鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)的應(yīng)用探討

田躍平

摘要：近年來(lái)，能源價(jià)格逐步攀升，同時(shí)世界能源也逐漸緊缺，我國(guó)雖然是能源大國(guó)，但是如不加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)研究和應(yīng)用，對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將是一個(gè)巨大的阻力。鍋爐煙氣攜帶著污染物，同時(shí)還帶走了大量的熱能，對(duì)煙氣進(jìn)行合理處理，不僅可以減少污染物的排放，同時(shí)有效的利用了能量，降低了生產(chǎn)成本。因此，鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)應(yīng)該重點(diǎn)研究，并落到實(shí)處才行。

關(guān)鍵詞：余熱鍋爐；煙氣余熱回收技術(shù)；應(yīng)用分析

1 鍋爐煙氣余熱回收的概念

燃?xì)忮仩t排放煙氣中含有大量的水蒸氣，其氣化潛熱占天然氣低熱值的比例達(dá)到10%～11%，這部分水蒸氣排入大氣后冷凝，造成冒白煙現(xiàn)象，形成景觀污染，促使PM2.5排放指數(shù)增加。因此，深度回收利用包括水蒸氣氣化潛熱在內(nèi)的煙氣余熱對(duì)節(jié)省能源和減少污染物排放量都有重要意義。

針對(duì)燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收，傳統(tǒng)采用的技術(shù)是加裝冷凝換熱器和空氣預(yù)熱器，但實(shí)際使用中受到熱網(wǎng)回水溫度和空氣溫度的限制，余熱回收效果非常有限。采用吸收式熱泵技術(shù)，可以有效地將煙氣余熱深度回收，將水蒸氣大部分潛熱轉(zhuǎn)移至供暖熱水側(cè)。

其原理是吸收式熱泵在天然氣燃燒高溫?zé)嵩吹尿?qū)動(dòng)下制取低溫冷水，鍋爐的煙氣作為吸收式熱泵的低溫?zé)嵩丛趪娏芩?nèi)同低溫冷水進(jìn)行直接接觸式換熱，由于冷水的溫度較低，因此，煙氣的溫度可以降至25℃甚至更低。該技術(shù)突破了熱網(wǎng)回水溫度的限制，可應(yīng)用于回水溫度較高的供熱系統(tǒng)中。

2 鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)原理

燃?xì)忮仩t的排煙溫度一般在120℃～250℃，煙氣中有7%～15%的顯熱和11%的潛熱未被利用就被直接排放到大氣中。這不僅造成大量的能源浪費(fèi)也加劇了環(huán)境的熱污染。通過(guò)煙氣余熱回收裝置不僅能夠滿足加工生活熱水或采暖水的需要，也能夠?qū)⑷細(xì)忮仩t的排煙溫度冷卻至40℃～80℃使得鍋爐的工作效率顯著提高，降低天然氣消耗，降低能耗成本。當(dāng)經(jīng)過(guò)熱回收后的煙氣溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，鍋爐效率理論可以提升 10%-15%，當(dāng)經(jīng)過(guò)熱回收后的煙氣溫度高于露點(diǎn)溫度時(shí)，鍋爐效率理論可以提升7% 左右。

3 煙氣余熱回收利用技術(shù)應(yīng)用

3.1 回收鍋爐煙氣余熱設(shè)備

由于熱媒式換熱器具有較多的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，對(duì)設(shè)備養(yǎng)護(hù)工作需要較高的費(fèi)用，同時(shí)提出了較為嚴(yán)格的系統(tǒng)要求，因此，在國(guó)內(nèi)的使用比較少。熱管屬于一-種高效且新型的傳熱設(shè)備，傳遞內(nèi)部的熱量主要依靠循環(huán)體系，它具有的熱導(dǎo)率相當(dāng)于金屬的幾倍。熱管式換熱器使用的傳熱材質(zhì)相較于其他類(lèi)型的換熱器，在能源利用、廢熱回收、原料節(jié)約、成本節(jié)省等方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，尤其是在回收中低溫余熱中的應(yīng)用，并且大量應(yīng)用于鍋爐回收余熱過(guò)程中，同時(shí)獲得了顯著的節(jié)能效果。

3.2 煙氣余熱回收裝置

如今，國(guó)內(nèi)外煙氣余熱回收裝置主要有加裝低壓省煤器、熱媒式換熱器、熱管換熱器、回轉(zhuǎn)式換熱器等等，在這之中，經(jīng)常用的有熱管式與熱媒式。在這之中，熱媒式換熱器因?yàn)檫\(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備相對(duì)較高，設(shè)備維護(hù)與用于運(yùn)轉(zhuǎn)的費(fèi)用相對(duì)較大，且對(duì)于系統(tǒng)方面的要求也較為嚴(yán)格，目前在國(guó)內(nèi)運(yùn)用相對(duì)較少。另外，熱管則是一種新型化與高效化的傳熱元件，其內(nèi)部主要借助的是工質(zhì)循環(huán)來(lái)傳輸熱量。

3.3 熱管式換熱器的應(yīng)用

在鍋爐排氣熱通道安裝熱管設(shè)備能夠大大回收對(duì)煙氣余熱產(chǎn)生的熱量。安裝熱管是實(shí)施鍋爐煙氣余熱回收處理技術(shù)的最好選擇。安裝熱管設(shè)備后的鍋爐煙氣熱度會(huì)有所下降，適合安裝在任何類(lèi)型的鍋爐，例如在用氫氣作為燃燒材料的鍋爐安裝上熱管，煙氣余熱普遍低于75℃，用石油做燃料材料的鍋爐熱度普遍低于95℃，CFB鍋爐熱度更低，圍繞60℃上下浮動(dòng)。由于熱管材料感度超高，并且熱量的傳遞是通過(guò)真空傳播，真空的對(duì)空氣的熱量阻礙小，所以比起鐵質(zhì)管、氣體加熱管，熱管的回收余熱效果更為顯著。

