工業(yè)爐煙氣余熱二次回收利用的分析

谷噸 康新亞

摘 要 針對(duì)工業(yè)爐排煙溫度較高，造成熱損失嚴(yán)重的問題，本文分析了通過集中煙道進(jìn)行煙氣余熱二次回收利用的方法，同時(shí)還分析了將余熱用于生活熱水、采暖和制冷的措施，實(shí)現(xiàn)了變害為利、變廢為寶、物盡其用的科學(xué)發(fā)展思路，為工業(yè)爐煙氣余熱的回收利用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 工業(yè)爐 煙氣 余熱 回收利用

中圖分類號(hào)：TK115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Analysis of Industrial Furnace Flue Gas Waste Heat Recycling

GU Dun， KANG Xinya

（Sippr Engineering Group Co.， Ltd， Zhengzhou， He'nan 450007）

Abstract For high temperature industrial furnace exhaust， causing serious heat loss problems， this paper analyzes the flue gas waste heat through the flue centralized secondary recycling methods， and also analyzes the heat for domestic hot water， heating and cooling measures to achieve a variable harm into turning waste into treasure， to make the best use of its scientific development ideas， to provide a reference for the recycling of industrial furnace flue gas waste heat.

Key words industrial furnace； flue gas； heat； recyling

0 前言

工業(yè)爐是工業(yè)加熱的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，量大面廣，且工業(yè)爐是耗能大戶，其能耗約占全國(guó)總能耗的25%，占工業(yè)總能耗的60%。機(jī)械行業(yè)中工業(yè)爐工作溫度大部分在500～950℃，而由爐內(nèi)排出的煙氣溫度也高達(dá)300～800℃，約占供入爐內(nèi)熱量的30%～60%。倘若讓這些高、中溫?zé)煔庵苯优诺酱髿庵?，也就意味著直接熱損失為30%～ 60%，既浪費(fèi)了能源又加劇了溫室效應(yīng)和環(huán)境污染。據(jù)此估算，每年全國(guó)約有5000萬噸標(biāo)煤以上的能量，隨著排煙而損失掉。

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，能源消耗量不斷增加，而地球上不可再生能源會(huì)變得越來越少，能源緊張已成為一個(gè)世界性課題。隨著霧霾天氣等環(huán)境問題的日益突出，節(jié)能減排勢(shì)在必行。而節(jié)能的突出方面就是回收和利用余熱。

1 煙氣余熱的回收

所謂煙氣余熱，是指工業(yè)爐窯排放的煙氣中含有的可回收熱量。大量高、中溫?zé)煔庥酂釠]有得到充分合理利用是我國(guó)工業(yè)爐窯能耗高的重要原因之一，回收利用這部分熱量是降低燃料消耗和產(chǎn)品單耗最為有效的手段。所以，在節(jié)能技術(shù)改造中把工業(yè)爐窯煙氣余熱的回收利用作為重點(diǎn)。

1.1 煙氣余熱的一次回收

回收余熱時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮先由本設(shè)備或本系統(tǒng)加以利用。

現(xiàn)代燃料爐已普遍采用了煙氣余熱一次回收利用技術(shù)，即：通過預(yù)熱器，回收高、中溫?zé)煔獾挠酂醽眍A(yù)熱助燃空氣（或者爐用燃料），從而節(jié)約燃料。高、中溫?zé)煔馔ㄟ^預(yù)熱器與常溫助燃空氣（或者爐用燃料）發(fā)生熱交換，助燃空氣（或者爐用燃料）被加熱，從而提高了進(jìn)入爐內(nèi)的空氣（或者爐用燃料）溫度，同時(shí)提高了爐膛溫度和降低排煙溫度，以提高燃燒效率。實(shí)踐證明，一般助燃空氣每預(yù)熱100℃，可以節(jié)約燃料5%左右；比如空氣預(yù)熱300℃可以節(jié)能約15%。

