燃煤熱載體加熱爐余熱有效利用的探討

張慶金

（常州能源設(shè)備總廠有限公司 常州 213033）

燃煤熱載體加熱爐余熱有效利用的探討

張慶金

（常州能源設(shè)備總廠有限公司 常州 213033）

本文介紹了燃煤熱載體加熱爐的余熱利用現(xiàn)狀，對(duì)余熱利用的能效進(jìn)行了分析，指出一些用熱單位雖然采用余熱設(shè)備降低了加熱爐排煙溫度，但余熱設(shè)備產(chǎn)生的新能源卻沒(méi)有用途。提出了余熱利用的多種方式，希望用熱單位采用符合自身特點(diǎn)的余熱利用方式，將節(jié)能工作落到實(shí)處。

余熱 有效利用 節(jié)能

能源緊張、熱效率偏低、環(huán)境污染嚴(yán)重，制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，節(jié)能減排已經(jīng)成為基本國(guó)策。國(guó)家質(zhì)檢總局明確規(guī)定“特種設(shè)備節(jié)能將實(shí)行安全監(jiān)察與節(jié)能監(jiān)管相結(jié)合的制度”。隨著能源價(jià)格的不斷攀升，國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，節(jié)能減排也已成為企業(yè)界的共識(shí)。

熱載體加熱爐已經(jīng)在眾多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，其消耗的燃料費(fèi)用在企業(yè)成本中占有較大比例，提高能源利用效率有利于降低企業(yè)的成本壓力。由于熱載體加熱爐介質(zhì)進(jìn)口溫度較高，導(dǎo)致?tīng)t體排煙溫度較高，導(dǎo)熱油爐排煙溫度大多在300℃以上，熔鹽爐排煙溫度大多在400℃以上，排煙熱損失超過(guò)15%［1］。對(duì)尾部煙氣進(jìn)行有效利用，節(jié)能潛力巨大。

現(xiàn)在新設(shè)計(jì)、制造的熱載體加熱爐必須滿足TSG G0002—2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》的要求：額定熱功率小于或等于1.4MW的有機(jī)熱載體爐，排煙溫度不高于進(jìn)口介質(zhì)溫度50℃；額定熱功率大于1.4MW的有機(jī)熱載體爐，排煙溫度不高于170℃。熱載體進(jìn)口溫度多在200～400℃左右，所以爐體后面必須增加尾部受熱面。現(xiàn)在，大部分企業(yè)已經(jīng)實(shí)施尾部受熱面的布置，降低了系統(tǒng)最終排煙溫度。增加尾部受熱面也就增加了資金的投入，一些企業(yè)實(shí)現(xiàn)了能源節(jié)約，一些企業(yè)卻造成了更大的浪費(fèi)。因此，必須促進(jìn)余熱的有效利用，使節(jié)能減排落到實(shí)處。

1 余熱利用形式

現(xiàn)在熱載體加熱爐主要還是以燃煤為主，行業(yè)普遍采用下面兩種余熱利用方式：

1）如圖1所示，采用熱載體加熱爐+余熱蒸汽鍋爐+空氣預(yù)熱器的方式a。

圖1 余熱利用方式a

2）如圖2所示，采用熱載體加熱爐+空預(yù)器+熱水鍋爐，或者熱載體加熱爐+熱水鍋爐+空氣預(yù)熱器的方式b。

圖2 余熱利用方式b

余熱鍋爐的形式不管是熱管式還是火管式、水管式，最終都是讓一部分余熱產(chǎn)生低壓蒸汽供用戶使用；空氣預(yù)熱器的形式也有熱管式、列管式等，使一部分余熱加熱冷空氣供熱載體加熱爐使用。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)空預(yù)器后排煙溫度170℃，滿足了現(xiàn)階段《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》的要求。上述兩種是較為常用的余熱利用方式，個(gè)別企業(yè)還有其他應(yīng)用方式。

2 余熱利用的能效分析

上述兩種燃煤熱載體加熱爐余熱利用方式，都可以產(chǎn)生兩種介質(zhì)：一種是熱空氣，作為熱風(fēng)進(jìn)入熱載體爐助燃，余熱得到有效利用；另一種就是蒸汽或者熱水，供用戶做其他用途，是否能夠有效利用取決于用戶場(chǎng)地的實(shí)際情況。產(chǎn)生的蒸汽和熱水在余熱利用中占有很大比例，是能否實(shí)現(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵所在。見(jiàn)表1，分別以兩4.18×1010J/h的燃煤導(dǎo)熱油爐、熔鹽爐為例，分析余熱的有效利用部分。

