冶金工业生产中提高锅炉热能回收利用的有效措施

吴穷 王冲

摘  要：在我国经济发展的过程中，工业锅炉一直是影响我国经济平稳发展的强大动力来源，工业活力的存在，对各行各业的发展都具有一定的推进作用。但同时也在能源方面得到了大量的消耗。工业锅炉的工作运行的过程中会排出大量的烟气和污水，而这些烟气和污水中含有大量未被有效利用的热能，造成了严重的能源浪费现象。在这样的背景下，本文对冶金工业中的锅炉本身的特点进行分析，从而找到影响着热能回收方面效率的重要因素，积极提出提高锅炉热能回收利用的有效措施，为我国能量事业的发展提供有价值的参考。

关键词：锅炉  热能回收  煤气系统  冶金工业

中图分类号：TK229                            文献标识码：A                    文章编号：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

現阶段，我国在冶金工业生产方面的技术越来越成熟，随着该技术的不断升级创新，对能源的管理和应用的要求也越来越严格，但目前我国对冶金能源的利用不彻底，剩余的残渣会严重污染周围的环境，并且形势非常严峻。因此，在冶金生产的过程中，为了确保冶金企业未来的发展更长远，首要任务就是要做好工业锅炉的节能利用工作。冶金生产时会产生大量的煤气，这些煤气如果利用得当，不仅是优质的可再生能源，还是污染低、能效高的清洁能源。所以，最能提高能源利用率的有效手段就是高效利用冶炼过程中的煤气，同时高效回收锅炉的热能，在提高能源利用率的同时还起到保护环境的重要作用[1]。

1  锅炉的特点及热回收效率的影响因素

1.1 锅炉的特点

锅炉一般分蒸汽锅炉和热水锅炉两种类型，蒸汽式锅炉，顾名思义就是指锅炉里的水受温度影响，因温度的升高而发生质变，逐渐蒸发成水蒸气的形式，同时在转化的过程中，会发生显热与潜热两种情况的交替现象，然而在热水式锅炉中仅会发生显热这一种情况的交替。如果将这两种锅炉保持在同样的供热量，那么从水流量的角度分析，不难发现和蒸汽锅炉相比，热水锅炉的水流量的需求量更大[2]。另外，对于水流量范围选择上，蒸汽锅炉与热水锅炉也是不同的，存在供回水温差。

1.2 锅炉热回收效率的影响因素

（1）锅炉烟气降温和放热量之间的关联关系，根据水蒸气的燃烧化学公式不难发现。燃烧产生的天然气含量与水蒸气的含量比例是1：3，也就是说燃烧1m3的天然气，能够产生3m3的水蒸气。那么同理当人们在燃烧的过程中，所产生的显热是100kw时，其潜热会产生11kw左右。在冶金工业生产的过程中，可以借助冷凝回收装置，全面调控排气的温度，从而达到降低排气温度的明显效果。最终实现整个系统中烟气显热降低的现象。除此之外，还可以借助一系列的操作，收集在燃烧过程中所产生的水蒸气，在大多数情况下，饱和的烟气成分也会存在一定的差异性，这将会直接影响烟气在降温和放热过程中释放的热量是不同的，即使相同的烟气，也会因降温范围的不同而造成产生的热量也是不同的[3]。

（2）进入热回收装置额水温和水量，锅炉回收的余热对于人们的生活有很大作用，不仅可以用在生活用水中，还能够有效的利用在工业用水上。一定要控制好进入回收装置的水的温度，温度越低，温差就会增大，就会影响水流量也增大，水流量的大小就会间接的影响热效率，从而影响回收装置内水的状态。因此，一定要保证热回收装置内水的温度，从而增大水流量，降低装置内水的流动阻力，不断提高烟气余热的回收利用率。

2  提高锅炉热能回收利用的措施

2.1 冷凝式锅炉的特点

冷凝式锅炉主要是在传统的锅炉基础上安装了冷凝式换热器，一般传统的冶金锅炉，往往会为了防止低温状态下锅炉内壁出现严重的腐蚀现象，故意将排烟温度控制在较高的范围内，而这样的温度是大于锅炉烟气中水蒸气露点，烟气中会存在大量没有被回收的而被浪费掉的热量。同时还会因为水蒸气为达到指定的冷凝状态，而造成很多热力无法得到回收和利用，造成了锅炉热效率低下。与传统的锅炉形式相比，冷凝式锅炉有很多优势，具体如表1所示。

现阶段，冷凝水的回收形式主要有两种，一种是密闭式，一种是开放式，这两种形式的回收方式在使用过程中的回收效率会存在一些差异，与此同时，他们的投资金额也会不同。

2.2 间壁式冷凝热回收式

间接接触冷凝的方式主要是指在在热量回收装置内，保证其中的烟气和被加热的介质之间不会直接进行接触，而是通过系统内部，对烟气进行冷却，然后再进行加工处理。间壁式的冷凝热量回收装置一般分为三种类型，板翅式换热器、板式换热器和管热结构。（1）热管式换热器自身最主要的特点是结构简单，且操作不复杂，投资成本较小，无需占用大面积的空间。而它最明显的问题是生产过程中很容易出现水溶液腐蚀问题，并且很难采取手段对其加以控制。并且很难分辨热管的质量，非常容易出现生产故障。（2）在中间的板片式换热交换。这种结构的特点是运行维护操作相对简单，而且结构设计极易拆装，热效率传递也很高。（3）在间壁式换热器中，高温的烟气在锅炉内壁的管道内流动，而冷却水在管道外流动，计算冷却水余热量公式为Y①，公式①中QW为冷却水余热量，GW为冷却水用量，IW为冷却水出水温度，CW为冷却水比热[4]。燃烧的过程中，锅炉内的烟气通过管道将热量传递给循环水，正常的传热热阻由管壁与水、管壁面与烟气以及管壁自身热阻三部分组成。在运行过程中，高温烟气在板翅式换热器的外侧流动，利用管道间壁将热量传递给管道内的流动循环水，这种换热器的主要特点就是换热效率高，换热面积大，并且结构简单，容易操作。

