余热回收技术.docx

一、锅炉烟气余热回收

简介：

工业燃油、燃气、燃煤锅炉设计制造时，为了防止锅炉尾部受热面腐蚀和堵灰，标准状态排烟温度一般不低于180℃，最高可达250℃，高温烟气排放不但造成大量热能浪费，同时也污染环境。热管余热回收器可将烟气热量回收，回收的热量根据需要加热水用作锅炉补水和生活用水，或加热空气用作锅炉助燃风或干燥物料。节省燃料费用，降低生产成本，减少废气排放，节能环保一举两得。改造投资3-10个回收，经济效益显著。

（一）气—气式热管换热器

（1）热管空气预热器系列
　　应用场合：从烟气中吸收余热，加热助燃空气，以降低燃料消耗，改善燃烧工况，从而达到节能的目的也可从烟气中吸收余热，用于加热其他气体介质如煤气等。
设备优点：
*因为属气/气换热，两侧皆用翅片管，传热效率高，为普通空预器的5-8倍；
*因为烟气在管外换热，有利于除灰；
*因每支热管都是独立的传热元件，拆卸方便，且允许自由膨胀；
*通过设计，可调节壁温，有利于避开露点腐蚀
结构型式：有两种常用的结构型式，即：热管垂直放置型，烟气和空气反向水平流动，见图1；热管倾斜放置型，烟气和空气反向垂直上下流动，见图2。

（二）气—液式热管换热器

应用场合：从烟气中吸收热量，用来加热给水，被加热后的水可以返回锅炉（作为省煤器），也可单独使用（作为热水器），从而提高能源利用率，达到节能的目的。
设备优点：
*烟气侧为翅片管，水侧为光管，传热效率高；
*通过合理设计，可提高壁温，避开露点腐蚀；
*可有效防止因管壁损坏而造成冷热流体的掺混；
结构型式：根据水侧加热方式的不同，有两种常用的结构型式：水箱整体加热式（多采用热管立式放置）和水套对流加热式（多采用热管倾斜放置），如图3所示

（三）气—汽式热管换热器

　应用场合：应用热管作为传热元件，吸收较高温度的烟气余热用来产生蒸汽，所产生的蒸汽可以并倂入蒸汽管网（需达到管网压力），也可用于发电（汽量较大且热源稳定）或其他目的。对钢厂，石化厂及工业窑炉而言，这是一种最受欢迎的余热利用形式。
设备优点：

每支热管都是一个独立的传热单元，可根据不同的温度水平而设计；
*根据需要可选择易拆卸的热管结构，使检修和安装更方便；
*热管彻底隔离了热源和冷源，不会产生冷热流体的掺混；
*烟气侧为管外换热，除灰容易。
结构型式：有两种结构型式，见图a和图b。图a为汽包内直接沸腾式，即热管的冷却段直接伸入汽包内，使汽包内的水产生沸腾；图b为套管内沸腾式，即热管的冷却段被水套管包围，使套管内的水在流动状态下沸腾，所产生的蒸汽再汇入汽包。

二、陶瓷窑炉余热回收

简介：

生产陶瓷的一个重要过程是烧成，烧成是在窑炉中进行的。陶瓷生产的窑炉有连续式的（隧道窑）也有间隙式的（倒焰窑），不管是隧道窑还是倒焰窑，其热效率都比较低。效率低的原因除了燃烧损失、散热损失等原因外，重要的一点是排烟损失。烧成隧道窑废气带走的热量损失约占总热量的20%～40%，而倒焰窑废气带走的热量约占燃料消耗量的30%～50%。因之回收窑尾废气的热量加以利用是提高窑炉效率的关键。国内隧道窑排烟温度一般在200～300℃，也有高达400℃，个别倒焰窑的排烟温度可高达560℃。一方面窑炉排烟带走大量余热，另一方面为了干燥坯件，一些工厂又另外建造窑炉或锅炉产生热风和蒸汽以满足烘干坯件的要求。采用热管换热器来回收烟气中的余热加热空气作为烘干坯件的热源，可以取得较好的节能效果。

隧道窑烟道气余热利用:

隧道窑余热回收主要用以加热空气作为烘干坯件的热源，也可作为助燃空气以提高窑炉本身的热效率，两者的选择可依据各工厂具体情况而定。其回收流程下图所示。

电瓷厂隧道窑冷却带余热利用:

