對卷煙廠余熱的綜合利用分析探討

樊會軍

（河北白沙煙草有限責任公司保定卷煙廠 河北 保定 071000）

國家煙草局一直以來都十分重視煙草行業(yè)的節(jié)能減排工作。在此背景下，卷煙廠實現(xiàn)節(jié)能減排，降低生產(chǎn)常規(guī)能源消耗的重要途徑就是對余熱的綜合利用。目前，卷煙廠生產(chǎn)企業(yè)及相關的科研單位都積極開展了卷煙廠節(jié)能減排技術研究。張小芬［1］等對卷煙廠空調(diào)系統(tǒng)的余熱回收利用進行了一系列的研究。除此之外，卷煙廠生產(chǎn)過程中還會產(chǎn)生一系列的工藝排風，對此，相關學者進一步研究分析了其余熱回收應用的價值，研究結(jié)果顯示，卷接包工藝排風不值得進行熱回收。而在卷煙廠的余熱綜合利用方面的研究甚少，尤其是對于個別嚴寒地區(qū)的余熱綜合利用方面的研究，這些地區(qū)新風預熱耗熱量大，具有豐厚的余熱資源。據(jù)此，本文對其進行了深入的分析與探討。

1 卷煙廠余熱資源分析

1.1 工藝排風余熱

在實際的生產(chǎn)過程中，廠房內(nèi)的制絲車間及卷包車間都會產(chǎn)生具有一定回收利用價值的工藝設備排風，特別是制絲車間的工藝排風，其風量大、含濕量大且溫度較高，熱回收價值較高。

1.2 工藝干燥設備煙氣余熱

在實際的生產(chǎn)過程中，為了能夠有效地除去低檔煙葉的水分，常常會用到工藝干燥設備，該設備的排煙溫度高，通常可達190℃，雖然其排風溫度高，但煙氣量并不大，總蓄熱能量有限［2］。與此同時，由于排出的煙氣會夾雜著粉塵，所以，在對其進行回收利用時，還要加裝過濾裝置，以此來避免出現(xiàn)粘結(jié)等問題。

1.3 真空泵等冷卻系統(tǒng)余熱

真空泵站、空壓站等在實際的運行中都會產(chǎn)生大量的余熱，而冷卻循環(huán)水系統(tǒng)將會帶走這部分多余的熱量，由于該熱量豐富且水質(zhì)較好，可以考慮對其進行合理地回收利用。

1.4 真空回潮機蒸汽余熱

這部分的余熱熱品質(zhì)很好，為一等余熱資源，對其應優(yōu)先地進行回收利用。然而，在實際的生產(chǎn)過程中，真空回潮機的產(chǎn)熱并不連續(xù)，如若對其利用，還需設置好蓄熱水箱。而這一問題的出現(xiàn)對于一些設備機房用地較為緊張的廠區(qū)而言，其可操作性還有待商榷。

2 卷煙廠余熱的綜合回收利用原則

2.1 基于需求量回收余熱資源

卷煙廠在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的余熱資源十分富余，可滿足卷煙廠的用熱需求。在此基礎上，卷煙廠應根據(jù)實際的用熱需求來科學設置好余熱回收系統(tǒng)，以此來回收余熱資源，確保所回收得來的余熱資源都能被充足使用，避免出現(xiàn)回收的余熱資源得不到充分利用的問題，造成“二次余熱”［3］。

2.2 科學確定余熱的利用方式

對回收后的余熱資源，應根據(jù)能源特點及用能需求，選擇對其的利用方式，考慮到余熱的“數(shù)量”“質(zhì)量”熱點，按照低質(zhì)低用、高質(zhì)高用的原則，對余熱資源進行利用［4］。

2.3 就近利用

由于生產(chǎn)需要，往往卷煙廠的廠區(qū)面積都很大，因此，為了對余熱的綜合利用，應采取就近利用的原則，避免管線投資成本的浪費，減少熱量運輸途中的熱損失［5］。

