余熱回收：改善霧霾另辟蹊徑的辦法

　  我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)、能源結(jié)構(gòu)更加依賴(lài)以煤為主的化石燃料，這些是大氣污染的根本原因，而冬季霧霾更加嚴(yán)重的主要原因就在于北方地區(qū)的冬季供暖。

　然而，現(xiàn)實(shí)中荒誕的一幕是：

　　一方面，為采暖我們不惜嚴(yán)重污染大氣，每年北方地區(qū)采暖用能超過(guò)1.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤（燃煤約占90%）！

　　另一方面，同樣在北方地區(qū)，每年有約3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱能觸手可及，卻要費(fèi)時(shí)費(fèi)力地專(zhuān)門(mén)棄置處理掉！

　　我們國(guó)家近今年積極采取“煤改電”、“煙氣處理指標(biāo)“等舉措，以改善解決燃煤供暖造成的巨量污染。除去“煤改電”這些公共設(shè)施，我們把視線放在工業(yè)上，尤其是那些燃煤工業(yè)企業(yè)如何盡

可能去減少大氣污染呢？

　　對(duì)于工業(yè)企業(yè)，重要的當(dāng)然是提高煙氣處理標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，越來(lái)越多的工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)去將廢棄的熱量回收利用起來(lái)，以減少煤炭消耗并治理霧霾了。

　　這些廢棄熱量被稱(chēng)為余熱，是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中附帶產(chǎn)生的熱量，比如工業(yè)廢水中熱量，冷卻水中的熱量。工業(yè)企業(yè)針對(duì)這些生產(chǎn)附屬品往往投資配置大型冷卻塔，經(jīng)過(guò)處理將這些熱量白白排放到大氣中，實(shí)在可惜！

余熱回收，就是利用熱泵回收這些“廢熱”，將其處理并傳導(dǎo)至城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)，提高能源利用效率，緩解城鎮(zhèn)化過(guò)程中快速增長(zhǎng)的供熱（包括供暖和供生活熱水）需求與環(huán)境壓力之間的矛盾。

熱電廠余熱回收集中供暖系統(tǒng)配置

政府政策中已有規(guī)劃，到2020年全部供暖用熱中的四分之一都由余熱回收來(lái)提供。我們國(guó)家最近今年積極采取“煤改電”、“煙氣處理指標(biāo)“等舉措，以改善解決燃煤供暖造成的巨量污染。我們應(yīng)鼓勵(lì)通過(guò)改革供熱體制、創(chuàng)新投融資和運(yùn)營(yíng)模式，幫助推廣余熱回收。力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)熱源供應(yīng)單位節(jié)能節(jié)水增收、地方政府減少供熱財(cái)政投入、居民適當(dāng)降低供熱費(fèi)用支出等多方共贏局面。終目的，還是要通過(guò)余熱回收，減少能源消耗，改善空氣質(zhì)量！

由于中國(guó)多年的工業(yè)發(fā)展，以煤炭作為主要燃料的工業(yè)鍋爐仍占據(jù)著主導(dǎo)地位。為迎合國(guó)情工業(yè)在迅猛發(fā)展的同時(shí)也造成了霧霾等空氣污染的日益嚴(yán)重，國(guó)家意識(shí)到這一點(diǎn)后發(fā)表了不少有關(guān)工業(yè)發(fā)展中保護(hù)環(huán)境的政策。

而工業(yè)的迅猛發(fā)展也給環(huán)保帶來(lái)了曙光。當(dāng)煙道氣通過(guò)通道中的傳熱表面時(shí)，溫度下降到低于溫度，從而使排氣中的水蒸氣。以此種清潔能源為燃料的鍋爐將會(huì)逐漸增多。與燃煤相比，燃燒雖然排放的氮氧化物的含量很少，減輕了對(duì)環(huán)境的壓力，但燃燒后產(chǎn)生的大量水蒸氣隨高溫?zé)煔馀欧诺江h(huán)境中，造成了能量的嚴(yán)重浪費(fèi)。而采用冷凝式鍋爐將高溫?zé)煔庵械娘@熱和潛熱予以回收，可以達(dá)到充分利用能源降低運(yùn)行成本的效果。

