一种深度烟气余热回收系统的制作方法

本实用新型涉及余热回收技术领域，尤其涉及一种深度烟气余热回收系统。

背景技术：

高温烟气及废气的余热回收利用技术，是一种相对成熟的余热利用技术，广泛的应用于燃煤和天然气锅炉高温烟气，以及焚烧炉高温废气的余热回收利用。

在工业锅炉系统中，锅炉的效率与排烟损失项密切相关，排烟损失一直是影响锅炉效率提升的瓶颈，一般排烟带走的热量占锅炉总输入热量的8％左右。一般情况下，锅炉的排烟温度在140到180℃的范围，个别企业锅炉由于燃烧调整不合理等原因，使得锅炉尾部烟道出口的烟气温度更高。

在节能、降耗、增效的大环境影响下和企业需要不断降低自身成本的压力下，一些企业纷纷将所属的锅炉，进行了烟气余热回收改造。回收的余热可以用来加热锅炉补水、除盐水、高温回水或预热空气等。通常改造前高温烟气温度在140到160℃以上，出于避免锅炉尾部烟道发生酸露腐蚀的考虑，大部分企业的烟气余热回收都利用到120℃左右。这种余热回收改造在一定的阶段，起到了一定的节约能源的作用。这种余热回收方式，可以定义成粗犷式的余热回收。虽然采取了一定的烟气余热回收利用措施，但是仍然有120℃左右的高温烟气中的显热，被白白的浪费掉。一般地，锅炉的烟气温度如果能降低15℃，就可将锅炉热效率提高1％。尤其对于燃料消耗量巨大的发电类等企业，如果能将锅炉效率提升1％，则节能效果显著，主机设备每提高 1个百分点的热效率都意义重大，每年可以节约的燃料总量相当可观，经济效益非常好。

如何能够最大限度的回收利用烟气中的余热，在企业竞争不断增加形势下，更值得深入研究和思考，需要找出真正有效的解决方法。

以燃煤锅炉为例，上述的余热回收改造，通常会先按设计煤种或者燃烧煤种进行元素分析和工业分析，测得煤种的S元素含量，进而通过一系列的计算公式，计算出理论的酸露点。由于电价和煤价的联动机制，一些燃煤锅炉使用企业，经常使用不同的煤种，选用热值和价格合适的煤进行掺烧，热值和成分明显变化；实际上，此时对应的烟气酸露点已经发生了变化。余热回收还按照固定的酸露点来设定固定的余热回收的下限最低温度，肯定是不合适和不合理的。每次使用一种新煤种就要重新计算酸露点和烟气温度利用下限显然也很麻烦，带来很多重复性和不必要的工作。如何能智能地在线地实时地取得当前烟气的酸露点，是一个值得研究的课题。

一方面，原有的余热回收方式，如果想进一步增加余热回收量，由于受到不能再改变换热器热负荷等设计参数的限制而无法实现。另一方面，最初设计的换热器管材和壳体的材质没有考虑经常在酸露点附近工作，也没有按长期耐深度酸露腐蚀设计，因此，想用原有换热设备进行深度烟气余热回收显然是不合适的。

另一方面，在一些烟气余热回收装置应用的场合，工作环境非常恶劣，以及换热器管材材质和壁厚选择不合理等原因，一旦烟气冲刷使得换热器管材泄漏后，引起低温侧液体泄漏到周围，会对周围的设备和辅机造成不可预见的破坏，造成较大的经济损失，这是用户不允许的。通过对一些烟气余热回收装置的运行稳定性进行的研究和调研，发现这种内部破坏主要发生在换热器内。发生在循环管路上的泄漏容易被发现，而发生在换热器内部的泄漏不容易被发现。低温侧循环水泵及管路及与换热器系统的密封良好，运行时保障不发生泄漏，或者泄漏后能够立即报警，是非常值得认真考虑的事情。对烟气余热进行回收的同时保证设备的安全运行，是任何技术改造都要遵守的必要条件。

综合所述，有一种最大限度回收余热，挖掘余热回收潜力，回收余热量可以在现有装置设备基础上增加20-30％以上的深度余热回收装置，并且可以对回收的余热资源量准确的计量，同时运行时设备的安全性得到保障，是开展余热回收节能工作时，迫切需要考虑的内容和重点需要研究解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种深度烟气余热回收系统，该系统可比普通烟气余热回收装置多回收约20-30％以上的烟气余热资源量，能最大限度的回收烟气余热，提高项目的经济性以及余热回收的综合热效率，最终实现显著节能、增效的目的。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种深度烟气余热回收系统，包括：

