河北工廠(chǎng)余熱回收生產(chǎn)基地,海辰環(huán)保余熱回收

由于中國(guó)多年的工業(yè)發(fā)展，以煤炭作為主要燃料的工業(yè)鍋爐仍占據(jù)著主導(dǎo)地位。為迎合國(guó)情工業(yè)在迅猛發(fā)展的同時(shí)也造成了霧霾等空氣污染的日益嚴(yán)重，國(guó)家意識(shí)到這一點(diǎn)后發(fā)表了不少有關(guān)工業(yè)發(fā)展中保護(hù)環(huán)境的政策。

而工業(yè)的迅猛發(fā)展也給環(huán)保帶來(lái)了曙光。為迎合國(guó)情工業(yè)在迅猛發(fā)展的同時(shí)也造成了霧霾等空氣污染的日益嚴(yán)重，國(guó)家意識(shí)到這一點(diǎn)后發(fā)表了不少有關(guān)工業(yè)發(fā)展中保護(hù)環(huán)境的政策。以此種清潔能源為燃料的鍋爐將會(huì)逐漸增多。與燃煤相比，燃燒雖然排放的氮氧化物的含量很少，減輕了對(duì)環(huán)境的壓力，但燃燒后產(chǎn)生的大量水蒸氣隨高溫?zé)煔馀欧诺江h(huán)境中，造成了能量的嚴(yán)重浪費(fèi)。而采用冷凝式鍋爐將高溫?zé)煔庵械娘@熱和潛熱予以回收，可以達(dá)到充分利用能源降低運(yùn)行成本的效果。

一、環(huán)保鍋爐的秘密——冷凝置換器

冷凝式換熱器就是增設(shè)在鍋爐尾部的余熱回收裝置，當(dāng)煙氣在通道內(nèi)通過(guò)傳熱面，溫度降至溫度以下，從而使排煙中的水蒸氣凝結(jié)釋放潛熱傳遞給回收工質(zhì)，可以將排煙中大量的能量加以回收利用，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。余熱余壓應(yīng)用現(xiàn)狀除了一次性投資較高外，在余熱余壓利用過(guò)程中，使用的生產(chǎn)方法、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備以及原料、環(huán)境條件的不同，給余熱余壓利用帶來(lái)很多困難。隨著制造工業(yè)的不斷發(fā)展，各種新型冷凝換熱裝置層出不窮，不論從結(jié)構(gòu)還是實(shí)際余熱回收效果來(lái)看都有了非常大的改進(jìn)。

二、煙氣分析

成分絕大部分為烴，燃?xì)忮仩t排煙中水蒸氣的含量較高，分析表明，排煙中可利用的熱能中，水蒸氣的汽化潛熱所占的份額相當(dāng)大。鍋爐效率隨著排煙溫度的變化分為2個(gè)比較明顯的區(qū)域：在60～180℃變化緩慢，而在20～60℃變化較大。每1m3燃燒后可以產(chǎn)生1.55千克水蒸氣，具有可觀的汽化潛熱，大約為3700kJ/Nm3，占的低位發(fā)熱量的10%以上。傳統(tǒng)鍋爐中，排煙溫度一般在160～250℃，煙氣中的水蒸氣仍處于過(guò)熱狀態(tài)，不可能凝結(jié)成液態(tài)的水而放出汽化潛熱。因此傳統(tǒng)的鍋爐理論熱效率一般只能達(dá)到95%左右，利用冷凝式換熱器只要把煙氣溫度降到煙氣路點(diǎn)溫度以下，就可回收煙氣中的顯熱和水蒸氣的凝結(jié)潛熱，按低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)計(jì)算，鍋爐熱效率可達(dá)到和超過(guò)109%。

1、路點(diǎn)計(jì)算

在水蒸氣分壓力不變的情況下，使空氣冷卻至飽和濕蒸汽狀態(tài)時(shí)，將有水滴析出，此時(shí)的溫度即為路點(diǎn)溫度。它采用了高效熱交換技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，極大的提高了熱能回收率和降低了對(duì)環(huán)境的污染。燃燒特性分析(以1m3計(jì)算)煙氣中水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)達(dá)17˙4%，若燃燒在大氣壓力下進(jìn)行，當(dāng)空氣過(guò)量系數(shù)α為1.1時(shí)(本文中的計(jì)算均以此作為計(jì)算依據(jù))，其相應(yīng)的煙氣路點(diǎn)溫度是57℃。