一、環(huán)保鍋爐的秘密——冷凝置換器

冷凝式換熱器就是增設(shè)在鍋爐尾部的余熱回收裝置，當(dāng)煙氣在通道內(nèi)通過(guò)傳熱面，溫度降至溫度以下，從而使排煙中的水蒸氣凝結(jié)釋放潛熱傳遞給回收工質(zhì)，可以將排煙中大量的能量加以回收利用，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。該工程即可以解決員工洗浴問(wèn)題，同時(shí)也是工業(yè)用熱水很好的解決方案。隨著制造工業(yè)的不斷發(fā)展，各種新型冷凝換熱裝置層出不窮，不論從結(jié)構(gòu)還是實(shí)際余熱回收效果來(lái)看都有了非常大的改進(jìn)。

二、煙氣分析

成分絕大部分為烴，燃?xì)忮仩t排煙中水蒸氣的含量較高，分析表明，排煙中可利用的熱能中，水蒸氣的汽化潛熱所占的份額相當(dāng)大。余熱回收的工作原理就是利用壓縮中的高溫油氣熱能，通過(guò)熱交換熱能傳遞給常溫?zé)崴?，?shí)現(xiàn)熱能利用。每1m3燃燒后可以產(chǎn)生1.55千克水蒸氣，具有可觀的汽化潛熱，大約為3700kJ/Nm3，占的低位發(fā)熱量的10%以上。傳統(tǒng)鍋爐中，排煙溫度一般在160～250℃，煙氣中的水蒸氣仍處于過(guò)熱狀態(tài)，不可能凝結(jié)成液態(tài)的水而放出汽化潛熱。因此傳統(tǒng)的鍋爐理論熱效率一般只能達(dá)到95%左右，利用冷凝式換熱器只要把煙氣溫度降到煙氣路點(diǎn)溫度以下，就可回收煙氣中的顯熱和水蒸氣的凝結(jié)潛熱，按低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)計(jì)算，鍋爐熱效率可達(dá)到和超過(guò)109%。

1、路點(diǎn)計(jì)算

在水蒸氣分壓力不變的情況下，使空氣冷卻至飽和濕蒸汽狀態(tài)時(shí)，將有水滴析出，此時(shí)的溫度即為路點(diǎn)溫度。上料部分結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，由料槽和軋輥組成，布進(jìn)入料槽內(nèi)，帶上化工料，然后經(jīng)軋輥將多余的化工料壓榨干凈。燃燒特性分析(以1m3計(jì)算)煙氣中水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)達(dá)17˙4%，若燃燒在大氣壓力下進(jìn)行，當(dāng)空氣過(guò)量系數(shù)α為1.1時(shí)(本文中的計(jì)算均以此作為計(jì)算依據(jù))，其相應(yīng)的煙氣路點(diǎn)溫度是57℃。

通過(guò)觀察可知，煙氣路點(diǎn)溫度隨過(guò)量空氣系數(shù)的變化而變化。整緯器現(xiàn)定型機(jī)上所配置的整緯器為MahloRFMC94H型光電整緯器，Mahlo光電整緯器上有四套感應(yīng)器，每套感應(yīng)器包括發(fā)光和感光兩部分，可通過(guò)光電效應(yīng)出布的緯斜。因?yàn)楦鶕?jù)道爾頓分壓定律，路點(diǎn)溫度的高低與煙道中水蒸氣的分壓量(即水蒸氣的含量)成正比，隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增加，煙道中水蒸氣的相對(duì)體積減小，水蒸氣的容積份額會(huì)有所下降，其路點(diǎn)溫度也隨之降低。實(shí)際上，雖然各地方中成分含量有所不同，其他成分影響很小，經(jīng)計(jì)算的溫度誤差不超過(guò)0.3%(符合實(shí)際要求的范圍)，并且由于實(shí)際燃燒的影響因素較多，也使得計(jì)算不可能達(dá)到很準(zhǔn)確，通常是在理論值附近的一個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用中還需根據(jù)不同情況進(jìn)行修正分析。