将电瓷厂隧道窑冷却带400℃～450℃的废气抽出通过热管换热器换热，烟气温度降至300℃，再返回窑炉中烧成带作为气氛膜风使用。被加热的新鲜空气送入烘房，干燥电瓷坯件。

倒焰窑烟道气余热利用:

某厂倒焰窑排烟温度为564℃，实测该窑炉热效率仅为23%由于坯件入窑前需要预热烘干，因之需再建一个烘干窑，以煤作为燃料，燃烧的烟气作为烘干热源。根据计算，如将560℃烟气降到160℃排空，将新鲜空气加热到60～120℃，其热量足够烘干坯件所用。

三、水泥工业余热回收

简介：

在水泥生产中，回转窑、冷却机、悬浮预热器、烘干机等都是重要的热工设备。在保证满足工艺条件要求的基础上，提高这些热工设备的热效率是水泥生产节能降耗的关键。根据近年来工业应用开发的实践，热管技术在以下几方面已获得了较为成功的应用。

窑尾冷却机的余热利用：

水泥生产回转窑尾冷却机低温段排出的废气温度一般为200～300℃，这部分余热的品位较低，它的最好用途是产生低压蒸汽，作为生活用水，冬天用来取暖和浴室用水；夏天可作为溴化锂制冷机的热源制取冷气供生产车间及生活区降温，或作为其他工段余热锅炉的换热器加热锅炉给水。

小水泥窑尾废气余热利用：

许多小水泥厂的烧成回转窑窑尾排出的废气温度在450～600℃左右，由于产量较小，废气量也比较少，一般均将回收的余热产生压力为0.3～0.8MPa的低压蒸汽供生产工艺或者说生活使用。从干法中空回转窑尾排出的废气经过旋风除尘后进入热管蒸汽发生器，废气温度从600℃左右降至200℃以下，入布袋收尘系统，经引风机排入烟囱。

其优点是：

◇将高温废气降至200℃以下，可直接进入布袋收尘器；

◇每吨熟料可回收0.4～0.5吨的低压蒸汽；

◇结构紧凑压力降小，一般小于500Pa；

◇不易积灰，管壁温度可调整在烟气露点以上，可以达到自清灰目的。

大型窑尾废气的余热利用:

水泥生产中锻烧熟料的回转窑窑尾废气排出的温度一般在900～1000℃左右，每吨熟料废气量约为（标准状态）1.658 m3。该废气的主要用途一般用作悬浮物预热器的热源，预热入窑的生料粉；另一种用途是与窑尾冷却机的热空气混合进入窑外分解的分解炉；也有将窑尾废气用于发电等其他用途。

水泥旋窑窑体表面的余热回收:

水泥旋窑工作时烧成段窑体表面温度达300-350℃，目前都采用风冷降温，大量的热能直接散发到大气中，这不仅浪费了大量的热能，也造成了窑体周围的高温污染。窑体表面散失的热能是可以回收利用的，我公司研制开发了集热式窑体表面余热回收系统。根据企业的需要，将回收的热能加热水或空气，热水可供生活和制冷，热空气可供烘干用。既能降低窑体温度又节省了加热水或空气所需的燃料费、风扇电费，减少粉尘和二氧化碳排放。节能环保一举两得，改造投资一年内可以全部收回，经济效率十分显著。

四、冶金工业余热回收

简介：

冶金工业是耗能大户，不论是有色冶金或黑色冶金工业都存在大量的节能问题。以钢铁企业为例，焦炉、高炉及炼钢工序均有相当数量的的余热未能回收利用。余热的温度最高可达1600℃，热能的形态有固体、气体、液体，其中很多为间隙排放，因之给余热回收带来了一定的难度。由于热管的的众多特点，特别适用于上述场合的余热回收利用。高温热管及高温热管空气预热器、高温热管蒸汽发生器开发运用成功，给冶金企业的高品位余能利用带来了新的希望。

加热炉和均热炉的余热利用：

轧钢连续加热和均热炉是钢铁企业中耗能较多的设备。其热效率一般只有20%～30%，约有70%～80%的热量散失于周围环境和被排烟带走。其中烟气带走的热损失约占30%～35%。加热炉的烟气量根据炉型大小不同，一般在（标准状态）7000～300000m3/h的范围内。烟气温度一般为550～990℃，也有超过1000℃以上的。从直接节能来考虑，工程界希望将烟气的余热用来加热助燃空气。当助燃空气被加热到400℃时，可以得到节能20%～25%的效果。

