河北工廠余熱回收生產基地,海辰環保余熱回收

由于中國多年的工業發展，以煤炭作為主要燃料的工業鍋爐仍占據著主導地位。為迎合國情工業在迅猛發展的同時也造成了霧霾等空氣污染的日益嚴重，國家意識到這一點后發表了不少有關工業發展中保護環境的政策。

而工業的迅猛發展也給環保帶來了曙光。為迎合國情工業在迅猛發展的同時也造成了霧霾等空氣污染的日益嚴重，國家意識到這一點后發表了不少有關工業發展中保護環境的政策。以此種清潔能源為燃料的鍋爐將會逐漸增多。與燃煤相比，燃燒雖然排放的氮氧化物的含量很少，減輕了對環境的壓力，但燃燒后產生的大量水蒸氣隨高溫煙氣排放到環境中，造成了能量的嚴重浪費。而采用冷凝式鍋爐將高溫煙氣中的顯熱和潛熱予以回收，可以達到充分利用能源降低運行成本的效果。

一、環保鍋爐的秘密——冷凝置換器

冷凝式換熱器就是增設在鍋爐尾部的余熱回收裝置，當煙氣在通道內通過傳熱面，溫度降至溫度以下，從而使排煙中的水蒸氣凝結釋放潛熱傳遞給回收工質，可以將排煙中大量的能量加以回收利用，從而達到節能環保的效果。余熱余壓應用現狀除了一次性投資較高外，在余熱余壓利用過程中，使用的生產方法、生產工藝、生產設備以及原料、環境條件的不同，給余熱余壓利用帶來很多困難。隨著制造工業的不斷發展，各種新型冷凝換熱裝置層出不窮，不論從結構還是實際余熱回收效果來看都有了非常大的改進。

二、煙氣分析

成分絕大部分為烴，燃氣鍋爐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大。鍋爐效率隨著排煙溫度的變化分為2個比較明顯的區域：在60～180℃變化緩慢，而在20～60℃變化較大。每1m3燃燒后可以產生1.55千克水蒸氣，具有可觀的汽化潛熱，大約為3700kJ/Nm3，占的低位發熱量的10%以上。傳統鍋爐中，排煙溫度一般在160～250℃，煙氣中的水蒸氣仍處于過熱狀態，不可能凝結成液態的水而放出汽化潛熱。因此傳統的鍋爐理論熱效率一般只能達到95%左右，利用冷凝式換熱器只要把煙氣溫度降到煙氣路點溫度以下，就可回收煙氣中的顯熱和水蒸氣的凝結潛熱，按低位發熱量為基準計算，鍋爐熱效率可達到和超過109%。

1、路點計算

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時，將有水滴析出，此時的溫度即為路點溫度。它采用了高效熱交換技術和優化設計技術，極大的提高了熱能回收率和降低了對環境的污染。燃燒特性分析(以1m3計算)煙氣中水蒸氣的體積分數達17˙4%，若燃燒在大氣壓力下進行，當空氣過量系數α為1.1時(本文中的計算均以此作為計算依據)，其相應的煙氣路點溫度是57℃。

通過觀察可知，煙氣路點溫度隨過量空氣系數的變化而變化。因此大幅度降低排煙損失，并將部分熱能進行回收利用成了鍋爐節能的關鍵所在。因為根據道爾頓分壓定律，路點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，隨著過量空氣系數的增加，煙道中水蒸氣的相對體積減小，水蒸氣的容積份額會有所下降，其路點溫度也隨之降低。實際上，雖然各地方中成分含量有所不同，其他成分影響很小，經計算的溫度誤差不超過0.3%(符合實際要求的范圍)，并且由于實際燃燒的影響因素較多，也使得計算不可能達到很準確，通常是在理論值附近的一個范圍內波動，在實際應用中還需根據不同情況進行修正分析。

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備，靠吸收空壓機廢熱來把冷水加熱，沒有能源消耗。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存在的水量的多少。當水蒸氣冷凝時，煙氣中存在復雜的現象：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不凝氣體層才能達到液膜表面發生冷凝。煙氣中水蒸氣冷凝率等于由單位體積燃燒生成煙氣所產生的凝結水量與燃燒所生產的水蒸氣量的比值，其中，燃燒所產生的水蒸氣包括燃燒生成的水蒸氣及空氣和燃氣所帶入的水蒸氣。

