余热利用0前言能源是人类赖以生存和发展的基础，能源的利用程度是反映人类进步的一个重要标志。所有工矿企业都有工业余热，余热属于二次能源。工业余热是指在生产过程中产生的，本来可以利用，但实际上被废弃不用而排放至周围环境的那部分热量。各行业的余(废)热总资源约占其燃料消耗总量的17％-80％，其中容易回收利用的余热资源约为余热总资源的60％，也就是说。易回收利用的余热资源约为燃料消耗总量10．2％-48％。工矿企业余热主要集中在钢铁、石油、化工、建材、食品、电子等领域。回收余热节能的潜力是非常大的。提高能效是最有效的节能减排手段。根据国际能源署2008年报告，节能、提高能效在减少温室气体排放中的贡献率是54％。所以提高余热利用率不仅可以使企业减少能耗，而且又能减少温室气体及其污染物的排放。节能技术和产品1中低温烟气余热特点工矿企业余热中，烟气的余热占相当大的比例。烟气余热按温度可分为：高温烟气余热(温度高于650。(3)。中温烟气余热(200～650。C)，低温烟气余热(小于200。Co由于高温烟气的热品味比较高，利用难度相对较小，所以这部分余热基本上都得到了利用。中低温烟气特别是低温烟气有以下特点：1)余热量不稳定余热资源的数量不稳定，一般是由工艺生产过程来决定的。有的生产工艺是周期性的，有的是间断性的，有的工艺生产过程虽然连续稳定，但也有生产的波动，这样余热资源的数量会出现不稳定情况。2)烟气中含尘量较大工矿企业烟气中的含尘量较大，而且烟尘物理、化学性质也很恶劣。会引起受热面积灰，增加了传热热阻，降低了换热效率，也会引起受热面磨损，影响设备的寿命。3)烟气中含有腐蚀性物质中低温烟气中常常含有腐蚀性气体，如二氧化硫、三氧化硫、NOx等腐蚀性气体，会使受热面产生低温腐蚀。不仅腐蚀受热面。减少设备寿命，影响正常运行，而且容易使受热面积灰，引起烟气通道堵塞。风机阻力增加，增加电耗。4)烟气的品位较低由于中低温烟气的温度较低，能级较小，做功的能力较小，根据能量匹配、能量梯极应用的原则很难找到合适的热用户，而且利用这部分的能量相对来说成本较大，资金回收周期长，制定方案时应综合考虑投资与回收之间的关系。以上这些烟气特点对于余热的回收和利用产生了很大的影响，使得很多工矿企业直接排放了较难利用的余热，由于中低温余热资源数量非常巨大，而且分布范围极其广泛，所以解决好上述问题。合理回收中低温烟气余热，对于企业的节能降耗有很重要的意义。2中低温烟气余热利用的防腐蚀措施2．1低温腐蚀的机理中低温烟气进入低温受热面后，其中的水蒸汽由于烟温降低或接触温度较低的受热面而发生凝结。烟气中水蒸汽开始凝结的温度为水露点。纯净的水蒸汽的露点决定于它在烟气中的分压力，水蒸汽的露点通常低达45～540C。一般排烟在100℃以上，不易发生低温受热面结露。但是实际烟气中都会含有二氧化硫，其中一部分会进一步氧化为三氧化硫，三氧化硫与烟气中的水蒸气结合则成硫酸蒸汽。烟气中硫酸蒸汽的凝结温度称为烟气的酸露点。它比水露点要高得多【2镧。酸露点的提高主要与烟气中三氧化硫和水蒸汽的含量有关，而二氧化硫含量则对酸露点影响很少，据文献[7】报道，二氧化硫浓度在相当大的范围内，露点的波动范围不到1℃。可以忽略二氧化硫的影响，所以影响烟气中酸露点的温度因素主要为三氧化硫浓度及水的含量嘲。根据研究结果，烟气中只要有0．005％左右的三氧化硫，烟气的酸露点温度即可高达150℃以上。但当硫酸蒸汽含量达0．01％以上时，烟气的露点提高就不多了。2．2影响低温腐蚀的因素1)烟气中三氧化硫浓度的影响烟气中三氧化硫浓度越高，则三氧化硫分压力越高，烟气的酸露点就越高，余热回收过程中越容易结露，从而造成低温腐蚀。