3 卷煙廠余熱的綜合利用案例分析

以保定卷煙廠為例，制絲車間和卷接包車間工藝設備排風溫度較高且濕度較大，因此有較高的熱回收價值。通過對我廠的余熱綜合利用，即可通過對卷煙廠工藝設備排風等加以利用，并結(jié)合熱風爐系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能減排的效果。在對其的余熱綜合利用研究中，共制訂了兩種熱回收方案：其一就是回收高溫工藝排風，將其直接換熱后，得到55℃熱水；其二就是對低溫工藝排風進行回收，對其回收時，采用高溫空氣源熱泵進行換熱，得到55℃熱水。高溫工藝排風換熱得來的熱水及低溫工藝排風換來的熱水都將與系統(tǒng)的保障性蒸汽熱源一起作為熱源，用于冬季空調(diào)新風的預熱。與此同時，系統(tǒng)中的供水循環(huán)水箱還應與城市供熱系統(tǒng)連接。基于這樣的裝置，熱風爐系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，當余熱回收系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，城市熱水可作為臨時應急，保障正常生產(chǎn)。

3.1 制絲車間的余熱資源分析

本廠該車間的排潮風機計算其排潮風量可達75 480m3/h，排潮機房的工藝排風溫度可達40℃，對這部分的工藝排風進行余熱回收。制絲車間高溫排氣設備有滾筒薄板式烘絲機等，這些設備的排風量可達35 500m3/h，其工藝排風的溫度可達120℃，不超過150℃。此外，除塵設備產(chǎn)生的工藝排風量可達143 360m3/h，其工藝排風溫度平均在30℃。上述設備運行過程中產(chǎn)生的工藝排風，都將對其進行余熱回收，用以進行該車間的空調(diào)新風預熱，該廠區(qū)處于寒冷地區(qū)，室外溫度最低可達-25℃，通過預熱新風，將室外溫度提高至10℃。

3.2 制絲車間工藝排風余熱回收設計

通過車間內(nèi)的余熱回收空調(diào)系統(tǒng)，實現(xiàn)對余熱資源的回收利用。該空調(diào)系統(tǒng)包括余熱回收系統(tǒng)、保障系統(tǒng)等。

烤煙工藝中設備運行產(chǎn)生的除塵排風，其高溫部分風量可達14 500m3/h，高溫部分（按90℃計算）在沒有進入除異味系統(tǒng)之前，對其進行熱能回收。在回收這部分工藝排風時，選擇高溫余熱源換熱機組（換熱量75 kW）進行換熱后，得到55℃的熱水，換熱得來的熱水存儲于供水循環(huán)水箱中。換熱后的烘絲機尾氣混合其他除塵排風（按30℃計算，除塵排風量共計每小時87 280m3），換熱量600kW 的低溫余熱源換熱機組，在其進入除味系統(tǒng)的噴淋塔前，進行二次的能量回收。

白肋煙工藝中產(chǎn)生的除塵排風，排風量可達21 000m3/h（高溫部分），其高溫部分（90℃計算）在混合低溫除塵后，在未進入除味系統(tǒng)前，換熱量100kW的高溫余熱源換熱機組對其進行熱能回收，得到55℃熱水，熱水再進入到供水循環(huán)水箱。烘絲機尾氣在經(jīng)過汽水換熱回收后，溫度65℃，其與其他除塵排風（按40℃計算，排風量58 580m3/h）混合后，換熱量800kW的低溫余熱源換熱機組，在其進入除味系統(tǒng)的噴淋塔前，進行二次的能量回收。

回收利用白肋煙排潮工藝排風，工藝排風量最大可達27 700m3/h（溫度以40℃來計算）。對其進行余熱回收利用時，換熱量300kW 的低溫余熱源換熱機組，在工藝排風未進入除味系統(tǒng)的噴淋塔前，對其回收。

回收利用烤煙排潮工藝排風，設備運行中產(chǎn)生的工藝排風量最大可達45 280m3/h，以40℃計算。對其進行余熱回收利用時，換熱量500kW的低溫余熱源換熱機組，在工藝排風未進入除味系統(tǒng)的噴淋塔前，對其回收。