僅煙氣中的潛熱就對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潛熱加以回收利用，對以低位發熱量為基準進行計算的熱效率至少可提高到10%以上。煙氣流速對受熱面的磨損影響大，布置受熱面時煙氣流速不宜過大，設計時通過調整管排橫向截距，來改變受熱面的煙速，可有效避免余熱回收器管排的磨損問題。并且隨著排煙溫度的降低，煙氣的顯熱損失也會相對減小，那么熱效率的提高將更為明顯，進一步證明降低排煙溫度對鍋爐效率提高的重要意義。

進一步計算可以得出在不同排煙溫度下鍋爐實際熱效率的變化趨勢。對于腐蝕性煙氣，即使采用了理論和實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個比較明顯的區域：在60～180℃變化緩慢，而在20～60℃變化較大。這主要是因為排煙損失中水蒸氣潛熱損失占的比例大于煙氣顯熱的結果。當鍋爐排煙溫度降到20℃時，鍋爐效率理論上可達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，它的主要優點是：導熱性能好，高溫強度高、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降至可以回收的能量數量。

三、余熱回收

1、避免余熱回收器受熱面的磨損的全過程

將余熱回收器管排設計成膜式管排(或H型管排)，這種結構迫使煙氣流動趨于層流，管排間沒有煙氣擾動，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煙氣中的顯熱和潛熱可以實現充分利用能量以降低運行成本的效果。而且由于每個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，煙氣擾動比較弱，緩解了飛灰對省煤器的磨損。煙氣流速對受熱面的磨損影響大，布置受熱面時煙氣流速不宜過大，設計時通過調整管排橫向截距，來改變受熱面的煙速，可有效避免余熱回收器管排的磨損問題。

2、煙道阻力

鍋爐整個煙道阻力主要由引風機和煙囪自拔力來克服，其中引風機是主要因素。中等的（120度-160度）可以采用氨水吸收制冷設備來制取-30度到5度的冷量，用于空調或工業。安裝余熱回收器后鍋爐整體煙氣阻力必然增加。以某電廠3號爐熱力計算結果為例，煙道阻力增加約70Pa左右。在加裝余熱回收器的同時是否對引風機進行改造，進一步提高出力，確保安裝余熱回收器后鍋爐本體的正常運行，視現場情況確定。

3、一直被擔憂的小問題——余熱回收器管內壁結垢

受熱面管內壁結垢主要發生在蒸發段，因為蒸汽的溶鹽能力與水比較相差很大。而在余熱回收系統中溫度也不會超過120℃，整個系統仍處于液相，管內壁結垢問題較小。

三、余熱余壓回收利用案例

利用余熱余壓技術在各行各業應有不同，主要是根據生產規模和生產工藝而定。下面以實例說明利用余熱余壓在不同企業節能減排中的應用途徑。

1、水泥廠余熱發電

水泥生產屬高耗能產業，在我國水泥行業生產中，傳統的濕法窯、立波爾窯和中空干法窯生產線普遍存在工藝落后、設備陳舊和管理水平低等問題，利用余熱發電技術可提產節能，是企業培植的新的效益增長點。并且隨著排煙溫度的降低，煙氣的顯熱損失也會相對減小，那么熱效率的提高將更為明顯，進一步證明降低排煙溫度對鍋爐效率提高的重要意義。某水泥廠利用現有的1200t/d熟料生產線窯頭熟料冷卻機及窯尾預熱器廢氣余熱，建設一座1.5MW低溫余熱電站，設計年運行7200小時，平均發電功率1450kW，年發電量1044×104kWh，每年節約電量7.2×106KWh，一年節約電費約300余萬元。

2、炭素廠余熱回收

某炭素廠煅燒爐排出大量的高溫煙氣，溫度約850～900℃，從煙囪直接排入了大氣中，造成了很大的能源浪費，并且污染環境。當采用卷布方式出布時，對布的張力穩定性要求較高，布需穿過一條由氣唧控制的張力調節導輥。而其生產工藝用熱是由熱力分廠的蒸汽爐供熱，每年需要消耗大量的蒸汽，成本較高。為改變這一現狀，企業對煅燒爐進行了節能減排技術改造，即對煅燒爐的高溫煙氣用煙道式余熱導熱油爐進行回收利用，為生產及生活供熱。

