冶金工業(yè)生產(chǎn)中提高鍋爐熱能回收利用的有效措施

吳窮 王沖

摘? 要：在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，工業(yè)鍋爐一直是影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力來(lái)源，工業(yè)活力的存在，對(duì)各行各業(yè)的發(fā)展都具有一定的推進(jìn)作用。但同時(shí)也在能源方面得到了大量的消耗。工業(yè)鍋爐的工作運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)排出大量的煙氣和污水，而這些煙氣和污水中含有大量未被有效利用的熱能，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。在這樣的背景下，本文對(duì)冶金工業(yè)中的鍋爐本身的特點(diǎn)進(jìn)行分析，從而找到影響著熱能回收方面效率的重要因素，積極提出提高鍋爐熱能回收利用的有效措施，為我國(guó)能量事業(yè)的發(fā)展提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：鍋爐? 熱能回收? 煤氣系統(tǒng)? 冶金工業(yè)

中圖分類號(hào)：TK229? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）02（b）-0064-03

Effective Measures to Improve the Recovery and Utilization of Boiler Heat Energy in Metallurgical Industry

WU Qiong? WANG Chong

（No.73 Research Institute of China Shipbuilding Industry Group Co.， Ltd.， Harbin， Heilongjiang Province，150078 China）

Abstract： In the process of China's economic development， industrial boiler has always been a powerful source of power that affects the steady development of China's economy. The existence of industrial vitality has a certain role in promoting the development of all walks of life. But at the same time， it also gets a lot of energy consumption. During the operation of industrial boiler， a large amount of flue gas and sewage will be discharged It contains a lot of energy， which is not used effectively. In this context， this paper analyzes the characteristics of the boiler itself in metallurgical industry， so as to find the important factors affecting the efficiency of heat recovery， and actively puts forward effective measures to improve the recovery and utilization of boiler heat energy， so as to provide valuable reference for the development of China's energy industry.

Key Words： Boiler; Heat recovery; Gas system; Metallurgical industry

現(xiàn)階段，我國(guó)在冶金工業(yè)生產(chǎn)方面的技術(shù)越來(lái)越成熟，隨著該技術(shù)的不斷升級(jí)創(chuàng)新，對(duì)能源的管理和應(yīng)用的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，但目前我國(guó)對(duì)冶金能源的利用不徹底，剩余的殘?jiān)鼤?huì)嚴(yán)重污染周圍的環(huán)境，并且形勢(shì)非常嚴(yán)峻。因此，在冶金生產(chǎn)的過(guò)程中，為了確保冶金企業(yè)未來(lái)的發(fā)展更長(zhǎng)遠(yuǎn)，首要任務(wù)就是要做好工業(yè)鍋爐的節(jié)能利用工作。冶金生產(chǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煤氣，這些煤氣如果利用得當(dāng)，不僅是優(yōu)質(zhì)的可再生能源，還是污染低、能效高的清潔能源。所以，最能提高能源利用率的有效手段就是高效利用冶煉過(guò)程中的煤氣，同時(shí)高效回收鍋爐的熱能，在提高能源利用率的同時(shí)還起到保護(hù)環(huán)境的重要作用[1]。

1? 鍋爐的特點(diǎn)及熱回收效率的影響因素

1.1 鍋爐的特點(diǎn)

鍋爐一般分蒸汽鍋爐和熱水鍋爐兩種類型，蒸汽式鍋爐，顧名思義就是指鍋爐里的水受溫度影響，因溫度的升高而發(fā)生質(zhì)變，逐漸蒸發(fā)成水蒸氣的形式，同時(shí)在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生顯熱與潛熱兩種情況的交替現(xiàn)象，然而在熱水式鍋爐中僅會(huì)發(fā)生顯熱這一種情況的交替。如果將這兩種鍋爐保持在同樣的供熱量，那么從水流量的角度分析，不難發(fā)現(xiàn)和蒸汽鍋爐相比，熱水鍋爐的水流量的需求量更大[2]。另外，對(duì)于水流量范圍選擇上，蒸汽鍋爐與熱水鍋爐也是不同的，存在供回水溫差。

1.2 鍋爐熱回收效率的影響因素

（1）鍋爐煙氣降溫和放熱量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，根據(jù)水蒸氣的燃燒化學(xué)公式不難發(fā)現(xiàn)。燃燒產(chǎn)生的天然氣含量與水蒸氣的含量比例是1：3，也就是說(shuō)燃燒1m3的天然氣，能夠產(chǎn)生3m3的水蒸氣。那么同理當(dāng)人們?cè)谌紵倪^(guò)程中，所產(chǎn)生的顯熱是100kw時(shí)，其潛熱會(huì)產(chǎn)生11kw左右。在冶金工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，可以借助冷凝回收裝置，全面調(diào)控排氣的溫度，從而達(dá)到降低排氣溫度的明顯效果。最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)中煙氣顯熱降低的現(xiàn)象。除此之外，還可以借助一系列的操作，收集在燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生的水蒸氣，在大多數(shù)情況下，飽和的煙氣成分也會(huì)存在一定的差異性，這將會(huì)直接影響煙氣在降溫和放熱過(guò)程中釋放的熱量是不同的，即使相同的煙氣，也會(huì)因降溫范圍的不同而造成產(chǎn)生的熱量也是不同的[3]。