通過(guò)觀察可知，煙氣路點(diǎn)溫度隨過(guò)量空氣系數(shù)的變化而變化。因此大幅度降低排煙損失，并將部分熱能進(jìn)行回收利用成了鍋爐節(jié)能的關(guān)鍵所在。因?yàn)楦鶕?jù)道爾頓分壓定律，路點(diǎn)溫度的高低與煙道中水蒸氣的分壓量(即水蒸氣的含量)成正比，隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增加，煙道中水蒸氣的相對(duì)體積減小，水蒸氣的容積份額會(huì)有所下降，其路點(diǎn)溫度也隨之降低。實(shí)際上，雖然各地方中成分含量有所不同，其他成分影響很小，經(jīng)計(jì)算的溫度誤差不超過(guò)0.3%(符合實(shí)際要求的范圍)，并且由于實(shí)際燃燒的影響因素較多，也使得計(jì)算不可能達(dá)到很準(zhǔn)確，通常是在理論值附近的一個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用中還需根據(jù)不同情況進(jìn)行修正分析。

2、熱效率解析

煙氣中的熱量以顯熱和潛熱2種形式存在，因此鍋爐的熱損失也由煙氣的顯熱損失和潛熱損失組成。余熱回收是指一款新型高效的余熱利用設(shè)備，靠吸收空壓機(jī)廢熱來(lái)把冷水加熱，沒(méi)有能源消耗。而顯熱損失取決于煙氣的溫度和煙氣組分的熱容量;潛熱損失則取決于煙氣中以水蒸氣形態(tài)存在的水量的多少。當(dāng)水蒸氣冷凝時(shí)，煙氣中存在復(fù)雜的現(xiàn)象：由于水蒸氣分壓力較低，并且在冷凝液膜附近主要是不凝氣體，如N2、CO2、O2等，煙氣中水蒸氣需要穿過(guò)不凝氣體層才能達(dá)到液膜表面發(fā)生冷凝。煙氣中水蒸氣冷凝率等于由單位體積燃燒生成煙氣所產(chǎn)生的凝結(jié)水量與燃燒所生產(chǎn)的水蒸氣量的比值，其中，燃燒所產(chǎn)生的水蒸氣包括燃燒生成的水蒸氣及空氣和燃?xì)馑鶐氲乃魵狻?

僅煙氣中的潛熱就對(duì)鍋爐的熱效率影響如此巨大，倘若能將排煙溫度降低到以下對(duì)潛熱加以回收利用，對(duì)以低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算的熱效率至少可提高到10%以上。煙氣流速對(duì)受熱面的磨損影響大，布置受熱面時(shí)煙氣流速不宜過(guò)大，設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)調(diào)整管排橫向截距，來(lái)改變受熱面的煙速，可有效避免余熱回收器管排的磨損問(wèn)題。并且隨著排煙溫度的降低，煙氣的顯熱損失也會(huì)相對(duì)減小，那么熱效率的提高將更為明顯，進(jìn)一步證明降低排煙溫度對(duì)鍋爐效率提高的重要意義。

進(jìn)一步計(jì)算可以得出在不同排煙溫度下鍋爐實(shí)際熱效率的變化趨勢(shì)。對(duì)于腐蝕性煙氣，即使采用了理論和實(shí)踐上行之有效的措施，鍋爐某些部件還是需要定期更換的。鍋爐效率隨著排煙溫度的變化分為2個(gè)比較明顯的區(qū)域：在60～180℃變化緩慢，而在20～60℃變化較大。這主要是因?yàn)榕艧煋p失中水蒸氣潛熱損失占的比例大于煙氣顯熱的結(jié)果。當(dāng)鍋爐排煙溫度降到20℃時(shí)，鍋爐效率理論上可達(dá)107.4%。

排煙中的水蒸氣潛熱在57℃以下才能得以回收，能夠回收的熱量依賴(lài)于所要求的利用溫度和利用率。熱管換熱器效果很好，它的主要優(yōu)點(diǎn)是：導(dǎo)熱性能好，高溫強(qiáng)度高、抗熱震性能好。如果利用溫度接近排煙的溫度，僅能回收較少的熱量。利用溫度越低，回收的熱量越多。因此，低溫下余熱冷水可獲得高的回收率，而在較高的溫度下輸出熱能會(huì)降至可以回收的能量數(shù)量。