在燃烧固体燃料时，烟气中带有大量的飞灰粒子。灰粒子含有钙和其他碱金属的化合物。它们可以部分地吸收烟气中硫酸蒸汽，从而降低它在烟气中的浓度。所以在收到基折算含硫量相同的情况下，燃油所产生的烟气比燃煤所产生的烟气更易发生低温腐蚀。2)换热器管壁温度的影响在发生低温腐蚀的情况下。金属壁温有两个严重腐蚀区，即在酸露点以下20～45℃及水露点以下的区域，在两个严重腐蚀区之间存在一个腐蚀较轻的区域。为防止受热面产生严重腐蚀，必须通过运行参数调整，改变换热器的管壁温度，使其避开这节能技术和产品两个严重腐蚀区。3)烟气中水蒸汽的分压力的影响在同样的条件下，烟气中含有的水蒸气越多，烟气的酸露点将会越高。在实际运行过程中越容易发生低温腐蚀。4)烟气中钙量对影响烟气中钙含量增加，将大大降低发生低温腐蚀。其原因在于当烟气中的氧化钙含量较多时，它能与三氧化硫化合成硫酸钙，从而降低了烟气中的三氧化硫的浓度，也降低了硫酸蒸气的浓度，降低了烟气的酸露点的温度。2．3防腐蚀的措施低温腐蚀不仅影响了设备的正常运行效率，还且还严重影响了设备的寿命，文献【10l中某余热锅炉受热面发生低温腐蚀后，受热面处有很多积灰，而且需敲击才能脱除，在受热面低温段，该处巾6mm的针肋已腐蚀成由1．5mm。所以在余热利用的过程中不仅要尽可能地利用这部分余热，而且还要制定防止腐蚀的措施，防止或减／]vfL王温腐蚀的发生。1)合理控制换热器管壁温度确保受热面最低管壁温度要高于烟气酸露点温度。当管壁温度低于露点时，可将冷、热流体的流动从逆流改为顺流。增加进口流体的进口温度，通过利用流体的再循环或者设置进口流体预热器来实现，如空气预热器暖风机。这些措施虽然使换热器的热效率有所下降，但是可以有效的防止低温腐蚀。对于常规的换热器，文献【"】通过调整再循环门开度，来改变进入换热器的给水量，从而改变换热器中的换热量来控制换热器的管壁温度，从而既充分利用烟气余热又能避免低温腐蚀问题。流程图如图1所示。对于热管换热器，利用热管作为回收余热的设备，在设计过程中，可根据烟气的特性及成份适当调整热蒸发段和冷凝段的长度，从而调整冷热两段的面积，调整冷热两段翅片间距、数量等办法来调整烟气侧与空气侧的热阻比，从而调整了烟气侧管1-海节能旁路调整门图1某厂余热利用系统图混合器壁的温度。使烟气侧管壁温高于烟气的酸露点温度，从而避免了受热面的低温腐蚀【121。2)采用耐腐蚀材料的换热器如(ND钢、搪玻璃钢等)或在换热器的表面涂上防腐蚀材料，对换热器金属表面进行渗铝、渗铬处理。但是每一种方案都有各自的优缺点，应综合比较选择适合的防腐蚀材料。文献【13]中利用塑料薄膜材料作为换热器的防腐蚀材料来回收电厂锅炉排烟余热，使这些余热加热汽轮机的凝结水。代替了两个低压加热器，减少了汽轮机中的抽汽，这样一方面增加了汽轮机做功，另一方面提高了锅炉的热效率，并且通过对烟气中的冷凝液进行回收处理，可以减少烟气中二氧化硫、三氧化硫等酸性气体的排放，另外塑料薄膜材料热阻符合传热的标准，经过改造后的电厂标煤耗比未改造的电厂标煤耗下降近49／kWh，节能效果相当显著。改造系统流程见图2。电图2利用塑料薄膜回收电厂锅炉排烟余热流程图节能技术和产品3)利用吹灰器及时清除受热面积灰【141，因为当受热面积灰时。换热热阻将会增大，管壁温度将会下降，很容易低于露点，造成表面的腐蚀。当及时吹灰时，即强化了传热效果，而且也提高了受热面的管壁温度．减轻了低温腐蚀。