（2）進(jìn)入熱回收裝置額水溫和水量，鍋爐回收的余熱對(duì)于人們的生活有很大作用，不僅可以用在生活用水中，還能夠有效的利用在工業(yè)用水上。一定要控制好進(jìn)入回收裝置的水的溫度，溫度越低，溫差就會(huì)增大，就會(huì)影響水流量也增大，水流量的大小就會(huì)間接的影響熱效率，從而影響回收裝置內(nèi)水的狀態(tài)。因此，一定要保證熱回收裝置內(nèi)水的溫度，從而增大水流量，降低裝置內(nèi)水的流動(dòng)阻力，不斷提高煙氣余熱的回收利用率。

2? 提高鍋爐熱能回收利用的措施

2.1 冷凝式鍋爐的特點(diǎn)

冷凝式鍋爐主要是在傳統(tǒng)的鍋爐基礎(chǔ)上安裝了冷凝式換熱器，一般傳統(tǒng)的冶金鍋爐，往往會(huì)為了防止低溫狀態(tài)下鍋爐內(nèi)壁出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，故意將排煙溫度控制在較高的范圍內(nèi)，而這樣的溫度是大于鍋爐煙氣中水蒸氣露點(diǎn)，煙氣中會(huì)存在大量沒(méi)有被回收的而被浪費(fèi)掉的熱量。同時(shí)還會(huì)因?yàn)樗魵鉃檫_(dá)到指定的冷凝狀態(tài)，而造成很多熱力無(wú)法得到回收和利用，造成了鍋爐熱效率低下。與傳統(tǒng)的鍋爐形式相比，冷凝式鍋爐有很多優(yōu)勢(shì)，具體如表1所示。

現(xiàn)階段，冷凝水的回收形式主要有兩種，一種是密閉式，一種是開(kāi)放式，這兩種形式的回收方式在使用過(guò)程中的回收效率會(huì)存在一些差異，與此同時(shí)，他們的投資金額也會(huì)不同。

2.2 間壁式冷凝熱回收式

間接接觸冷凝的方式主要是指在在熱量回收裝置內(nèi)，保證其中的煙氣和被加熱的介質(zhì)之間不會(huì)直接進(jìn)行接觸，而是通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部，對(duì)煙氣進(jìn)行冷卻，然后再進(jìn)行加工處理。間壁式的冷凝熱量回收裝置一般分為三種類型，板翅式換熱器、板式換熱器和管熱結(jié)構(gòu)。（1）熱管式換熱器自身最主要的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且操作不復(fù)雜，投資成本較小，無(wú)需占用大面積的空間。而它最明顯的問(wèn)題是生產(chǎn)過(guò)程中很容易出現(xiàn)水溶液腐蝕問(wèn)題，并且很難采取手段對(duì)其加以控制。并且很難分辨熱管的質(zhì)量，非常容易出現(xiàn)生產(chǎn)故障。（2）在中間的板片式換熱交換。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是運(yùn)行維護(hù)操作相對(duì)簡(jiǎn)單，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極易拆裝，熱效率傳遞也很高。（3）在間壁式換熱器中，高溫的煙氣在鍋爐內(nèi)壁的管道內(nèi)流動(dòng)，而冷卻水在管道外流動(dòng)，計(jì)算冷卻水余熱量公式為Y①，公式①中QW為冷卻水余熱量，GW為冷卻水用量，IW為冷卻水出水溫度，CW為冷卻水比熱[4]。燃燒的過(guò)程中，鍋爐內(nèi)的煙氣通過(guò)管道將熱量傳遞給循環(huán)水，正常的傳熱熱阻由管壁與水、管壁面與煙氣以及管壁自身熱阻三部分組成。在運(yùn)行過(guò)程中，高溫?zé)煔庠诎宄崾綋Q熱器的外側(cè)流動(dòng)，利用管道間壁將熱量傳遞給管道內(nèi)的流動(dòng)循環(huán)水，這種換熱器的主要特點(diǎn)就是換熱效率高，換熱面積大，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作。

