鍋爐煙氣余熱回收技術的應用探討

田躍平

摘要：近年來，能源價格逐步攀升，同時世界能源也逐漸緊缺，我國雖然是能源大國，但是如不加強節能技術研究和應用，對于我國經濟的發展將是一個巨大的阻力。鍋爐煙氣攜帶著污染物，同時還帶走了大量的熱能，對煙氣進行合理處理，不僅可以減少污染物的排放，同時有效的利用了能量，降低了生產成本。因此，鍋爐煙氣余熱回收技術應該重點研究，并落到實處才行。

關鍵詞：余熱鍋爐；煙氣余熱回收技術；應用分析

1 鍋爐煙氣余熱回收的概念

燃氣鍋爐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到10%～11%，這部分水蒸氣排入大氣后冷凝，造成冒白煙現象，形成景觀污染，促使PM2.5排放指數增加。因此，深度回收利用包括水蒸氣氣化潛熱在內的煙氣余熱對節省能源和減少污染物排放量都有重要意義。

針對燃氣鍋爐煙氣余熱回收，傳統采用的技術是加裝冷凝換熱器和空氣預熱器，但實際使用中受到熱網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，可以有效地將煙氣余熱深度回收，將水蒸氣大部分潛熱轉移至供暖熱水側。

其原理是吸收式熱泵在天然氣燃燒高溫熱源的驅動下制取低溫冷水，鍋爐的煙氣作為吸收式熱泵的低溫熱源在噴淋塔內同低溫冷水進行直接接觸式換熱，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。該技術突破了熱網回水溫度的限制，可應用于回水溫度較高的供熱系統中。

2 鍋爐煙氣余熱回收技術原理

燃氣鍋爐的排煙溫度一般在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也加劇了環境的熱污染。通過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，也能夠將燃氣鍋爐的排煙溫度冷卻至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。當經過熱回收后的煙氣溫度低于露點溫度時，鍋爐效率理論可以提升 10%-15%，當經過熱回收后的煙氣溫度高于露點溫度時，鍋爐效率理論可以提升7% 左右。

3 煙氣余熱回收利用技術應用

3.1 回收鍋爐煙氣余熱設備

由于熱媒式換熱器具有較多的運轉設備，對設備養護工作需要較高的費用，同時提出了較為嚴格的系統要求，因此，在國內的使用比較少。熱管屬于一-種高效且新型的傳熱設備，傳遞內部的熱量主要依靠循環體系，它具有的熱導率相當于金屬的幾倍。熱管式換熱器使用的傳熱材質相較于其他類型的換熱器，在能源利用、廢熱回收、原料節約、成本節省等方面具有絕對的優勢，尤其是在回收中低溫余熱中的應用，并且大量應用于鍋爐回收余熱過程中，同時獲得了顯著的節能效果。

3.2 煙氣余熱回收裝置

如今，國內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、回轉式換熱器等等，在這之中，經常用的有熱管式與熱媒式。在這之中，熱媒式換熱器因為運轉設備相對較高，設備維護與用于運轉的費用相對較大，且對于系統方面的要求也較為嚴格，目前在國內運用相對較少。另外，熱管則是一種新型化與高效化的傳熱元件，其內部主要借助的是工質循環來傳輸熱量。

3.3 熱管式換熱器的應用

在鍋爐排氣熱通道安裝熱管設備能夠大大回收對煙氣余熱產生的熱量。安裝熱管是實施鍋爐煙氣余熱回收處理技術的最好選擇。安裝熱管設備后的鍋爐煙氣熱度會有所下降，適合安裝在任何類型的鍋爐，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。由于熱管材料感度超高，并且熱量的傳遞是通過真空傳播，真空的對空氣的熱量阻礙小，所以比起鐵質管、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點，適宜被應用于煙氣余熱的回收中，例如應用于石油工業、電站行業、氮肥行業等。在應用中應注意以下技術要點：一.為防止換熱器在工作 中阻礙煙氣流通而影響鍋爐產熱效率，應適當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生堵塞，發生爆炸等安全問題。二、注意換熱器的檢查修理問題，鍋爐燃燒產生煙氣，長期會在換熱器熱管外壁附著塵灰，影響換熱器的換熱效率。三、防止氣體在熱管內結垢現象的發生。由于換熱器工作要點是煙氣與水在交換器熱管內交換而降溫煙氣，在沖擊過程中水對煙氣的沖撞浸泡作用力會使煙氣中的顆粒物附著熱管內壁，水中礦物質也可能粘貼于熱管內壁，從而發生熱能回收的低效率，因此，應多加防范。

