燃料爐余熱利用中的簡易余熱鍋爐的設計與制造

吳翔

摘 要:采用燃料加熱的工業爐在國內運用很普遍,但其實際熱能利用率往往只有50%～60%。很大部分的余熱都流失浪費了。本文介紹一種簡易的余熱利用熱水鍋爐,簡單易行,并使由煙囪排出的廢氣溫度降低到300℃以下。這種余熱鍋爐投資少、制造方便、操作簡單和運行平穩,可供需熱水的中小企業參考采用。

關鍵詞:燃料爐廢熱利用余熱鍋爐

中圖分類號:TK229 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0096-01

以燃料為能源的工業用爐在國內應用較普遍,燃料種類很多,有固體如:煤和焦炭,有液體如:煤油、重油和渣油,以及氣體如:天然氣、煤氣和液化石油氣等。燃料爐結構的一個共同點就是都有排煙道和煙囪。在一般機械加工企業中工業爐的能源消耗要占全廠總能耗的60%以上,而對有熱加工的企業能源消耗達80%以上,工業爐的使用主要在鍛造用爐、熱處理爐、表面處理爐(如熱鍍用爐和化學/氧化/磷化用爐)、鑄造用爐和烘干爐等。而它們的熱利用率很低,鍛造加熱爐熱效率不到15%,連續加熱爐熱效率為30%,而其他加熱爐的熱效率也在30%～60%之間,其中排煙系統的熱損失卻達35%以上[1]。燃煤鍋爐的熱效率為60%～65%[2]。大型企業的大型工業爐在煙道系統內大都置有空氣預熱器、節煤器和余熱鍋爐等裝置來進行余熱利用。而中小企業,常因購置余熱利用設備投資較大,且無技術設計能力,而讓這部分能源白白浪費。其結果是既不經濟又不低碳環保。

本文提供一種簡易余熱熱水鍋爐的設計制造技術方案,供一些有燃料加熱爐的企業有所啟發和參考使用。此種余熱鍋爐曾用于鍛造加熱爐的煙道內,余熱鍋爐經過4h～6h加熱可產生8t～10t,70℃～80℃熱水供人們洗浴等使用,此余熱鍋爐使用得當時預期壽命在10年左右。

1余熱熱水鍋爐的加熱原理

圖1是簡易活動式加熱水套。它可簡單闡述余熱熱水鍋爐的加熱原理。一些工業加熱爐(如鍛造爐和熱處理爐)具有間斷生產使用特征,一次使用停爐后爐溫通常在800℃～1000℃高溫,爐子余熱尚可利用。根據爐膛或煙道形狀和尺寸大小,可以設計成各種形式的活動加熱水套,它可以是盤管式的,也可以是圓筒式的。為增加加熱效率還可以在外表面焊接翅片,制作材料方面管材可用10#鋼和20#鋼,板材可用Q235-B和Q345R。加熱水套與熱水儲罐配套使用,此兩設備用兩根鋼管連接一根是熱水管而另一根是冷水管。由于熱水輕冷水重的特性熱水套與熱水儲罐上部連接的管道為熱水管而下部連接的是冷水管,熱水夾套里水被加熱后通過上部管道流進熱水儲罐中,同時儲罐內冷水通過下部冷水管給熱水夾套補水,這樣就形成了冷熱水自動循環流動。由于熱水儲罐是常壓狀態使用的,一般不存在安全問題。而水儲罐外表面用保溫材料保溫以減少熱能損失。這種活動式加熱水套不但可用于燃料加熱爐,也可以用于電爐,如各種箱式電爐。

2固定式余熱熱水鍋爐

燃料爐都有煙道,有些鍋爐的煙道氣溫度高達700℃～800℃,要利用這部分熱能使我們能夠實實在在地做到節能和低碳排放工作,還能提高經濟效益。若不加以利用而白白損失是很可惜的。這部分余熱占總量高達35%以上[1]。大型燃料加熱爐設計時往往都配套空氣預熱器和余熱鍋爐使用[3],而小型燃料加熱爐可配備一種簡易余熱熱水鍋爐,利用小型燃料加熱爐的余熱,達到節能減排效果。雖然利用余熱與大型鍋爐比利用率較小,但是此種小型燃料加熱爐在企業中用的較普遍數量較多,其總量還是較大的社會效益不錯。固定式余熱熱水鍋爐,放置在煙道內,不需要特別維護,使用壽命常超過主設備燃料爐本身。下面對一小型熱浸鍍鋁和鍍鋅廠的燃料爐(煤氣發生爐)的廢熱利用作已簡單介紹。

2.1 固定式余熱熱水鍋爐的設計

2.1.1 余熱熱水鍋爐在燃料爐煙道中的布置

近年來,許多小企業建設小型燃料爐時,許多采用水煤氣發生爐。為一小型水煤氣發生爐用于加熱井式坩堝熔鋁爐。熔鋁溫度為700℃～750℃。爐膛溫度為800℃～950℃,井式加熱爐煙道在爐底側,煙道出口廢氣溫度為750℃～800℃。水平煙道內放置兩段串聯水套式余熱鍋爐。它與置于高處的水儲罐因熱水輕冷水重而形成水流自動循環系統。水流循環系統中7為三通調節閥,可調節進入熱水循環加熱管8中的熱水量。熱水循環加熱管用于鍍鋁工藝中的鋼件除油脂溶液池以及鍍鋁前的助鍍劑熱水溶劑池中。此兩池的溫度都在70℃～90℃之間,回流管通過三通閥7仍流入水儲罐5中。若水儲罐溫度太高,可通過熱水出口管6排入洗浴等生活用熱水箱中。

2.1.2 簡易余熱熱水鍋爐結構

簡易余熱熱水鍋爐安置在工業燃料爐的排煙道位置,豎向煙道和橫向煙道均可按實際情況進行安放。其結構就是一個固定管板換熱器,其中煙道廢氣進入管束,管程通道截面積大小應按大于煙道中最窄處截面面積考慮,以防止排煙不暢。為增加鋼管煙道壽命,可采用20#鋼管內表面進行熱浸鍍鋁并再加熱滲鋁的方式,以獲得耐高溫耐磨蝕效果。管板外表面也可參照處理。余熱鍋爐設計和制造均要有壓力容器許可資質的單位進行。

3簡易余熱水套式鍋爐的特點

(1)煙道中30%～35%的余熱利用符合國家節能減排的政策要求。

(2)其技術簡單,投資較小,制造方便,不需要復雜的加工工藝,所用的材料普通供材方便。

(3)節省了企業購買快開熱水爐,用余熱鍋爐取代,減少投資。

(4)降低工業鍍鋁工藝的能源消耗,節約成本。

(5)延長了煙道和煙囪的使用壽命。

(6)減少有害氣體排放,達到節能減排目的。

(7)無需專人管理,設備維護方便,一般熱浸鍍鋁鍋更換周期不到1年,因此,在更換或大修熱浸鍍鋁鍋時,可以一并檢查和維修余熱鍋爐。

本文只是舉例在熱浸鍍鋁企業的運用,也可以在其他有燃料鍋爐的企業運用。故此余熱熱水鍋爐在工礦企業的運用應該是非常廣泛的,其節能減排效果也非常顯著。

參考文獻

[1] 曹正明.工業爐技術問答[M].北京:機械工業出版社,1998.

[2] 趙欽新,王善武.我國工業鍋爐未來發展分析[J].工業鍋爐,2007.

[3] 張冬潔,徐建炎.余熱鍋爐可視化熱力計算程序的開發[J].節能,2010.