兩臺(tái)爐子的配置方式都按照熱載體加熱爐+余熱蒸汽鍋爐+空氣預(yù)熱器進(jìn)行計(jì)算［2］。

可以看出，熱載體加熱爐余熱量很大，導(dǎo)熱油爐可達(dá)系統(tǒng)總熱量的10%左右，熔鹽爐更是高達(dá)15%以上。其中能夠直接利用的是熱空氣所吸收的這一部分，只有余熱利用總量的40%左右；余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用戶是不是需要、有沒(méi)有用處，成為節(jié)能工作的關(guān)鍵；而不是排煙溫度降到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之下就完成任務(wù)了。

熱載體加熱爐用戶一部分是同時(shí)有蒸汽或熱水使用需要的，使用余熱蒸汽或熱水，必然減少煤、油、氣等其他能源的消耗，實(shí)現(xiàn)了能源的節(jié)約；但是大部分是不需要連續(xù)使用、甚至不使用蒸汽或熱水的，對(duì)于這些用戶來(lái)說(shuō)，余熱鍋爐增加了設(shè)備投資，增加了水、電、人工等運(yùn)行費(fèi)用，只能間斷用于食堂、浴室等，得不償失。

表1 余熱的有效利用

3 加熱爐余熱的有效利用方式

從上述分析可知，加熱爐余熱有效利用就是要將余熱鍋爐吸收的這部分余熱有效利用起來(lái)，需要使用蒸汽的就采用余熱蒸汽鍋爐，需要熱水的采用余熱熱水鍋爐，沒(méi)有需要的可以考慮替代其他單獨(dú)消耗能源的設(shè)備。

采用什么樣的有效利用方式需要熱載體爐的使用單位、設(shè)計(jì)制造單位、特種設(shè)備監(jiān)管機(jī)構(gòu)的共同努力。

目前正在發(fā)生和發(fā)展的金融危機(jī)給了社會(huì)以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的啟示和良好機(jī)遇［3］。能否真正實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，取決于用戶的使用。用戶應(yīng)對(duì)本單位的水、電、煤等各種能源進(jìn)行綜合考慮，熱載體爐的余熱用于替代高質(zhì)量、價(jià)格昂貴的能源，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、節(jié)約成本。余熱利用有多種方式：

1）采用余熱蒸汽鍋爐代替、或部分代替燃油氣蒸汽鍋爐；

2）采用余熱熱水鍋爐代替、或部分代替燃油氣熱水鍋爐；

3）采用余熱制冷機(jī)代替、或部分代替耗電空調(diào)；

4）采用換熱器生產(chǎn)熱風(fēng)用于取暖、烘干等，代替、或部分代替耗電、油氣設(shè)備；也可以采用坑道直接給車間、房屋、管道等供暖，或?qū)煔獬龎m后直接加熱、烘干原料；

5）確實(shí)沒(méi)有用處的，應(yīng)該訂購(gòu)特殊爐型，余熱全部用于熱載體爐。由于燃煤熱載體爐的進(jìn)風(fēng)溫度一般控制在150℃以下，再高會(huì)對(duì)爐排產(chǎn)生危害，現(xiàn)在還沒(méi)有可以將余熱全部用于爐體的燃原煤熱載體鍋爐；但是高溫?zé)犸L(fēng)對(duì)燃料點(diǎn)火、燃盡都有好處，熱效率在余熱得到利用的基礎(chǔ)上還有一定的提高。用戶的采購(gòu)對(duì)設(shè)計(jì)制造單位開(kāi)發(fā)高溫進(jìn)風(fēng)燃煤熱載體爐將是一個(gè)極大的促進(jìn)。

6）使用多臺(tái)大型熱載體加熱爐的單位甚至可以考慮采用低溫余熱發(fā)電。純低溫余熱水-蒸汽發(fā)電、低沸點(diǎn)有機(jī)物循環(huán)發(fā)電技術(shù)都已經(jīng)比較成功［4］，經(jīng)濟(jì)性合理的情況下完全可以考慮。

用戶只有根據(jù)自身情況制定合理的方案才能實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約的最大化。設(shè)計(jì)制造單位應(yīng)該滿足用戶各種合理的余熱利用方式，同時(shí)也要開(kāi)發(fā)爐體系統(tǒng)效率更高的產(chǎn)品［5］。

