(fēng)險問題。

2、為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種煙氣冷凝余熱回收系統(tǒng)，包括鍋爐、風(fēng)道、余熱回收煙道、煙風(fēng)混合器以及煙囪，鍋爐的出口通過煙道與余熱回收煙道的進口相連，余熱回收煙道的出口與濕煙道相連接，濕煙道上設(shè)置有用于測量余熱回收煙道出口的濕煙氣數(shù)據(jù)的煙氣測量系統(tǒng)，濕煙道的出口連接煙風(fēng)混合器，煙風(fēng)混合器的出口通過干煙道與煙囪相連接，干煙道上設(shè)置有干煙道溫度計和引風(fēng)機；風(fēng)道與余熱回收煙道連通，并且通過混合風(fēng)道連接有高溫空預(yù)器，高溫空預(yù)器的出口通過高溫風(fēng)道與煙風(fēng)混合器相連接。

4、進一步的，所述余熱回收煙道中沿煙氣流通方向依次設(shè)置有中溫空預(yù)器、高溫冷凝器、低溫空預(yù)器和低溫冷凝器，低溫冷凝器進口連接有冷凝水管，出口通過冷凝器連接管與高溫冷凝器相連，高溫冷凝器的出口連接有冷凝器出水管；風(fēng)道分別通過低溫風(fēng)道和中溫風(fēng)道與低溫空預(yù)器和中溫空預(yù)器相連接；低溫風(fēng)道上設(shè)置有低溫風(fēng)門，中溫風(fēng)道上設(shè)置有中溫風(fēng)門；低溫風(fēng)道和中溫風(fēng)道匯合于混合風(fēng)道并與高溫空預(yù)器相連接；高溫空預(yù)器的進口連接有設(shè)有控制閥的高溫熱源管，高溫空預(yù)器的出口通過高溫風(fēng)道與煙風(fēng)混合器相連接，高溫風(fēng)道上設(shè)置高溫風(fēng)道溫度計。

5、進一步的，所述風(fēng)道進口連接有鼓風(fēng)機并且風(fēng)道上設(shè)置空氣流量計、濕度計和風(fēng)道溫度計。

6、進一步的，所述鍋爐上設(shè)置有燃料進口和工質(zhì)出口管，燃料進口上設(shè)置有燃料分析系統(tǒng)，工質(zhì)出口管上設(shè)置有用于實時監(jiān)測鍋爐負荷lb的鍋爐負荷計。

7、本發(fā)明還提供了一種煙氣冷凝余熱回收系統(tǒng)的控制方法，控制風(fēng)道中的目標風(fēng)量va，使得：vaim-a＝coea×lb，其中，vaim-a為目標空氣流量，單位為nm3/h；lb為鍋爐(100)的負荷，單位為mw；coea為風(fēng)量鍋爐負荷系數(shù)，單位為nm3/(h×mw)，是目標風(fēng)量va與鍋爐負荷lb的比值，取值范圍為100～300nm3/(h×mw)；在運行中調(diào)整鼓風(fēng)機的負荷，使空氣流量計測得的空氣流量vt-a＝vaim-a；調(diào)整干煙道內(nèi)干煙氣的測試溫度tt-dg，使得干煙道溫度計測得的干煙氣溫度tt-dg＝taim-dg，其中，干煙氣溫度tt-dg由高溫風(fēng)道溫度計測得，單位為℃，taim-dg為干煙氣的目標溫度值，單位為℃。

8、進一步的，所述干煙氣的目標溫度值taim-dg由下式確定：

9、taim-dg＝ts-dg+tsh-dg

10、其中，ts-dg為干煙氣中水蒸氣濃度對應(yīng)的飽和溫度，單位為℃；tsh-dg為干煙氣中水蒸氣的過熱度，也就是水蒸氣的目標溫度值taim-dg比干煙氣中水蒸氣濃度下對應(yīng)的飽和溫度值ts-dg所高出的溫度值，該值的控制范圍為1至10℃；

