CN118904054A - 一种干熄焦炉循环放散烟气处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种干熄焦炉循环放散烟气处理工艺。包括脱硫单元(2)、除尘单元(3)、反应器(7),反应器(7)与除尘单元(3)之间设置混风调氧单元、换热单元(5),反应器(7)上部连接有温度补偿单元(6);除尘单元(3)与换热单元(5)的连接管路上设有静态混合器(4.4);反应器(7)顶部设有导流、整流单元(7.1),随后设置多级CO催化剂床层(7.2)、多级格栅(4.4);每级CO催化剂床层(7.2)上部、每级格栅(4.4)的下部设置热能回收层(7.3);每级格栅(4.4)均通过混风调节阀(4.2)及管路连接空气预热器(4)。本发明满足干熄焦放散烟气CO减排要求,当烟气入口CO浓度≤75000mg/Nm3时,烟气出口CO浓度小时均值≤7500mg/Nm3。
Description
技术领域
本发明属于节能环保技术领域,具体涉及一种干熄焦炉循环放散烟气处理工艺,用于干熄焦炉循环放散烟气SO2、粉尘、CO的协同治理、热能回收、超低排放。
背景技术
一氧化碳(CO)是我国《环境空气质量标准》中六项基本控制污染物项目之一,其排放来源广泛,几乎所有的燃烧装置都会产生CO,包括锅炉、加热炉、烧结炉、焦炉、干熄焦炉等。
为有效削减全钢铁行业一氧化碳排放总量,推动绿色低碳发展,干熄焦废气排放口CO控制指标为≤8000mg/m3。
在干熄焦工艺过程中,红焦从干熄炉顶部装入,低温惰性气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内,吸收红焦显热,冷却后的焦炭从干熄炉底部排出,从干熄炉环形烟道出来的高温惰性气体流经干熄焦工艺锅炉进行热交换,锅炉产生蒸汽,冷却后的惰性气体由循环风机重新鼓入干熄炉,惰性气体在封闭的系统内循环使用,部分为放散烟气,这部分烟气中含有SO2、粉尘、CO等污染物,会造成环境污染。
现经过治理,SO2、粉尘排放已基本满足要求,但CO仍缺乏有效治理方法。
干熄焦放散烟气中CO含量高,且波动大,为满足日趋严格的环保要求,需对烟气中的SO2、颗粒物、CO进行协同治理,并对CO催化氧化过程中产生的热量进行回收利用。
干熄焦放散烟气中CO含量高,一般控制在6%-8%,最高可达10%,在催化剂的起活温度区间,6%的CO经过催化氧化后,根据计算和实验结果显示,烟气温度可升高300~400℃,再加上催化剂的起活温度,反应器内的烟气温度已远远超过一般钢材的耐受温度,并且在此高温下,催化剂本身也容易烧结,失去活性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足提供一种干熄焦炉循环放散烟气处理工艺。
本发明的技术解决方案是:一种干熄焦炉循环放散烟气处理系统,包括脱硫单元、除尘单元、反应器,脱硫单元通过管道连接除尘单元,所述反应器是脱CO与热能回收一体化装置,所述反应器与所述除尘单元之间设置混风调氧单元、换热单元,所述混风调氧单元包括混风阀、空气预热器、混风调节阀、静态混合器;所述反应器上部连接有温度补偿单元、换热单元;所述除尘单元与换热单元的连接管路上设有静态混合器;所述反应器顶部设有导流、整流单元,随后设置有多级CO催化剂床层、多级格栅;每级CO催化剂床层上部、每级格栅的下部设置热能回收层;所述反应器配备智能控制单元;所述换热单元连接空气预热器;每级格栅均通过混风调节阀及管路连接空气预热器;所述静态混合器通过混风调节阀及管路连接所述空气预热器;所述空气预热器通过烟气管路接入引风机;脱硫单元、除尘单元出口的烟气通过管路连接所述反应器的上部。
