低品位余热回收利用技术的研发及应用

2010年第1期(总第58期)
2010年2月
收稿日期:2010201211
作者简介:李贵良,1965年生,男,山西新绛人,1988年毕业于西安交通大学热能工程专业,2002年获西安交通大学工商管理硕士,高级工程师,公司董事长兼总裁。

　高新技术
低品位余热回收利用技术的研发及应用
李贵良
(太原嘉能动力科技有限公司,山西　太原　030021)
摘　要:　低品位余热是一般不被重视的废气能源,虽然能量品质低或密度低,但将成为节能减排的重要组成部分,指出,通过多年的实践,对低品位余热利用的研发与应用技术是可行的,具有现实意义。

关键词:　低品位余热;余热锅炉;节能减排
中图分类号:　T K01 文献标识码:　A 文章编号:　1674239972(2010)0120060202
R esearch and Application of Low 2grade W aste H eat R ecovery
LI G ui 2liang
(Taiyuan E 2power Technolgy Co.LTD ,Taiyuan 030021,Shanxi ,China )
Abstract :Low 2grade waste heat is an emission energy which has being generally not taken seriously.Although the energy quality and density is low ,it will become an important component of energy 2saving and emission reduction.Through years of practice ,the author points out that research and development of low 2grade waste heat utilization and application technology is feasible and practical significance.
K ey w ords :low 2grade waste heat ;waste heat boiler ;energy 2saving and emission reduction
0　引言
低品位余热是指能量品质低或密度低,一般不被
人们重视的废弃能源。

但从节能减排的格局划分,低品位余热利用将成为产能端和用能端节能的关键环节,并影响到节能优先战略的实现。

1　低品位余热的划分及利用意义
低品位余热是相对于煤、石油、天燃气等高品位能源而言,其相同单位内包含的能量很低,是无法直接利用的排出热量。

低品位余热主要划分为3类:低浓度可燃物的尾气、低温度物体的显热、低温度的尾气烟气。

低浓度可燃物尾气的热值一般小于2512J /Nm 3,低品位显热物体的温度一般低于800℃,低温度尾气烟气的温度一般低于400℃。

这些余热目前国内尚属难予利用的余热,几乎全部直接排入大气。

可以说,低品位余热回收利用水平的高低直接影响着经济社会可持续发展的进程,具有重要的社会经济意义。

2　国内外发展现状
目前,对低浓度可燃物的利用尚没有成熟的技术。

随着环保的要求,一般采用电捕技术。

而此技术产生
的二次污染难于治理,后改为焚烧后直接排入大气,几乎没对余能进行全面的利用。

对低品位显热的余热利用,如,煤矸石制砖厂的余热利用方案都是在隧道窑窑顶放置1个大水箱,依靠烟气直接加热的方式把水箱中的水加热后,向各使用地点供热水,主要用途为取暖和为职工澡堂供应热水。

国内外煤矸石烧结砖显热的直接回收利用技术尚是空白。

低温度烟气余热回收目前主要采用同级利用(低温热量直接代替了原使用的二次能源),如,空气预热、水加热、储罐加热以及升级利用。

如,溴化锂吸收制冷、热水扩容发电、正丁烷有机工质发电等。

低温余热的利用应优先考虑长周期运行的同级利用,其次考虑全年中部分时间利用的同级利用,如,采暖。

最后才考虑升级利用,即热泵、制冷、发电。

目前,利用吸收塔和闪蒸塔将低温余热进行回收,余热回收率高,是较科学的路线。

3　低品位余热利用技术
低品位余热回收利用技术主要涉及传热学、燃烧学、流体力学、工程热力学中的基本原理,是在这些基本原理指导下研发的新技术。

a )低浓度可燃物的尾气,采用沉降、补燃、焚烧和换热的一系列技术措施,进行余热回收利用。

工艺路线见图1。

低浓度可燃气体排出后,先进入沉降室,使尾气进行惯性分离;尾气中的灰尘等颗粒状物沉降后,气体进
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入补燃室,利用高热值燃料,如,油、燃气等进行补燃,使其空间温度升高。