2.3 直接接触冷凝式

水在直接接触系统后进入热烟气中，可以直接利用喷嘴用逆向流通的方式。当水在烟气中的含量累计到一定量时，其烟气就能立即被冷却到饱和温度之下。这种设备的突出特点是设计结构简单，金属消耗量少，总热阻相对较小，并且在一定条件下，换热系数高，能量回收效率高。除此之外，烟气中含有大量的烟尘和可溶解物质，经过水洗后，可以直接溶于水中，有效防止产生的污染性气体对环境总造成不利的影响。特别是在水质要求不高的条件下，这种形式的热回收装置的节能效果将会更加明显，并且冷凝水还可以循环反复再利用。虽然有以上的很多优点，但因为烟气中的酸性物质一旦溶于水溶液中，水溶液会立即呈现酸性反应，现阶段的技术条件还不成熟，在酸性溶液未加工的条件下很难直接使用，通常需要进行二次处理，因此不仅会增加额外的投资费用，还会给管理带来一定的风险。在工业生产过程中，蒸汽锅炉会产生较高的排烟温度，补水相对较少，因此需要将所有的余热都用来进行补水，在对锅炉进行补水的同时，确保余热能够被再次利用。另外，通過对热能回收装置的充分利用，实现对温度较高的水的循环利用，与此同时降低水的温度，从而确保高压泵将水压入锅炉里。这样的一系列操作下来，就可以基本解决工业上对锅炉水温的控制，并且最大限度的提高锅炉热能的回收利用率。还需要特别注意一点，在对锅炉进行改造升级的过程中，一定要从实际出发，按照需求进行改造，科学合理的选择烟气冷凝热能回收装置，充分利用锅炉的余热[5]。

3  锅炉烟气冷凝热能回收工程的工程应用及发展前景

3.1 冷凝热回收方式供热系统方案的研究

在工业生产和发展的实际过程中，使用蒸汽锅炉进行排烟的温度相对较高，但在这个过程中却补水较少，为了保持温度的稳定性，要对余热加以利用，用余热用来补水，在补水比较充足的条件下，就可以对考虑将多余的费用用在其他用途的开发利用上，对应用回收技术得到的水要进行热能回收装置的加热，这样即使温度较高的水也能被工业生产继续需要，实现二次利用。在实现降低水温作用的同时，对于高压泵把水压进到锅炉也有很大的作用，最大程度的发挥锅炉余热作用。

3.2 锅炉烟气冷凝热能回收的发展前景

锅炉烟气冷凝热能回收装置最大的优势就是其本身质量轻、体积小、所占的空间比例小。并且在生产运行过程中的烟气流动阻力也相对较小，这些鲜明的优势确保锅炉供热系统在源动力条件下，能够保持稳定的运转和发展[6]。与此同时，如果对这项技术运用得当，还会给使用锅炉余热的用户带来更多的体验和选择，不仅能够实现工业企业的改造升级，还能够为人们生活提供丰富的用水，另外充分发挥设备当中的冷凝换热器的作用，将其发展为新型的冷凝式天然气。相信在未来的发展过程中，如果将此项技术应用在我国的天然气利用设备开发中，对其进行有效的推广，那么将会产生可预见的社会效益和经济效益。为我国锅炉行业发展提供新的技术支持，从而获得更长远的发展。

4  结语

总体来说，在冶金工业的生产过程中，工业锅炉一直是主要的动力来源。随着社会经济的不断发展，工业锅炉影响着不同工业领域的发展进程，但同时也存在能源过渡消耗的问题，锅炉内的热能回收利用大大降低。现阶段我国正处在能源结构不断优化的关键时期，锅炉方面的技术越来越成熟，要积极采取有效的措施提高锅炉的热能回收利用率，确保水资源和热能能够得到充分利用，在不断提高我国的能量供应的基础上，让企业达到节能降耗的目的，最终帮助工业企业在社会当中产生较为理想的社会效益和价值。

参考文献

[1] 师绍峰.新形势下电厂锅炉应用在热能动力的发展与创新分析[J].科技风，2020（27）：7-8.

[2] 陈锐.浅析电厂锅炉应用于热能与动力工程的发展与创新[J].中外企业家，2020（1）：139.

[3] 韩洁.冶金工业生产中提高锅炉热能回收利用的有效措施[J].冶金管理，2019（17）：164-165.

[4] 吕清刚，李诗媛，黄粲然.工业领域煤炭清洁高效燃烧利用技术现状与发展建议[J].中国科学院院刊，2019，34（4）：392-400.

[5] “博瑞特杯”2017年度《工业锅炉》优秀论文评选活动揭晓[J].工业锅炉，2018（2）：68.

[6] 皮萨沙（Piniugin Aleksandr）. 俄罗斯钢铁产业国际竞争力研究[D].沈阳：沈阳理工大学，2020.

[7] 戈佳，白杨.锅炉排烟低品位热能回收利用研究及工程经济分析[J].科技创新导报，2019，16（28）：67-70.

[8] 张鑫宇.冶金企业如何提高燃气锅炉热经济性[J].中国金属通报，2019（2）：19-20.