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高溫煙氣余熱回收技術讓天空更藍
來源： 科技日報
作者：南皮縣產學研科技成果中服務中心
日期：
2019-11-09
把“命門”掌握在自己手中
冶金、化工、建材等高能耗高排放工業中高溫煙氣余熱如何處置，是影響全球節能減排的重要因素。目前我國工業煙氣余熱回收率僅為29％，比國際平均水平低15％—20％。在這差距之中，相關技術的缺乏成了“攔路虎”。
2016年以來，由重慶大學、北京科技大學、中國科學院過程工程研究所等十家科研院校和企業組成了“工業含塵廢氣余熱回收技術”項目組進行攻關，通過技術創新，掌握了“工業含塵廢氣余熱回收技術”，在陶瓷膜過濾管上打破了國外的壟斷，部分技術實現國內外首創，這讓我國工業高溫含塵煙氣凈化的應用成為可能。
高溫煙氣余熱回收是技術難題
據統計，冶金，建材，化工三者能耗站全球總能耗的70％，其中煙氣余熱占總余能的35％。
要回收工業高溫工業煙氣余熱并不容易。“高溫工業煙氣溫度高達800℃—1200℃，具有成分復雜、含塵量高、腐蝕性強、工況變化大等特點。”重慶大學能源與動力工程學院院長、低品位能源利用技術及系統教育部重點實驗室主任、項目負責人廖強教授說，這些煙氣中存在非凝結性和易凝結性成分，使得煙氣余熱回收和凈化裝置存在濾料堵塞、再生困難、換熱面積灰、磨損、腐蝕及余熱回收和凈化效率低等瓶頸問題，這在國內外都是一個技術難題。
在國外該技術屬于高端技術，主要用于清潔能源領域。而引進到國內，不僅價格昂貴，而且存在禁運的風險。
技術攻關突破難點打破國外壟斷
為此，“工業含塵廢氣余熱回收技術”項目組對此進行了科研攻關。
“我們根據煙氣性質進行分類，分為含凝結性塵粒煙氣，高溫高含塵煙氣，含低濃度亞微米級塵粒煙氣三種。”廖強介紹，研究團隊再分別針對三種煙氣不同的特點分別采用陶瓷球移動床過濾技術、蜂巢體和三維肋管技術以及陶瓷濾膜技術對煙氣進行凈化和余熱回收。同時也可以將三種技術有機結合，應對不同工業復雜背景條件下高溫含塵煙氣的凈化及余熱回收問題。
其中，采用陶瓷球移動床過濾技術處理含凝結性塵粒的高溫煙氣，及采用蜂巢體和三維肋管相結合的換熱與凈化一體化技術處理高溫高含塵（塵粒濃度>2000mg/Nm3）屬于國內外首創。
同時，低濃度亞微米塵煙氣的凈化與回收難度也非常大。因為煙氣中很多粒徑小于1微米，分離難，活性高，高溫條件下容易附著，要把它在高溫中分離出去猶如“火中取碳”。
“國際上采用的方式是陶瓷膜過濾管，不過國內陶瓷膜過濾管生產工藝基礎薄弱，生產成本高、壽命短，導致運行成本高昂，難以推廣；穩定性和循環再生水平達不到產業化需求，特別是氧化氣氛的最高使用溫度只有700℃左右，制約了其應用范圍。”廖強說，他們通過反復試驗，最終研發出多孔陶瓷膜過濾管，能夠承受1000℃以上溫度，超過了國外碳化硅陶瓷膜過濾罐耐高溫最多750℃的水平，而售價僅為國外的1/6。
同時，他們還開發了高溫煙塵粒子高壓預荷電陶瓷膜除塵凈化技術。可以提高含塵氣體的除塵效率，顯著降低陶瓷膜過濾管的阻力，大大延長再生周期和陶瓷膜過濾管的使用壽命。
“這一難點的突破及推廣應用將顯著減少污染物的排放。”廖強解釋，陶瓷膜過濾管凈化后的煙氣是超低排放，一般小于5mg/m3，大大低于國家標準，可大幅度減少工業PM2.5的一次排放，降低工業對環境的壓力。
余熱回收率可達7成 產業推廣潛力大
該項目已設計建成了世界首套高溫高含塵煙氣凈化和換熱一體化綜合試驗平臺，中試結果顯示，該裝置能夠實現余熱回收率70％以上，凈化效率99％以上。
目前，該項目共申請專利32項，國際專利2項，項目組與重慶商順換熱設備有限公司、山東京博石化等11家公司進行技術合作，相關技術已經在溢達自備電廠、大唐貴州發耳發電有限公司、重慶松藻電力有限公司等地方投用。
“使用這種高效的換熱設備，可以把煙氣中的熱量進行深度回收，以降低能源消耗。”廖強教授介紹，回收的能源可用于發電、預熱燃燒用的燃氣或空氣、取暖、原材料的干燥等。也可用于鋼廠自用熱蒸汽、熱水或接入市政供熱管網。若推廣實施本項目各類煙氣凈化與余熱回收技術，預期可以達到70％的余熱回收效率，效益顯著。
下一步，項目組將進行裝置的大型化技術研究，可靠性評估以及陶瓷膜過濾管的再生延壽技術研究，同時在冶金、建材、化工等行業進行推廣。
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