1.2 煙氣余熱的二次回收

高溫?zé)煔饨?jīng)過煙道中的預(yù)熱器之后，其溫度有所降低，但排出的煙氣溫度仍有200～700℃，煙氣余熱的回收不充分，仍有大量熱能（20%～50%）被煙氣帶走，作為生產(chǎn)過程中的廢物被直接排放到大氣中。由此可見，通過余熱二次回收利用提高工業(yè)爐的能源綜合利用率，節(jié)能減排存在著很大的潛力。

對(duì)于煙氣余熱的二次回收，其方式不一，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

首先，對(duì)于單個(gè)爐子，可直接在空氣預(yù)熱器之后的煙道中加裝氣-水換熱器，利用回收到的余熱來加熱自來水，將自來水制成生活熱水，熱水可直接用于日常生活。當(dāng)然，這種方式也面臨著換熱器體積受限的情況，同時(shí)也存在著換熱器阻力稍大，靠自然排煙可能不通暢的問題。

其次，對(duì)于多臺(tái)爐子分布在一起的爐群，可以通過集中煙道，把各臺(tái)爐子的煙氣集中到一起，對(duì)爐群的煙氣余熱進(jìn)行系統(tǒng)的、全面的回收利用。但集中排煙的方式又面臨了新的問題，那就是：煙氣量變化范圍大，煙氣溫度變化范圍大，煙道阻力變化范圍大。既能保證工業(yè)爐群中各臺(tái)爐子的正常工作，又能很好地進(jìn)行煙氣余熱回收利用，必須結(jié)合爐群煙道阻力選擇合適的抽力。當(dāng)自然排煙不能滿足要求時(shí)，可選擇機(jī)械排煙的方式；其方法是：在排煙系統(tǒng)中加裝排煙風(fēng)機(jī)，且風(fēng)機(jī)采用變頻控制，保證爐群中各爐子排煙口處煙道壓力為恒定負(fù)壓值，確保各臺(tái)爐子的煙氣能夠及時(shí)、順利排出。

工業(yè)爐排煙及余熱采集系統(tǒng)如圖1所示。本系統(tǒng)具有排煙的功能，在排煙風(fēng)機(jī)作用下，能排出各爐子的煙氣，并設(shè)有旁通煙道，在余熱回收系裝置出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)切換，保證工業(yè)爐排煙的暢通，確保爐子正常運(yùn)行。該排煙系統(tǒng)中利用高效率的熱管換熱設(shè)備，將煙氣的余熱進(jìn)行回收。所回收的余熱可根據(jù)不同的需要利用于生活，同時(shí)煙氣溫度降為150℃以下，較大程度地降低了排煙對(duì)環(huán)境溫度的影響。這樣就實(shí)現(xiàn)了變害為利、變廢為寶、物盡其用的科學(xué)發(fā)展思路。

圖1 工業(yè)爐排煙及余熱采集系統(tǒng)圖

2 工業(yè)爐煙氣余熱二次回收利用的途徑

余熱資源盡管各種各樣，但也是分級(jí)別的，也就是其有品位之分。余熱介質(zhì)溫度決定了其品位的高低，余熱介質(zhì)溫度越高，其品位越高；反之，品位越低。余熱品位的高低決定了其應(yīng)用范圍，品位越高，應(yīng)用范圍越廣，也更便于回收利用。針對(duì)不同的余熱情況，如何進(jìn)行合理有效回收利用，要具體情況具體分析，綜合考慮采取不同的可行方案，且該方案技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理。

對(duì)于鋼鐵和冶金行業(yè)的工業(yè)爐來說，其排煙溫度較高，煙氣量大且較穩(wěn)定，其煙氣余熱多利用于產(chǎn)生蒸汽以及用于發(fā)電。其方法一般就是利用余熱鍋爐回收工業(yè)爐高溫?zé)煔獾挠酂?，來生產(chǎn)蒸汽，隨后還可通過汽輪機(jī)利用蒸汽來發(fā)電。