11、干煙氣中水蒸氣的飽和溫度ts-dg根據(jù)干煙氣中水蒸汽濃度擬合的如下多項式確定：

12、

13、其中，wdg為干煙氣中的水蒸氣濃度值，單位為％；ts0-dg，ts1-dg，ts2-dg，ts3-dg，ts4-dg，ts5-dg和ts6-dg為多項式中的相應(yīng)的系數(shù)，取值范圍分別為：(-6.5至-7.0)，(17.0至17.5)，(-3.3至-3.5)，(0.42至0.45)，(-3.1至-3.5)×10-2，(1.0至1.2)×10-3和(1.5至2.0)×10-5；

14、干煙氣中水蒸氣的濃度值wdg根據(jù)風(fēng)道中空氣所含水蒸氣量、濕煙道中濕煙氣所含水蒸氣量，以及相對應(yīng)的空氣量和濕煙氣量確定：

15、

16、其中，mw-a為風(fēng)道中隨空氣帶入干煙氣的水蒸氣量，nm3/h；mw-sg為濕煙道內(nèi)濕煙氣中的水蒸氣量，nm3/h；va-t為風(fēng)道內(nèi)的實際空氣流量，由空氣流量計測得，單位為nm3/h；vsg為濕煙道內(nèi)的濕煙氣流量，由煙氣測量系統(tǒng)測得，單位為nm3/h；

17、風(fēng)道中隨空氣帶入干煙氣的水蒸氣量mw-a由下式確定：

18、mw-a＝vt-a×wa

19、其中，vt-a為風(fēng)道內(nèi)的實測空氣量，由空氣流量計測得，單位為nm3/h；wa為空氣中水蒸氣的體積濃度，單位為％；

20、空氣中水蒸氣的體積濃度wa由下式確定：

21、wa＝ws-a×rha÷100

22、其中，ws-a為空氣的飽和蒸汽濃度，單位為％；rha為空氣的相對濕度，由濕度計測得，單位為％；

23、空氣的飽和蒸汽濃度ws-a根據(jù)空氣溫度的多項式擬合公式確定：

24、

25、其中，tca為鼓風(fēng)機入口的冷空氣溫度，由風(fēng)道溫度計測得；ws0-a，ws1-a，ws2-a，ws3-a，ws4-a，ws5-a分別為計算空氣飽和蒸汽濃度ws-a的多項式的系數(shù)，取值范圍分別為：(0.6至0.65)，(0.04至0.05)，(1.4至1.5)×10-3，(2.8至2.9)×10-5，(2.5至2.6)×10-7和(2.8至2.9)×10-9；

26、濕煙道內(nèi)濕煙氣中的水蒸氣量mw-sg由下式確定：

27、mw-sg＝vsg×wsg

28、其中，vsg為濕煙道內(nèi)濕煙氣溫度，由煙氣測量系統(tǒng)測得，單位為nm3/h；wsg為濕煙道內(nèi)濕煙氣所含水蒸氣的濃度，單位為nm3/h；

29、濕煙道內(nèi)濕煙氣所含水蒸氣的濃度wsg由煙氣溫度的多項式擬合確定：

30、

31、其中，tsg為濕煙道(450)內(nèi)濕煙氣溫度，由煙氣測量系統(tǒng)(455)測得，單位為℃；ws0-sg，ws1-sg，ws2-sg，ws3-sg，ws4-sg，ws5-sg分別為計算濕煙氣中所含水蒸氣濃度wsg的多項式的系數(shù)，其中所含水蒸氣達到飽和狀態(tài)，取值范圍分別為：(0.6至0.65)，(0.04至0.05)，(1.4至1.5)×10-3，(2.8至2.9)×10-5，(2.5至2.6)×10-7和(2.8至2.9)×10-9。

32、進一步的，所述干煙道內(nèi)干煙氣的測試溫度tt-dg的調(diào)整分為以下兩種：

33、如果干煙氣測試的溫度值tt-dg比由公式taim-dg＝ts-dg+tsh-dg計算的干煙氣的目標溫度值taim-dg低，則需要對煙氣冷凝余熱回收系統(tǒng)系統(tǒng)進行調(diào)整以提高干煙氣的測試溫度tt-dg；如果干煙氣測試溫度值tt-dg比由公式taim-dg＝ts-dg+tsh-dg計算的干煙氣的目標溫度值taim-dg高，則需要對煙氣冷凝余熱回收系統(tǒng)進行調(diào)整以降低干煙氣的測試溫度tt-dg。

