冶金工業生產中提高鍋爐熱能回收利用的有效措施

吳窮 王沖

摘? 要：在我國經濟發展的過程中，工業鍋爐一直是影響我國經濟平穩發展的強大動力來源，工業活力的存在，對各行各業的發展都具有一定的推進作用。但同時也在能源方面得到了大量的消耗。工業鍋爐的工作運行的過程中會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，造成了嚴重的能源浪費現象。在這樣的背景下，本文對冶金工業中的鍋爐本身的特點進行分析，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，為我國能量事業的發展提供有價值的參考。

關鍵詞：鍋爐? 熱能回收? 煤氣系統? 冶金工業

中圖分類號：TK229? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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

現階段，我國在冶金工業生產方面的技術越來越成熟，隨著該技術的不斷升級創新，對能源的管理和應用的要求也越來越嚴格，但目前我國對冶金能源的利用不徹底，剩余的殘渣會嚴重污染周圍的環境，并且形勢非常嚴峻。因此，在冶金生產的過程中，為了確保冶金企業未來的發展更長遠，首要任務就是要做好工業鍋爐的節能利用工作。冶金生產時會產生大量的煤氣，這些煤氣如果利用得當，不僅是優質的可再生能源，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程中的煤氣，同時高效回收鍋爐的熱能，在提高能源利用率的同時還起到保護環境的重要作用[1]。

1? 鍋爐的特點及熱回收效率的影響因素

1.1 鍋爐的特點

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，因溫度的升高而發生質變，逐漸蒸發成水蒸氣的形式，同時在轉化的過程中，會發生顯熱與潛熱兩種情況的交替現象，然而在熱水式鍋爐中僅會發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，不難發現和蒸汽鍋爐相比，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聯關系，根據水蒸氣的燃燒化學公式不難發現。燃燒產生的天然氣含量與水蒸氣的含量比例是1：3，也就是說燃燒1m3的天然氣，能夠產生3m3的水蒸氣。那么同理當人們在燃燒的過程中，所產生的顯熱是100kw時，其潛熱會產生11kw左右。在冶金工業生產的過程中，可以借助冷凝回收裝置，全面調控排氣的溫度，從而達到降低排氣溫度的明顯效果。最終實現整個系統中煙氣顯熱降低的現象。除此之外，還可以借助一系列的操作，收集在燃燒過程中所產生的水蒸氣，在大多數情況下，飽和的煙氣成分也會存在一定的差異性，這將會直接影響煙氣在降溫和放熱過程中釋放的熱量是不同的，即使相同的煙氣，也會因降溫范圍的不同而造成產生的熱量也是不同的[3]。

（2）進入熱回收裝置額水溫和水量，鍋爐回收的余熱對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用水上。一定要控制好進入回收裝置的水的溫度，溫度越低，溫差就會增大，就會影響水流量也增大，水流量的大小就會間接的影響熱效率，從而影響回收裝置內水的狀態。因此，一定要保證熱回收裝置內水的溫度，從而增大水流量，降低裝置內水的流動阻力，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

冷凝式鍋爐主要是在傳統的鍋爐基礎上安裝了冷凝式換熱器，一般傳統的冶金鍋爐，往往會為了防止低溫狀態下鍋爐內壁出現嚴重的腐蝕現象，故意將排煙溫度控制在較高的范圍內，而這樣的溫度是大于鍋爐煙氣中水蒸氣露點，煙氣中會存在大量沒有被回收的而被浪費掉的熱量。同時還會因為水蒸氣為達到指定的冷凝狀態，而造成很多熱力無法得到回收和利用，造成了鍋爐熱效率低下。與傳統的鍋爐形式相比，冷凝式鍋爐有很多優勢，具體如表1所示。

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

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，保證其中的煙氣和被加熱的介質之間不會直接進行接觸，而是通過系統內部，對煙氣進行冷卻，然后再進行加工處理。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構。（1）熱管式換熱器自身最主要的特點是結構簡單，且操作不復雜，投資成本較小，無需占用大面積的空間。而它最明顯的問題是生產過程中很容易出現水溶液腐蝕問題，并且很難采取手段對其加以控制。并且很難分辨熱管的質量，非常容易出現生產故障。（2）在中間的板片式換熱交換。這種結構的特點是運行維護操作相對簡單，而且結構設計極易拆裝，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壁的管道內流動，而冷卻水在管道外流動，計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]。燃燒的過程中，鍋爐內的煙氣通過管道將熱量傳遞給循環水，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。在運行過程中，高溫煙氣在板翅式換熱器的外側流動，利用管道間壁將熱量傳遞給管道內的流動循環水，這種換熱器的主要特點就是換熱效率高，換熱面積大，并且結構簡單，容易操作。