烟气管道，所述烟气管道上沿气体的排出方向依次设有主余热换热装置和深度余热换热装置；

循环管道，包括与待加热流体管路进水端相连通的进水管，以及与所述待加热流体管路出水端相连通的出水管，所述进水管和所述出水管的另一端均具有两条支路，并分别均与所述主余热换热装置和所述深度余热换热装置相连通；

控制系统，包括信号连接的热电偶测温装置、质量流量计、水温传感器、烟气酸露点仪、烟气电动调节阀组、电动循环水泵、人机界面交互装置和PLC控制单元；

所述热电偶测温装置用以检测所述主余热换热装置进出口流体的温度，以及所述深度余热换热装置出口壁的温度；

所述质量流量计用以检测进出所述主余热换热装置和所述深度余热换热装置的流体流量；

所述水温传感器用以检测进出所述主余热换热装置和所述深度余热换热装置的流体温度；

所述烟气酸露点仪设于所述深度余热换热装置后侧的烟气管道上，通过在线采集所述热电偶测温装置、质量流量计和水温传感器发送的信号实时计算酸露点，根据所述酸露点动态调节所述深度余热换热装置的吸热量，并传输信号至所述人机界面交互装置；

所述人机界面交互装置用以接收所述热电偶测温装置、质量流量计、水温传感器以及所述烟气酸露点仪发送的信号，根据各信号进行热量计量，并将计量结果传输至所述PLC控制单元，所述PLC 控制单元根据所述计量结果动态调控所述烟气电动调节阀组以及电动循环水泵的运行以进行深度烟气余热回收。

优选地：所述烟气管道包括原烟气管道以及并联设置于所述原烟气管道上的烟气旁路；所述主余热换热装置、深度余热换热装置和烟气酸露点仪依次沿排气方向设置于所述烟气旁路上，所述原烟气管道上设有烟气电动调节阀，所述烟气电动调节阀与所述PLC控制单元信号连接。

优选地：所述烟气电动调节阀组包括两个烟气电动调节阀，两个所述烟气电动调节阀分别设于所述主余热换热装置前侧以及所述烟气酸露点仪后侧的烟气管道上。

优选地：所述热电偶测温装置为三个，分别设于所述主余热换热装置两侧的烟气管道上以及所述深度余热换热装置的后侧壁上。

优选地：所述质量流量计为四个，分别安装于所述进水管的两条支路上和所述出水管的两条支路上。

进一步地：所述进水管的两条支路上的质量流量计为超声波流量计，所述出水管的两条支路上的质量流量计为孔板流量计。

优选地：所述水温传感器为两个，分别设于所述进水管支路与所述待加热流体管路之间、以及分别设于所述出水管支路与所述待加热流体管路之间。

优选地：所述电动循环水泵为两个，分别设于所述进水管的两条支路上，每个所述电动循环水泵均包括信号连接的电机、调速装置和水泵本体，所述电机和所述调速装置分别与所述PLC控制装置信号连接，所述水泵本体一端与所述主余热换热装置或所述深度余热换热装置连接，另一端与所述待加热流体管路进水端连接。

优选地：所述电动循环水泵的调速形式为永磁调速、液力耦合调速或变频调速。

优选地：所述循环水泵的出口处设有压力表，所述压力表通过显示循环管道内流体压力是否突然降压来表征是否泄漏。

优选地：所述深度余热换热装置为高级耐腐蚀材质。

优选地：所述待加热流体管路为两条，一条内设待加热采暖循环水，另一条内设待加热工艺高温循环水，两条所述待加热流体管路并联设置并分别与所述循环管道的进水管和出水管连通。

进一步地：所述两条所述待加热流体管路与所述循环管道的进水管和出水管的连通处均设有切换阀，所述切换阀与所述PLC控制装置信号连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的深度烟气余热回收系统相对于现有的烟气余热回收系统来说设置了深度余热回收换热装置和烟气酸露点仪，其中烟气酸露点仪可以对酸露点进行在线采集分析，动态地调节深度余热换热器本体的吸热量，从而降低烟气回收利用的下限，获得更多的烟气余热资源量；

除此之外，本实用新型相对于现有的烟气余热回收系统来说热量的计算更加精确，通过设置热电偶测温装置、质量流量计、水温传感器、人机界面交互装置和PLC控制装置闭环控制来共同实现热量的精确计量，而非仅仅采用传统的热量表来计量热量，如此设置的理由及优点为：