根据本发明实施例,所述热能回收层为余热锅炉;所述热能回收层的一边连接除盐水储存输送单元,另一边连接锅筒,所述锅筒连接蒸汽输送管道。
根据本发明实施例,所述换热单元为板式气-气换热器。
根据本发明实施例,所述空气预热器连接混风阀。
根据本发明实施例,所述温度补偿单元是热风炉或者电加热器。
根据本发明实施例,所述除尘单元是袋式除尘器。
根据本发明实施例,所述CO催化剂床层、格栅、热能回收层是1~5级。
本发明的另一方面,提供一种干熄焦炉循环放散烟气处理方法,步骤包括:
步骤1:干熄焦放散烟气通过放散烟气管道引入,首先经过脱硫单元、除尘单元后通过换热单元升高烟气温度,满足CO催化氧化的反应温度后,进入反应器;
步骤2:对烟气进行含氧量调节,通过空气预热器加热空气输送热空气混入烟气;烟气调氧混入热空气时,设置有静态混合器、格栅;通入的空气量由混风调氧阀根据需求调整送入;
步骤3:一级调氧后的烟气通过换热单元,利用反应器出口热烟气,对脱硫除尘后的烟气换热,提高反应器进口的烟气温度;系统开启初期,开启温度补偿单元进行温度补偿;
步骤4:烟气在反应器中,首先经过导流、整流装置,使烟气均匀通过一级CO催化氧化床层,脱除部分CO,并释放大量反应热,使烟气升温;然后通过格栅接入二级CO催化氧化反应所需要的预热空气,随后进入一级热能回收层产生饱和蒸汽,烟气中剩余的CO再经过二级催化氧化床层脱除,释放热量;然后通过格栅接入三级CO催化氧化反应所需要的预热空气后,进入二级热能回收层进行回收;如此循环,直至CO含量达到排放指标要求;
步骤5:烟气在反应器中通过最后一级CO催化氧化床层后,不再进行热能回收,烟气携带的热量去换热单元,用于升高进入反应器入口的烟气温度。
根据本发明实施例,所述步骤2、步骤3中CO催化反应释放的热量一部分用于热能回收层产生蒸汽,供厂区其他工段使用,产生经济效益;一部分用于换热单元用于提高反应器入口的烟气温度,剩下部分用于空气预热器提高混风调氧空气的温度,节省能耗。
所述脱硫单元为干法脱硫,可为超细活性钙粉干法脱硫、SDS脱硫等,不降低烟气温度。
CO脱除的原理为CO催化氧化技术,脱除CO的过程需要消耗O2,根据干熄焦放散烟气的烟气成分,需对烟气进行氧气调节,通过空气预热器加热空气输送热空气混入烟气系统实现,烟气调氧混入热空气时,通过设置静态混合器或格栅,来保证烟气流动的均匀性。
所述换热器可采用板式气-气换热器或者其他形式的换热器。换热器利用CO催化氧化产生的热量升高脱CO与热能回收一体化装置出口的烟气温度,将除尘后的烟气换热升温,满足CO催化氧化的反应温度要求。
所述反应器,烟气可上进下出,也可下进上出;烟气进入装置后设置整流措施,保证烟气通过催化剂床层时的均匀性。
所述热能回收层为多级余热锅炉,余热锅炉利用CO催化氧化释放的热量,将烟气温度升高,热量通过烟气携带,进入余热锅炉中进行热能回收。由除盐水制备及输送单元而来的除盐水,利用烟气余热,产生蒸汽,输送至蒸汽管网。余热锅炉采用多级布置,共用一个锅筒。
所述工艺中,CO脱除需要O2与之进行反应,换热器后利用烟气余热,设置空气预热器,将空气引入预热,将一路热空气引入换热器之前,利用静态混合器混风,用于一级CO催化剂床层的烟气调氧,另几路热空气接入脱CO与热能回收一体化装置中的多级余热锅炉前,利用多级格栅对后续多级催化剂床层进行调氧,脱CO与热能回收一体化装置中格栅设置在催化氧化床层与余热锅炉之间,能够更好的混合、均匀调氧空气气流,使烟气通过下一层催化氧化床层时,流速均匀、氧气均匀。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明满足干熄焦放散烟气CO减排要求,当烟气入口CO浓度≤75000mg/Nm3时,烟气出口CO浓度小时均值≤7500mg/Nm3;
