冶炼厂锅炉余热回收技术及其工程应用分析

熊 梅

（南京圣诺热管有限公司，江苏 南京 210000）

1 锅炉烟气余热回收技术

工业锅炉排烟温度在180℃～400℃之间，高温烟气直接排放不仅会造成环境污染，而且会造成大量热能浪费。锅炉烟气余热回收技术能够有效回收烟气余热进而实现废气余热再利用，如中低压蒸汽工业或民用、加热热水锅炉回水或补水及民用、加热空气煤气作为燃料等，这样既可以节省燃料费用，减少废气排放，而且还可以降低生产成本，达到变废为宝，能源再利用，节能环保一举两得。如今锅炉烟气余热回收技术已经在石化、化工、冶金、电力、冻土治理等领域得到了广泛的应用，并取得了比较理想的应用效果。

1.1 热管式换热器烟气余热回收装置

热管式换热器的热管是在密闭的管内抽成真空，在此状态下充入适量工质。在热管的下端加热，工质吸收热量汽化为蒸汽，在微小的压差下上升到热管上端，并向外界放出热量凝结为液体[1]。冷凝液在重力的作用下，沿热管内壁返回到受热段，并再次受热汽化，如此循环往复，连续不断地将热量由一端传向另一端。由于是相变传热，因此热管内热阻很小，所以能以较小的温差获得较大的传热率，且结构简单有单向导热的特点，使冷热流体间的热交换均在管外进行，这就可以方便地进行强化传热。

相关实验证明，锅炉排烟温度越低，锅炉的效率越高。当前我们最常见的热管式换热器就是烟-水换热器，其吸热介质为水在管内流过，放热介质为热烟气在壳体内的管外流过，热量通过管外源源不断的将热烟气温度传递给管内的水，为了强化传热效果，基管外部附着有高频焊螺旋翅片扩展换热面积，当烟气流经处使其能迅速将温度传给管内的水，加热后的水再输出到生产、生活所需之处，此举真正意义上做到了为企业节能降耗的目的。热管换热器具有多方的优点，如较高的传热效率、紧凑的结构、较小的阻力损失值、所需维护费用少等，加之其中的传热元件（热管）不仅可以单根使用，而且也可以组合在一起使用，以期充分发挥热管换热器的性能。

图1 热管原理图

1.2 蒸汽余热锅炉

蒸汽余热锅炉是通过对废气进行降温来使其转化为蒸汽的目的，从而有效提高锅炉设备的热效率。通常情况下，通过高效烟气余热回收装置对锅炉尾部烟气中的余热进行回收，降低烟气的温度，提升了热能利用的效果，提高了锅炉热效率[2]。

余热锅炉采用热管式，自然循环产汽系统蒸汽发生器一般是由多个根翅片管组成，其结构如图2所示。工作原理：由翅片管①将热流体的热量由下降管④输入给管内的饱和水，以达到汽化的目的，其所产汽水混合物通过上升管②传输至锅筒③后给予分离，然后通过经蒸汽主控阀完成输出。换热管可以把热量源源不断的向管内输送，然后通过外部汽-水管道来实现汽-水循环，以实现对废气进行降温处理。

图2 蒸汽发生器工作原理图

2 锅炉烟气余热回收技术应用效果分析

2.1 热管式换热器的应用效果

在锅炉烟气余热回收过程中，热管式换热器得到了广泛的应用，其在钢铁行业、石化行业和电站行业等耗热量和产热量都很高的行业当中有着很好的利用效果。为了避免换热器对烟气流通产生阻碍而影响锅炉产热效率，可以适当的增大换热器热管的横截面积，其能够有效避免热管被颗粒物粘结导致的堵塞问题。实际上，锅炉燃烧产生的烟气，因燃料的原因产生灰尘，进而对换热器的换热效率产生影响。在热管外壁，上述含尘气体也会出现结垢现象，通过调整管排布置，保证流体进出口等流速流动，达到自清灰的目的。我们当前进行热管换热器的主要是利用热管换热器的优良等温性和较大传热能力，不需要输送泵，整个结构变得非常简单，也没有运动部件、没有附加动力消耗，同时将冷热流体完全分开，不会因为单个热管出现问题而导致整个系统出现功能障碍，并且能够处理含尘量较高的流体。并通过调整热管的尺寸和结构来对热管换热器的受热面进行拓展，避免了颗粒物的大量堆积，导致热管出现堵塞情况。当前锅炉烟气当中排放的大部分都是颗粒物、SO2、NOx，如果这些物质及热量直接排放到空气当中，会造成能源浪费和空气污染，解决这些问题的方法有很多，可以在锅炉烟道当中安装换热器，减少排放量，也减少了工业经济投资及环保。