34、進一步的，所述提高干煙氣的測試溫度tt-dg，具體調(diào)整方法如下：

35、步驟一：確保高溫熱源管上的控制閥、中溫風(fēng)道上設(shè)置的中溫風(fēng)門保持關(guān)閉，并且鼓風(fēng)機處于運行狀態(tài)，然后逐漸增加低溫風(fēng)門的開度，同時對干煙道溫度計測量的干煙氣溫度值tt-dg與干煙氣的目標溫度值taim-dg進行對比，空氣流量計測量的空氣流量vt-a與目標空氣流量vaim-a進行對比，根據(jù)不同的對比結(jié)果進行如下操作：

36、(a)如果vt-a小于vaim-a，并且tt-dg小于taim-dg，則進一步增加低溫風(fēng)門開度；

37、(b)如果vt-a小于vaim-a，tt-dg在(0.99～1.01)×taim-dg范圍內(nèi)，則維持低溫風(fēng)門開度不變；

38、(c)如果vt-a等于vaim-a，并且tt-dg小于taim-dg，開始步驟二操作；

39、步驟二：開啟中溫風(fēng)門并逐漸增加開度，使得流經(jīng)中溫空預(yù)器的空氣量增加，同時減少低溫風(fēng)門的開度，在這一過程中，維持風(fēng)道風(fēng)量vt-a不變，并等于目標風(fēng)量vaim-a，另外在對干煙道溫度計測量的干煙氣溫度值tt-dg與干煙氣的目標溫度值taim-dg進行對比；對低溫風(fēng)門的開度進行判斷，并根據(jù)不同的對比和判斷結(jié)果進行如下不同的操作：

40、(a)如果低溫風(fēng)門沒有達到關(guān)閉狀態(tài)，并且tt-dg小于taim-dg，則進一步的增加中溫風(fēng)門的開度，減小低溫風(fēng)門開度；

41、(b)如果低溫風(fēng)門沒有達到關(guān)閉狀態(tài)，tt-dg在(0.99～1.01)×taim-dg范圍內(nèi)，維持中溫風(fēng)門和低溫風(fēng)門開度不變；

42、(c)如果低溫風(fēng)門達到關(guān)閉狀態(tài)，并且tt-dg小于taim-dg，開始步驟三操作；

43、步驟三：維持低溫風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，并維持中溫風(fēng)門開度不變，以維持風(fēng)道空氣流量vt-a不變，并等于目標風(fēng)量vaim-a，開啟控制閥利用高溫空預(yù)器進一步加熱來自中溫空預(yù)器的熱空氣，逐漸增加控制閥的開度，并對干煙道溫度計測量的干煙氣溫度值tt-dg與干煙氣的目標溫度值taim-dg進行對比，根據(jù)不同的對比結(jié)果進行如下操作：

44、(a)如果tt-dg小于taim-dg，則進一步增加控制閥的開度；

45、(b)如果tt-dg在(0.99～1.01)×taim-dg范圍內(nèi)，維持控制閥開度不變。

46、進一步的，所述降低干煙氣的測試溫度tt-dg，具體調(diào)整方法如下：

47、第一種情況，控制閥處于開啟狀態(tài)，高溫空預(yù)器處于對空氣加熱狀態(tài)，則需要進行如下操作：

48、步驟一：減少控制閥的開度，對干煙道溫度計測量的干煙氣溫度值tt-dg與干煙氣的目標溫度值taim-fg進行對比，根據(jù)不同的對比結(jié)果進行如下操作：

49、(a)如果tt-dg大于taim-dg，則進一步減少控制閥的開度；

50、(b)如果tt-dg在(0.99～1.01)×taim-dg范圍內(nèi)，維持控制閥開度不變；

51、(c)如果控制閥達到關(guān)閉狀態(tài)，tt-dg仍然大于taim-dg，維持控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)，并進行步驟二；

52、步驟二：減少中溫風(fēng)門的開度，增加低溫風(fēng)門的開度，維持風(fēng)道風(fēng)量vt-a不變，并等于目標風(fēng)量vaim-a，在此調(diào)節(jié)過程中，并進行如下對比和操作：

