CN111256156B - 一种彩涂线低温烟气余热高效利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种彩涂线低温烟气余热高效利用系统及方法，所述系统包括一级汽水换热系统、一级新风换热系统、二级新风换热系统及二级汽水换热系统；一级汽水换热系统与一级新风换热系统并联组成第一换热单元，二级汽水换热系统与二级新风换热系统并联组成第二换热单元，第一换热单元与第二换热单元串联连接；本发明综合考虑烟气的温度、生产工艺中所需热量情况及投资成本等因素，根据彩涂线的酸碱槽液、烘干带钢需要加热的特点，克服烟气余热直接利用时存在的槽液温度不宜控制和换热器易腐蚀等问题；同时将多余的烟气热量在冬季用于厂房采暖，夏季用于浴池用水，从而实现低温烟气余热的充分、高效利用。

Description

一种彩涂线低温烟气余热高效利用系统及方法
技术领域
本发明涉及低温烟气余热利用技术领域，尤其涉及一种彩涂线低温烟气余热高效利用系统及方法。
背景技术
工业烟气余热资源量巨大，其中高温烟气余热能够进行发电等利用，而大量中低温烟气余热资源由于能级较低、余热量不稳定、烟气中含尘量较大、适合的热用户较少、回收成本较大等原因，只有小部分得到利用，而大多数的中低温烟气余热未经利用直接排放。
中低温烟气余热回收的方式分为热能直接利用和间接回收利用。目前主要的方式是间接回收利用，即提取废气热量产生蒸汽或者热水，再对蒸汽或热水的热量进一步利用。近年来较为新颖的烟气余热利用方式有褐煤干燥技术、尾部烟道增设低温省煤器、热泵回收烟气余热技术，由于受所需热源情况及投资成本的限制，以上均采用间接回收利用方式。
彩涂板是以冷轧钢板或镀锌板为基板，先经过清洗、表面预处理，经辊式涂敷机将液态涂料涂到带材的上、下表面，再进入固化炉加热烘烤、固化，固化后再经淬水冷却、热风干燥，完成工艺处理。彩涂线中设置焚烧炉，其作用为采用燃烧的方法处理来自固化炉的有害的挥发出的溶剂，焚烧炉燃烧后的废烟气通过热交换后产生的废烟气温度为180～250℃，目前对这部分废烟气进行余热回收的方式是生成饱和蒸汽后供机组酸碱槽加热及烘干系统使用。
专利号为CN107448965A的中国专利公开了“一种新型焚烧炉烟气余热深度回收及能级提升工艺系统”。包括高压热交换系统、溴化锂溶液循环系统和低温烟气换热系统，能提高尾气焚烧炉烟气余热回收效率。但其回收系统复杂，低温烟气换热系统只将烟气余热转换成热水，而非余热直接利用，造成热量转换中的二次损失。
专利号为CN202182449U的中国专利公开了“一种彩涂余热锅炉”，用于将彩涂后产生的废气的余热回收利用，具体是将换热管置于吸热流体介质中，废气经过换热管时将热量通过换热管传递给吸热流体介质，并将吸热流体介质加热成可利用的蒸汽，降低了排出废气的温度，回收利用了废气的热量，使得彩涂的废气排放满足节能减排的要求。但其是将余热生成蒸汽再利用，也存在余热利用二次转换热量损失的问题。
从低温废气余热利用的角度看，上述余热回收技术的共同特点是都需要利用水作为媒介，提取废气热量产生蒸汽或者热水，再对蒸汽或水的热量进一步利用，这无疑增加了余热利用系统的复杂性，降低了系统运行可靠性，增加投资成本，使技术经济性下降。
发明内容