2.2 蒸汽余热锅炉装置的应用效果

蒸汽余热锅炉回收装置原理是通过对锅炉尾部废气借助烟气余热回收装置进行降温来使其转化为蒸汽，提高锅炉设备的热效率。当前企业和工厂对蒸汽余热锅炉装置使用的方式主要是在锅炉的尾部安装烟气余热回收装置，将软水送至除氧器进行除氧，从低除氧器出来的除氧水经过给水泵加压后送至锅筒，产生的蒸发汽送至外部蒸汽管网，蒸发器通过上升下降管与锅筒间实现汽水循环，其主要是根据改变流量的质调节或供热质调节来实现对温度的调节，进而提高其节能效果。还有可以把蒸汽回收装置、水箱和水泵组合成完整的循环系统，通过该循环系统得到的水既可以作为锅炉补水，也可以作为生活用水，适合用在提供生活用水的锅炉房或蒸汽锅炉系统中。蒸汽余热锅炉的最主要使用优点可以和其他系统联合起来进行余热的回收，单一使用蒸汽余热锅炉很可能出现的问题有无法为烟气换热提供较好的低温介质。所以一般使用蒸汽热回收装置都是和其他装置结合起来形成系统，蒸汽锅炉和热泵联合，可以充分发挥蒸汽锅炉节能环保的特点和热泵联合系统的优势，并将热网回水和蒸汽锅炉本身的排烟进行换热处理，以确保排出的烟气能够冷却至设定的温度，然后通过蒸汽换热器将低温烟气中的热量回收，在大多数的锅炉余热回收中取得了比较理想的应用效果。

3 提高锅炉烟气余热回收技术应用效果的措施

3.1 将节能设备安装在锅炉烟道中

在锅炉燃烧过程中，不仅会造成能源的浪费，而且在锅炉排气中含有一氧化氮、一氧化硫等有毒气体会污染环境。要想使上述问题得到有效解决，就需要将节能设备安装在锅炉烟道中，其可以实现化学物质与水蒸气的有效结合，不仅能够吸收这些污染物，降低其排放量，而且还可以降低能源消耗，进而达到经济环保的双重效果。

3.2 安装蒸汽余热回收装置

锅炉排放的烟气温度一般在260℃左右，如果烟气的水分温度过高将会使其沸腾，不能够凝聚为可以自由流动的水。材料燃烧过程中所散发出的热量最低值一般是指锅炉的工作效率，然而其最低值和最高值间存在差距，该差距主要是以锅炉烟气余热回收。大量的调查与统计发现，普通锅炉热能功率一般在79%～86%范围内上下浮动，并将会产生大概21%～14%的能源浪费。通过安装蒸汽余热回收装置，可以把锅炉废气进行降温来使其转化为蒸汽，既可以增加锅炉热能功率，而且还可以有效降低烟气温度，进而达到回收尾气余热的目的，提高热量回收效率。

3.3 热管设备安装在锅炉排气尾部

在锅炉排气尾部安装热管设备，能够实现对烟气余热的高效回收。在锅炉燃烧过程中，热管设备安装将会有效降低烟气温度，可以在任何类型锅炉中进行安装，如果选择空气和煤气作为燃烧材料时，将会使其烟气余热普遍低于120℃。由于热管装置通过造真空来实现热量的回收取得比较理想的效果。

4 总结

我国是一个人口大国，当前的资源储量较少，所以我们必须要保证在社会生产和发展中注重节能。本文从热管换热器、蒸汽余热回收装置两个方面来进行锅炉烟气回收处理技术探讨，对其他锅炉的烟气余热回收节能技术起到一定借鉴作用。当前工业锅炉使用过程中普遍存在着热量利用率低下、污染环境，因此我们需要将节能设备安装在锅炉尾部等措施来提高锅炉烟气余热回收，因此对锅炉余热回收技术进行研究是十分有意义的。