2、熱效率解析

煙氣中的熱量以顯熱和潛熱2種形式存在，因此鍋爐的熱損失也由煙氣的顯熱損失和潛熱損失組成。由于管內(nèi)呈真空狀態(tài)，熱阻很小，所以熱管有很好的等溫特性，即上端與下端溫差很小，有超導(dǎo)特性。而顯熱損失取決于煙氣的溫度和煙氣組分的熱容量;潛熱損失則取決于煙氣中以水蒸氣形態(tài)存在的水量的多少。當(dāng)水蒸氣冷凝時(shí)，煙氣中存在復(fù)雜的現(xiàn)象：由于水蒸氣分壓力較低，并且在冷凝液膜附近主要是不凝氣體，如N2、CO2、O2等，煙氣中水蒸氣需要穿過(guò)不凝氣體層才能達(dá)到液膜表面發(fā)生冷凝。煙氣中水蒸氣冷凝率等于由單位體積燃燒生成煙氣所產(chǎn)生的凝結(jié)水量與燃燒所生產(chǎn)的水蒸氣量的比值，其中，燃燒所產(chǎn)生的水蒸氣包括燃燒生成的水蒸氣及空氣和燃?xì)馑鶐氲乃魵狻?

僅煙氣中的潛熱就對(duì)鍋爐的熱效率影響如此巨大，倘若能將排煙溫度降低到以下對(duì)潛熱加以回收利用，對(duì)以低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算的熱效率至少可提高到10%以上。1、路點(diǎn)計(jì)算在水蒸氣分壓力不變的情況下，使空氣冷卻至飽和濕蒸汽狀態(tài)時(shí)，將有水滴析出，此時(shí)的溫度即為路點(diǎn)溫度。并且隨著排煙溫度的降低，煙氣的顯熱損失也會(huì)相對(duì)減小，那么熱效率的提高將更為明顯，進(jìn)一步證明降低排煙溫度對(duì)鍋爐效率提高的重要意義。

進(jìn)一步計(jì)算可以得出在不同排煙溫度下鍋爐實(shí)際熱效率的變化趨勢(shì)。因此，當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)不是那么發(fā)達(dá)，或者總有這樣的技術(shù)，但沒(méi)有能力將其推向市場(chǎng)。鍋爐效率隨著排煙溫度的變化分為2個(gè)比較明顯的區(qū)域：在60～180℃變化緩慢，而在20～60℃變化較大。這主要是因?yàn)榕艧煋p失中水蒸氣潛熱損失占的比例大于煙氣顯熱的結(jié)果。當(dāng)鍋爐排煙溫度降到20℃時(shí)，鍋爐效率理論上可達(dá)107.4%。

排煙中的水蒸氣潛熱在57℃以下才能得以回收，能夠回收的熱量依賴(lài)于所要求的利用溫度和利用率。三、余熱回收1、避免余熱回收器受熱面的磨損的全過(guò)程將余熱回收器管排設(shè)計(jì)成膜式管排(或H型管排)，這種結(jié)構(gòu)迫使煙氣流動(dòng)趨于層流，管排間沒(méi)有煙氣擾動(dòng)，在同樣煙速下，與螺旋肋片式和光管式相比較是最不易磨損的受熱面布置形式。如果利用溫度接近排煙的溫度，僅能回收較少的熱量。利用溫度越低，回收的熱量越多。因此，低溫下余熱冷水可獲得高的回收率，而在較高的溫度下輸出熱能會(huì)降至可以回收的能量數(shù)量。

三、余熱回收

1、避免余熱回收器受熱面的磨損的全過(guò)程

將余熱回收器管排設(shè)計(jì)成膜式管排(或H型管排)，這種結(jié)構(gòu)迫使煙氣流動(dòng)趨于層流，管排間沒(méi)有煙氣擾動(dòng)，在同樣煙速下，與螺旋肋片式和光管式相比較是不易磨損的受熱面布置形式。分析表明，在煙氣中可用的熱能中，水蒸氣的蒸發(fā)潛熱占相當(dāng)大的份額。而且由于每個(gè)煙道的邊界管排與煙氣的磨擦，而形成中間流速高，兩邊流速低的分布方式。因此，管壁附近煙氣流速低于平均值，煙氣擾動(dòng)比較弱，緩解了飛灰對(duì)省煤器的磨損。煙氣流速對(duì)受熱面的磨損影響大，布置受熱面時(shí)煙氣流速不宜過(guò)大，設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)調(diào)整管排橫向截距，來(lái)改變受熱面的煙速，可有效避免余熱回收器管排的磨損問(wèn)題。