本发明提供了一种彩涂线低温烟气余热高效利用系统及方法，综合考虑烟气的温度、生产工艺中所需热量情况及投资成本等因素，根据彩涂线的酸碱槽液、烘干带钢需要加热的特点，克服烟气余热直接利用时存在的槽液温度不宜控制和换热器易腐蚀等问题；同时将多余的烟气热量在冬季用于厂房采暖，夏季用于下游用户用水，从而实现低温烟气余热的充分、高效利用。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种彩涂线低温烟气余热高效利用系统，包括一级汽水换热系统、一级新风换热系统、二级新风换热系统及二级汽水换热系统；所述一级汽水换热系统与一级新风换热系统并联组成第一换热单元，所述二级汽水换热系统与二级新风换热系统并联组成第二换热单元，所述第一换热单元与第二换热单元串联连接；所述一级汽水换热系统至少包括一级汽水换热器，所述一级新风换热系统至少包括一级新风换热器，所述二级新风换热系统至少包括二级新风换热器，所述二级汽水换热系统至少包括二级换热器；所述第一换热单元的烟气输入端连接彩涂焚烧炉，所述第二换热单元的烟气输出端连接烟囱。
所述一级汽水换热系统包括烟气入口调节阀a、一级汽水换热器、槽液温度检测装置、烟气旁通调节阀；所述一级汽水换热器的烟气入口通过入口管道一连接彩涂焚烧炉的低温烟气管道，通过旁通管道连接二级换热单元；入口管道一上设入口调节阀a，旁通管道上设烟气旁通调节阀；所述一级汽水换热器的烟气出口与烟气旁通调节阀下游的旁通管道相连；所述一级汽水换热器的热水出口通过热水输送管道连接彩涂线的酸碱槽；酸碱槽设有槽液温度检测装置，槽液温度检测装置通过PLC控制器与烟气入口调节阀a联锁控制。
所述一级新风换热系统包括烟气入口调节阀b，一级新风换热器、烘干系统及热风温度检测装置；所述一级新风换热器的烟气入口通过入口管道二连接彩涂焚烧炉的低温烟气管道，入口管道二上设烟气入口调节阀b,所述一级新风换热器的烟气出口与烟气旁通调节阀下游的旁通管道相连；所述一级新风换热器的热风出口通过热风输送管道连接彩涂线的烘干系统，烘干系统设有热风温度检测装置，热风温度检测装置通过PLC控制器与烟气入口调节阀b联锁控制。
所述二级新风换热系统包括烟气入口阀a、新风过滤器及二级新风换热器；所述二级新风换热器的烟气入口通过入口管道三与第一换热单元中旁通管道的末端相连，入口管道三上设烟气入口阀a；二级新风换热器的新风入口管道上设新风过滤器；二级新风换热器的热风出口通过热风输送管道与厂房供暖管道连接，二级新风换热器的烟气出口与烟囱连接。
所述二级汽水换热系统包括烟气入口阀b及二级汽水换热器；所述二级汽水换热器的烟气入口通过入口管道四与第一换热单元中旁通管道的末端相连，入口管道四上设烟气入口阀b；二级汽水换热器的热水出口通过热水输送管道连接下游用户供水管道；二级汽水换热器的烟气出口与烟囱连接。
所述一级汽水换热器、二级汽水换热器为管壳式换热器，管壳式换热器的壳体及内胆均采用耐酸碱不锈钢材料制成。
所述一级新风换热器、二级新风换热器为管式换热器，管式换热器的内胆及换热管均采用耐高温不锈钢材料制成。
一种彩涂线低温烟气余热高效利用方法，包括：
1)来自彩涂焚烧炉的低温烟气经过烟气入口调节阀a进入一级汽水换热器与水换热，换热后的热水用于直接加热彩涂线的酸碱槽液，酸碱槽液加热温度设定为50～65℃，通过槽液温度检测装置将槽液温度检测信号反馈到PLC控制器，PLC控制器依据设定的酸碱槽液温度调节烟气入口调节阀a的开口度；
当酸碱槽液温度高于65℃，而烟气入口调节阀a已不可调时，打开烟气旁通调节阀，使过剩的烟气直接进入第二换热单元；
2)来自彩涂焚烧炉的低温烟气经过烟气入口调节阀b进入一级新风换热器，与过滤后的新风换热，换热后的热风作为彩涂线的烘干系统的热源，将烘干系统的空气从20℃加热到100～120℃；热风温度检测装置将检测到的热风温度检测信号反馈到PLC控制器，PLC控制器依据设定的热风温度调节烟气入口调节阀b的开口度；