首先，本实用新型采用质量流量计检测循环管道上进出主余热换热装置和深度余热换热装置处的流体流量，采用水温传感器检测循环管道上进出主余热换热装置和深度余热换热装置处的流体温度，采用热电偶测温装置检测主余热换热装置烟气管道上的进出口流体的温度，以及深度余热换热装置出口壁的温度；

其次，由人机界面交互装置通过接收质量流量计的流量信号、水温传感器以及热电偶测温装置发送的进出口温度信号，配合水的热力性质，从而精确计算出被加热流体获得的热量，也节省了热量表的安装程序；

再者，人机界面交互装置计算完之后将信号传输至PLC控制装置，人机界面交互装置中实现增强功能，根据项目的特点(例如核算双方节能效益、考核节能量)进行定制(例如定制回收热量折标煤量功能，按标煤价格结算收益，按期结算节能量和节能效益功能等)设置节能方案，从而实现烟气余热的深度回收，而传统的热量表功能单一，无法实现上述目的；

综上，本实用新型可比常规余热回收装置回收更多的余热量，显著节约用能费用，增加企业经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例中电动循环水泵的结构示意图；

图3为本实用新型另一个实施例中电动循环水泵的结构示意图。

附图标记说明：

1、烟气管道；11、主余热换热装置；12、深度余热换热装置；2、循环管道；21、切换阀；22、待加热流体管路；3、热电偶测温装置； 4、质量流量计；5、水温传感器；6、烟气酸露点仪；7、烟气电动调节阀组；8、电动循环水泵；9、人机界面交互装置；10、PLC控制单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本实用新型提供了一种深度烟气余热回收系统，包括烟气管道1、循环管道2和控制系统，其中烟气管道1上沿气体的排出方向依次设有主余热换热装置11和深度余热换热装置12；循环管道2包括与待加热流体管路22进水端相连通的进水管，以及与待加热流体管路22出水端相连通的出水管，进出管和出水管的另一端均具有两条支路，并分别均与主余热换热装置11和深度余热换热装置12相连通；控制系统包括信号连接的热电偶测温装置3、质量流量计4、水温传感器5、烟气酸露点仪6、烟气电动调节阀组7、电动循环水泵8、人机界面交互装置9和PLC控制单元10；热电偶测温装置3用以检测主余热换热装置11进出口流体的温度，以及深度余热换热装置12出口壁的温度；质量流量计4用以检测进出主余热换热装置11和深度余热换热装置12的流体流量；水温传感器5 用以检测进出主余热换热装置11和深度余热换热装置12的流体温度；烟气酸露点仪6设于深度余热换热装置11后侧的烟气管道1上，通过在线采集热电偶测温装置3、质量流量计4和水温传感5器发送的信号实时计算酸露点，根据酸露点动态调节深度余热换热装置 12的吸热量，并传输信号至人机界面交互装置9；人机界面交互装置9用以接收热电偶测温装置3、质量流量计4、水温传感器5以及烟气酸露点仪6发送的信号，根据各信号进行热量计量，并将计量结果传输至PLC控制单元10，PLC控制单元10根据计量结果动态调控烟气电动调节阀组7以及电动循环水泵8的运行以进行深度烟气余热回收。

本实用新型提供的深度烟气余热回收系统可应用于各种类型工业锅炉类高温烟气回收，例如天然气锅炉烟气余热回收、燃煤锅炉烟气余热回收、燃油锅炉烟气余热回收、焚烧炉烟气余热回收等。由于进入余热回收系统前的烟气温度和烟气量，通常在一定范围内会发生波动，虽然对于汽车涂装行业的烟气量比较稳定；但对于电力行业，烟气量和负荷成比例，调节负荷时烟气量经常变化；本实用新型根据PLC控制单元10采集的烟气量、烟气温度等数据，进行自动控制，通过调节烟气进入深度余热回收系统的烟气量，以及待加热流体管路 22内的循环水流量，进行动态吸热量调节，保证设备末端的烟气温度和壁面温度，并在烟气的酸露点以上的安全区间范围内，最大限度吸收余热的同时，减少酸露腐蚀情况发生，延长设备寿命。

