余熱回收：改善霧霾另辟蹊徑的辦法

　  我們國家經(jīng)濟、能源結(jié)構(gòu)更加依賴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，卻要費時費力地專門棄置處理掉！

　　我們國家近今年積極采取“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，越來越多的工業(yè)生產(chǎn)中會去將廢棄的熱量回收利用起來，以減少煤炭消耗并治理霧霾了。

　　這些廢棄熱量被稱為余熱，是工業(yè)生產(chǎn)過程中附帶產(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)針對這些生產(chǎn)附屬品往往投資配置大型冷卻塔，經(jīng)過處理將這些熱量白白排放到大氣中，實在可惜！

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)化過程中快速增長的供熱（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提供。我們國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)鼓勵通過改革供熱體制、創(chuàng)新投融資和運營模式，幫助推廣余熱回收。力爭實現(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政投入、居民適當(dāng)降低供熱費用支出等多方共贏局面。終目的，還是要通過余熱回收，減少能源消耗，改善空氣質(zhì)量！

由于中國多年的工業(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。為迎合國情工業(yè)在迅猛發(fā)展的同時也造成了霧霾等空氣污染的日益嚴(yán)重，國家意識到這一點后發(fā)表了不少有關(guān)工業(yè)發(fā)展中保護環(huán)境的政策。

而工業(yè)的迅猛發(fā)展也給環(huán)保帶來了曙光。當(dāng)煙道氣通過通道中的傳熱表面時，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。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題，同時也是工業(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)還是實際余熱回收效果來看都有了非常大的改進。

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，通過熱交換熱能傳遞給常溫?zé)崴?，實現(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)計算，鍋爐熱效率可達(dá)到和超過109%。

1、路點計算

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，將有水滴析出，此時的溫度即為路點溫度。上料部分結(jié)構(gòu)較為簡單，由料槽和軋輥組成，布進入料槽內(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行，當(dāng)空氣過量系數(shù)α為1.1時(本文中的計算均以此作為計算依據(jù))，其相應(yīng)的煙氣路點溫度是57℃。

通過觀察可知，煙氣路點溫度隨過量空氣系數(shù)的變化而變化。整緯器現(xiàn)定型機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，可通過光電效應(yīng)出布的緯斜。因為根據(jù)道爾頓分壓定律，路點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，隨著過量空氣系數(shù)的增加，煙道中水蒸氣的相對體積減小，水蒸氣的容積份額會有所下降，其路點溫度也隨之降低。實際上，雖然各地方中成分含量有所不同，其他成分影響很小，經(jīng)計算的溫度誤差不超過0.3%(符合實際要求的范圍)，并且由于實際燃燒的影響因素較多，也使得計算不可能達(dá)到很準(zhǔn)確，通常是在理論值附近的一個范圍內(nèi)波動，在實際應(yīng)用中還需根據(jù)不同情況進行修正分析。

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，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潛熱加以回收利用，對以低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)進行計算的熱效率至少可提高到10%以上。1、路點計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，將有水滴析出，此時的溫度即為路點溫度。并且隨著排煙溫度的降低，煙氣的顯熱損失也會相對減小，那么熱效率的提高將更為明顯，進一步證明降低排煙溫度對鍋爐效率提高的重要意義。

進一步計算可以得出在不同排煙溫度下鍋爐實際熱效率的變化趨勢。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)，但沒有能力將其推向市場。鍋爐效率隨著排煙溫度的變化分為2個比較明顯的區(qū)域：在60～180℃變化緩慢，而在20～60℃變化較大。這主要是因為排煙損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，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程將余熱回收器管排設(shè)計成膜式管排(或H型管排)，這種結(jié)構(gòu)迫使煙氣流動趨于層流，管排間沒有煙氣擾動，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程

將余熱回收器管排設(shè)計成膜式管排(或H型管排)，這種結(jié)構(gòu)迫使煙氣流動趨于層流，管排間沒有煙氣擾動，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，煙氣擾動比較弱，緩解了飛灰對省煤器的磨損。煙氣流速對受熱面的磨損影響大，布置受熱面時煙氣流速不宜過大，設(shè)計時通過調(diào)整管排橫向截距，來改變受熱面的煙速，可有效避免余熱回收器管排的磨損問題。

2、煙道阻力

鍋爐整個煙道阻力主要由引風(fēng)機和煙囪自拔力來克服，其中引風(fēng)機是主要因素。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號爐熱力計算結(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是否對引風(fēng)機進行改造，進一步提高出力，確保安裝余熱回收器后鍋爐本體的正常運行，視現(xiàn)場情況確定。

3、一直被擔(dān)憂的小問題——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，因為蒸汽的溶鹽能力與水比較相差很大。而在余熱回收系統(tǒng)中溫度也不會超過120℃，整個系統(tǒng)仍處于液相，管內(nèi)壁結(jié)垢問題較小。

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，對有色企業(yè)實行節(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發(fā)利用產(chǎn)業(yè)體系。到2010年，全國煤層氣(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)?，獨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)，對有條件的化工企業(yè)和焦化企業(yè)進行節(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;引進先進節(jié)能設(shè)備及材料，淘汰落后的高能耗設(shè)備。這種定型機的鏈條同別的定型機有所不同，它可以分別控制每段針鋏的拉伸，從而做出好的效果，而有些定型機，不能調(diào)節(jié)每段針鋏，只能調(diào)成長方形或梯形。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，鼓勵集中建設(shè)公用工程以實現(xiàn)能量梯級利用。