3)经第一换热单元换热后的低温烟气，在冬季采暖期经烟气入口阀a进入二级新风换热器；经新风过滤器过滤后的新风进入二级新风换热器与低温烟气换热，换热后的热风温度为40～70℃，用于直接供厂房采暖；经二级新风换热器换热后的低温烟气经烟囱排出；
4)经第一换热单元换热后的低温烟气，在夏季经烟气入口阀b进入二级汽水换热器与水换热，经二级汽水换热器换热后的热水温度为40～60℃，用于直接向下游用户供水，经二级汽水换热器换热后的低温烟气经烟囱排出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明综合考虑烟气的温度、生产工艺中所需热量情况及投资成本等因素，根据彩涂线的酸碱槽液、烘干带钢需要加热的特点，克服烟气余热直接利用时存在的槽液温度不宜控制和换热器易腐蚀等问题；同时将多余的烟气热量在冬季用于厂房采暖，夏季用于下游用户用水，从而实现低温烟气余热的充分、高效利用。
附图说明
图1是本发明所述一种彩涂线低温烟气余热高效利用系统的结构示意图。
图2是本发明所述一种彩涂线低温烟气余热高效利用系统的控制原理图。
图中：1.彩涂焚烧炉 2.烟气入口调节阀a 3.一级汽水换热器 4.酸碱槽 5.槽液温度检测装置 6.烟气旁通调节阀 7.烟气入口调节阀b 8.一级新风换热器 9.烘干系统10.热风温度检测装置 11.烟气入口阀a 12.二级新风换热器 13.厂房 14.烟气入口阀b15.二级汽水换热器 16.下游用户 17.烟囱 21.设定温度信号 22.PLC控制器 23.槽液温度检测信号 24.热风温度检测信号
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种彩涂线低温烟气余热高效利用系统，包括一级汽水换热系统、一级新风换热系统、二级新风换热系统及二级汽水换热系统；所述一级汽水换热系统与一级新风换热系统并联组成第一换热单元，所述二级汽水换热系统与二级新风换热系统并联组成第二换热单元，所述第一换热单元与第二换热单元串联连接；所述一级汽水换热系统至少包括一级汽水换热器3，所述一级新风换热系统至少包括一级新风换热器8，所述二级新风换热系统至少包括二级新风换热器12，所述二级汽水换热系统至少包括二级换热器15；所述第一换热单元的烟气输入端连接彩涂焚烧炉1，所述第二换热单元的烟气输出端连接烟囱17。
所述一级汽水换热系统包括烟气入口调节阀a 2、一级汽水换热器3、槽液温度检测装置5、烟气旁通调节阀6；所述一级汽水换热器3的烟气入口通过入口管道一连接彩涂焚烧炉1的低温烟气管道，通过旁通管道连接二级换热单元；入口管道一上设入口调节阀a 2，旁通管道上设烟气旁通调节阀6；所述一级汽水换热器3的烟气出口与烟气旁通调节阀6下游的旁通管道相连；所述一级汽水换热器3的热水出口通过热水输送管道连接彩涂线的酸碱槽4；酸碱槽4设有槽液温度检测装置5，槽液温度检测装置5通过PLC控制器22与烟气入口调节阀a 2联锁控制。
所述一级新风换热系统包括烟气入口调节阀b 7，一级新风换热器8、烘干系统9及热风温度检测装置10；所述一级新风换热器8的烟气入口通过入口管道二连接彩涂焚烧炉1的低温烟气管道，入口管道二上设烟气入口调节阀b 7,所述一级新风换热器8的烟气出口与烟气旁通调节阀6下游的旁通管道相连；所述一级新风换热器8的热风出口通过热风输送管道连接彩涂线的烘干系统9，烘干系统9设有热风温度检测装置10，热风温度检测装置10通过PLC控制器22与烟气入口调节阀b 7联锁控制。