三、余熱回收

1、避免余熱回收器受熱面的磨損的全過(guò)程

將余熱回收器管排設(shè)計(jì)成膜式管排(或H型管排)，這種結(jié)構(gòu)迫使煙氣流動(dòng)趨于層流，管排間沒(méi)有煙氣擾動(dòng)，在同樣煙速下，與螺旋肋片式和光管式相比較是不易磨損的受熱面布置形式。使用冷凝鍋爐回收高溫?zé)煔庵械娘@熱和潛熱可以實(shí)現(xiàn)充分利用能量以降低運(yùn)行成本的效果。而且由于每個(gè)煙道的邊界管排與煙氣的磨擦，而形成中間流速高，兩邊流速低的分布方式。因此，管壁附近煙氣流速低于平均值，煙氣擾動(dòng)比較弱，緩解了飛灰對(duì)省煤器的磨損。煙氣流速對(duì)受熱面的磨損影響大，布置受熱面時(shí)煙氣流速不宜過(guò)大，設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)調(diào)整管排橫向截距，來(lái)改變受熱面的煙速，可有效避免余熱回收器管排的磨損問(wèn)題。

2、煙道阻力

鍋爐整個(gè)煙道阻力主要由引風(fēng)機(jī)和煙囪自拔力來(lái)克服，其中引風(fēng)機(jī)是主要因素。中等的（120度-160度）可以采用氨水吸收制冷設(shè)備來(lái)制取-30度到5度的冷量，用于空調(diào)或工業(yè)。安裝余熱回收器后鍋爐整體煙氣阻力必然增加。以某電廠(chǎng)3號(hào)爐熱力計(jì)算結(jié)果為例，煙道阻力增加約70Pa左右。在加裝余熱回收器的同時(shí)是否對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，進(jìn)一步提高出力，確保安裝余熱回收器后鍋爐本體的正常運(yùn)行，視現(xiàn)場(chǎng)情況確定。

3、一直被擔(dān)憂(yōu)的小問(wèn)題——余熱回收器管內(nèi)壁結(jié)垢

受熱面管內(nèi)壁結(jié)垢主要發(fā)生在蒸發(fā)段，因?yàn)檎羝娜茺}能力與水比較相差很大。而在余熱回收系統(tǒng)中溫度也不會(huì)超過(guò)120℃，整個(gè)系統(tǒng)仍處于液相，管內(nèi)壁結(jié)垢問(wèn)題較小。

三、余熱余壓回收利用案例

利用余熱余壓技術(shù)在各行各業(yè)應(yīng)有不同，主要是根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)工藝而定。下面以實(shí)例說(shuō)明利用余熱余壓在不同企業(yè)節(jié)能減排中的應(yīng)用途徑。

1、水泥廠(chǎng)余熱發(fā)電

水泥生產(chǎn)屬高耗能產(chǎn)業(yè)，在我國(guó)水泥行業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的濕法窯、立波爾窯和中空干法窯生產(chǎn)線(xiàn)普遍存在工藝落后、設(shè)備陳舊和管理水平低等問(wèn)題，利用余熱發(fā)電技術(shù)可提產(chǎn)節(jié)能，是企業(yè)培植的新的效益增長(zhǎng)點(diǎn)。并且隨著排煙溫度的降低，煙氣的顯熱損失也會(huì)相對(duì)減小，那么熱效率的提高將更為明顯，進(jìn)一步證明降低排煙溫度對(duì)鍋爐效率提高的重要意義。某水泥廠(chǎng)利用現(xiàn)有的1200t/d熟料生產(chǎn)線(xiàn)窯頭熟料冷卻機(jī)及窯尾預(yù)熱器廢氣余熱，建設(shè)一座1.5MW低溫余熱電站，設(shè)計(jì)年運(yùn)行7200小時(shí)，平均發(fā)電功率1450kW，年發(fā)電量1044×104kWh，每年節(jié)約電量7.2×106KWh，一年節(jié)約電費(fèi)約300余萬(wàn)元。