浙江職業技術學院供學生生活用蒸汽鍋爐的煙氣余熱回收項目便取得了極大的成功。運行一個月后，所有數據均達到預期標準，煙氣平均降低50℃左右，一年可產生60℃熱水約27830t，實際回收熱量5.24X10A9kJ，鍋爐效率提高2.1%。經過推算，該項目運行每一年可節省蒸汽2440t，可節省原煤824.7，直接經濟效益為481900元。

3.4 對冷凝水進行回收技術

我國陜西省能源中心吳仰天高級工程師發明設計的一種特效節能天然氣鍋爐，已經具備冷凝式鍋爐的概念。其結構特點是，燃燒器的噴頭從鍋爐底部沿燃燒室內壁的切線方向噴入天然氣燃燒。煙氣經爐膛和對流受熱面放熱后流到鍋爐側上方的換熱器，換熱器中設有排煙口和進水管，進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100%以上。

國內己研制出了冷凝式燃氣熱水器（爐）的樣機（包括冷凝式換熱器），但目前尚無產品上市。我國是一個發展中國家，保護環境和合理利用資源是基本國策，不能走先污染、后治理的老路。因此，必須首先廣泛開辟氣源，創造條件使用潔凈燃料。其次是大力研制冷凝式燃氣鍋爐，并將利用天然氣本身的特點，開發既能提高鍋爐熱效率，又能使附加產品得到綜合利用的系統，這將使保護環境和大幅度節約非常珍貴的清潔燃料―天然氣的有效方法。

帶有發電站的工業鍋爐，電站需要以水作為冷卻介質，對凝汽器中的蒸汽進行冷卻。汽輪機凝汽器熱交換后的冷卻水經冷卻設施冷卻降低溫度后，又輸送至凝汽器循環使用的供水系統。通常汽輪機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。但對這部份熱量進行回收，不僅可以減少熱損失，還降低了冷卻設備的負荷。

3.5 高溫爐渣余熱回收

蒸汽鍋爐在燃燒過程中會產生大量的高溫爐渣，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系到鍋爐的經濟運行。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。工業鍋爐在實現以上余熱回收之后，將大大減少熱量的損失，提高鍋爐熱效率。

4 結語

近些年來，鍋爐煙氣余熱利用技術作為節能、環保、安全、高效的可再生能源技術已日趨成熟，被不少專家和企業看好。據統計，我國有工業鍋爐50萬臺，總容量達180萬蒸噸/時。以生產每噸蒸汽消耗標煤130千克、鍋爐運行率54%計算，全年工業鍋爐消耗的標準煤高達11億噸。鍋爐熱效率每提高1%，就可節省標煤1100萬噸，減少二氧化碳排放4000多萬噸，經濟效益和環保效益顯著。

參考文獻

[1]徐鋼.電站鍋爐余熱回收利用及尾部受熱面綜合優化[J].中國電機工程學報，2013，33（14）.

[2]吳華新.低位煙氣余熱回收利用狀況述評[J].熱能動力工程，2012（3）.

[3]吳成軍，馮展管，孫英文.燃煤電站煙氣余熱利用系統研究[J].山東工業技術，2016（1）.

[4]王加龍，吳靜怡.煙氣余熱深度回收方案及成本最優模型分析[J].化工學報，2012（5）.

（作者單位：富爾頓熱能設備有限公司）