摘要：锅炉排烟尾气的中低品位余热应用一直是节能研究中的一个重要课题。而根据《锅炉节能技术监管规程》的要求，凡在《特种设备安全监督条例》规定范围内的，以煤、油气为燃烧的锅炉及其辅机、监测等在设计、制造及验收中，应采用新技术、新工艺、提高锅炉及其系统能源转换利用效率，以满足安全、节能、环保等要求的前提下进行节能工作，确保其安全与经济性的统一。
关键词：锅炉节能；余热；环保
根据中国能源消费结构与空气质量关系，对未来若干年能源消费量和环境空气质量进行预测，从而优化能源消费结构，改善空气质量提出建议。
因排烟温度高而造成的锅炉运行负荷低，且存在“大马拉小车”的现象；据统计，目前全国工业锅炉的平均运行负荷只有额定负荷的50%左右，实际运行效率往往要比鉴定热效率低10～15个百分点，造成一次能源的浪费很大。由于锅炉的低负荷运行，致使锅炉运行的一些参数难以控制在合理的范围内，如炉膛温度、给风量、漏风系数等。如锅炉在50%负荷下运行，散热损失比在额定负荷运行时增大一倍，同时容易造成漏风系数增大，火床和炉膛温度偏低，燃烧速度明显减慢，煤中的固定碳燃烧变得越加困难，炉渣含炭量增加，这样就使不完全燃烧热损失增大，运行效率下降。同时由于烟气温度及流速发生变化，也增大了尾部受热面腐蚀与积灰堵塞的可能性，图1是燃煤锅炉效率曲线。
图1-1 燃煤锅炉效率曲线
工业锅炉普遍存在的问题【1】
余热属于二次能源，煤炭、石油及各种可燃气体等一次能源用于冶炼、加热、转换等工艺过程后都会产生各种形式的余热。在热能动力方面能耗高、污染高的主要原因之一。锅炉的排烟热损失是由于排烟温度过于高于进入锅炉的空气温度（基准温度）这部分热量未被利用而造成的损失，排烟热损失q2是各项损失中最大的一项，约占总热损失的4%～12%。
余热资源是指经济技术经济分析确定的可利用的余热量。中、低品位能量是指温度在在工业领域中消耗着大量的能量，最终都以低温热水的形式排放掉。为了提高能耗的利用效率，可采用能源品位提升的技术来回收利用生产过程排放的热量。中、低品位能量是指温度在250℃以下的能量，其不仅在过程工业中大量存在，而且随着太阳能、地热能等新能源应用的日益广泛而大量存在。
中、低温余热资源的合理回收利用作为节能工作的一个重要方面，对于我国经济发展、人类生存和环境都起着举足轻重的作用。从热力学、经济性、系统工程和决策的角度，研究中、低温余热回收系统优化的热经济学分析和生命周期分析，以求同时达到节能、环保和提高经济效益的目的。我国工业锅炉数量庞大，且大量是10t/h以下工业锅炉，排烟温度在250℃以下，为了回收这部分低温余热，我国很多地方，对工业锅炉余热回收作了很多工作，如开发的强化空气预热器、换热器、冷凝式锅炉等，烟气在管内流动，传热效率高。耐腐蚀、抗积灰、阻力小，可使锅炉热效率提高5-6.5个百分点。
1、气体载体余热利用现状
气体载体余热资源占资源总量的60%以上，是最多的一种余热资源，其载体主要为烟气、可燃性废气和放散蒸汽。根据GB/T1028-2000，其按照技术可行、经济合理的原则，规定了余热载体的下限温度，结合中、低品位能量的特点，可以将研究对象定位为：180-50℃的烟气、可燃性废气以及100-250℃的放散蒸汽。中低品位烟气大都直接利用，例如烘干物料、坏料，产生低压蒸汽或热水供生产、生活之用。这种利用途径投资小，见效快，为一般企业所采用。
a）回收利用工业锅炉烟气
b）烟气余热烘干坏料
2、液态载体余热利用技术
液态余热资源，分布在液态产品，中间产品、冷却水、可燃性废液等和冷凝水中。对于中低品位液态余热资源，液态主品、中间产品、冷却水、可燃性废液等温度定义在80-250℃品位之间，冷凝水则定义在环境温度到250℃之间。液态载体余热资源主要在化工、石化、轻工、纺织等行业。
a）蒸汽冷凝水回收
b）制浆造纸黑液回收
c）多效、闪蒸、降膜蒸发
d）废液回收
本章主要以回收利用工业锅炉烟气中、低品位相关利用做研究。
冷凝式锅炉的设计思想及原理：排烟温度是锅炉的基本设计参数之一。设计锅炉时首先要对该参数进行选定。锅炉排烟温度直接影响到锅炉机组的经济性和尾部受热面工作的安全性。选择较低的排烟温度可以降低锅炉的排烟热损失，有利于提高锅炉的热效率，节约能源及降低锅炉的运行费用。因此，如何有效地降低锅炉的排烟温度并使之合理利用，是一个重大的技术性课题，冷凝式余热回收锅炉，其降低排烟温度是通过以下方法来实现：采用硅铝一体换热炉体，合金材料的使用使冷凝技术得到最好的发挥。铝是非常好的传热导体：比钢强7倍，硅保证了很强的耐腐蚀性。轻型及耐用的合金材料降低了锅炉的重量，提高了锅炉的使用寿命。特殊的炉体结构设计，最大程度地加大换热面积，使冷凝效果突出，使用效率达110%左右。冷凝锅炉与传统锅炉相比节能40%，上述方法在实际应用中有效地回收排烟中显热与汽化潜热。
排烟温度对于排烟热损失的影响
冷凝式燃气锅炉是通过降低排烟到烟气露点温度以下，回收烟气中水蒸气的潜热来减少排烟损失。冷凝式燃气锅炉是通过降低排烟到烟气露点温度以下，回收烟气中水蒸气的潜热来减少排烟损失。那么当排烟温度在露点以上和露点温度以下，排烟热损失具有什么样的变化关系呢？在结合排烟热损失的计算方法，从理论的角度，研究在过量空气系统a=1.2，锅炉排烟温度从170℃逐渐降低到25℃，锅炉排烟热损失随排烟温度与之变化的规律。排烟温度与排烟热损失的关系曲线如图2-3所示。
从图2-3可知，锅炉的排烟热损失随排烟温度的变化有两个存在差异的变化区间，从56.7℃到170℃变化缓慢，而在25℃到26.7℃变化较剧烈，区间分界温度26.7℃是烟气的露点温度，即露点温度是热损失的拐点。说明当排烟温度在露点温度以下将回收了水蒸气的潜热，且回收潜热的数量大于烟气显热，锅炉排烟热损失得到显著的减少。
烟气回收投入与收效的权衡
从上述分析数据表明：冷凝式燃气锅炉的热效率比普通燃气锅炉有热效率高8.58%，冷凝式燃气锅炉排烟热损失比普通燃气锅炉排烟热损失低9.05%，冷凝式燃气锅炉的损失效率低3.07%，其经济性很乐观。
很多电厂多年来尝试通过各种方法提高锅炉效率，但一直没有取得突破.到目前为止，采用传统的热力试验和耗差分析的方法，最好的优化结果仅能达到锅炉的设计水平。锅炉性能优化系统以集中解决降低供电煤耗和NOx排放等综合性指标为锅炉性能优化目标，目前可以达到减少NOx排放、改善锅炉效率（反映到供电煤耗为2g/kwh以上），优化结果明显。
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[4]车得福 冷凝式锅炉及其系统2000（1）.
论文作者:汪明法
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/14
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