2、炭素廠(chǎng)余熱回收

某炭素廠(chǎng)煅燒爐排出大量的高溫?zé)煔猓瑴囟燃s850～900℃，從煙囪直接排入了大氣中，造成了很大的能源浪費(fèi)，并且污染環(huán)境。當(dāng)采用卷布方式出布時(shí)，對(duì)布的張力穩(wěn)定性要求較高，布需穿過(guò)一條由氣唧控制的張力調(diào)節(jié)導(dǎo)輥。而其生產(chǎn)工藝用熱是由熱力分廠(chǎng)的蒸汽爐供熱，每年需要消耗大量的蒸汽，成本較高。為改變這一現(xiàn)狀，企業(yè)對(duì)煅燒爐進(jìn)行了節(jié)能減排技術(shù)改造，即對(duì)煅燒爐的高溫?zé)煔庥脽煹朗接酂釋?dǎo)熱油爐進(jìn)行回收利用，為生產(chǎn)及生活供熱。

具體方案為：將煅燒爐的高溫?zé)煔庖胍慌_(tái)1.4MW的煙氣余熱導(dǎo)熱油爐中，爐內(nèi)導(dǎo)熱油經(jīng)過(guò)與高溫?zé)煔膺M(jìn)行熱交換，達(dá)到生產(chǎn)用熱時(shí)溫度后供生產(chǎn)使用，并為部分廠(chǎng)區(qū)的冬季供暖提供熱源。此外國(guó)內(nèi)從五十年代在工業(yè)爐窯上采用預(yù)熱空氣的預(yù)熱器，余熱回收其中主要形式為管式、圓筒輻射式和鑄鐵塊狀等形式換熱器，但交換效率較低。煅燒爐煙氣經(jīng)余熱爐降溫后由900℃左右降為400℃左右。為了對(duì)此部分煙氣余熱二次利用，又通過(guò)一臺(tái)氣水加熱器對(duì)自來(lái)水進(jìn)行加熱，為企業(yè)職工提供生活用水以及保障廠(chǎng)區(qū)其余部分的冬季供暖，煙氣溫度再次降溫至200℃左右，再由引風(fēng)機(jī)排入煙囪。

在此次技術(shù)改造中，通過(guò)對(duì)煅燒爐的煙氣余熱進(jìn)行回收利用，取消了原蒸汽供熱系統(tǒng)，不到一年就收回了技改投資成本，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

利用方式1、 直接供熱式采暖系統(tǒng)用蒸汽加熱采暖循環(huán)水后直接向用戶(hù)供熱，這種供熱方式稱(chēng)為直接供熱。4、節(jié)能效益好：大型工業(yè)窯爐效率可提高10%以上，中小型燃油、燃?xì)?、燃煤鍋爐效率可提高節(jié)能達(dá)5%-10%。直接供熱方式的供水壓力較低，一般不超過(guò)0.6MPa，這種方式適用于供熱面積較小的采暖系統(tǒng)。2、 間接供熱式采暖系統(tǒng)間接供熱式采暖系統(tǒng)是將供熱系統(tǒng)分為兩個(gè)循環(huán)回路，分別稱(chēng)為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)，通過(guò)換熱站內(nèi)的表面式換熱器將兩個(gè)循環(huán)回路聯(lián)系在一起。高溫水在一次網(wǎng)中循環(huán)，低溫水在二次網(wǎng)中循環(huán)，高溫水通過(guò)表面式換熱器加熱低溫水。噴射式混合加熱器的主要作用是代替表面式汽—水換熱器，完成蒸汽加熱水的換熱過(guò)程。這樣可以省去一套管理麻煩的凝結(jié)水回收系統(tǒng)，而且占用空間小，不需要維護(hù)，投資僅為表面式汽水換熱器的1/5，所以具有明顯的使用優(yōu)勢(shì)。3、回收凝結(jié)水產(chǎn)生的閃蒸汽在需要蒸汽加熱的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生大量的凝結(jié)水，凝結(jié)水在冷卻過(guò)程中，又會(huì)產(chǎn)生一定量的閃蒸汽。以前這部分低壓蒸汽因?yàn)榛厥绽щy或回收成本高，經(jīng)常是放散，浪費(fèi)了大量的能源。在能源日益短缺的形勢(shì)下，節(jié)能越來(lái)越受到企業(yè)的重視。對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，節(jié)流比開(kāi)源更重要，節(jié)能就是創(chuàng)造效益，采用噴射式汽水混合加熱器技術(shù)可以回收這部分廢蒸汽。盡管回收廢蒸汽的方法不止一種，但此方法投資小，熱能利用率高，應(yīng)用比較廣泛。此方法是用廢蒸汽來(lái)加熱水，然后供給工業(yè)生產(chǎn)或生活使用。采用噴射式混合加熱器回收廢蒸汽的熱力系統(tǒng)。4、 利用定排、連排水產(chǎn)生的二次蒸汽加熱除鹽水在熱力發(fā)電廠(chǎng)或生產(chǎn)蒸汽的工業(yè)鍋爐房熱力系統(tǒng)中，連續(xù)排污擴(kuò)容器和定期排污擴(kuò)容器是必不可少的熱力設(shè)備。連續(xù)排污的作用是排除鍋水中的鹽分雜質(zhì)，控制鍋水的含鹽濃度；而定期排污的作用主要是排除鍋水中的松散沉淀物。排污水量因鍋爐的噸位而異，一般連續(xù)排污水量不超過(guò)鍋爐蒸發(fā)量的5%，定期排污水量不超過(guò)鍋爐蒸發(fā)量的2%。這些排污水中含有大量的熱量，但是因?yàn)榕盼鬯械暮}濃度過(guò)高，無(wú)法再利用，只能排放掉。當(dāng)排污水進(jìn)入排污擴(kuò)容器后，由于擴(kuò)容作用，會(huì)產(chǎn)生大量的二次蒸汽，這部分蒸汽是純凈的，可以回收利用。采用噴射式混合加熱器技術(shù)可以回收這部分蒸汽。通過(guò)計(jì)算可知，回收這部分蒸汽的節(jié)能效益還是十分可觀的。

