对卷烟厂余热的综合利用分析探讨

樊会军

（河北白沙烟草有限责任公司保定卷烟厂 河北 保定 071000）

国家烟草局一直以来都十分重视烟草行业的节能减排工作。在此背景下，卷烟厂实现节能减排，降低生产常规能源消耗的重要途径就是对余热的综合利用。目前，卷烟厂生产企业及相关的科研单位都积极开展了卷烟厂节能减排技术研究。张小芬［1］等对卷烟厂空调系统的余热回收利用进行了一系列的研究。除此之外，卷烟厂生产过程中还会产生一系列的工艺排风，对此，相关学者进一步研究分析了其余热回收应用的价值，研究结果显示，卷接包工艺排风不值得进行热回收。而在卷烟厂的余热综合利用方面的研究甚少，尤其是对于个别严寒地区的余热综合利用方面的研究，这些地区新风预热耗热量大，具有丰厚的余热资源。据此，本文对其进行了深入的分析与探讨。

1 卷烟厂余热资源分析

1.1 工艺排风余热

在实际的生产过程中，厂房内的制丝车间及卷包车间都会产生具有一定回收利用价值的工艺设备排风，特别是制丝车间的工艺排风，其风量大、含湿量大且温度较高，热回收价值较高。

1.2 工艺干燥设备烟气余热

在实际的生产过程中，为了能够有效地除去低档烟叶的水分，常常会用到工艺干燥设备，该设备的排烟温度高，通常可达190℃，虽然其排风温度高，但烟气量并不大，总蓄热能量有限［2］。与此同时，由于排出的烟气会夹杂着粉尘，所以，在对其进行回收利用时，还要加装过滤装置，以此来避免出现粘结等问题。

1.3 真空泵等冷却系统余热

真空泵站、空压站等在实际的运行中都会产生大量的余热，而冷却循环水系统将会带走这部分多余的热量，由于该热量丰富且水质较好，可以考虑对其进行合理地回收利用。

1.4 真空回潮机蒸汽余热

这部分的余热热品质很好，为一等余热资源，对其应优先地进行回收利用。然而，在实际的生产过程中，真空回潮机的产热并不连续，如若对其利用，还需设置好蓄热水箱。而这一问题的出现对于一些设备机房用地较为紧张的厂区而言，其可操作性还有待商榷。

2 卷烟厂余热的综合回收利用原则

2.1 基于需求量回收余热资源

卷烟厂在生产过程中所产生的余热资源十分富余，可满足卷烟厂的用热需求。在此基础上，卷烟厂应根据实际的用热需求来科学设置好余热回收系统，以此来回收余热资源，确保所回收得来的余热资源都能被充足使用，避免出现回收的余热资源得不到充分利用的问题，造成“二次余热”［3］。

2.2 科学确定余热的利用方式

对回收后的余热资源，应根据能源特点及用能需求，选择对其的利用方式，考虑到余热的“数量”“质量”热点，按照低质低用、高质高用的原则，对余热资源进行利用［4］。

2.3 就近利用

由于生产需要，往往卷烟厂的厂区面积都很大，因此，为了对余热的综合利用，应采取就近利用的原则，避免管线投资成本的浪费，减少热量运输途中的热损失［5］。

3 卷烟厂余热的综合利用案例分析

以保定卷烟厂为例，制丝车间和卷接包车间工艺设备排风温度较高且湿度较大，因此有较高的热回收价值。通过对我厂的余热综合利用，即可通过对卷烟厂工艺设备排风等加以利用，并结合热风炉系统，实现节能减排的效果。在对其的余热综合利用研究中，共制订了两种热回收方案：其一就是回收高温工艺排风，将其直接换热后，得到55℃热水；其二就是对低温工艺排风进行回收，对其回收时，采用高温空气源热泵进行换热，得到55℃热水。高温工艺排风换热得来的热水及低温工艺排风换来的热水都将与系统的保障性蒸汽热源一起作为热源，用于冬季空调新风的预热。与此同时，系统中的供水循环水箱还应与城市供热系统连接。基于这样的装置，热风炉系统能够稳定运行，当余热回收系统出现故障时，城市热水可作为临时应急，保障正常生产。