线材退火炉的余热回收

下图所示一线材退火炉，炉内温度为1000℃左右，排烟温度约800℃，在烟道中放置一高温热管空气预热器，高温烟气通过热管换热器热管的蒸发段，烟气降至150～170℃排空。20℃的常温空气通过换热器热管的冷凝段，被加热到400～500℃，作为助燃空气进入燃烧喷嘴。应用结果表明，节约燃料可达23%。

轧钢连续加热炉的余热回收

轧钢连续加热炉排出的烟气温度很高，有时可达1000～1100℃，余热回收利用的方式首推采用空气预热器。回收的余热，除了热损失可以百分之百地用于燃烧炉内，不仅节约燃料而且可以改善燃烧效果。但常规的空气预热器体积庞大，所以许多工厂采用了余热锅炉的办法来回收余热产生蒸汽。这样虽然可以达到节能的目的，但不能直接节约燃料，也得不到由于燃烧条件改善而对产品产量质量方面带来的好处。当前很多工厂采用余热锅炉和空气预热器相结合的办法来达到兼顾的目的。

烧结工序的余热利用：

烧结工序是高炉矿料入炉以前的准备工序。有块状烧结和球团状烧结两种工艺。块状烧结是将不能直接加入炉的炼铁原料，如精矿粉、高炉炉尘、硫酸渣等配加一定的燃料和溶剂，加热到1300～1500℃，使粉料烧结成块状。球团烧结则是将细磨物料，如精矿粉配加一定的黏结剂，在造球设备上滚成球，然后在烧结设备上高温烧结。两种烧结过程都要消耗大量的能源。据统计，烧结工序的能耗约占冶金总能耗的12%。而其排放的余热约占总能耗热能的49%。回收和利用这些余热，显然极为重要。烧结工序内废气温度分布示意图如下图。回收余热主要在成品显热及冷却机的排气显热两个方面。

烧结余热回收的应用流程如下图所示：

高炉热风炉余热回收：

高炉热风炉是产生热风的设备，由于风温可高达1200℃以上，因之热风炉都是蓄热式。其工作原理是先使煤气和助燃空气在燃烧室燃烧，燃烧生成的高温烟气进入蓄热室内的格子砖加热，然后停止燃烧，再将鼓风机送来的冷空气通过蓄热式格子砖，将格子砖所积蓄的热量带走，冷空气被加热到所需的温度进入高炉。热风炉烟道废气的温度一般限制在300～350℃，最高不得超过400℃。使用热管换热器回收的这部分余热，用来加热助燃空气则可以改善蓄热炉内的燃烧状况，从而使炉顶温度提高。对于以煤气为燃料的单位，一般多采用分离式热管换热器回收排烟余热，回收的余热同时用来加热空气和煤气，因之称为“双预热”。

五、玻璃窑炉余热回收

简介：

玻璃生产过程中，从池窑蓄热室、换热室（或换热器）出来的烟气一般在500℃以下。这些烟气可以通过热管余热锅炉来产生蒸汽。蒸汽可用于加热和雾化重油、管道保温，以及生活取暖等。对于排烟量较大，温度较高的烟气，可通过热管余热锅炉产生较高压力的蒸汽（3.5MPa）用于蒸汽透平来发电，或者直接驱动透平空压机、风机、水泵等机械。对于从工作池和供料道等处排出的烟气，气量少而温度高，可以采用少量的高温热管（工作温度＞650℃）来预热空气，当离炉烟气温度为1000～1200℃，空气预热温度可达400～500℃，节油效果可达20%。在退火炉烟气的烟道中，以及退火炉缓冷带以后的部位都可以设制热管换热器以回收烟气的余热和玻璃制品的散热量来预热空气，作为助燃空气、干燥热源或车间取暖等的热源，都可以获得很好的节能效果。

当前国内玻璃窑炉所使用的燃料大多为重油和渣油，对于这种燃料的烟气余热回收应该特别注意热管蒸发段管外的积灰堵塞问题。我们公司研制的热管换热器，重要的一条设计原则是防止和避免一切可能引起灰堵的因素，以及在结构上确保清洗方便。

