华谱分享 | 工业企业余热利用高效节能技术

技术介绍

  目前，工业企业各类生产装置中高温尾气、高温反应气、高温废液、高温废渣等工艺流体中含有的大量的热量可以回收利用。合理、有效的利用这部分热量（俗称“余热”），不仅会降低相关装置的生产成本、给企业带来可观的经济效益，同时还能达到减少污染、净化环境的目的，符合国家节能减排的大政策。采用合适的高效、防腐的传热元件是工业企业废气余热利用的关键。

目前以重力热管技术为核心的节能装备已在众多的高耗能企业大量应用，取得了极为显著的社会效益和经济效益。较为典型的有：

冶金行业（钢铁企业）及各类窑炉：在焦炉烟道、干熄焦、烧结大烟道、烧结冷却机、高炉热风炉、高炉煤气锅炉、电炉炼钢、转底炉炼铁、轧钢加热炉、各类窑炉烟气（废气）等余热回收等系统中有大量应用。

石化、化工行业（石化、化工企业）：加热炉烟气、炼油催化裂化工艺再生烟气、一段炉烟气等化工装置烟气的余热回收及制硫酸过程工艺气等余热回收系统中有大量应用。

电力行业（电力企业）：电力行业锅炉烟气利用，如：空预器、低低温省煤器、GGH、MGGH等设备。

交通行业：在道路交通的冻土灾害治理工程中热管被誉为“青霉素”式的治理技术。

典型用户及投资效益

案例一：苏州某钢铁100吨电炉余热回收改造项目

（1）     对典型用户单位的基本情况

苏钢某钢铁100吨电炉配套建设了一套热管式烟气余热回收装置，用于产生0.9~1.2MPa的饱和蒸汽，供VD炉用。

（2）     节能改造前情况

（3）采用的节能技术路线

本项目电炉冶炼过程中产生的是温度约150-700℃左右高温交变废气，目前常用的做法是采用水冷烟道及风冷器进行降温，余热不仅没有能够得到回收，而且还需要为废气降温支付循环水及电费等成本。根据电炉四孔排出废气温度交变、含尘量大等特点，项目设计采用重力热管技术对废气余热进行回收产生饱和蒸汽，并通过蒸汽蓄热装置向外界输出稳定的饱和蒸汽送至VD炉抽真空。

根据电炉烟气余热回收高含尘、高温、高温差急变、余热锅炉产汽负荷波动大的特点，且要满足电炉检修时VD炉抽真空处理的需要，此次工程采用热管式双压锅炉形式，由12台中压热管蒸汽发生器、2台低压热管蒸汽发生器组成，两跨四列倒U型式布置，设低压锅筒1台、中压锅筒1台，通过蒸汽蓄热装置保证提供连续稳定的蒸汽至VD炉抽真空。

工艺流程—1废气系统：

余热回收设备为两跨两列倒U型式布置，烟气从第一跨底部分两路分别进设备，由下而上依次经过4级中压蒸发器后分别进入第二跨设备，由上而下经过2级中压蒸发器1级低压蒸发器。降温后的低温烟道沿水平方向出来后汇总经除尘排空。

工艺流程—2汽水系统：

自界区外来的软化水进入软水箱，经软水泵进热力除氧器除氧。经除氧后，中压给水泵将部分除氧水一路送入中压锅筒；另一路接至蓄热装置，低压给水泵将部分除氧水直接送至低压锅筒。蒸发器与锅筒分别通过上升、下降管实现汽水循环，中压锅筒产生的2.0MPa饱和蒸汽，送入蓄热装置。蓄热装置出口管设调节阀，保证蓄热装置出口产生连续稳定的1.2MPa饱和蒸汽。低压锅筒产生的低压蒸汽全部送至热力除氧器除氧，在低压蒸汽不足的情况下，自蓄热装置后分气缸引出一路蒸汽，经减压后送入除氧器除氧。

核心设备——重力热管式余热锅炉

考虑到余热回收系统的操作稳定、控制方便、长周期使用以及降低系统运行能源消耗和维护费用等多种因素，本余热锅炉系统采用重力热管式中蒸汽发生器及自然循环水循环模式，适应烟气波动特性。

热管蒸汽发生器是由若干根特殊的热管元件组合而成，其基本结构如右图所示。它的工作原理是：废气的热量由重力热管①传给水套②内的饱和水（饱和水由下降管③输入），并使其汽化，所产蒸汽（汽、水混合物）经蒸汽上升管⑤达到锅筒④，经集中分离以后再经蒸汽主控阀输出，锅筒内的水则由水预热器直接供给。这样由于热管不断将热量输入水套，通过外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循环，达到将废气余热及料矿辐射热降温，并转化为蒸汽的目的。