具體方案為：將煅燒爐的高溫煙氣引入一臺1.4MW的煙氣余熱導熱油爐中，爐內導熱油經過與高溫煙氣進行熱交換，達到生產用熱時溫度后供生產使用，并為部分廠區的冬季供暖提供熱源。此外國內從五十年代在工業爐窯上采用預熱空氣的預熱器，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。煅燒爐煙氣經余熱爐降溫后由900℃左右降為400℃左右。為了對此部分煙氣余熱二次利用，又通過一臺氣水加熱器對自來水進行加熱，為企業職工提供生活用水以及保障廠區其余部分的冬季供暖，煙氣溫度再次降溫至200℃左右，再由引風機排入煙囪。

在此次技術改造中，通過對煅燒爐的煙氣余熱進行回收利用，取消了原蒸汽供熱系統，不到一年就收回了技改投資成本，產生了良好的經濟效益。

利用方式1、 直接供熱式采暖系統用蒸汽加熱采暖循環水后直接向用戶供熱，這種供熱方式稱為直接供熱。4、節能效益好：大型工業窯爐效率可提高10%以上，中小型燃油、燃氣、燃煤鍋爐效率可提高節能達5%-10%。直接供熱方式的供水壓力較低，一般不超過0.6MPa，這種方式適用于供熱面積較小的采暖系統。2、 間接供熱式采暖系統間接供熱式采暖系統是將供熱系統分為兩個循環回路，分別稱為一次網和二次網，通過換熱站內的表面式換熱器將兩個循環回路聯系在一起。高溫水在一次網中循環，低溫水在二次網中循環，高溫水通過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程。這樣可以省去一套管理麻煩的凝結水回收系統，而且占用空間小，不需要維護，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勢。3、回收凝結水產生的閃蒸汽在需要蒸汽加熱的工業生產過程中，經常會產生大量的凝結水，凝結水在冷卻過程中，又會產生一定量的閃蒸汽。以前這部分低壓蒸汽因為回收困難或回收成本高，經常是放散，浪費了大量的能源。在能源日益短缺的形勢下，節能越來越受到企業的重視。對于生產企業來說，節流比開源更重要，節能就是創造效益，采用噴射式汽水混合加熱器技術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，應用比較廣泛。此方法是用廢蒸汽來加熱水，然后供給工業生產或生活使用。采用噴射式混合加熱器回收廢蒸汽的熱力系統。4、 利用定排、連排水產生的二次蒸汽加熱除鹽水在熱力發電廠或生產蒸汽的工業鍋爐房熱力系統中，連續排污擴容器和定期排污擴容器是必不可少的熱力設備。連續排污的作用是排除鍋水中的鹽分雜質，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，一般連續排污水量不超過鍋爐蒸發量的5%，定期排污水量不超過鍋爐蒸發量的2%。這些排污水中含有大量的熱量，但是因為排污水中的含鹽濃度過高，無法再利用，只能排放掉。當排污水進入排污擴容器后，由于擴容作用，會產生大量的二次蒸汽，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可以回收這部分蒸汽。通過計算可知，回收這部分蒸汽的節能效益還是十分可觀的。

隨著環保經濟的日漸推廣和普及，能源設備的節能要求自然也會越來越嚴苛，如此一來在設備性能的進化上自然要體現出的技術優勢，而空壓機余熱回收利用無疑是的選擇。每根熱管是獨立的傳熱元件，可以單獨進行更換，不影響整個換熱裝置的正常工作。畢竟當下的余熱回收和利用已經成為了主流趨勢，這對滿足企業不同工藝需求是極為有利的。當然，空壓機在運行過程中所產生的余熱，完全可以借助同程截留式反串換熱技術進行能量的轉換，所產生的高溫高壓氣體則可以用來進行熱能的轉換和獲取，這也是解決企業熱能需求所不容忽視的設備優勢。

目前來看，空壓機余熱回收利用已經成為了主流發展趨勢，特別是對企業用戶來說，利用自有設備所產生的熱能進行合理的利用和轉換。而采用擺布式落布的，布無須經過張力調節輥而改穿一條固定的導輥。不但可以減少污染排放，而且能夠在熱水、熱風等需求上得到相應的滿足。這對節能減排的大環境是極為契合的，但前提是對此空壓機余熱回收利用的技術設備要充分了解，才能在同等條件下確保空壓機所產生的余熱、廢熱可以得到更好的反復利用，而這也是對節能優勢為直觀的體現。不同行業企業的空壓機設備種類相對較多，所產生的動能和熱能卻因為缺乏專業的回收和利用技術而無法發揮更大的作用，一旦采用了專業回收利用設備加以配套，那么熱能利用率必然會有著明顯的提升。