(2)本发明实现干熄焦放散烟气CO减排,催化氧化释放的热量产生蒸汽,有一定的经济效益;以140t/h干熄焦炉为例,烟气量为15000Nm3/h,若CO的平均入口浓度在6%时,年运行时间按8760h计,年蒸汽产量为2.6万吨/年;
(3)本发明具备智能控制系统,因烟气中CO浓度波动速度快、波动幅度大,而系统温升又与烟气CO浓度、含氧量、烟气流量、系统阻损等多个参数相关,所以采用智能控制系统对CO催化氧化的温度变化、CO浓度参数进行监测及自动评估;可以精确调节混风调氧系统的自动阀门开度,精确控制每级催化剂的反应效率;当CO的平均入口浓度在6%时,根据计算及现场实验结果,烟气温度可升高300~400℃,再加上催化剂本身的起活温度,烟气温度可达600~700℃,因此需要控制每级CO催化氧化后的烟气温度,不超过反应器内钢材结构允许的温度限值;脱CO与热能回收一体化装置系统中,智能调节余热锅炉的出力,在回收更多热量的同时,保证进入下一级CO床层的烟气温度满足CO催化剂的反应温度要求。
附图说明
图1是干熄焦放散烟气CO治理与热能回收协同超低排放工艺系统流程图。
1—放散烟气管道,2—脱硫单元,3—除尘单元,4—空气预热器,4.1—混风阀,4.2—自动调氧阀,4.3—静态混合器,4.4—格栅,5—换热单元,6—温度补偿单元,7—反应器,7.1—导流、整流装置,7.2—CO催化剂床层,7.3—热能回收层,7.3.1—除盐水储jut存输送单元,7.3.2—锅筒,7.3.3—蒸汽输送管道,8—智能控制单元,9—引风机,10—烟囱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
本发明是以智能控制、CO治理、热能回收、协同烟气超低排放为核心及创新点的工艺。
一种干熄焦炉循环放散烟气处理系统,包括脱硫单元2、除尘单元3、反应器7,脱硫单元2通过管道连接除尘单元3,所述反应器7是脱CO与热能回收一体化装置,所述反应器7与所述除尘单元3之间设置混风调氧单元、换热单元5,所述混风调氧单元包括混风阀4.1、空气预热器4、混风调节阀4.2、静态混合器4.4;所述反应器7上部连接有温度补偿单元6、换热单元5;所述除尘单元3与换热单元5的连接管路上设有静态混合器4.4;所述反应器7顶部设有导流、整流单元7.1,随后设置有多级CO催化剂床层7.2、多级格栅4.4;每级CO催化剂床层7.2上部、每级格栅4.4的下部设置热能回收层7.3;所述反应器7配备智能控制单元8;所述换热单元5连接空气预热器4;每级格栅4.4均通过混风调节阀4.2及管路连接空气预热器4;所述静态混合器4.4通过混风调节阀4.2及管路连接所述空气预热器4;所述空气预热器4通过烟气管路接入引风机9;脱硫单元2、除尘单元3出口的烟气通过管路连接所述反应器7的底部;脱硫单元进口连接放散烟气管道1。
所述热能回收层7.3为余热锅炉;所述热能回收层7.3的一边连接除盐水储存输送单元7.3.1,另一边连接锅筒7.3.2,所述锅筒7.3.2连接蒸汽输送管道7.3.3。
所述换热单元5为板式气-气换热器或者其他形式的气-气换热器。
所述温度补偿单元6是热风炉或者电加热器。
所述除尘单元3是袋式除尘器。
反应器7中CO催化氧化床层7.2、格栅4.4、余热锅炉为多级布置,可为1~5级,多级余热锅炉共用一个锅筒7.3.2;在多级循环过程中,控制每级CO催化氧化后的烟气温度,不超过反应器内钢材结构允许的温度限值,在锅筒7.3.2产生的蒸汽进入厂区管网,供其他工段使用。
一种干熄焦炉循环放散烟气处理方法,步骤包括:
步骤1:干熄焦放散烟气通过放散烟气管道1引入,首先经过脱硫单元2、除尘单元3后通过换热单元5升高烟气温度,满足CO催化氧化的反应温度后,进入反应器7;