2.3 直接接觸冷凝式

水在直接接觸系統后進入熱煙氣中，可以直接利用噴嘴用逆向流通的方式。當水在煙氣中的含量累計到一定量時，其煙氣就能立即被冷卻到飽和溫度之下。這種設備的突出特點是設計結構簡單，金屬消耗量少，總熱阻相對較小，并且在一定條件下，換熱系數高，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，經過水洗后，可以直接溶于水中，有效防止產生的污染性氣體對環境總造成不利的影響。特別是在水質要求不高的條件下，這種形式的熱回收裝置的節能效果將會更加明顯，并且冷凝水還可以循環反復再利用。雖然有以上的很多優點，但因為煙氣中的酸性物質一旦溶于水溶液中，水溶液會立即呈現酸性反應，現階段的技術條件還不成熟，在酸性溶液未加工的條件下很難直接使用，通常需要進行二次處理，因此不僅會增加額外的投資費用，還會給管理帶來一定的風險。在工業生產過程中，蒸汽鍋爐會產生較高的排煙溫度，補水相對較少，因此需要將所有的余熱都用來進行補水，在對鍋爐進行補水的同時，確保余熱能夠被再次利用。另外，通過對熱能回收裝置的充分利用，實現對溫度較高的水的循環利用，與此同時降低水的溫度，從而確保高壓泵將水壓入鍋爐里。這樣的一系列操作下來，就可以基本解決工業上對鍋爐水溫的控制，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，在對鍋爐進行改造升級的過程中，一定要從實際出發，按照需求進行改造，科學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用及發展前景

3.1 冷凝熱回收方式供熱系統方案的研究

在工業生產和發展的實際過程中，使用蒸汽鍋爐進行排煙的溫度相對較高，但在這個過程中卻補水較少，為了保持溫度的穩定性，要對余熱加以利用，用余熱用來補水，在補水比較充足的條件下，就可以對考慮將多余的費用用在其他用途的開發利用上，對應用回收技術得到的水要進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生產繼續需要，實現二次利用。在實現降低水溫作用的同時，對于高壓泵把水壓進到鍋爐也有很大的作用，最大程度的發揮鍋爐余熱作用。

3.2 鍋爐煙氣冷凝熱能回收的發展前景

鍋爐煙氣冷凝熱能回收裝置最大的優勢就是其本身質量輕、體積小、所占的空間比例小。并且在生產運行過程中的煙氣流動阻力也相對較小，這些鮮明的優勢確保鍋爐供熱系統在源動力條件下，能夠保持穩定的運轉和發展[6]。與此同時，如果對這項技術運用得當，還會給使用鍋爐余熱的用戶帶來更多的體驗和選擇，不僅能夠實現工業企業的改造升級，還能夠為人們生活提供豐富的用水，另外充分發揮設備當中的冷凝換熱器的作用，將其發展為新型的冷凝式天然氣。相信在未來的發展過程中，如果將此項技術應用在我國的天然氣利用設備開發中，對其進行有效的推廣，那么將會產生可預見的社會效益和經濟效益。為我國鍋爐行業發展提供新的技術支持，從而獲得更長遠的發展。

4? 結語

總體來說，在冶金工業的生產過程中，工業鍋爐一直是主要的動力來源。隨著社會經濟的不斷發展，工業鍋爐影響著不同工業領域的發展進程，但同時也存在能源過渡消耗的問題，鍋爐內的熱能回收利用大大降低。現階段我國正處在能源結構不斷優化的關鍵時期，鍋爐方面的技術越來越成熟，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，在不斷提高我國的能量供應的基礎上，讓企業達到節能降耗的目的，最終幫助工業企業在社會當中產生較為理想的社會效益和價值。

參考文獻

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[3] 韓潔.冶金工業生產中提高鍋爐熱能回收利用的有效措施[J].冶金管理，2019（17）：164-165.

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[5] “博瑞特杯”2017年度《工業鍋爐》優秀論文評選活動揭曉[J].工業鍋爐，2018（2）：68.

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