所述二级新风换热系统包括烟气入口阀a 11、新风过滤器及二级新风换热器12；所述二级新风换热器12的烟气入口通过入口管道三与第一换热单元中旁通管道的末端相连，入口管道三上设烟气入口阀a 11；二级新风换热器的新风入口管道上设新风过滤器；二级新风换热器12的热风出口通过热风输送管道与厂房13供暖管道连接，二级新风换热器12的烟气出口与烟囱17连接。
所述二级汽水换热系统包括烟气入口阀b 14及二级汽水换热器15；所述二级汽水换热器15的烟气入口通过入口管道四与第一换热单元中旁通管道的末端相连，入口管道四上设烟气入口阀b 14；二级汽水换热器15的热水出口通过热水输送管道连接下游用户16供水管道；二级汽水换热器15的烟气出口与烟囱17连接。
所述一级汽水换热器3、二级汽水换热器15为管壳式换热器，管壳式换热器的壳体及内胆均采用耐酸碱不锈钢材料制成。
所述一级新风换热器8、二级新风换热器12为管式换热器，管式换热器的内胆及换热管均采用耐高温不锈钢材料制成。
如图2所示，本发明所述一种彩涂线低温烟气余热高效利用方法，包括：
1)来自彩涂焚烧炉1的低温烟气经过烟气入口调节阀a 2进入一级汽水换热器3与水换热，换热后的热水用于直接加热彩涂线的酸碱槽液，酸碱槽液加热温度设定为50～65℃，通过槽液温度检测装置5将槽液温度检测信号23反馈到PLC控制器22，PLC控制器22依据设定的酸碱槽液温度调节烟气入口调节阀a 2的开口度；
当酸碱槽液温度高于65℃，而烟气入口调节阀a 2已不可调时，打开烟气旁通调节阀6，使过剩的低温烟气直接进入第二换热单元；
2)来自彩涂焚烧炉1的低温烟气经过烟气入口调节阀b 7进入一级新风换热器8，与过滤后的新风换热，换热后的热风作为彩涂线的烘干系统9的热源，将烘干系统9的空气从20℃加热到100～120℃；热风温度检测装置10将检测到的热风温度检测信号24反馈到PLC控制器22，PLC控制器22依据设定的热风温度调节烟气入口调节阀b 7的开口度；
3)经第一换热单元换热后的低温烟气，在冬季采暖期经烟气入口阀a 11进入二级新风换热器12；经新风过滤器过滤后的新风进入二级新风换热器12与低温烟气换热，换热后的热风温度为40～70℃，用于直接供厂房采暖；经二级新风换热器12换热后的低温烟气经烟囱17排出；
4)经第一换热单元换热后的低温烟气，在夏季经烟气入口阀b14进入二级汽水换热器15与水换热，经二级汽水换热器15换热后的热水温度为40～60℃，用于直接向下游用户供水，经二级汽水换热器15换热后的低温烟气经烟囱17排出。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
本实施例中，对彩涂焚烧炉1排出的低温烟气进行回收利用，彩涂焚烧炉1排出的低温烟气流量是53500Nm3/h，温度是230℃，折算成热量为7.3GJ/h。夏季环境温度为15℃。
本实施例中，彩涂焚烧炉1排出的低温烟气经过烟气入口调节阀a 2进入一级汽水换热器3，经过一级汽水换热器3换热后的热水将酸碱槽4中的酸碱槽液直接加热。槽液温度检测装置5将槽液温度检测信号23反馈到PLC控制器22，PLC控制器22调节烟气入口调节阀a2的开口度为65％，酸碱槽液的温度保持为58℃，满足工艺要求。经一级汽水换热器3后的低温烟气流量为34775Nm3/h，温度为190℃。
彩涂焚烧炉1排出的低温烟气经过烟气入口调节阀b 7进入一级新风换热器8，换热后的热风对烘干系统9的空气直接加热，为烘干钢板提供热量。烘干系统9的空气初始温度为15℃，热风温度检测装置10将热风温度检测信号24反馈到PLC控制器22，PLC控制器22调节烟气入口调节阀b 7的开口度为35％，使烘干系统9的热风温度达到115℃，满足工艺要求。经一级新风换热器8后的低温烟气流量为18725Nm3/h，温度为188℃。
