工业炉烟气余热二次回收利用的分析

谷吨 康新亚

摘 要 针对工业炉排烟温度较高，造成热损失严重的问题，本文分析了通过集中烟道进行烟气余热二次回收利用的方法，同时还分析了将余热用于生活热水、采暖和制冷的措施，实现了变害为利、变废为宝、物尽其用的科学发展思路，为工业炉烟气余热的回收利用提供一定的参考。

关键词 工业炉 烟气 余热 回收利用

中图分类号：TK115 文献标识码：A

Analysis of Industrial Furnace Flue Gas Waste Heat Recycling

GU Dun， KANG Xinya

（Sippr Engineering Group Co.， Ltd， Zhengzhou， He'nan 450007）

Abstract For high temperature industrial furnace exhaust， causing serious heat loss problems， this paper analyzes the flue gas waste heat through the flue centralized secondary recycling methods， and also analyzes the heat for domestic hot water， heating and cooling measures to achieve a variable harm into turning waste into treasure， to make the best use of its scientific development ideas， to provide a reference for the recycling of industrial furnace flue gas waste heat.

Key words industrial furnace； flue gas； heat； recyling

0 前言

工业炉是工业加热的关键设备，广泛应用于国民经济的各行各业，量大面广，且工业炉是耗能大户，其能耗约占全国总能耗的25%，占工业总能耗的60%。机械行业中工业炉工作温度大部分在500～950℃，而由炉内排出的烟气温度也高达300～800℃，约占供入炉内热量的30%～60%。倘若让这些高、中温烟气直接排到大气中，也就意味着直接热损失为30%～ 60%，既浪费了能源又加剧了温室效应和环境污染。据此估算，每年全国约有5000万吨标煤以上的能量，随着排烟而损失掉。

随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，而地球上不可再生能源会变得越来越少，能源紧张已成为一个世界性课题。随着雾霾天气等环境问题的日益突出，节能减排势在必行。而节能的突出方面就是回收和利用余热。

1 烟气余热的回收

所谓烟气余热，是指工业炉窑排放的烟气中含有的可回收热量。大量高、中温烟气余热没有得到充分合理利用是我国工业炉窑能耗高的重要原因之一，回收利用这部分热量是降低燃料消耗和产品单耗最为有效的手段。所以，在节能技术改造中把工业炉窑烟气余热的回收利用作为重点。

1.1 烟气余热的一次回收

回收余热时，应优先考虑先由本设备或本系统加以利用。

现代燃料炉已普遍采用了烟气余热一次回收利用技术，即：通过预热器，回收高、中温烟气的余热来预热助燃空气（或者炉用燃料），从而节约燃料。高、中温烟气通过预热器与常温助燃空气（或者炉用燃料）发生热交换，助燃空气（或者炉用燃料）被加热，从而提高了进入炉内的空气（或者炉用燃料）温度，同时提高了炉膛温度和降低排烟温度，以提高燃烧效率。实践证明，一般助燃空气每预热100℃，可以节约燃料5%左右；比如空气预热300℃可以节能约15%。

1.2 烟气余热的二次回收

高温烟气经过烟道中的预热器之后，其温度有所降低，但排出的烟气温度仍有200～700℃，烟气余热的回收不充分，仍有大量热能（20%～50%）被烟气带走，作为生产过程中的废物被直接排放到大气中。由此可见，通过余热二次回收利用提高工业炉的能源综合利用率，节能减排存在着很大的潜力。

对于烟气余热的二次回收，其方式不一，可根据实际需求进行选择。

首先，对于单个炉子，可直接在空气预热器之后的烟道中加装气-水换热器，利用回收到的余热来加热自来水，将自来水制成生活热水，热水可直接用于日常生活。当然，这种方式也面临着换热器体积受限的情况，同时也存在着换热器阻力稍大，靠自然排烟可能不通畅的问题。

其次，对于多台炉子分布在一起的炉群，可以通过集中烟道，把各台炉子的烟气集中到一起，对炉群的烟气余热进行系统的、全面的回收利用。但集中排烟的方式又面临了新的问题，那就是：烟气量变化范围大，烟气温度变化范围大，烟道阻力变化范围大。既能保证工业炉群中各台炉子的正常工作，又能很好地进行烟气余热回收利用，必须结合炉群烟道阻力选择合适的抽力。当自然排烟不能满足要求时，可选择机械排烟的方式；其方法是：在排烟系统中加装排烟风机，且风机采用变频控制，保证炉群中各炉子排烟口处烟道压力为恒定负压值，确保各台炉子的烟气能够及时、顺利排出。