4)烟道采用密封装置，如果烟道处的密封不好的话，外界的冷空气会大量地漏入烟道内，使烟气中的含氧量和水蒸汽的含量增加，导致硫酸露点上升，增加了受热面腐蚀的可能性。另外。在漏入空气的局部地方烟温会降低，有可能形成硫酸蒸汽烟雾，容易与管壁上的积灰生成硫酸盐，这会加速对受热面的腐蚀。5)减少烟气中三氧化硫的含量，即吸收烟气中的三氧化硫，在烟气中注入某种能和三氧化硫化合的非腐蚀性物质，例如亚铅、镁的化合物、白云石、氨等物质。3中低温烟气余热利用方式探讨3．1中低温烟气余热利用原则中低温烟气余热由于其余热温度低，品质能级较低，余热回收的方式主要分为两类：热利用(直接利用)和动力回收(间接利用)。根据"按质用能、能级匹配"的原则【16】，当输入余热的能级小于0．5时，余热回收已经不再适用于纯动力利用，此时纯动力利用比纯热利用要合理。余热的热利用可以预热助燃空气。预热燃料，产生蒸汽并入网管，也可以通过蓄热相变材料(PCM)将热量先储存起来后用卡车将余热运输到相应的热用户处，进行移动供热，要根据生产现场余热情况和热用户的情况选择最佳的热用户旧。有的余热资源，I：l：jzll某烧结厂利用余热锅炉产生低压蒸汽，在冬季采暖季节。低压蒸汽的需求量较大，而到夏季非采暖季节，蒸汽用量非常小。很多的蒸汽进行放散。甚至停开余热锅炉，余热没有得到充分利用，造成能量的浪费。这时，提供以下两个建议：1)安装小型汽轮发电机，在冬季采暖的时候产生蒸汽。进行供热，而在夏季非采暖季节，则用汽轮机进行发电。缓解夏季用电压力。2)利用这部分余热进行吸收式制冷，节约常规制冷机所需要的电能。可以实现在冬季进行供暖。而在夏季实行制冷，节能效果明显。3．2不同性质烟气的利用方式在工矿企业中，存在着很多的中低温烟气余热，但只有一小部分烟气余热是得到利用的，而大多数的中低温烟气的余热是未经过利用而直接排放。造成了很大的能源浪费。这不仅是由于中低温烟气余热的能级较低，适合的热用户较少，回收成本较大，还有一个重要的原因是烟气中含有粉尘、二氧化硫、NOX等杂质，严重制约了中低温烟气的余热利用。所以在中低温烟气余热利用的过程中要综合考虑烟气的温度。烟气的成分，热用户具体情况、投资成本等因素来设计出最佳的烟气余热利用方案。如果是燃气锅炉的烟气。因为其含硫量较低，而且烟气中含有大量的水蒸汽，所以可以用换热器或余热锅炉将烟气冷凝下来，含硫量很少，所以受热面腐蚀很小，而且可以充分利用烟气中水蒸汽的汽化潜热，余热可以得到深度利用。如果烟气中含有粉尘、三氧化硫等杂质，在余热利用的过程中，要做好防止腐蚀、防止积灰的措施，比如控制管壁温度大于烟气的酸露点温度，控制好烟气流速，安装吹灰器，使用有防腐材料的换热器。如果中低温烟气余热资源周围没有热用户，而在周围10km之内酒店、医院、浴室等单位需要热量，如果单独铺设供热管道进行供热很不经济，可以利用移动供热的方式，将烟气余热传递给这些热用户㈣，或者产生蒸汽进入汽轮机进行发电。4结论(1)在节能减排、低碳经济的大背景下，充分利用工矿企业的中低温烟气余热具有非常重要的意义。而中低温烟气余热的能级、其烟气的性质及热用户的特点严重制约了中低温烟气余热利用，特别是烟气中含有腐蚀性气体，掌握低温腐蚀的机理及做好防腐蚀措施是非常关键的。(2)根据烟气的具体特点，热用户的实际情况、投资成本等要素。选择最佳的余热利用方案。例如，燃气烟气中基本不含有二氧化硫的情况下，则不需要考虑低温腐蚀，深度利用烟气作余热，更经济更安全地回收烟气的余热，为余热利用提供了更好的发展方向。

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