隨著環(huán)保經(jīng)濟(jì)的日漸推廣和普及，能源設(shè)備的節(jié)能要求自然也會(huì)越來(lái)越嚴(yán)苛，如此一來(lái)在設(shè)備性能的進(jìn)化上自然要體現(xiàn)出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而空壓機(jī)余熱回收利用無(wú)疑是的選擇。每根熱管是獨(dú)立的傳熱元件，可以單獨(dú)進(jìn)行更換，不影響整個(gè)換熱裝置的正常工作。畢竟當(dāng)下的余熱回收和利用已經(jīng)成為了主流趨勢(shì)，這對(duì)滿(mǎn)足企業(yè)不同工藝需求是極為有利的。當(dāng)然，空壓機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的余熱，完全可以借助同程截留式反串換熱技術(shù)進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，所產(chǎn)生的高溫高壓氣體則可以用來(lái)進(jìn)行熱能的轉(zhuǎn)換和獲取，這也是解決企業(yè)熱能需求所不容忽視的設(shè)備優(yōu)勢(shì)。

目前來(lái)看，空壓機(jī)余熱回收利用已經(jīng)成為了主流發(fā)展趨勢(shì)，特別是對(duì)企業(yè)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，利用自有設(shè)備所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行合理的利用和轉(zhuǎn)換。而采用擺布式落布的，布無(wú)須經(jīng)過(guò)張力調(diào)節(jié)輥而改穿一條固定的導(dǎo)輥。不但可以減少污染排放，而且能夠在熱水、熱風(fēng)等需求上得到相應(yīng)的滿(mǎn)足。這對(duì)節(jié)能減排的大環(huán)境是極為契合的，但前提是對(duì)此空壓機(jī)余熱回收利用的技術(shù)設(shè)備要充分了解，才能在同等條件下確?？諌簷C(jī)所產(chǎn)生的余熱、廢熱可以得到更好的反復(fù)利用，而這也是對(duì)節(jié)能優(yōu)勢(shì)為直觀的體現(xiàn)。不同行業(yè)企業(yè)的空壓機(jī)設(shè)備種類(lèi)相對(duì)較多，所產(chǎn)生的動(dòng)能和熱能卻因?yàn)槿狈?zhuān)業(yè)的回收和利用技術(shù)而無(wú)法發(fā)揮更大的作用，一旦采用了專(zhuān)業(yè)回收利用設(shè)備加以配套，那么熱能利用率必然會(huì)有著明顯的提升。