经一级汽水换热器3和一级新风换热器8换热后的低温烟气进入二级汽水换热器15，换热后的热水温度为55℃，将热水送到下游用户16；二级汽水换热器15排出的烟气温度为150℃。
本实施例中，由于减少了中间二次换热损失，烟气余热不仅能够满足生产用热，夏季还有剩余热量给下游用户供应热水。与现有彩涂线烟气余热回收系统将烟气换热成蒸汽给酸碱槽液加热和烘干使用相比较，增加了在夏季通过二级汽水换热系统给下游用户提供热水的功能，节约蒸汽2.8GJ/h。
【实施例2】
本实施例中，对彩涂焚烧炉1排出的低温烟气进行余热回收利用，彩涂焚烧炉1排出的低温烟气流量是56500Nm3/h，温度是225℃，折算成热量为7.3GJ/h。冬季环境温度为-2℃。
本实施例中，彩涂焚烧炉1排出的低温烟气经过烟气入口调节阀a 2进入一级汽水换热器3，经过一级汽水换热器3换热后的热水对酸碱槽4中的酸碱槽液直接进行加热。槽液温度检测装置5将槽液温度检测信号23反馈到PLC控制器22，PLC控制器22调节烟气入口调节阀a 2的开口度为65％，酸碱槽液的温度保持为58℃，满足工艺要求。一级汽水换热器3后的烟气流量为35030Nm3/h，温度为183℃。
彩涂焚烧炉1排出的低温烟气经过烟气入口调节阀b 7进入一级新风换热器8，换热后的热风为烘干钢板提供热量。热风将烘干系统9中的0℃空气加热，热风温度检测装置10将热风温度检测信号24反馈到PLC控制器22，PLC控制器22调节烟气入口调节阀b 7的开口度为35％，热风温度达到115℃，满足工艺要求。一级新风换热器8后的烟气流量为20540Nm3/h，温度为185℃。
经一级汽水换热器3和一级新风换热器8换热后的低温烟气进入二级新风换热器12，换热后热风温度为50℃，将热风送到厂房13用于供厂房采暖。二级新风换热器12后的烟气排放温度为150℃。
本实施例中，由于减少了中间二次换热损失，烟气余热不仅满足生产用热，同时还有剩余热量给厂房供暖。与现有彩涂线余热回收系统用烟气换热成蒸汽给酸碱槽液加热和烘干使用相比较，增加了在采暖期用二级新风换热系统满足厂房采暖要求的功能，节约蒸汽2.8GJ/h。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种彩涂线低温烟气余热高效利用方法，其特征在于，基于彩涂线低温烟气余热高效利用系统实现；所述系统包括一级汽水换热系统、一级新风换热系统、二级新风换热系统及二级汽水换热系统；所述一级汽水换热系统与一级新风换热系统并联组成第一换热单元，所述二级汽水换热系统与二级新风换热系统并联组成第二换热单元，所述第一换热单元与第二换热单元串联连接；所述一级汽水换热系统至少包括一级汽水换热器，所述一级新风换热系统至少包括一级新风换热器，所述二级新风换热系统至少包括二级新风换热器，所述二级汽水换热系统至少包括二级换热器；所述第一换热单元的烟气输入端连接彩涂焚烧炉，所述第二换热单元的烟气输出端连接烟囱；
彩涂线低温烟气余热高效利用方法包括：
1)来自彩涂焚烧炉的低温烟气经过烟气入口调节阀a进入一级汽水换热器与水换热，换热后的热水用于直接加热彩涂线的酸碱槽液，酸碱槽液加热温度设定为50～65℃，通过槽液温度检测装置将槽液温度检测信号反馈到PLC控制器，PLC控制器依据设定的酸碱槽液温度调节烟气入口调节阀a的开口度；
当酸碱槽液温度高于65℃，而烟气入口调节阀a已不可调时，打开烟气旁通调节阀，使过剩的烟气直接进入第二换热单元；