53、(a)如果tt-dg大于taim-dg，進一步減少中溫空預(yù)器的中溫風(fēng)門的開度，增加低溫空預(yù)器的低溫風(fēng)門的開度；

54、(b)如果tt-dg在(0.99～1.01)×taim-dg范圍內(nèi)，維持中溫風(fēng)門的開度不變，維持低溫風(fēng)門的開度不變；

55、(c)如果tt-dg大于taim-dg，中溫風(fēng)門達到了關(guān)閉狀態(tài)，進行第三步操作；

56、第三步，維持中溫風(fēng)門關(guān)閉狀態(tài)不變，逐漸減少低溫風(fēng)門的開度，并進行如下對比和操作：

57、(a)如果tt-dg大于taim-dg，減少低溫風(fēng)門的開度；

58、(b)如果tt-dg在(0.99～1.01)×taim-dg范圍內(nèi)，維持低溫風(fēng)門的開度不變；

59、第二種情況，如果控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)，高溫空預(yù)器處于停運狀態(tài)，且低溫風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，進行如下操作：

60、步驟一：減少中溫空預(yù)器的中溫風(fēng)門的開度，增加低溫空預(yù)器的低溫風(fēng)門的開度，維持風(fēng)道風(fēng)量vt-a不變，并等于目標風(fēng)量vaim-a，在此調(diào)節(jié)過程中，進行如下對比和操作：

61、(a)如果tt-dg大于taim-dg，進一步減少中溫空預(yù)器的中溫風(fēng)門的開度，增加低溫空預(yù)器的低溫風(fēng)門的開度；

62、(b)如果tt-dg在(0.99～1.01)×taim-dg范圍內(nèi)，維持中溫風(fēng)門的開度不變，維持低溫風(fēng)門的開度不變；

63、(c)如果tt-dg大于taim-dg，中溫風(fēng)門達到了關(guān)閉狀態(tài)，進行第二步操作；

64、步驟二：維持中溫風(fēng)門關(guān)閉狀態(tài)不變，逐漸減少低溫風(fēng)門的開度，并進行如下判斷、對比和操作：

65、(a)如果tt-dg大于taim-dg，減少低溫風(fēng)門的開度；

66、(b)如果tt-dg在(0.99～1.01)×taim-dg范圍內(nèi)，維持低溫風(fēng)門的開度不變；

67、第三種情況，如果控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)，高溫空預(yù)器處于停運狀態(tài)，且中溫風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，進行如下操作：

68、維持中溫風(fēng)門關(guān)閉狀態(tài)不變，逐漸減少低溫風(fēng)門的開度，進行如下對比和操作：

69、(a)如果tt-dg大于taim-dg，減少低溫風(fēng)門的開度；

70、(b)如果tt-dg在(0.99～1.01)×taim-dg范圍內(nèi)，維持低溫風(fēng)門的開度不變。

71、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

72、本發(fā)明提出的煙氣冷凝余熱回收系統(tǒng)，當煙氣流經(jīng)冷凝系統(tǒng)時，水蒸氣將遇到冷卻介質(zhì)，從而凝結(jié)形成水滴，釋放出大量的潛熱。這部分潛熱可以用于加熱進入系統(tǒng)的空氣，借助熱煙氣的間接加熱，有效提升了加熱空氣的溫度，這一過程減少了能量損耗，使系統(tǒng)更加高效。熱空氣與經(jīng)過冷凝的濕煙氣混合，在混合過程中，濕煙氣中的水蒸氣濃度會下降。通過調(diào)節(jié)熱空氣的溫度和流速，能夠確?；旌蠠煔獾臏囟仁冀K高于該混合氣體對應(yīng)的飽和蒸汽溫度。這種控制方式既提升了能量回收效率，又避免了濕煙氣因溫度過低而導(dǎo)致水分凝結(jié)，進一步降低了混合煙氣中的水蒸氣濃度。

73、本發(fā)明有效解決了煙氣冷凝余熱回收后的濕煙氣對后續(xù)煙道、閥門、引風(fēng)機和煙囪造成的腐蝕問題。通過控制混合煙氣的溫度使其保持在合理范圍內(nèi)，可顯著降低腐蝕風(fēng)險，從而延長設(shè)備使用壽命并減少維護成本。不僅提升了煙氣冷凝余熱回收系統(tǒng)的能效，減少了污染物排放，還通過降低腐蝕風(fēng)險優(yōu)化了整體運作效率。