步骤2:对烟气进行含氧量调节,通过空气预热器4加热空气输送热空气混入烟气;烟气调氧混入热空气时,设置有静态混合器4.3、格栅4.4;通入的空气量由混风调氧阀4.2根据需求调整送入;
步骤3:一级调氧后的烟气通过换热单元5,利用反应器7出口热烟气,对脱硫除尘后的烟气换热,提高反应器7进口的烟气温度;系统开启初期,开启温度补偿单元6进行温度补偿;
步骤4:烟气在反应器7中,首先经过导流、整流装置7.1,使烟气均匀通过一级CO催化氧化床层7.2,脱除部分CO,并释放大量反应热,使烟气升温;然后通过格栅4.4接入二级CO催化氧化反应所需要的预热空气,随后进入一级热能回收层7.3产生饱和蒸汽,烟气中剩余的CO再经过二级催化氧化床层7.2脱除,释放热量;然后通过格栅4.4接入三级CO催化氧化反应所需要的预热空气后,进入二级热能回收层7.3进行回收;如此循环,直至CO含量达到排放指标要求;
步骤5:烟气在反应器7中通过最后一级CO催化氧化床层7.2后,不再进行热能回收,烟气携带的热量去换热单元5,用于升高进入反应器7入口的烟气温度。
所述步骤2、步骤3中CO催化反应释放的热量一部分用于热能回收层7.3产生蒸汽,供厂区其他工段使用,产生经济效益;一部分用于换热单元5用于提高反应器7入口的烟气温度,剩下部分用于空气预热器4提高混风调氧空气的温度,节省能耗。
所述干熄焦放散烟气先进入脱硫单元2进行干法脱硫,干燥的粉状颗粒随气流进入除尘单元3进一步净化处理,除尘器截留下粉尘定期外运。
所述烟气在进入脱CO与热能回收一体化装置前已进行SO2、颗粒物的净化,保证催化剂的性能与使用寿命。
所述干熄焦放散烟气在除尘单元3后的烟道上设置一级静态混合器4.3,进行烟气中的氧含量调节,满足第一级CO催化氧化反应的O2含量要求;随后设置换热单元5,升高烟气温度,达到CO催化氧化反应温度区间要求,节省能耗。
所述干熄焦放散烟气在反应器7中,设置多级首先经过导流、整流装置7.1,使烟气均匀通过一级CO催化氧化床层7.2,脱除CO,并释放大量反应热,使烟气升温,且维持在反应器内钢材结构允许的温度限值之内;下一级催化剂床层反应所需要的预热空气通过自动调氧阀4.2接入格栅4.4;一级催化氧化后的高温烟气进入余热锅炉7.3进行热量回收,在锅筒7.3.2中产生饱和蒸汽,蒸汽进入厂区管网,供其他工段使用;余热锅炉出口的烟气温度保持在CO催化氧化反应所需温度的最佳区间内,进入下一级CO催化氧化床层7.2,再次脱除剩余的CO。然后通过自动调氧阀4.2接入格栅4.4,喷入下一级催化剂床层反应所需要的预热空气后,高温烟气再进入余热锅炉7.3进行热能回收,以此类推;在通过最后一级CO催化氧化床层7.2后,剩余的热量由烟气携带进入换热器5。
所述反应器7出口的热烟气进入换热单元5,加热进入反应器7入口的烟气,经过换热单元5后的烟气中的剩余热量,在空气预热器4中预热调氧所需的空气;空气预热器4后的烟气温度仍保持在烟气酸露点温度以上,并由引风机9接入烟囱10排放。
所述脱硫单元2采用干法脱硫,脱硫后烟气温度基本保持不变为100~130℃。
所述干熄焦放散烟气在反应器7中,设置多级首先经过导流、整流装置7.1,使烟气均匀通过一级CO催化氧化床层7.2,脱除CO,并释放大量反应热,使烟气升温,且维持在反应器内钢材结构允许的温度限值之内;下一级催化剂床层反应所需要的预热空气通过自动调氧阀4.2接入格栅4.4;一级催化氧化后的高温烟气进入余热锅炉7.3进行热量回收,在锅筒7.3.2中产生饱和蒸汽,蒸汽进入厂区管网,供其他工段使用;余热锅炉出口的烟气温度保持在CO催化氧化反应所需温度的最佳区间内,进入下一级CO催化氧化床层7.2,再次脱除剩余的CO;然后通过自动调氧阀4.2接入格栅4.4,喷入下一级催化剂床层反应所需要的预热空气后,高温烟气再进入余热锅炉7.3进行热能回收,以此类推;在通过最后一级CO催化氧化床层7.2后,剩余的热量由烟气携带进入换热单元5。