2、煙道阻力

鍋爐整個(gè)煙道阻力主要由引風(fēng)機(jī)和煙囪自拔力來(lái)克服，其中引風(fēng)機(jī)是主要因素。2、熱效率解析煙氣中的熱量以顯熱和潛熱2種形式存在，因此鍋爐的熱損失也由煙氣的顯熱損失和潛熱損失組成。安裝余熱回收器后鍋爐整體煙氣阻力必然增加。以某電廠3號(hào)爐熱力計(jì)算結(jié)果為例，煙道阻力增加約70Pa左右。在加裝余熱回收器的同時(shí)是否對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，進(jìn)一步提高出力，確保安裝余熱回收器后鍋爐本體的正常運(yùn)行，視現(xiàn)場(chǎng)情況確定。

3、一直被擔(dān)憂的小問(wèn)題——余熱回收器管內(nèi)壁結(jié)垢

受熱面管內(nèi)壁結(jié)垢主要發(fā)生在蒸發(fā)段，因?yàn)檎羝娜茺}能力與水比較相差很大。而在余熱回收系統(tǒng)中溫度也不會(huì)超過(guò)120℃，整個(gè)系統(tǒng)仍處于液相，管內(nèi)壁結(jié)垢問(wèn)題較小。

二、余熱余壓回收利用的主要技術(shù)

1、鋼鐵行業(yè)

逐步推廣干法熄焦技術(shù)、高爐爐頂壓差發(fā)電技術(shù)、純燒高爐煤氣鍋爐技術(shù)、低熱值煤氣燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼技術(shù)、蓄熱式軋鋼加熱爐技術(shù)。建設(shè)高爐爐頂壓差發(fā)電裝置、純燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電裝置、低熱值高爐煤氣發(fā)電-燃汽輪機(jī)裝置、干法熄焦裝置等。

2、有色金屬行業(yè)

推廣煙氣廢熱鍋爐及發(fā)電裝置，窯爐煙氣輻射預(yù)熱器和廢氣熱交換器，回收其他裝置余熱用于鍋爐及發(fā)電，對(duì)有色企業(yè)實(shí)行節(jié)能改造，淘汰落后工藝和設(shè)備。

3、煤炭行業(yè)

推廣抽采技術(shù)和利用技術(shù)，逐步建立煤層氣和煤礦開(kāi)發(fā)利用產(chǎn)業(yè)體系。到2010年，全國(guó)煤層氣(煤礦)產(chǎn)量達(dá)100億立方米，其中，地面抽采煤層氣50億立方米，利用率100%;井下抽采50億立方米，利用率60%以上。

4、化工行業(yè)

推廣焦?fàn)t氣化工、發(fā)電、民用燃?xì)?，?dú)立焦化廠焦化爐干熄焦，節(jié)能型生產(chǎn)技術(shù)，純堿余熱利用，密閉式爐，硫酸余熱發(fā)電等技術(shù)，對(duì)有條件的化工企業(yè)和焦化企業(yè)進(jìn)行節(jié)能改造。

5、其他行業(yè)

玻璃生產(chǎn)企業(yè)也推廣余熱發(fā)電裝置，吸附式制冷系統(tǒng)，低溫余熱發(fā)電-制冷設(shè)備;推廣全保溫富氧、全氧燃燒浮法玻璃熔窯，降低煙道散熱損失;引進(jìn)先進(jìn)節(jié)能設(shè)備及材料，淘汰落后的高能耗設(shè)備。這種定型機(jī)的鏈條同別的定型機(jī)有所不同，它可以分別控制每段針?shù)e的拉伸，從而做出好的效果，而有些定型機(jī)，不能調(diào)節(jié)每段針?shù)e，只能調(diào)成長(zhǎng)方形或梯形。在紡織、輕工等其他行業(yè)推廣供熱鍋爐壓差發(fā)電等余熱、余壓、余能的回收利用，鼓勵(lì)集中建設(shè)公用工程以實(shí)現(xiàn)能量梯級(jí)利用。