六、纺织工业余热回收

简介：

在纺织工业中使用了许多耗能机械，如热定型机、浆纱机、烘干机等。这些耗热机械可以使用电、燃油、燃气、蒸汽等作为热源。如何尽可能的利用低温余热减少高品位热能的消耗是纺织行业节能降耗的重要任务。

热定型机余热回收利用:

热定型机（或称拉幅机）是纺织行业中主要耗热机械之一。热定型机是利用热空气对纺织物（如布匹）进行干燥和整理并使之定型的装置。热空气的供给方式有多种途径，可以直接在定型机内燃烧煤气或轻柴油，也可以用循环的热油或蒸汽加热，或者利用电加热。一般热定型机内所需热风温度约为200℃左右。离开热定型机的热风温度一般在170℃左右。因之大量的余热被排入空气。如果加上燃料燃烧损失以及机体散热损失等，经估算输入热定型机的热量有90%以上由排气散入大气。真正处理织物所消耗的热量只占了输入定型机热量的2.9%。散失的热量不仅浪费能源而且造成环境的污染。因之热定型机的余热回收是势在必行的。用于热定型机余热回收的方式是用排出的热风加热新鲜空气再返入热定型机，如果热定型机直接燃烧煤气或者轻柴油，一部分预热的空气也可以作为助燃空气或者用于加热热水。

从余热回收效率、压力损失、防止堵塞、清冼等综合指热定型机余热回收。系统流程示意图如下图所示：

浆纱机的余热回收：

浆纱机是作浆纱干燥之用。在浆纱机的下部有热风加热系统，热风进入浆纱机后，吸收浆纱的水分，而后排出。由于干燥过程主要是传质过程，因而热气体的温度下降不多，主要是湿含量加大。利用排除的湿空气加热新鲜空气回收湿空气的热量，返回浆纱机内与热源热风混合，达到节能的目的。

浆纱机装置余热回收系统流程示意图如下图所示：

七、合成氨工业余热回收

简介：

合成氨工业是一项基础化学工业，在化学工业中占有很重要的地位。合成氨生产从造气开始直到氨的合成都伴随着热的过程。合理地利用和控制合成氨生产过程中放出的热量，不仅可以节约生产中的能源消耗，降低生产成本，而且可以提高CO变换率及氨的合成率，前者属于余热利用，而后者属于化学反应的热控制。

根据我国工业发展的特殊情况，我国的合成氨工业从生产规模上可分为小合成氨、中合所氨和大合成氨生产。生产的原料路线有煤、油及天然气。由于原料路线不同，因而生产工艺路线及采用的设备也不尽相同。针对不同工艺路线设备的特点，热管技术在合成氨工业生产中有以下几种应用类型。

◇回收低温余热预热助燃空气，或生产低压蒸汽作为生产原料；

◇回收高温余热产生中压蒸汽作为原料蒸汽的补充，或生产高压蒸汽作为生产的动力源；

◇控制固定床催化反应器的化学反应温度，使其向最佳反应温度曲线无限逼近，从而提高CO变换反应器的CO变换率及合成氨塔内氨的合成率。

以上三种应用类型，在不同的生产规模及不同的原料工艺路线中应用的方式及设计思路均不同，针对不同的实际条件采用不同的结构设计都能取得良好的效果合成氨工业余热回收。

上、下行煤气余热回收：

上、下行煤气是指以煤或煤球为原料的生产路线中煤造气炉所产生的上吹半水煤气及下吹半水煤气。由于生产原料不同，上、下行煤气中所含尘粒及温度也不相同。

※小合成氨上、下行煤气余热回收

小合成氨生产大都使用煤球为原料造气。其特点是出煤造气炉的上、下行煤气的温度较低，气体成分复杂含有大量粉尘及水蒸汽。

我公司生产的热管换热器具有如下特点：

① 气体流动方向为从上到下，减少灰尘附着于管壁的可能性；

② 热管的蒸发段全部采用直翅片。一方面可以扩展传热表面，另一方面可消除热管背部的涡流区，从而不使灰尘在此停聚。同时也减少了流动阻力损耗。

③ 从煤气出来的上行煤气先经过旋风除尘器，然后从蒸汽发生器的上部向下流过热管管束，温度从进口的360℃左右降到出口的140℃左右进入下一工段的洗气塔，然后去煤气柜。下行煤气从煤气炉的底部出来经过旋风除尘器仍然从蒸汽发生器的顶部进入，温度从300℃以上降至140℃进入洗气塔，然后去煤气柜。