由于采用重力热管作为传热元件，锅筒和热管产汽套管余热热源分离，整个汽水系统的受热及循环完全和热流体隔离而独立存在于热流体烟道以外，这就使本系统有别于一般余热锅炉，布置更灵活，运行更安全、同时在设计时调节热管两端的传热面积可有效地调节和控制热管壁温，在一定的范围内防止换热管管壁温度过高或提高管壁温度，采用一般材料即可防止换热管超温或防止低温酸露点腐蚀的发生。因此热管式蒸汽发生器具有对温度变化大的适应性和在换热过程中对热流密度的可调性，大幅度提高了工程的可靠性。 

（4）节能改造后的效果

案例二：某电厂330MW机组余热回收低低温省煤器改造项目

（1）用户单位基本情况：

某电厂二期工程330MW机组锅炉为为上海锅炉股份有限公司生产的SG－1025／17.4－M852型亚临界、自然循环、中间一次再热汽包炉。平衡通风，全钢构架露天布置，锅炉实际排烟温度为150℃。

（2）节能改造前能耗情况

改造前，330MW机组的锅炉实际排烟温度为150℃。众所周知，锅炉排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，而影响排烟热损失的主要因素就是排烟温度。一般情况下，排烟温度每增加10℃，排烟热损失至少增加约0.5%，相应多耗煤0.55%。

高排烟温度不仅造成排烟热损失大，锅炉热效率低，而且会不利于除尘效率的提高，并造成脱硫前烟气降温用冷却水量的增加，造成环保压力。

（3）采用的节能技术路线

工艺流程：在原有的锅炉系统的空预器和除尘器之间的竖直烟道上安装低低温省煤器，通过低低温省煤器将烟气温度降低并加入系统凝结水，降温后的烟气送入除尘器除尘。

低低温省煤器的给水为从8#低加入口和7#低加出口取的凝结水，通过配置的变频升压节能型离心泵（一用一备）提供动力，凝结水回水至6 号低加入口。系统可以调节凝结水入水温度为65℃-70℃，出水温度不低于100℃。低低温省煤器在冬季还可以切换至旁路系统加热生活水和采暖水，可以一举多得。

核心设备——热管式热管/翅片式低低温省煤器

改造方案采用热管/翅片管式组合式技术进行余热回收，沿烟气流向前排采用碳钢材质的径向偏心热管，用来抵抗烟气中含尘颗粒对设备的磨损；后排采用ND 钢材质翅片管式结构，防止烟气温度在酸露点温度以下对设备造成的腐蚀。通过热管+ND 钢翅片管组合的设备结构可以提高设备安全性，延长设备的检修周期。

余热回收装置的设备由许多双管偏心热虹吸管元件（即径向偏心热管）组合而成，热管的受热段置于烟气通道内，烟气横向掠过翅片式热管并放热给外套管，加热外套管内的工质，使得工质吸热汽化，由于套管内高度真空，热量十分迅速地通过偏心内管传递予给水；热管余热回收装置外部给水的整个加热流程不受烟气的直接冲刷影响，独自走管程，每支热管元件在换热器箱体内无焊缝，避免了热管内的水泄漏，确保生产连续。 

热管受热段采用高频焊翅片管强化传热，使整套设备传热效率高，设备结构紧凑和烟气流动阻力小。热管余热回收装置在烟气进口小于250℃的环境中，可以连续“干烧”。

（4）节能改造后的效果

机组在平均负荷100%工况下运行，省煤器将进口烟气温度从150℃降至110℃；降温幅度达到了40℃.理论上，本套锅炉烟气温度降低20℃，锅炉热效率可提高1.35%。安装本套省煤器后，烟气温度降低40℃，锅炉热效率提高远大于2.5%。预计的降低煤耗为2.0g/kWh，实际标定的煤耗降低达到了2.31g/kWh，节约煤量超过设计值。

按机组年运行小时7000小时，平均负荷330MW计，年节约标煤量为2.31×330×10³×7000/10⁶=5336吨，年回收直接经济效益440万元，并能有效改善后续除尘效果及脱硫水耗量。

（5）第三方的检测结果

项目投运后经过第三方检测评估，出具的鉴定结论：

①在330MW负荷工况下，投运低温省煤器较停运低温省煤器可降低机组热耗率61.8kJ/kWh，煤耗降低2.31g/kWh，达到了设计要求（2.0g/kWh）；

②在330MW、255MW、200MW负荷工况下低温省煤器出口烟气温度、烟气侧整体压降、水侧整体压降均达到了设计要求。

来源：节能产业网