2.3 直接接觸冷凝式

水在直接接觸系統(tǒng)后進(jìn)入熱煙氣中，可以直接利用噴嘴用逆向流通的方式。當(dāng)水在煙氣中的含量累計(jì)到一定量時(shí)，其煙氣就能立即被冷卻到飽和溫度之下。這種設(shè)備的突出特點(diǎn)是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，金屬消耗量少，總熱阻相對(duì)較小，并且在一定條件下，換熱系數(shù)高，能量回收效率高。除此之外，煙氣中含有大量的煙塵和可溶解物質(zhì)，經(jīng)過(guò)水洗后，可以直接溶于水中，有效防止產(chǎn)生的污染性氣體對(duì)環(huán)境總造成不利的影響。特別是在水質(zhì)要求不高的條件下，這種形式的熱回收裝置的節(jié)能效果將會(huì)更加明顯，并且冷凝水還可以循環(huán)反復(fù)再利用。雖然有以上的很多優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)闊煔庵械乃嵝晕镔|(zhì)一旦溶于水溶液中，水溶液會(huì)立即呈現(xiàn)酸性反應(yīng)，現(xiàn)階段的技術(shù)條件還不成熟，在酸性溶液未加工的條件下很難直接使用，通常需要進(jìn)行二次處理，因此不僅會(huì)增加額外的投資費(fèi)用，還會(huì)給管理帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，蒸汽鍋爐會(huì)產(chǎn)生較高的排煙溫度，補(bǔ)水相對(duì)較少，因此需要將所有的余熱都用來(lái)進(jìn)行補(bǔ)水，在對(duì)鍋爐進(jìn)行補(bǔ)水的同時(shí)，確保余熱能夠被再次利用。另外，通過(guò)對(duì)熱能回收裝置的充分利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度較高的水的循環(huán)利用，與此同時(shí)降低水的溫度，從而確保高壓泵將水壓入鍋爐里。這樣的一系列操作下來(lái)，就可以基本解決工業(yè)上對(duì)鍋爐水溫的控制，并且最大限度的提高鍋爐熱能的回收利用率。還需要特別注意一點(diǎn)，在對(duì)鍋爐進(jìn)行改造升級(jí)的過(guò)程中，一定要從實(shí)際出發(fā)，按照需求進(jìn)行改造，科學(xué)合理的選擇煙氣冷凝熱能回收裝置，充分利用鍋爐的余熱[5]。

3? 鍋爐煙氣冷凝熱能回收工程的工程應(yīng)用及發(fā)展前景

3.1 冷凝熱回收方式供熱系統(tǒng)方案的研究

在工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的實(shí)際過(guò)程中，使用蒸汽鍋爐進(jìn)行排煙的溫度相對(duì)較高，但在這個(gè)過(guò)程中卻補(bǔ)水較少，為了保持溫度的穩(wěn)定性，要對(duì)余熱加以利用，用余熱用來(lái)補(bǔ)水，在補(bǔ)水比較充足的條件下，就可以對(duì)考慮將多余的費(fèi)用用在其他用途的開(kāi)發(fā)利用上，對(duì)應(yīng)用回收技術(shù)得到的水要進(jìn)行熱能回收裝置的加熱，這樣即使溫度較高的水也能被工業(yè)生產(chǎn)繼續(xù)需要，實(shí)現(xiàn)二次利用。在實(shí)現(xiàn)降低水溫作用的同時(shí)，對(duì)于高壓泵把水壓進(jìn)到鍋爐也有很大的作用，最大程度的發(fā)揮鍋爐余熱作用。

3.2 鍋爐煙氣冷凝熱能回收的發(fā)展前景

鍋爐煙氣冷凝熱能回收裝置最大的優(yōu)勢(shì)就是其本身質(zhì)量輕、體積小、所占的空間比例小。并且在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的煙氣流動(dòng)阻力也相對(duì)較小，這些鮮明的優(yōu)勢(shì)確保鍋爐供熱系統(tǒng)在源動(dòng)力條件下，能夠保持穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)展[6]。與此同時(shí)，如果對(duì)這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用得當(dāng)，還會(huì)給使用鍋爐余熱的用戶帶來(lái)更多的體驗(yàn)和選擇，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)企業(yè)的改造升級(jí)，還能夠?yàn)槿藗兩钐峁┴S富的用水，另外充分發(fā)揮設(shè)備當(dāng)中的冷凝換熱器的作用，將其發(fā)展為新型的冷凝式天然氣。相信在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，如果將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在我國(guó)的天然氣利用設(shè)備開(kāi)發(fā)中，對(duì)其進(jìn)行有效的推廣，那么將會(huì)產(chǎn)生可預(yù)見(jiàn)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。為我國(guó)鍋爐行業(yè)發(fā)展提供新的技術(shù)支持，從而獲得更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

4? 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，在冶金工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，工業(yè)鍋爐一直是主要的動(dòng)力來(lái)源。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)鍋爐影響著不同工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程，但同時(shí)也存在能源過(guò)渡消耗的問(wèn)題，鍋爐內(nèi)的熱能回收利用大大降低?，F(xiàn)階段我國(guó)正處在能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化的關(guān)鍵時(shí)期，鍋爐方面的技術(shù)越來(lái)越成熟，要積極采取有效的措施提高鍋爐的熱能回收利用率，確保水資源和熱能能夠得到充分利用，在不斷提高我國(guó)的能量供應(yīng)的基礎(chǔ)上，讓企業(yè)達(dá)到節(jié)能降耗的目的，最終幫助工業(yè)企業(yè)在社會(huì)當(dāng)中產(chǎn)生較為理想的社會(huì)效益和價(jià)值。

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