所述反应器7出口的热烟气进入换热单元5,加热进入反应器7入口的烟气,经过换热单元5后的烟气中的剩余热量,在空气预热器4中预热调氧所需的空气;空气预热器4后的烟气温度仍保持在烟气酸露点温度以上,并由引风机9接入烟囱10排放。
所述反应器7配置智能控制单元8;每级CO催化氧化床层7.2后设置有温度测量,根据温度调节自动调氧阀4.2的开度,保证每级CO脱除后,脱CO与热能回收一体化装置内的烟气温度维持在反应器内钢材结构允许的温度限值之内,以保证反应器结构的安全稳定,催化剂本身不在高温下烧结,保持良好的催化活性;此时的烟气进入多级余热锅炉进行热量回收,控制多级余热锅炉的产汽温度,进而控制余热锅炉后的排烟温度,使其满足下一级CO催化剂反应温度窗口要求。
所述温度补偿单元6在智能控制系统8的控制下,保证进入脱CO与热能回收一体化装置7前的烟气温度满足CO催化氧化温度窗口要求。
烟气在CO催化氧化过程中,脱除的CO的同时,释放大量反应热,使烟气升温;按照烟气中CO浓度75000mg/Nm3、脱除效率90%核算,CO催化燃烧释放的热量可以使烟气温升300~400℃。
进一步地,释放的热量经换热单元5将进入反应器7入口的烟气温度升高,满足CO催化氧化温度窗口。
进一步地,剩余的热量经多级热能回收层7.3将除盐水在锅筒7.3.2中转化为饱和蒸汽,产生经济效益。
进一步地,剩余的热量由混风阀4.1引入空气,在经空气预热器4将空气加热,热空气由自动调氧阀4.2接入静态混合器4.3、格栅4.4,满足每层CO催化氧化所需的O2,节省能耗。
一级调氧装置设置在除尘单元3后,换热单元5之前,使此处空气与O2的混合有足够的空间,混合后的烟气含氧量满足一级CO催化氧化的需求。
反应器7中格栅4.4设置在催化氧化床层7.2与余热锅炉之间,能够更好的混合、均匀调氧空气气流,使烟气通过下一层催化氧化床层7.2时,流速均匀、氧气均匀。
进一步地,达到SO2、颗粒物的超低排放要求,并进行CO减排后的烟气,经热能回收、换热、空气预热后烟气温度降低,但保持烟气酸露点温度以上,进入引风机9,引风机9提供整个系统的动力。
本发明根据干熄焦放散烟气的特点,可脱除干熄焦放散烟气中的SO2、粉尘、CO,在脱除CO的过程中,释放出大量的热量,通过多级设置,控制反应器内烟气温度,不超过反应器内钢材结构允许的温度限值,杜绝催化剂本身由于高温烧结丧失活性的风险,余热锅炉逐级回收烟气热能,产生蒸汽。剩余的热量再用于换热,升高进入反应器的烟气温度,减少能耗,剩余热量通过烟气携带,进入空气预热器,对混入的空气进行预热,调节烟气中氧气含量,满足CO催化氧化反应的氧气含量要求,最后通过引风机送至烟囱排放。
本发明提供的CO治理与热能利用,协同SO2与粉尘超低排放工艺系统,充分考虑干熄焦放散烟气特点,采用干法脱硫、结合袋式除尘器、CO催化氧化、锅炉热量回收生产蒸汽,既可实现长期稳定运行,达标排放,又可以热能利用,具有良好的社会、经济效益。
本发明不限于上述方案的具体细节,任何在本发明的思路和原理内所作的任何修改、调整,均在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种干熄焦炉循环放散烟气处理系统,包括脱硫单元(2)、除尘单元(3)、反应器(7),脱硫单元(2)通过管道连接除尘单元(3),其特征是所述反应器(7)是脱CO与热能回收一体化装置,所述反应器(7)与所述除尘单元(3)之间设置混风调氧单元、换热单元(5),所述混风调氧单元包括混风阀(4.1)、空气预热器(4)、混风调节阀(4.2)、静态混合器(4.4);所述反应器(7