相对于现有的烟气余热回收系统来说本实用新型设置了深度余热回收换热装置12和烟气酸露点仪6，其中烟气酸露点仪6可以对酸露点进行在线采集分析，动态地调节深度余热换热器12的吸热量，从而降低烟气回收利用的下限，获得更多的烟气余热资源量；除此之外，本实用新型相对于现有的烟气余热回收系统来说热量的计算更加精确，通过设置热电偶测温装置3、质量流量计4、水温传感器5、烟气酸露点仪6、人机界面交互装置9和PLC控制装置10闭环控制来共同实现热量的精确计量，而非仅仅采用传统的热量表来计量热量，如此设置的理由及优点为：首先，本实用新型采用质量流量4检测循环管道2上进出主余热换热装置11和深度余热换热装置12处的流体流量，采用水温传感器5检测循环管道2上进出主余热换热装置 11和深度余热换热装置12处的流体温度，采用热电偶测温装置3检测主余热换热装置11烟气管道2上的进出口流体的温度，以及深度余热换热装置12出口壁的温度；其次，由人机界面交互装置9通过接收质量流量计4的流量信号、水温传感器5以及热电偶测温装置3 发送的进出口温度信号，配合水的热力性质，从而精确计算出被加热流体获得的热量，也节省了热量表的安装程序；再者，人机界面交互装置9计算完之后将信号传输至PLC控制装置10，人机界面交互装置9中实现增强功能，根据项目的特点(例如核算双方节能效益、考核节能量)进行定制(例如定制回收热量折标煤量功能，按标煤价格结算收益，按期结算节能量和节能效益功能等)设置节能方案，从而实现烟气余热的深度回收，而传统的热量表功能单一，无法实现上述目的；因此本实用新型可比常规余热回收装置回收更多的余热量，显著节约用能费用，增加企业经济效益。

其中，本实用新型的烟气管道2既可以是原烟气管道，也可以是由原烟气管道以及并联设置于原烟气管道上的烟气旁路组成，若为原烟气管道2则可减少不必要的弯头管路，减少系统运行阻力，降低原有风机系统的动能消耗；若设置烟气旁路则可以保障在本系统发生故障时，通过烟气调节阀，将原烟气顺利排出。

当设有烟气旁路时，主余热换热装置11、深度余热换热装置12 和烟气酸露点仪6依次沿排气方向设置于烟气旁路上，原烟气管道2 上单独设置烟气电动调节阀，烟气电动调节阀组7另外包括两个烟气电动调节阀，这两个烟气电动调节阀分别设于主余热换热装置11前侧以及烟气酸露点仪6后侧的烟气管道1上，三个烟气电动调节阀均为节能型低阻烟气调节阀门，并与PLC控制单元10信号连接。

主余热换热装置11和深度余热换热装置12的主要区别在于工作温度范围不同，材质耐酸露腐蚀特性不同。其中主余热换热装置11 负责将排烟温度从140-160℃以上，回收到120℃左右；深度余热换热装置12负责将排烟温度从120℃，回收到酸露点以上(酸露点与含硫量与烟气成分有关)，相对来说深度余热换热装置12的材质需要具有较大的耐酸露腐蚀性。另外在设计主余热换热装置11和深度余热换热装置12时应充分考虑降低总体阻力的问题，作为较优的实施例，可以均对流通面积进行扩大，并采用流体仿真进行优化，使得废气通过主余热换热装置11、深度余热换热装置12时，流通面积会先增大，然后恢复到原来的状态，这样即使本系统采用两个换热器本体，总阻力与普通烟气换热器的阻力也可以持平。其中主余热换热装置11可以使用普通材质；深度余热换热装置12使用高级耐腐蚀材质，例如通用不锈钢、耐酸露腐蚀用钢、新增陶瓷耐腐蚀耐磨涂层用钢等，以增加本系统的经济性。

热电偶测温装置3为三个，分别设于主余热换热装置11两侧的烟气管道1上以及深度余热换热装置12的后侧壁上。水温传感器5 为两个，分别设于进水管支路与待加热流体管路22之间、以及分别设于出水管支路与待加热流体管路22之间。质量流量计4为四个，分别安装于进水管的两条支路上和出水管的两条支路上。其中进水管的两条支路上的质量流量计4可以为超声波流量计，出水管的两条支路上的质量流量计4可以为孔板流量计，质量流量计4参与热量的计量，可节省两套热量计量装置。另外进水管和出水管分别设置两个流量计，可作为换热器系统水管路泄漏辅助监测用，换热器管材若发生泄漏，初期可能表现为回收余热功率降低和减少，后期若严重时一旦发生水路泄漏，可从两个流量计数值变化关系中发现；如此解决了安全运行的问题，适用于工艺环境要求高的场合。

电动循环水泵8为两个，分别设于进水管的两条支路上，每个电动循环水泵8均包括信号连接的电机81、调速装置82和水泵本体83，电机81和调速装置82分别与PLC控制装置信号10连接，电动循环水泵8的调速形式可以为永磁调速、液力耦合调速或变频调速，水泵本体83一端与主余热换热装置11或深度余热换热装置12连接，另一端与待加热流体管路22进水端连接。