2)来自彩涂焚烧炉的低温烟气经过烟气入口调节阀b进入一级新风换热器，与过滤后的新风换热，换热后的热风作为彩涂线的烘干系统的热源，将烘干系统的空气从20℃加热到100～120℃；热风温度检测装置将检测到的热风温度检测信号反馈到PLC控制器，PLC控制器依据设定的热风温度调节烟气入口调节阀b的开口度；
3)经第一换热单元换热后的低温烟气，在冬季采暖期经烟气入口阀a进入二级新风换热器；经新风过滤器过滤后的新风进入二级新风换热器与低温烟气换热，换热后的热风温度为40～70℃，用于直接供厂房采暖；经二级新风换热器换热后的低温烟气经烟囱排出；
4)经第一换热单元换热后的低温烟气，在夏季经烟气入口阀b进入二级汽水换热器与水换热，经二级汽水换热器换热后的热水温度为40～60℃，用于直接向下游用户供水，经二级汽水换热器换热后的低温烟气经烟囱排出。
2.根据权利要求1所述的一种彩涂线低温烟气余热高效利用方法，其特征在于，所述一级汽水换热系统包括烟气入口调节阀a、一级汽水换热器、槽液温度检测装置、烟气旁通调节阀；所述一级汽水换热器的烟气入口通过入口管道一连接彩涂焚烧炉的低温烟气管道，通过旁通管道连接二级换热单元；入口管道一上设入口调节阀a，旁通管道上设烟气旁通调节阀；所述一级汽水换热器的烟气出口与烟气旁通调节阀下游的旁通管道相连；所述一级汽水换热器的热水出口通过热水输送管道连接彩涂线的酸碱槽；酸碱槽设有槽液温度检测装置，槽液温度检测装置通过PLC控制器与烟气入口调节阀a联锁控制。
3.根据权利要求1所述的一种彩涂线低温烟气余热高效利用方法，其特征在于，所述一级新风换热系统包括烟气入口调节阀b，一级新风换热器、烘干系统及热风温度检测装置；所述一级新风换热器的烟气入口通过入口管道二连接彩涂焚烧炉的低温烟气管道，入口管道二上设烟气入口调节阀b,所述一级新风换热器的烟气出口与烟气旁通调节阀下游的旁通管道相连；所述一级新风换热器的热风出口通过热风输送管道连接彩涂线的烘干系统，烘干系统设有热风温度检测装置，热风温度检测装置通过PLC控制器与烟气入口调节阀b联锁控制。
4.根据权利要求1所述的一种彩涂线低温烟气余热高效利用方法，其特征在于，所述二级新风换热系统包括烟气入口阀a、新风过滤器及二级新风换热器；所述二级新风换热器的烟气入口通过入口管道三与第一换热单元中旁通管道的末端相连，入口管道三上设烟气入口阀a；二级新风换热器的新风入口管道上设新风过滤器；二级新风换热器的热风出口通过热风输送管道与厂房供暖管道连接，二级新风换热器的烟气出口与烟囱连接。
5.根据权利要求1所述的一种彩涂线低温烟气余热高效利用方法，其特征在于，所述二级汽水换热系统包括烟气入口阀b及二级汽水换热器；所述二级汽水换热器的烟气入口通过入口管道四与第一换热单元中旁通管道的末端相连，入口管道四上设烟气入口阀b；二级汽水换热器的热水出口通过热水输送管道连接下游用户供水管道；二级汽水换热器的烟气出口与烟囱连接。
6.根据权利要求1所述的一种彩涂线低温烟气余热高效利用方法，其特征在于，所述一级汽水换热器、二级汽水换热器为管壳式换热器，管壳式换热器的壳体及内胆均采用耐酸碱不锈钢材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种彩涂线低温烟气余热高效利用方法，其特征在于，所述一级新风换热器、二级新风换热器为管式换热器，管式换热器的内胆及换热管均采用耐高温不锈钢材料制成。
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