在以上工藝排風的回收利用中，通過換熱機組的使用，構(gòu)成了循環(huán)水系統(tǒng)，其中包括循環(huán)水泵等裝置。對制絲車間設備運行過程中產(chǎn)生的工藝排風進行回收利用后，用于供水循環(huán)水箱，其與兩個換熱機組分別循環(huán)換熱。

通過制絲車間余熱回收方案的設計，車間除塵、排潮尾氣在計算后顯示工藝排風的余熱回收量已經(jīng)遠遠超過了制絲車間在冬季時所需的用熱需求（1800kW），其回收的余熱資源完全滿足車間用熱需求。

3.3 卷包車間工藝排風余熱回收

相比于制絲車間的工藝排風，該車間設備運行所產(chǎn)生的工藝排風不具備較高的熱回收價值。對于該車間的用熱需求而言，工藝排風余熱回收量無法滿足。所以，為滿足卷包車間的運行需求，使其與制絲車間共用蓄熱水箱。

卷接包工藝除塵，設備運行中產(chǎn)生的除塵工藝排風量最大可達109 600m3/h，以25℃計算。對其進行回收利用時，將使用到低溫余熱源換熱機組（換熱量160kW）。

以上工藝排風在進行余熱回收時，由使用到的換熱機組構(gòu)成了循環(huán)水系統(tǒng)。通過對工藝排風進行換熱后得到熱水，并用于供水循環(huán)水箱，水箱與換熱機組等分別循環(huán)換熱。

卷包車間余熱回收方案中，對除塵工藝排風進行回收，然而其余熱回收量完全不足以支撐車間的用熱需求。由于本廠所處地區(qū)冬季溫度較低，車間的空調(diào)新風預熱需要1000kW 的熱量。將工藝排風進行余熱回收后，僅僅滿足于部分空調(diào)的用熱需求，除此之外，車間空調(diào)機組所需新風預熱的熱量由動力中心蒸汽熱源供給，以此滿足節(jié)能降耗的要求。

3.4 卷煙廠其他余熱利用潛力分析

除了制絲過程中，設備運行所產(chǎn)生的工藝排風可進行余熱回收利用外，卷煙廠在生產(chǎn)過程中，還有著其他余熱資源。

3.4.1 卷煙廠在生產(chǎn)過程中鍋爐所產(chǎn)生的尾部煙氣

首先，可考慮降低排煙溫度，提高鍋爐能效。可通過空氣預熱器，先對燃燒用空氣進行加熱，從而提高空氣進行中鍋爐的溫度。空氣溫度提高后，鍋爐內(nèi)的溫度也將會提高，與此同時，排煙溫度也將會降低，此時的鍋爐燃燒效率大幅度地提高。然后，在對煙氣進行余熱回收利用時，可考慮選擇熱管式換熱器余熱回收裝置［6］，利用該裝置回收利用煙氣中的高品位余熱。然后，將這部分回收得來的余熱用來提高鍋爐軟水溫度，從而提高鍋爐效率，實現(xiàn)節(jié)能減排目標。

3.4.2 對空壓、真空系統(tǒng)進行余熱回收

空壓機在運行過程中排出的工藝排風溫度一般在70℃左右，這類工藝排風可以稱之為高品質(zhì)熱源。然而，以往對其進行余熱回收利用時，往往采用了冷卻設備進行冷卻，這就導致了熱污染。一般來說，對空壓機進行余熱回收利用都是用于設備余熱或是熱水供應等方面，可考慮設置空壓機余熱回收系統(tǒng)，系統(tǒng)中應包含熱回收組件、循環(huán)水泵等，以此來吸收空壓機的余熱，并將得來的熱能用于蓄熱水箱。