通过内部蓄热格子砖引燃可燃气体和微碳颗粒,补燃温度达到900℃～1100℃后,停止补燃,尾气继续进入焚烧室进行燃烧。

通过内部蓄
热格子砖稳定燃烧,最后通过烟道进入余热装置,用换热装置把余热收集利用起来。

图1　低浓度可燃物尾气的余热回收利用工艺路线图
补燃的步骤为先通过辅助燃烧加热蓄热体,使蓄
热体温度达到400℃～600℃,然后由蓄热体的格子砖多面蓄热引燃,使可燃气体充分燃烧。

换热装置是余热锅炉。

在尾气焚烧后进入余热锅炉进行换热,尾气焚烧后需经热平衡计算来确定余热锅炉容量大小。

余热锅炉的热交换器可对称布置;受热换热面的布置采用低流速设计,使换热器阻力小于10mm H 2O ;余热锅炉下部的特殊沉积空间,起到消烟除尘的作用。

从以上工艺路线看出,核心技术是长烟道补燃焚烧技术。

补燃是针对低浓度可燃物的引燃过程而言的,焚烧则是指使补燃后的可燃物达到充分燃尽的过程。

在煤转化过程中,都有大量的尾气排出,低浓度可燃颗粒和低浓度可燃气体是尾气中的主要可燃成分。

这2种不同存在形式的可燃物要得到稳定燃烧,分别需要满足一定的条件,需要一整套完整的补燃、焚烧技术及相应炉膛结构与之对应;
b )低温度的物体显热,采用分段换热的技术回收热量。

工艺路线见图2。

图2　低温度物体显热的余热回收利用工艺路线图
在隧道窑煤矸石烧结砖过程中,充分利用烧结砖
的低品位显热,分段直接回收辐射热量。

采用高效换热措施进行发电,提高能源利用效率,实现节能减排。

该方案采用了以物体显热直接辐射换热为主的新方式,最大限度地换取了煤矸石烧结过程中的余热。

因为采用了完全不同于传统的抽气换热方式,充分利用了烧结砖中的煤矸石热量。

小容量3t/h 余热锅炉发电,是该方案的1个创新,它优化集成了余热锅炉与发电机组体系,实现了砖厂不用外输电、烧砖不用煤的新理念。

开创了隧道窑内余热锅炉设计,使余热锅炉受热面成为隧道窑的组成部分,提高了余热利用率;另外,余热锅炉采用全对称结构,不会影响烧结砖的工艺。

此技术处于国内领先水平,可广泛应用于建材、电力、陶瓷、磨料等行业;
c )低温度的烟气余热,采用闪蒸的技术回收热量。

工艺路线见图3。

低温烟气的余热,特别是含水蒸汽高的烟气,含有
大量汽化潜热。

把低温烟气经增压风机加压送入吸收塔,吸收塔采用水膜技术把释放的热量吸收到吸收塔内,其热量由吸收塔导入闪蒸塔,在喷射泵的作用下,闪蒸塔内形成负压,使水在80℃～90℃汽化产生蒸汽供给用户。

图3　低温度烟气余热的回收利用工艺路线图
4　技术路线
以对某项目的余热利用总体方案为例,说明太原
嘉能动力科技有限公司自主研发的系列新产品的技术路线。

a )根据现有生产线的设备、技术条件,现场布置特点
(下转第71页)
2010年第1期 李贵良:低品位余热回收利用技术的研发及应用 2010年2月
2.2　高耗能行业复苏将使能源消费总量刚性增加
2009年以来,随着经济企稳回升,长治市作为能源大市,高耗能产业增长速度将逐渐加快,给节能降耗带来了压力,特别是耗能较高的电力生产行业恢复性增长将使能耗快速上升。