工业炉排烟及余热采集系统如图1所示。本系统具有排烟的功能，在排烟风机作用下，能排出各炉子的烟气，并设有旁通烟道，在余热回收系装置出现故障时自动切换，保证工业炉排烟的畅通，确保炉子正常运行。该排烟系统中利用高效率的热管换热设备，将烟气的余热进行回收。所回收的余热可根据不同的需要利用于生活，同时烟气温度降为150℃以下，较大程度地降低了排烟对环境温度的影响。这样就实现了变害为利、变废为宝、物尽其用的科学发展思路。

图1 工业炉排烟及余热采集系统图

2 工业炉烟气余热二次回收利用的途径

余热资源尽管各种各样，但也是分级别的，也就是其有品位之分。余热介质温度决定了其品位的高低，余热介质温度越高，其品位越高；反之，品位越低。余热品位的高低决定了其应用范围，品位越高，应用范围越广，也更便于回收利用。针对不同的余热情况，如何进行合理有效回收利用，要具体情况具体分析，综合考虑采取不同的可行方案，且该方案技术上可行，经济上合理。

对于钢铁和冶金行业的工业炉来说，其排烟温度较高，烟气量大且较稳定，其烟气余热多利用于产生蒸汽以及用于发电。其方法一般就是利用余热锅炉回收工业炉高温烟气的余热，来生产蒸汽，随后还可通过汽轮机利用蒸汽来发电。

对于机械工厂内的工业炉来说，其排烟温度有高有低，且炉子大部分是间断运转，导致烟气量不稳定。由于此类工业炉的工艺特点，烟气余热回收之后不适合利用于发电，但在采暖和制冷方面有较大的利用空间。

采暖、制冷、生活热水作为住宅耗能最大的部分，也是开支最大的部分，并且随着能源的增加，以每年约10%的速度增长。烟气余热在采暖和制冷方面的利用，是机械行业工业炉烟气余热回收利用的一个重要发展方向。

3 机械行业工业炉烟气余热回收利用的措施

通过工业炉的排烟及余热采集系统来收集烟气的主要热量，并转换成70～120℃的热水。随后，可用此热水再制取生活用热水，或在冬季用此热水加热采暖回水，提高采暖回水温度，降低采暖运行成本；或者用此热水参与夏季制冷空调系统，来改善生产或生活环境。

3.1 用烟气余热制取生活热水

余热采集系统收集了烟气的主要热量，并转换成70～ 120℃的热水之后，可通过水-水换热器，用此热水来加热自来水，进而制成60℃的生活热水。由于烟气余热的不稳定性，会影响生活热水的直接使用，因此一般采用具有保温功能的蓄水池或者水箱，储存生活用水，当需要热水的供应时，可通过供水泵将热水供应至目的地。

3.2 用烟气余热加热采暖回水

冬季，可用余热产生的70～120℃的热水进行采暖。一般情况下，为保证采暖的质量，采暖供水温度约为80℃，采暖回水约为60℃。我们可以利用余热产生的热水，通过水-水换热器来加热采暖回水。

3.3 用烟气余热制冷

余热用于制冷系统时，只能用高品位或较高品位余热。可利用300～800℃中高温烟气余热产生90～120℃的热水，通过目前最常用的溴化锂吸收式制冷机进行制冷。热水温度越高，制冷效率越高，所需制冷设备体积也越小，其重量也越轻，相应系统投资也越少，投资回收期也越短。

根据一套热水型中央空调机组主要技术参数来看，该机组介质为热水，进口热水为90℃，出口热水为80℃，制成冷水温度为10℃。根据可用热水量的大小，可选用不同制冷功率的机组。

4 结束语

节约能源、减少排放、保护环境是我们“以人为本”发展理念的基本要求，是我们可持续发展的内在要求。在能源日益紧张的今天，对工业炉烟气余热二次回收，利用余热方便生活、改善生活环境，是行之有效的方法。

参考文献

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