3.1 制丝车间的余热资源分析

本厂该车间的排潮风机计算其排潮风量可达75 480m3/h，排潮机房的工艺排风温度可达40℃，对这部分的工艺排风进行余热回收。制丝车间高温排气设备有滚筒薄板式烘丝机等，这些设备的排风量可达35 500m³/h，其工艺排风的温度可达120℃，不超过150℃。此外，除尘设备产生的工艺排风量可达143 360m³/h，其工艺排风温度平均在30℃。上述设备运行过程中产生的工艺排风，都将对其进行余热回收，用以进行该车间的空调新风预热，该厂区处于寒冷地区，室外温度最低可达-25℃，通过预热新风，将室外温度提高至10℃。

3.2 制丝车间工艺排风余热回收设计

通过车间内的余热回收空调系统，实现对余热资源的回收利用。该空调系统包括余热回收系统、保障系统等。

烤烟工艺中设备运行产生的除尘排风，其高温部分风量可达14 500m³/h，高温部分（按90℃计算）在没有进入除异味系统之前，对其进行热能回收。在回收这部分工艺排风时，选择高温余热源换热机组（换热量75 kW）进行换热后，得到55℃的热水，换热得来的热水存储于供水循环水箱中。换热后的烘丝机尾气混合其他除尘排风（按30℃计算，除尘排风量共计每小时87 280m³），换热量600kW 的低温余热源换热机组，在其进入除味系统的喷淋塔前，进行二次的能量回收。

白肋烟工艺中产生的除尘排风，排风量可达21 000m3/h（高温部分），其高温部分（90℃计算）在混合低温除尘后，在未进入除味系统前，换热量100kW的高温余热源换热机组对其进行热能回收，得到55℃热水，热水再进入到供水循环水箱。烘丝机尾气在经过汽水换热回收后，温度65℃，其与其他除尘排风（按40℃计算，排风量58 580m3/h）混合后，换热量800kW的低温余热源换热机组，在其进入除味系统的喷淋塔前，进行二次的能量回收。

回收利用白肋烟排潮工艺排风，工艺排风量最大可达27 700m³/h（温度以40℃来计算）。对其进行余热回收利用时，换热量300kW 的低温余热源换热机组，在工艺排风未进入除味系统的喷淋塔前，对其回收。

回收利用烤烟排潮工艺排风，设备运行中产生的工艺排风量最大可达45 280m³/h，以40℃计算。对其进行余热回收利用时，换热量500kW的低温余热源换热机组，在工艺排风未进入除味系统的喷淋塔前，对其回收。

在以上工艺排风的回收利用中，通过换热机组的使用，构成了循环水系统，其中包括循环水泵等装置。对制丝车间设备运行过程中产生的工艺排风进行回收利用后，用于供水循环水箱，其与两个换热机组分别循环换热。

通过制丝车间余热回收方案的设计，车间除尘、排潮尾气在计算后显示工艺排风的余热回收量已经远远超过了制丝车间在冬季时所需的用热需求（1800kW），其回收的余热资源完全满足车间用热需求。

3.3 卷包车间工艺排风余热回收

相比于制丝车间的工艺排风，该车间设备运行所产生的工艺排风不具备较高的热回收价值。对于该车间的用热需求而言，工艺排风余热回收量无法满足。所以，为满足卷包车间的运行需求，使其与制丝车间共用蓄热水箱。

卷接包工艺除尘，设备运行中产生的除尘工艺排风量最大可达109 600m³/h，以25℃计算。对其进行回收利用时，将使用到低温余热源换热机组（换热量160kW）。

以上工艺排风在进行余热回收时，由使用到的换热机组构成了循环水系统。通过对工艺排风进行换热后得到热水，并用于供水循环水箱，水箱与换热机组等分别循环换热。

卷包车间余热回收方案中，对除尘工艺排风进行回收，然而其余热回收量完全不足以支撑车间的用热需求。由于本厂所处地区冬季温度较低，车间的空调新风预热需要1000kW 的热量。将工艺排风进行余热回收后，仅仅满足于部分空调的用热需求，除此之外，车间空调机组所需新风预热的热量由动力中心蒸汽热源供给，以此满足节能降耗的要求。

3.4 卷烟厂其他余热利用潜力分析

除了制丝过程中，设备运行所产生的工艺排风可进行余热回收利用外，卷烟厂在生产过程中，还有着其他余热资源。

3.4.1 卷烟厂在生产过程中锅炉所产生的尾部烟气

首先，可考虑降低排烟温度，提高锅炉能效。可通过空气预热器，先对燃烧用空气进行加热，从而提高空气进行中锅炉的温度。空气温度提高后，锅炉内的温度也将会提高，与此同时，排烟温度也将会降低，此时的锅炉燃烧效率大幅度地提高。然后，在对烟气进行余热回收利用时，可考虑选择热管式换热器余热回收装置［6］，利用该装置回收利用烟气中的高品位余热。然后，将这部分回收得来的余热用来提高锅炉软水温度，从而提高锅炉效率，实现节能减排目标。