3.4.3 制絲等工藝設備發(fā)熱量

卷煙廠在冬季時，其制絲及卷包車間在生產(chǎn)過程中工藝設備的溫度較高，對此，可考慮通過熱泵技術的應用，換熱車間熱量用于采暖系統(tǒng)。這樣做不僅可以有效地降低車間工藝設備的溫度，還能很好地補充采暖，有利于冬季卷煙廠引新風的防凍與預熱。

4 經(jīng)濟性分析

本廠在每年的9月份至來年的5月都需要進行空調(diào)新風預熱。就室外溫度而言，低于-10℃的時間超過了1000h；此外，在-10～0℃為1457h；而高于0℃以上的時間超過1500h。對于車間空調(diào)預熱新風用熱需求而言，車間余熱資源無法完全滿足，據(jù)此，對工藝排風進行余熱回收，其余熱回收量可最大限度地使用于車間生產(chǎn)過程中。

對余熱回收系統(tǒng)的能效分析，是在車間有余熱的前提下［7］?；诖耍颂帉ο到y(tǒng)的能效分析是指系統(tǒng)正常工作的狀態(tài)，則可知制絲車間的工藝排風余熱回收量是960kW?；厥諢崃勘挥糜诳照{(diào)新風預熱為“總熱量=車間最大回收余熱量（960）×運行頻率（0.45）×預熱時長（5012）”，那么，我們就可以得出用于空調(diào)新風預熱的回收熱量為2 405 634kW·h。然后，再換算出蒸汽費用為128萬元，即用換算得來的蒸汽3200t與蒸汽每噸400元相乘。

工藝排風余熱回收所使用到的余熱回收系統(tǒng)能源消耗并不高，機組循環(huán)水泵為其主要的能耗。水泵功耗為9.9kW，計算水泵能耗的公式為：水泵功耗（9.9）×運行頻率（0.5）×需預熱時間（5012），我們可以得出水泵能耗為24 809kW·h，計算電費為2.5 萬元（以1 元/kW·h電價計算）。

空調(diào)在夏季不需要新風預熱時，余熱回收系統(tǒng)回收的熱量可以進行熱風系統(tǒng)的回灌。與計算用于空調(diào)新風預熱的回收熱量的公式一樣，可以通過計算得出全年用于回灌的回收熱量1 439 925kW·h，所需蒸汽費用76.8萬元。

此時，計算余熱回收機組水泵能耗：9.9×3000×0.5=14 850kW·h，計算電費為1.485萬元。

費用分析：從上述公式計算中，可以得出余熱回收系統(tǒng)的回收節(jié)省共計204.8萬（128+76.8），回收循環(huán)用3.985 萬（2.5+1.485）。由于得出余熱回收系統(tǒng)的年預計節(jié)約費用為200.8萬（204.8-3.985），還有一些其他的與預熱回收有關能耗可以視為正常開通系統(tǒng)的內(nèi)容。在此基礎上，可以計算回收系統(tǒng)能源比：960/9.9，此時，系統(tǒng)能效比96.9。不難看出，對卷煙廠在生產(chǎn)過程中，所產(chǎn)生的車間工藝排風進行余熱回收有著十分可觀的能效比，可滿足節(jié)能減排的要求。

5 結(jié)語

一方面，卷煙廠在除塵、排潮等工藝排風中會產(chǎn)生大量的能量消耗；另一方面，卷煙廠在冬季進行空調(diào)新風預熱會產(chǎn)生較大的用熱需求，而這也使得余熱資源有一定的利用空間?；诖?，本文對保定卷煙廠進行余熱綜合利用分析研究，研究也表明，處于該地區(qū)的卷煙廠利用余熱資源實現(xiàn)節(jié)能減排的效果顯著，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工藝排風進行回收利用，其余熱回收量可滿足于車間的運行需求。同時，余熱的綜合利用對于節(jié)能以及提高廠區(qū)經(jīng)濟效益都有重要意義。除此之外，筆者對本廠其他余熱綜合利用也進行了進一步的分析探討，認為工藝設備散熱等余熱資源也同樣具有一定的利用價值，本文也對其進行了大致的探討，當然，對其的回收利用還有待進一步深入地研究與分析。