)上部连接有温度补偿单元(6)、换热单元(5);所述除尘单元(3)与换热单元(5)的连接管路上设有静态混合器(4.4);所述反应器(7)顶部设有导流、整流单元(7.1),随后设置有多级CO催化剂床层(7.2)、多级格栅(4.4);每级CO催化剂床层(7.2)上部、每级格栅(4.4)的下部设置热能回收层(7.3);所述反应器(7)配备智能控制单元(8);所述换热单元(5)连接空气预热器(4);每级格栅(4.4)均通过混风调节阀(4.2)及管路连接空气预热器(4);所述静态混合器(4.4)通过混风调节阀(4.2)及管路连接所述空气预热器(4);所述空气预热器(4)通过烟气管路接入引风机(9);脱硫单元(2)、除尘单元(3)出口的烟气通过管路连接所述反应器(7)的上部。
2.根据权利要求1所述的一种干熄焦炉循环放散烟气处理系统,其特征是所述热能回收层(7.3)为余热锅炉;所述热能回收层(7.3)的一边连接除盐水储存输送单元(7.3.1),另一边连接锅筒(7.3.2),所述锅筒(7.3.2)连接蒸汽输送管道(7.3.3)。
3.根据权利要求1所述的一种干熄焦炉循环放散烟气处理系统,其特征是所述换热单元(5)为板式气-气换热器。
4.根据权利要求1所述的一种干熄焦炉循环放散烟气处理系统,其特征是所述空气预热器(4)连接混风阀(4.1)。
5.根据权利要求1所述的一种干熄焦炉循环放散烟气处理系统,其特征是所述温度补偿单元(6)是热风炉或者电加热器。
6.根据权利要求1所述的一种干熄焦炉循环放散烟气处理系统,其特征是所述除尘单元(3)是袋式除尘器。
7.根据权利要求1所述的一种干熄焦炉循环放散烟气处理系统,其特征是所述CO催化剂床层(7.2)、格栅(4.4)、热能回收层(7.3)是1~5级。
8.采用权利要求1-7任一项所述系统的一种干熄焦炉循环放散烟气处理方法,其特征步骤包括:
步骤1:干熄焦放散烟气通过放散烟气管道(1)引入,首先经过脱硫单元(2)、除尘单元(3)后通过换热单元(5)升高烟气温度,满足CO催化氧化的反应温度后,进入反应器(7);
步骤2:对烟气进行含氧量调节,通过空气预热器(4)加热空气输送热空气混入烟气;烟气调氧混入热空气时,设置有静态混合器(4.3)、格栅(4.4);通入的空气量由混风调氧阀(4.2)根据需求调整送入;
步骤3:一级调氧后的烟气通过换热单元(5),利用反应器(7)出口热烟气,对脱硫除尘后的烟气换热,提高反应器(7)进口的烟气温度;系统开启初期,开启温度补偿单元(6)进行温度补偿;
步骤4:烟气在反应器(7)中,首先经过导流、整流装置(7.1),使烟气均匀通过一级CO催化氧化床层(7.2),脱除部分CO,并释放大量反应热,使烟气升温;然后通过格栅(4.4)接入二级CO催化氧化反应所需要的预热空气,随后进入一级热能回收层(7.3)产生饱和蒸汽,烟气中剩余的CO再经过二级催化氧化床层(7.2)脱除,释放热量;然后通过格栅(4.4)接入三级CO催化氧化反应所需要的预热空气后,进入二级热能回收层(7.3)进行回收;如此循环,直至CO含量达到排放指标要求;
步骤5:烟气在反应器(7)中通过最后一级CO催化氧化床层(7.2)后,不再进行热能回收,烟气携带的热量去换热单元(5),用于升高进入反应器(7)入口的烟气温度。
9.根据权利要求所述的一种干熄焦炉循环放散烟气处理方法,其特征是所述步骤2、步骤3中CO催化反应释放的热量一部分用于热能回收层(7.3)产生蒸汽,供厂区其他工段使用,产生经济效益;一部分用于换热单元(5)用于提高反应器(7)入口的烟气温度,剩下部分用于空气预热器(4)提高混风调氧空气的温度,节省能耗。
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