工业窑炉：余热回收方案的确定原则及节能技术研究应用

在确定余热回收利用的方案时，首先要考虑余热的温度、数量和使用回收后能量用户的特点。例如，对高炉的高温烟气，既可用于加热燃烧用的空气，又可通过冷却水冷却、加热氟利昂、转换为动力。

一般的，对余热回收可按照下述原则来进行：

1. 高温余热首先用在需要高温的场合，以减少㶲损失。
2. 力图直接利用，减少能量转换次数。
3. 优先用在本身的工程上，如用在其他工程上，其地点距离提供余热的地点要近，而且余热的供应与需用在时间上要一致。
4. 若余热热源常停止供应余热，需考虑其他后备热源。

余热回收是一个针对性很强的课题，对不同的余热热源要确定一个合理的利用方案，需经过经济与技术两方面的比较、选择。例如，在钢铁工业中，当采用连续铸造时，就不需要均热炉；又如锻件直接进行锻造，加热炉的负荷就会减小，所能提供的余热量也相应减少。在回收烟气余热时，*考虑含有硫分的燃料的燃烧产物中硫化物的低温腐蚀问题。若为提高余热回收量而使换热器出口的烟气温度降至露点以下，烟气中的水蒸气与硫化物产生硫酸而腐蚀换热面，为此要求换热面采用抗腐蚀的材料，通常可采用不锈钢代替普通碳钢。若避免低温腐蚀，*控制余热回收量。

又如，空气预热温度会影响燃烧温度，空气预热温度越高则燃烧温度越高，使烟气中的NOx浓度增加；为降低NOx含量，郑州中威环保设备有限公司改进燃烧器的性能来实现。

从燃气工业炉窑的热工过程看，从炉膛流出的烟气，温度越高，炉内平均辐射温压越大，换热越强烈，炉子的生产能力也越高。根据物料加热温度和燃烧方式的不同，工业炉烟气出炉温度在200~1500℃,。这样，很大一部分热量被烟气带走。根据节能减排原则，充分利用工业炉的余热，具有很大的经济技术意义。利用工业炉余热的主要方法有：

1. 预热燃烧用空气或燃气；
2. 生产蒸汽或热水；
3. 预热物料。

（四）预热空气或燃气的经济技术意义

1. 节约燃料   利用工业炉的余热预热燃烧所需的空气或燃气可以回收大部分余热。热空气或热燃气带入炉内大量物理热，一方面减少了供给炉子的燃气量，直接节约燃料；另一方面，增加物理热并不增加烟气体积，可减少排烟热损失。对高热值燃气，由于理论空气量大，因此预热空气比预热燃气效果好。对低热值燃气，两者都应预热。

2. 提高理论燃烧温度   在高温冶金炉上安装空气预热设备，往往不仅是为了节省燃料，还有一个重要目的，就是希望*足够高的燃烧温度来满足高温工艺的要求。对于任何工业炉，预热空气都可以保证足够高温，从而提高工业炉的生产能力。此外，对于高温工业炉而言，使用低热值燃气，则*将燃气和空气预热。因而，预热空气和燃气对扩大利用低热值燃气能源有特殊的现实意义。

        空气和燃气的预热温度越高，带入炉内的物理热越多，燃气的理论燃烧温度越高。这一关系可用图13-1明显地表示出来。由图可知，将空气预热到600~800℃时燃烧高炉煤气，与空气不预热时燃烧Hl=8374kj/Nm3的混合煤气具有同样的燃烧温度。

    3.提高燃气燃烧速度，改善燃气的燃烧过程   空气和燃气的温度越高，燃烧反应越快，火焰传播速度越大。在其他条件相同时，火焰将缩短。这点对于炉子采用集中端头供热，提高炉子平均辐射温压，从而提高炉子生产能力很有益处。

二、利用余热生产蒸汽的技术经济意义

余热利用的另一个有效方法是安装废热锅炉，利用余热产生蒸汽或热水供动力、生产工艺及生活利用。

由于水的热容量和密度比空气大，它可以把烟气的温度降至150~250℃，因此利用烟气生产蒸汽时的热回收率比预热空气大。这点是预热空气难以达到的。例如，一般平炉蓄热室（预热空气用）排出的烟气温度尚有500~600℃，即使增加蓄热室面积也难再降低排烟温度，且不经济，故应在蓄热室后再安装废热锅炉，进一步降低排烟温度至150~250℃，将蓄热室排出烟气热量的50%以上回收下来。当然预热空气能直接改进炉子热工特性，是应该首先应用的。生产蒸汽虽然对工业炉没有直接作用，但对节约能源却有重要意义。

对于某些温度很高或含尘量高的烟气（如炼铜炉的烟气），若直接在炉后安置空气预热器，则它必然会迅速堵塞和损坏。由于废热锅炉清灰方便和能耐高温，所以可在空气预热器前先安装废热锅炉，起除尘和降温作用。当然这样会减少直接用来预热空气的热量。

安装废热锅炉后，烟气温度降得比较低，这就能够采用机械排烟，从而消除自然排烟受季节及操作条件的影响，使工业炉工作稳定。

预热空气即使在小型工业炉上也是适用的，而废热锅炉过去多用于较大的工业炉。为了节约能源，有些工厂的锻造加热炉也采用了废热锅炉，利用所获得的蒸汽作为气锤的动力和其他用途，收到了良好效果。

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