鑒于熱管式換熱器具有文中所述等優(yōu)點(diǎn)，適宜被應(yīng)用于煙氣余熱的回收中，例如應(yīng)用于石油工業(yè)、電站行業(yè)、氮肥行業(yè)等。在應(yīng)用中應(yīng)注意以下技術(shù)要點(diǎn)：一.為防止換熱器在工作 中阻礙煙氣流通而影響鍋爐產(chǎn)熱效率，應(yīng)適當(dāng)加大換熱器熱管的橫截面積，以防熱管被顆粒物粘附使之橫截面積變小甚至發(fā)生堵塞，發(fā)生爆炸等安全問(wèn)題。二、注意換熱器的檢查修理問(wèn)題，鍋爐燃燒產(chǎn)生煙氣，長(zhǎng)期會(huì)在換熱器熱管外壁附著塵灰，影響換熱器的換熱效率。三、防止氣體在熱管內(nèi)結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生。由于換熱器工作要點(diǎn)是煙氣與水在交換器熱管內(nèi)交換而降溫?zé)煔?，在沖擊過(guò)程中水對(duì)煙氣的沖撞浸泡作用力會(huì)使煙氣中的顆粒物附著熱管內(nèi)壁，水中礦物質(zhì)也可能粘貼于熱管內(nèi)壁，從而發(fā)生熱能回收的低效率，因此，應(yīng)多加防范。

浙江職業(yè)技術(shù)學(xué)院供學(xué)生生活用蒸汽鍋爐的煙氣余熱回收項(xiàng)目便取得了極大的成功。運(yùn)行一個(gè)月后，所有數(shù)據(jù)均達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，煙氣平均降低50℃左右，一年可產(chǎn)生60℃熱水約27830t，實(shí)際回收熱量5.24X10A9kJ，鍋爐效率提高2.1%。經(jīng)過(guò)推算，該項(xiàng)目運(yùn)行每一年可節(jié)省蒸汽2440t，可節(jié)省原煤824.7，直接經(jīng)濟(jì)效益為481900元。

3.4 對(duì)冷凝水進(jìn)行回收技術(shù)

我國(guó)陜西省能源中心吳仰天高級(jí)工程師發(fā)明設(shè)計(jì)的一種特效節(jié)能天然氣鍋爐，已經(jīng)具備冷凝式鍋爐的概念。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，燃燒器的噴頭從鍋爐底部沿燃燒室內(nèi)壁的切線方向噴入天然氣燃燒。煙氣經(jīng)爐膛和對(duì)流受熱面放熱后流到鍋爐側(cè)上方的換熱器，換熱器中設(shè)有排煙口和進(jìn)水管，進(jìn)水管四周有多排小孔向煙氣噴水，可使排煙溫度降至250℃，鍋爐的熱效率可達(dá)100%以上。

國(guó)內(nèi)己研制出了冷凝式燃?xì)鉄崴鳎t）的樣機(jī)（包括冷凝式換熱器），但目前尚無(wú)產(chǎn)品上市。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，保護(hù)環(huán)境和合理利用資源是基本國(guó)策，不能走先污染、后治理的老路。因此，必須首先廣泛開(kāi)辟氣源，創(chuàng)造條件使用潔凈燃料。其次是大力研制冷凝式燃?xì)忮仩t，并將利用天然氣本身的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)既能提高鍋爐熱效率，又能使附加產(chǎn)品得到綜合利用的系統(tǒng)，這將使保護(hù)環(huán)境和大幅度節(jié)約非常珍貴的清潔燃料―天然氣的有效方法。

帶有發(fā)電站的工業(yè)鍋爐，電站需要以水作為冷卻介質(zhì)，對(duì)凝汽器中的蒸汽進(jìn)行冷卻。汽輪機(jī)凝汽器熱交換后的冷卻水經(jīng)冷卻設(shè)施冷卻降低溫度后，又輸送至凝汽器循環(huán)使用的供水系統(tǒng)。通常汽輪機(jī)凝汽器熱交換后的冷卻水只有40°C～45℃由于溫度較低，這部份的熱量往往被忽略。但對(duì)這部份熱量進(jìn)行回收，不僅可以減少熱損失，還降低了冷卻設(shè)備的負(fù)荷。

3.5 高溫爐渣余熱回收

蒸汽鍋爐在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的高溫爐渣，爐渣中含有大量的物理熱能（一般有800℃～950°C），其物理熱損失直接關(guān)系到鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。鍋爐高溫爐渣熱能被回收，可有效提高鍋爐的熱效率2%以上。工業(yè)鍋爐在實(shí)現(xiàn)以上余熱回收之后，將大大減少熱量的損失，提高鍋爐熱效率。

4 結(jié)語(yǔ)

近些年來(lái)，鍋爐煙氣余熱利用技術(shù)作為節(jié)能、環(huán)保、安全、高效的可再生能源技術(shù)已日趨成熟，被不少專(zhuān)家和企業(yè)看好。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有工業(yè)鍋爐50萬(wàn)臺(tái)，總?cè)萘窟_(dá)180萬(wàn)蒸噸/時(shí)。以生產(chǎn)每噸蒸汽消耗標(biāo)煤130千克、鍋爐運(yùn)行率54%計(jì)算，全年工業(yè)鍋爐消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤高達(dá)11億噸。鍋爐熱效率每提高1%，就可節(jié)省標(biāo)煤1100萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放4000多萬(wàn)噸，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益顯著。

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（作者單位：富爾頓熱能設(shè)備有限公司）