對(duì)于機(jī)械工廠內(nèi)的工業(yè)爐來說，其排煙溫度有高有低，且爐子大部分是間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致煙氣量不穩(wěn)定。由于此類工業(yè)爐的工藝特點(diǎn)，煙氣余熱回收之后不適合利用于發(fā)電，但在采暖和制冷方面有較大的利用空間。

采暖、制冷、生活熱水作為住宅耗能最大的部分，也是開支最大的部分，并且隨著能源的增加，以每年約10%的速度增長(zhǎng)。煙氣余熱在采暖和制冷方面的利用，是機(jī)械行業(yè)工業(yè)爐煙氣余熱回收利用的一個(gè)重要發(fā)展方向。

3 機(jī)械行業(yè)工業(yè)爐煙氣余熱回收利用的措施

通過工業(yè)爐的排煙及余熱采集系統(tǒng)來收集煙氣的主要熱量，并轉(zhuǎn)換成70～120℃的熱水。隨后，可用此熱水再制取生活用熱水，或在冬季用此熱水加熱采暖回水，提高采暖回水溫度，降低采暖運(yùn)行成本；或者用此熱水參與夏季制冷空調(diào)系統(tǒng)，來改善生產(chǎn)或生活環(huán)境。

3.1 用煙氣余熱制取生活熱水

余熱采集系統(tǒng)收集了煙氣的主要熱量，并轉(zhuǎn)換成70～ 120℃的熱水之后，可通過水-水換熱器，用此熱水來加熱自來水，進(jìn)而制成60℃的生活熱水。由于煙氣余熱的不穩(wěn)定性，會(huì)影響生活熱水的直接使用，因此一般采用具有保溫功能的蓄水池或者水箱，儲(chǔ)存生活用水，當(dāng)需要熱水的供應(yīng)時(shí)，可通過供水泵將熱水供應(yīng)至目的地。

3.2 用煙氣余熱加熱采暖回水

冬季，可用余熱產(chǎn)生的70～120℃的熱水進(jìn)行采暖。一般情況下，為保證采暖的質(zhì)量，采暖供水溫度約為80℃，采暖回水約為60℃。我們可以利用余熱產(chǎn)生的熱水，通過水-水換熱器來加熱采暖回水。

3.3 用煙氣余熱制冷

余熱用于制冷系統(tǒng)時(shí)，只能用高品位或較高品位余熱。可利用300～800℃中高溫?zé)煔庥酂岙a(chǎn)生90～120℃的熱水，通過目前最常用的溴化鋰吸收式制冷機(jī)進(jìn)行制冷。熱水溫度越高，制冷效率越高，所需制冷設(shè)備體積也越小，其重量也越輕，相應(yīng)系統(tǒng)投資也越少，投資回收期也越短。

根據(jù)一套熱水型中央空調(diào)機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)來看，該機(jī)組介質(zhì)為熱水，進(jìn)口熱水為90℃，出口熱水為80℃，制成冷水溫度為10℃。根據(jù)可用熱水量的大小，可選用不同制冷功率的機(jī)組。

4 結(jié)束語

節(jié)約能源、減少排放、保護(hù)環(huán)境是我們“以人為本”發(fā)展理念的基本要求，是我們可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。在能源日益緊張的今天，對(duì)工業(yè)爐煙氣余熱二次回收，利用余熱方便生活、改善生活環(huán)境，是行之有效的方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫斌，陳振東.工業(yè)爐節(jié)能現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].能源與環(huán)境，2007.3（5）：30-31.

[2] 王秉銓著.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996：7-27，170-341.

[3] 宋湛蘋，史競(jìng).工業(yè)爐的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].工業(yè)爐，2004.26（6）：13-18.

[4] 顧學(xué)岐，王仲蓮等著.工業(yè)鍋爐與爐窯節(jié)能技術(shù)[M].北京：宇航出版社，1990：46-102，132-144.