3.4.2 对空压、真空系统进行余热回收

空压机在运行过程中排出的工艺排风温度一般在70℃左右，这类工艺排风可以称之为高品质热源。然而，以往对其进行余热回收利用时，往往采用了冷却设备进行冷却，这就导致了热污染。一般来说，对空压机进行余热回收利用都是用于设备余热或是热水供应等方面，可考虑设置空压机余热回收系统，系统中应包含热回收组件、循环水泵等，以此来吸收空压机的余热，并将得来的热能用于蓄热水箱。

3.4.3 制丝等工艺设备发热量

卷烟厂在冬季时，其制丝及卷包车间在生产过程中工艺设备的温度较高，对此，可考虑通过热泵技术的应用，换热车间热量用于采暖系统。这样做不仅可以有效地降低车间工艺设备的温度，还能很好地补充采暖，有利于冬季卷烟厂引新风的防冻与预热。

4 经济性分析

本厂在每年的9月份至来年的5月都需要进行空调新风预热。就室外温度而言，低于-10℃的时间超过了1000h；此外，在-10～0℃为1457h；而高于0℃以上的时间超过1500h。对于车间空调预热新风用热需求而言，车间余热资源无法完全满足，据此，对工艺排风进行余热回收，其余热回收量可最大限度地使用于车间生产过程中。

对余热回收系统的能效分析，是在车间有余热的前提下［7］。基于此，此处对系统的能效分析是指系统正常工作的状态，则可知制丝车间的工艺排风余热回收量是960kW。回收热量被用于空调新风预热为“总热量=车间最大回收余热量（960）×运行频率（0.45）×预热时长（5012）”，那么，我们就可以得出用于空调新风预热的回收热量为2 405 634kW·h。然后，再换算出蒸汽费用为128万元，即用换算得来的蒸汽3200t与蒸汽每吨400元相乘。

工艺排风余热回收所使用到的余热回收系统能源消耗并不高，机组循环水泵为其主要的能耗。水泵功耗为9.9kW，计算水泵能耗的公式为：水泵功耗（9.9）×运行频率（0.5）×需预热时间（5012），我们可以得出水泵能耗为24 809kW·h，计算电费为2.5 万元（以1 元/kW·h电价计算）。

空调在夏季不需要新风预热时，余热回收系统回收的热量可以进行热风系统的回灌。与计算用于空调新风预热的回收热量的公式一样，可以通过计算得出全年用于回灌的回收热量1 439 925kW·h，所需蒸汽费用76.8万元。

此时，计算余热回收机组水泵能耗：9.9×3000×0.5=14 850kW·h，计算电费为1.485万元。

费用分析：从上述公式计算中，可以得出余热回收系统的回收节省共计204.8万（128+76.8），回收循环用3.985 万（2.5+1.485）。由于得出余热回收系统的年预计节约费用为200.8万（204.8-3.985），还有一些其他的与预热回收有关能耗可以视为正常开通系统的内容。在此基础上，可以计算回收系统能源比：960/9.9，此时，系统能效比96.9。不难看出，对卷烟厂在生产过程中，所产生的车间工艺排风进行余热回收有着十分可观的能效比，可满足节能减排的要求。

5 结语

一方面，卷烟厂在除尘、排潮等工艺排风中会产生大量的能量消耗；另一方面，卷烟厂在冬季进行空调新风预热会产生较大的用热需求，而这也使得余热资源有一定的利用空间。基于此，本文对保定卷烟厂进行余热综合利用分析研究，研究也表明，处于该地区的卷烟厂利用余热资源实现节能减排的效果显著，对生产过程中产生的工艺排风进行回收利用，其余热回收量可满足于车间的运行需求。同时，余热的综合利用对于节能以及提高厂区经济效益都有重要意义。除此之外，笔者对本厂其他余热综合利用也进行了进一步的分析探讨，认为工艺设备散热等余热资源也同样具有一定的利用价值，本文也对其进行了大致的探讨，当然，对其的回收利用还有待进一步深入地研究与分析。