現(xiàn)在，國(guó)家為了推動(dòng)工業(yè)鍋爐節(jié)能減排工作，對(duì)新設(shè)計(jì)的鍋爐圖紙除進(jìn)行安全審查外，還要進(jìn)行節(jié)能審查，極大的促進(jìn)了工業(yè)鍋爐節(jié)能減排工作的進(jìn)展。熱載體爐在工業(yè)鍋爐中占有的比例相對(duì)較小，雖然有其特殊性，但是沒(méi)有特別規(guī)定。蒸汽鍋爐、熱水鍋爐審查的熱效率為爐體熱效率；而熱載體爐為了達(dá)到排煙溫度要求，審查的是系統(tǒng)熱效率，有用能包括熱載體吸收的熱量和余熱產(chǎn)生的蒸汽或熱水、熱風(fēng)等吸收的熱量。如果用戶按自身特點(diǎn)提出余熱利用新方式，就必須重新節(jié)能審查，制造廠工作量大大增加，不堪重負(fù)；如果按一種用熱利用方式審查，用戶只在應(yīng)付檢查時(shí)使用余熱設(shè)備，反而又造成浪費(fèi)。余熱利用的實(shí)現(xiàn)不是通過(guò)制造單位的配套設(shè)想，也不是通過(guò)圖紙的節(jié)能審查；隨著鍋爐能效測(cè)試的開(kāi)展，用戶能源利用是否達(dá)標(biāo)最終由測(cè)試部門(mén)、特種設(shè)備監(jiān)管部門(mén)審查，這才是能將節(jié)能工作落到實(shí)處的唯一環(huán)節(jié)。

設(shè)計(jì)制造單位和特種設(shè)備監(jiān)管部門(mén)服務(wù)于熱載體爐使用單位，節(jié)能減排工作才能見(jiàn)到實(shí)效。建議設(shè)計(jì)制造單位為使用單位做好參謀，讓余熱充分發(fā)揮作用、用戶節(jié)約費(fèi)用；特種設(shè)備監(jiān)管部門(mén)將熱載體爐作為工業(yè)鍋爐的一個(gè)分支單獨(dú)考慮，制定熱載體爐爐體的熱效率達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行節(jié)能審查，能效測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)按照工業(yè)鍋爐標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，允許用戶采用更符合自身特點(diǎn)、更復(fù)雜多樣的余熱利用方式。

4 結(jié)語(yǔ)

熱載體加熱爐余熱有效利用方式多種多樣，只有設(shè)計(jì)制造單位和特種設(shè)備監(jiān)管部門(mén)服務(wù)于使用單位，在滿足生產(chǎn)需要的情況下利用熱載體爐余熱降低能耗，減輕生產(chǎn)成本，才能讓國(guó)家的節(jié)能政策落到實(shí)處。

［1］ 馮俊凱，沈幼庭.鍋爐原理及計(jì)算［M］.北京：科學(xué)出版社，1995.

［2］ 工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)方法［M］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

［3］ 趙欽新，王善武.工業(yè)鍋爐技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展思路探討［J］.工業(yè)鍋爐，2009（01）：1-12.

［4］ 張紅.低沸點(diǎn)工質(zhì)有機(jī)朗肯循環(huán)純低溫余熱發(fā)電技術(shù)［J］.水泥，2006（08）：13-15.

［5］ 胡玉龍.在用工業(yè)鍋爐節(jié)能運(yùn)行與改造［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2009（03）：15-16.

Discussion on Effective Utilization of Waste Heat from Coal Fired Heat Carrier Furnace

Zhang Qingjin
（Changzhou Energy Engineering CO.， LTD Changzhou 213033）

This paper introduces the coal-fired heat carrier furnace waste heat utilization， has carried on the analysis on the efficiency of waste heat utilization， points out that some thermal units while reduce the flue gas temperature of heating furnace with heat recovery equipment， but the heat generated by the equipment without energy use.We put forward a variety of ways of utilization of waste heat， want to use thermal units with their own characteristics of waste heat utilization， to implement energy-saving work.

Waste heat Effective use Energy conservation

X959

B

1673-257X（2016）09-0048-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.09.012

張慶金（1980～），男，本科，工程師，從事工業(yè)鍋爐的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作。

（2016-03-10）