下面参考图2描述电动循环水泵组8，在该实施例中，电动循环水泵8组由电机81、调速装置82、水泵本体83组成，调速装置82 为永磁调速方式；电机81的一端与PLC控制装置10连接，另一端与调速装置82连接，调速装置82的一端与电机81连接，一端与水泵本体83连接，调速装置82也与PLC控制装置10连接；下面参考图3描述电动循环水泵组8，在另一个实施例中，电动循环水泵组8 由调速装置82、电机81、水泵本体83组成；调速装置82为变频器调速方式，调速装置82的一端与电机81连接，一端与PLC控制装置10及电源连接；电机81和水泵本体83直接连接。在上述两个实施例中都可在电动循环水泵组8的出口处可以设置压力表(未在图中示出)，压力表可进一步表征是否发生泄漏问题，即通过观察压力表是否突然降压来判断。

人机界面交互装置9与PLC控制装置10信号连接，可以完成对深度烟气余热回收系统的参数进行设定，并根据需要作出适当调整；还可完成对深度烟气余热回收系统的运行进行参数监控，并设置分级管理权限。其中人机界面交互装置10包括热量计算算法模块(未在图中示出)和显示屏(未在图中示出)，其中热量计算算法模块用以根据所接收到的各信号完成对回收热量的统计和计算功能。显示屏可以为电阻式触摸屏或电容式触摸屏，用以向使用者显示各参数，便于对参数进行监控和设定。本实用新型深度烟气余热回收系统的所有监测及控制运行参数、运行记录都储存在人机界面交互装置9中，可长时间存储，便于后续研究和分析以及故障追溯。

PLC控制装置10的通讯接口可为多种形式，例如RS-232、 RS-485、RJ45等，PLC控制装置10的另一端可以与原集控中心通讯接口连接，以汽车涂装车间为例，涂装车间原有测点包括废气排风机的变频频率、排风机废气的温度、焚烧炉净化废气出口温度、各级换热箱的温度、尾部空气预热器后的高温废气温度等等，PLC控制装置 10与原集控中心通讯接口连接时，可充分利用原集控中心对热回收式热力焚烧系统及其辅机的原有数据采集测量点。无需重复设置采集设备，减少了测控方面投资。即只要原集控中心开放通讯协议，二者通常可以无缝连接。目前涂装车间现有的原集控中心控制面板，可以多终端使用，现已集成各个烘干炉及其下级设备的监视和控制界面。从不影响原集控中心控制安全性考虑，可将本实用新型深度余热回收系统的核心控制程序嵌入在PLC控制逻辑里进行独立控制，集控中心仅做部分展示性界面；如为了统一管理，也可集成到原集控中心控制逻辑里，两者均可。当然，PLC控制装置10内置的控制程序还可以不与原集控中心连接，独立完成系统自动调节和控制功能。

另外，本实用新型所涉及到的待加热流体管路22可为两条，一条内设待加热采暖循环水，另一条内设待加热工艺高温循环水，两条待加热流体管路并联设置并分别与循环管道2的进水管和出水管连通。两条待加热流体管路22与循环管道2的进水管和出水管的连通处均设有切换阀21，切换阀21与PLC控制装置10信号连接。即切换阀21的数量为四个，四个切换阀21可以为手动阀门，也可以为电动阀门，冬季切换到加热采暖循环水，其它时间切换到加热工艺高温循环水等。在本实用新型的另一些实施例中，当需要加热的对象为一个时，待加热流体管路22包括一个管路，切换阀21的数量为两个即可满足要求。

作为较优的实施例，本实用新型深度烟气余热回收系统还可设置 UPS不间断电源，UPS不间断电源与PLC控制装置10信号连接，以保证市电突然掉电后，仍可对深度烟气余热回收装置系统及其辅机实施控制调节。在UPS不间断电源电量用尽之前，PLC控制装置10进入掉电退出程序，烟气管道1的调节阀进入到全开启的状态，待供电恢复后，重新开始自控调节。

采用本深度烟气余热回收系统后，可以对烟气中的余热进行深度回收，跟踪装置末端壁面的烟气酸露点，最大限度的回收烟气余热，预计可比普通烟气余热回收装置，可多回收约20-30％以上的烟气余热资源量，从而提高项目的经济性，提高余热回收的综合热效率，最终实现显著节能、增效的目的。

以上仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。