冶煉廠鍋爐余熱回收技術及其工程應用分析

熊 梅

（南京圣諾熱管有限公司，江蘇 南京 210000）

1 鍋爐煙氣余熱回收技術

工業(yè)鍋爐排煙溫度在180℃～400℃之間，高溫煙氣直接排放不僅會造成環(huán)境污染，而且會造成大量熱能浪費。鍋爐煙氣余熱回收技術能夠有效回收煙氣余熱進而實現(xiàn)廢氣余熱再利用，如中低壓蒸汽工業(yè)或民用、加熱熱水鍋爐回水或補水及民用、加熱空氣煤氣作為燃料等，這樣既可以節(jié)省燃料費用，減少廢氣排放，而且還可以降低生產(chǎn)成本，達到變廢為寶，能源再利用，節(jié)能環(huán)保一舉兩得。如今鍋爐煙氣余熱回收技術已經(jīng)在石化、化工、冶金、電力、凍土治理等領域得到了廣泛的應用，并取得了比較理想的應用效果。

1.1 熱管式換熱器煙氣余熱回收裝置

熱管式換熱器的熱管是在密閉的管內抽成真空，在此狀態(tài)下充入適量工質。在熱管的下端加熱，工質吸收熱量汽化為蒸汽，在微小的壓差下上升到熱管上端，并向外界放出熱量凝結為液體[1]。冷凝液在重力的作用下，沿熱管內壁返回到受熱段，并再次受熱汽化，如此循環(huán)往復，連續(xù)不斷地將熱量由一端傳向另一端。由于是相變傳熱，因此熱管內熱阻很小，所以能以較小的溫差獲得較大的傳熱率，且結構簡單有單向導熱的特點，使冷熱流體間的熱交換均在管外進行，這就可以方便地進行強化傳熱。

相關實驗證明，鍋爐排煙溫度越低，鍋爐的效率越高。當前我們最常見的熱管式換熱器就是煙-水換熱器，其吸熱介質為水在管內流過，放熱介質為熱煙氣在殼體內的管外流過，熱量通過管外源源不斷的將熱煙氣溫度傳遞給管內的水，為了強化傳熱效果，基管外部附著有高頻焊螺旋翅片擴展換熱面積，當煙氣流經(jīng)處使其能迅速將溫度傳給管內的水，加熱后的水再輸出到生產(chǎn)、生活所需之處，此舉真正意義上做到了為企業(yè)節(jié)能降耗的目的。熱管換熱器具有多方的優(yōu)點，如較高的傳熱效率、緊湊的結構、較小的阻力損失值、所需維護費用少等，加之其中的傳熱元件（熱管）不僅可以單根使用，而且也可以組合在一起使用，以期充分發(fā)揮熱管換熱器的性能。

圖1 熱管原理圖

1.2 蒸汽余熱鍋爐

蒸汽余熱鍋爐是通過對廢氣進行降溫來使其轉化為蒸汽的目的，從而有效提高鍋爐設備的熱效率。通常情況下，通過高效煙氣余熱回收裝置對鍋爐尾部煙氣中的余熱進行回收，降低煙氣的溫度，提升了熱能利用的效果，提高了鍋爐熱效率[2]。

余熱鍋爐采用熱管式，自然循環(huán)產(chǎn)汽系統(tǒng)蒸汽發(fā)生器一般是由多個根翅片管組成，其結構如圖2所示。工作原理：由翅片管①將熱流體的熱量由下降管④輸入給管內的飽和水，以達到汽化的目的，其所產(chǎn)汽水混合物通過上升管②傳輸至鍋筒③后給予分離，然后通過經(jīng)蒸汽主控閥完成輸出。換熱管可以把熱量源源不斷的向管內輸送，然后通過外部汽-水管道來實現(xiàn)汽-水循環(huán)，以實現(xiàn)對廢氣進行降溫處理。

圖2 蒸汽發(fā)生器工作原理圖

2 鍋爐煙氣余熱回收技術應用效果分析

2.1 熱管式換熱器的應用效果

在鍋爐煙氣余熱回收過程中，熱管式換熱器得到了廣泛的應用，其在鋼鐵行業(yè)、石化行業(yè)和電站行業(yè)等耗熱量和產(chǎn)熱量都很高的行業(yè)當中有著很好的利用效果。為了避免換熱器對煙氣流通產(chǎn)生阻礙而影響鍋爐產(chǎn)熱效率，可以適當?shù)脑龃髶Q熱器熱管的橫截面積，其能夠有效避免熱管被顆粒物粘結導致的堵塞問題。實際上，鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣，因燃料的原因產(chǎn)生灰塵，進而對換熱器的換熱效率產(chǎn)生影響。在熱管外壁，上述含塵氣體也會出現(xiàn)結垢現(xiàn)象，通過調整管排布置，保證流體進出口等流速流動，達到自清灰的目的。我們當前進行熱管換熱器的主要是利用熱管換熱器的優(yōu)良等溫性和較大傳熱能力，不需要輸送泵，整個結構變得非常簡單，也沒有運動部件、沒有附加動力消耗，同時將冷熱流體完全分開，不會因為單個熱管出現(xiàn)問題而導致整個系統(tǒng)出現(xiàn)功能障礙，并且能夠處理含塵量較高的流體。并通過調整熱管的尺寸和結構來對熱管換熱器的受熱面進行拓展，避免了顆粒物的大量堆積，導致熱管出現(xiàn)堵塞情況。當前鍋爐煙氣當中排放的大部分都是顆粒物、SO2、NOx，如果這些物質及熱量直接排放到空氣當中，會造成能源浪費和空氣污染，解決這些問題的方法有很多，可以在鍋爐煙道當中安裝換熱器，減少排放量，也減少了工業(yè)經(jīng)濟投資及環(huán)保。