截至2009年第三季度,长治市所有规模以上火力发电企业绝大多数发电量同比已增长,只有山西漳泽电力股份有限公司漳泽发电分公司、武乡和信发电有限公司、襄垣县诚丰电力有限公司本期发电量与同期相比仍下降,其中山西漳泽电力股份有限公司漳泽发电分公司第三季度发电量同比下降20.82%,能耗同比减少23.44×104t标煤。

2.3　能源消费结构不合理
长治市能源消费以煤炭为主,品种单一。

2009年第三季度,长治市原煤在一次能源中所占比重将近100。

这种以煤炭为主的能源消费结构,是造成长治市能源利用效率低、环境污染严重的重要原因之一。

3　应采取的措施
从2009年长治市节能降耗工作进程看,要完成“十一五”的目标量,任务是很艰巨,必须采取强力有效的措施,深化改革,抓住重点,充分运用行政、经济、法律等手段,全力推进长治市节能降耗工作进程。

3.1　以结构调整来促进工业节能
通过对工业节能量影响因素的分析,只有通过调整工业结构,鼓励高产出、低耗能产业的发展,促进行
业结构优化升级,提高工业用能效率,才能实现工业节能。

3.2　狠抓重点行业和企业的节能降耗
以钢铁、电力、建材、石油、化工、煤炭等行业为重点,全力推进工业节能,坚决遏制耗能高、污染重产业过快增长。

继续大力实施“双百”企业节能监控工程,“双百”企业能耗总量占全部规模以上工业企业总能耗57.51%,是工业企业节能的重点。

组织开展与省内国内同行业能耗先进水平对比活动,推动各企业加大结构调整和技术改造力度,降低产品单耗,提高能效,推动长治市工业行业实现低耗高效发展。

3.3　促进高耗能企业实现能源使用的科学化管理
当前,要重点对新投产或刚刚恢复生产的高耗能企业和有新高耗能项目的企业加强节能监督管理。

有关部门要积极指导和帮助这类企业做好能源计量、搞好能源核算和分级定额考核以及能源平衡测试等方面的工作,使企业在能源使用过程中的各个环节都能达到科学化管理。

3.4　着力推进科技进步与创新
继续实施余热余压发电、高炉和转炉煤气回收利用、干熄焦技术改造、变频及无功补偿装置改造等节能工程,抓好重点节能项目。

加快企业技术创新体系建设,加强产学研结合。

积极开发新能源和可再生能源,推广洁净煤、煤气化和煤液化技术,发展生物能源,改变能源消费结构。

(上接第61页)
及能量总平衡计算结果,确定该整体余热利用方案;
b)介质的选用。

因水的比热容量大,且极易获取,因此,选用余热蒸汽锅炉作为换热方式比较理想;
c)优化余热锅炉结构是所定方案的关键。

在不影响原技术工艺的条件下,要缓慢冷却,采用分段换热技术,要求换热受热面,(a)对称布置,(b)分散布置,(c)解决受热面各点的膨胀不影响原结构。

通过计算和工程技术的解决,其余热锅炉能满足其性能要求。

受热面实现对称布置,长距离地分步换热。

以轴中心为膨胀中心及换热面自吸收膨胀量来解决换热体的膨胀问题;
d)水循环可靠。

分散换热,需要解决水动力循环,保证余热锅炉的水循环可靠;
e)余热锅炉的换热过程见图4;
f)工程结构设计是实现该项目的关键。

不同的应用场合和条件,采取不同的实施方案,没有现成的结构可照搬。

另外,受现有工艺条件的原结构空间和周围相关设备的限制,要比常见锅炉设计困难大得多。

必须根据现有生产工艺进行详细的分析和论证,采取单独的,有针对性的工程技术设计。

图4　太原嘉能公司低品位余热利用工艺路线图
5　结语
低品位余热利用是节能减排重要的组成部分,通过多年的实践,充分展示了这一技术对工艺尾气中低浓度可燃物和低品位余热进行回收是完全可行的。

积极推广这一技术,可为持续发展和环境保护作出贡献。

2010年第1期 常建明,等:2009年第三季度工业企业能源消费情况分析 2010年2月。