※中合成氨上行、下行煤气余热回收

中合成氨与小合成氨生产除在产量规模不同外，主要的区别在于中型合成氨厂的煤造气是以块煤为原料。因此其上行煤气出煤造气的温度远较小化肥高，大约在600℃左右。与小合成氨不同之处在于煤造气炉后有一吹风气燃烧室。上行煤气经过燃烧室后再进入列管式废热锅炉。上行煤气与吹风燃烧气合用一个废热锅炉产生低压蒸汽（0.4～0.8MPa）或中压蒸汽（1.9～2.5 MPa）供工艺使用。由于中合成氨煤造气炉的下行煤气温度较低（200℃左右），因而一般不经过废热锅炉而直接去冼气塔。

中型合成氨吹风气燃烧热的利用：

中小合成氨不同之处在于所有中型合成氨厂以煤造气的工段，吹风气都经过燃烧室燃烧后再进入废热锅炉回收余热。原有的列管式废热锅炉都是按瞬时最大吹风气流量设计的，而吹风气在一个循环中只占25%～28%的时间，所以设备的利用率不高。即使上行煤气也通过废热锅炉，也只有50%～60%的利用率，何况上行煤气的流量仅是吹风气瞬时流量的1/3。所以合理的办法就是将三台煤气炉的吹风气通过一个燃烧室燃烧，燃烧后的烟气再进入一个废热锅炉，这就大大提高了设备的利用率。虽然利用原有的列管式废热锅炉也可做到这一点，但原有的废热锅炉设计的气体流速均相当高，锅炉进口处的流速高达20m/s以上。因此，高速磨损经常是管壁破坏的原因之一。根据中型合成氨生产的具体特点，吹风气燃烧气余热回收的热管蒸汽发生器具有如下优势：

①具有很高的可靠性及比较长的使用寿命；

②体积比较紧凑；

③金属耗量少；

④保持合理的风速，能有效的防止快速磨损。

一段转化炉空气预热器

一段转化炉是30万吨/年大型合成氨厂的关键设备。一段转化炉的任务是在外部供热的情况下使烃类与水蒸汽的混合物在炉管内转化为CH4、H2、CO、CO2等气体混合物。其中CH4、H2是合成氨的原料。一段转化炉有多种结构型式，目前国内主要有顶部烧嘴和侧壁烧嘴二种形式。烧嘴喷出的燃料在空气助燃下加热炉内的转化炉管。热量大部分为转化炉管吸收。转化炉管所在区域称为辐射段。为了充分合理地利用热量必须使烟道气通过对流段，在对流段内布置有各种吸收烟道气余热的管道。回收这部分热量最合理的用途的是加热助燃空气。由于一段炉使用的燃料一般为轻柴油或天然气，节约这部分燃料也就更有价值。

下图为一段炉热管空气预热器的余热回收系统布置图。该系统将热管换热器入口的空气先经过炉墙各段的侧面预热后进入热管换热器，其优点是一方面可起到隔热作用，降低炉膛周围操作环境的温度，另一方面可以提高热管换热器入口空气的温度，对提高烟气出口处热管的管壁温度有利，在寒冷地区这一点特别重要。

变换工段气-气换热器

在中、小型合成氨厂的变换工段，来自热水饱和塔的半水煤气要与来自变换炉变换气进行热交换。通过换热，水煤气的温度升高，而变换气的温度降低。半水煤气和变换气的组分都是有毒、易爆、易燃物质（CO、H2）。所有的变换工段的变换热交换器（第一热交换器、第二热交换器）都是采用列管式的，存在易腐蚀、汇露、串气等问题。特别是第一热交换器，由于温度较低，极易腐蚀，维修工作量大。腐蚀还会引起列管管口堵塞，增加系统阻力，致使变换系统压差增大，影响生产的安全正常运行。

在变换系统中应用热管换热器具有如下优点：

◇可以调整热管管壁温度，控制低温腐蚀的产生；

◇个别热管损坏不会发生二种气体的串混；

◇设备紧凑，压力降小，对变换生产有利；

◇使用寿命长，投资少。

变换工段的半水煤气和变换气都具有一定的压力，因此热管换热器的壳体都是按压力容器设计标准设计的。