2.2 蒸汽余熱鍋爐裝置的應用效果

蒸汽余熱鍋爐回收裝置原理是通過對鍋爐尾部廢氣借助煙氣余熱回收裝置進行降溫來使其轉化為蒸汽，提高鍋爐設備的熱效率。當前企業(yè)和工廠對蒸汽余熱鍋爐裝置使用的方式主要是在鍋爐的尾部安裝煙氣余熱回收裝置，將軟水送至除氧器進行除氧，從低除氧器出來的除氧水經(jīng)過給水泵加壓后送至鍋筒，產(chǎn)生的蒸發(fā)汽送至外部蒸汽管網(wǎng)，蒸發(fā)器通過上升下降管與鍋筒間實現(xiàn)汽水循環(huán)，其主要是根據(jù)改變流量的質調節(jié)或供熱質調節(jié)來實現(xiàn)對溫度的調節(jié)，進而提高其節(jié)能效果。還有可以把蒸汽回收裝置、水箱和水泵組合成完整的循環(huán)系統(tǒng)，通過該循環(huán)系統(tǒng)得到的水既可以作為鍋爐補水，也可以作為生活用水，適合用在提供生活用水的鍋爐房或蒸汽鍋爐系統(tǒng)中。蒸汽余熱鍋爐的最主要使用優(yōu)點可以和其他系統(tǒng)聯(lián)合起來進行余熱的回收，單一使用蒸汽余熱鍋爐很可能出現(xiàn)的問題有無法為煙氣換熱提供較好的低溫介質。所以一般使用蒸汽熱回收裝置都是和其他裝置結合起來形成系統(tǒng)，蒸汽鍋爐和熱泵聯(lián)合，可以充分發(fā)揮蒸汽鍋爐節(jié)能環(huán)保的特點和熱泵聯(lián)合系統(tǒng)的優(yōu)勢，并將熱網(wǎng)回水和蒸汽鍋爐本身的排煙進行換熱處理，以確保排出的煙氣能夠冷卻至設定的溫度，然后通過蒸汽換熱器將低溫煙氣中的熱量回收，在大多數(shù)的鍋爐余熱回收中取得了比較理想的應用效果。

3 提高鍋爐煙氣余熱回收技術應用效果的措施

3.1 將節(jié)能設備安裝在鍋爐煙道中

在鍋爐燃燒過程中，不僅會造成能源的浪費，而且在鍋爐排氣中含有一氧化氮、一氧化硫等有毒氣體會污染環(huán)境。要想使上述問題得到有效解決，就需要將節(jié)能設備安裝在鍋爐煙道中，其可以實現(xiàn)化學物質與水蒸氣的有效結合，不僅能夠吸收這些污染物，降低其排放量，而且還可以降低能源消耗，進而達到經(jīng)濟環(huán)保的雙重效果。

3.2 安裝蒸汽余熱回收裝置

鍋爐排放的煙氣溫度一般在260℃左右，如果煙氣的水分溫度過高將會使其沸騰，不能夠凝聚為可以自由流動的水。材料燃燒過程中所散發(fā)出的熱量最低值一般是指鍋爐的工作效率，然而其最低值和最高值間存在差距，該差距主要是以鍋爐煙氣余熱回收。大量的調查與統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，普通鍋爐熱能功率一般在79%～86%范圍內上下浮動，并將會產(chǎn)生大概21%～14%的能源浪費。通過安裝蒸汽余熱回收裝置，可以把鍋爐廢氣進行降溫來使其轉化為蒸汽，既可以增加鍋爐熱能功率，而且還可以有效降低煙氣溫度，進而達到回收尾氣余熱的目的，提高熱量回收效率。

3.3 熱管設備安裝在鍋爐排氣尾部

在鍋爐排氣尾部安裝熱管設備，能夠實現(xiàn)對煙氣余熱的高效回收。在鍋爐燃燒過程中，熱管設備安裝將會有效降低煙氣溫度，可以在任何類型鍋爐中進行安裝，如果選擇空氣和煤氣作為燃燒材料時，將會使其煙氣余熱普遍低于120℃。由于熱管裝置通過造真空來實現(xiàn)熱量的回收取得比較理想的效果。

4 總結

我國是一個人口大國，當前的資源儲量較少，所以我們必須要保證在社會生產(chǎn)和發(fā)展中注重節(jié)能。本文從熱管換熱器、蒸汽余熱回收裝置兩個方面來進行鍋爐煙氣回收處理技術探討，對其他鍋爐的煙氣余熱回收節(jié)能技術起到一定借鑒作用。當前工業(yè)鍋爐使用過程中普遍存在著熱量利用率低下、污染環(huán)境，因此我們需要將節(jié)能設備安裝在鍋爐尾部等措施來提高鍋爐煙氣余熱回收，因此對鍋爐余熱回收技術進行研究是十分有意義的。