烟气余热回收利用与节能分析
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根据理论可以算出在环境温度为 25℃左右，不考虑热量 损耗时余热回收量：
q=VyCy-(ty-t0)
作 者 简 介 ：郭 吉 林 （1982~）男 ，化 工 机 械 专 业 毕 业 ，硕 士 ，现 从 事 特 种 设 备 检 验 检 测 及 节 能 研 究 工 作 。
2010．NO．6． 24
（下转第 27 页）
关键词 锅炉 余热回收 热力学 理论节煤量
中 图 分 类 号 ：X701
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1672-9064(2010)06－0024－02
余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有 被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。 它包括高温废气余 热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化 学反应余热等。 根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料 消耗总量的 17%～67%， 可回收利用的余热资源约为余热总 资源的 60%。 随着《中华人民共和国节约能源法》的出台，国 家对节能提出了新的要求。 对于提高锅炉热效率日趋迫切， 其中利用锅炉排烟余热是最有效的途径之一。据相关数据表 明，一般工业锅炉的热效率约为 60%～70%，它的排烟温度大 概在 250～350℃之间，而导热油炉，排烟温度更是达到 280℃ 以上，大量余热未充分利用，如果把这些烟气直接排放到空 气中，不但会导致气温升高，污染了环境，而且极大的浪费了 能源。因此降低锅炉烟气温度已成为锅炉节能的一个重要途 径。
（上接第 23 页）
3.1 系统说明 景观喷泉散热结合单井回灌地源热泵系统，就是根据换
热量需要，打数口大口井，井中设取水管，取水管周边回填砾 石或粗砂，直至地下适当含水层，从地下含水层通过潜水泵 抽取地下水，通过给水管送至水源热泵机组使用，使用后流 入景观池，由景观喷泉泵特别是喷雾景观将被水源热泵机组 加热（冬季为冷却）的热（冷）水，喷到空气中初步散热，其散 热效果相当于冷却塔，（同时景观喷泉可美化环境）， 然后回 流至大口井，通过砾石或粗砂进一步与地下土壤换热，同时 过滤循环水，直至回至地下同层含水层，再通过潜水泵抽出 循环使用。 在大口井内通过砾石或粗砂与地下土壤直接换 热，其换热效果应该优于地埋管系统，地下含水层不仅可以 提高换热效果，而且有利于避免循环水被地下土壤吸干。
ISSN1672-9064 CN35-1272/TK
节能减排
烟气余热回收利用与节能分析
郭吉林 张岳良 程 林 程正米 （台州市特种设备监督检验中心 浙江台州 318000）
摘要 从热力学理论上系统分析锅炉烟气回收的合理性及经济性，得出理论节煤量及出水温度，对 DZL4-1.25-AII 锅炉 进行实测分析，其结果与理论分析相吻合，这对锅炉在烟气余热回收的设计及改造上具有重要的参考价值。
q=2237534 kJ/h 由此可以看出，如果烟气温度从 300℃降至 170℃，热量 全部回收，可节约原煤 107.1kg/h，节能潜力巨大。 如果其余热都被水完全吸收， 根据其配置的给水泵，水 流量大约为 6m3/h，不考虑热量损失，则理论上出水温度可以 达到： t1=q/(1000G)+t2
4 结束语
如果能够切实解决好以上的问题，在余热回收上效果会 更明显。 从理论计算和实际统计数据来看比较吻合，这也为 今后进行余热回收改造提供了一定的理论和实际参考依据。
参考文献 1 汤学忠.热能转换与利用.北京：冶金工业出版社，2002 2 王补宣.热工基础.北京：高等教育出版社，1981 3 李芳芹.煤的燃烧与气化手册.北京：化学工业出版社，2002 4 郭吉林，张岳良，等.浅谈锅炉的节能改造与节能减排.能源与环境，
节能减排
ISSN1672-9064 CN35-1272/TK
代规则无法正常实施。 所以，在电煤价格偏离正常范围的态 “计划电、市场煤”的问题。 解决“上大压小”机组的经济补偿
势下，则“电量置换”办法无法实行，而如果长时间以行政指 问题应该在更大范围的资源优化配置范畴内予以充分的分
令强求大机组代发，将导致大机组发电企业的强烈反对。
2009（2）
2010．NO．6. 27
台州地区目前烟气余热回收应用比较广的方法有省煤 器、余热水箱、余热锅炉等，其各有优劣。 在实际应用中，省煤 器主要采用铸铁制造 ，体积比较小，制造成本相对少。 水侧进 口处管壁温度常常低于露点温度，容易产生酸蚀，使省煤器 遭 到损坏。 而且为使受热 面布置紧凑，减小受 热面所占空间， 尽量减小管子节距，一方面使得烟气阻力较大，增大对电能 的消耗，另一面也使得管内水的阻力也大，如果在使用中水 流速 过快，传热强度较低。 余 热水箱壳体采用碳 钢制造，换热 管采用无缝钢管，体积也比较大，其主要特点存水量大，烟气 通过管子进行热交换，热效率较高。 余热锅炉本地区应用相 对较少，而根据实际使用来看，热效率最高，但成本也最大。
3.2 适应性 景观喷泉散热结合单井回灌地源热泵系统，适用于地下
水量不大、打井条件较好的区域，在福建地区有较大的可行 性。 可惜由于笔者设计的工程有限，目前尚未有适当的项目 来实践该设想，建议同仁能通过适当的小型工程，进行实践 试验，相信取得土壤换热试验数据后总结推广，景观喷泉散 热结合单井回灌地源热泵系统，具有广泛的应用前景。
=114.2℃ 而根据烟气进口处余热水箱上的温度计测得温度在 95℃左右，热水出口处的温度在 80～85℃，理论值和实际测得 值比较吻合，从而可以发现，此次改造效果比较良好。
3 经济效益及节能效果
根据该厂实际运行情况， 锅炉平均每天运行 9～10h，全 年生产 245d 左右，理论上可节约原煤 量 262395kg。 根据该 厂 统 计 ，在 同 等 运 行 条 件 下 ，2008 年 未 安 装 余 热 水 箱 ，统 计 使 用 煤 量 为 745.79t，2009 年 改 造 后 ， 统 计 使 用 煤 量 为
析研究，例如：煤炭行业应该为承担“上大压小”置换电量的
所以，笔者认为完全局限在电力行业内部进行“上大压 大机组提供相对低廉的电煤价格、政府对一次能源的行政补
小”机组的经济补偿是不尽合理的，国家应该从根源上解决 贴制度应该延伸到电力行业，等等。
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q=（t1-t2）G×1000 其 中 ：t1—进 口 水 温 度 /℃ ；t2—出 口 水 温 度 /℃ ；G—水 流 量/（m3/h）。
2 余热回收分析
台州某酿酒厂有锅炉 1 台， 型号为 DZL4-1.25-AⅢ，采 用引风机排烟，其排烟烟气量约为 13000m3/h。 在未安装烟气 余热回收装置时经测得实际排烟温度为 300℃以上。 而锅炉 的排烟温度高低，直接影响锅炉效率，排烟温度升高或降低 10℃，则锅炉效 率减少或增加 1%［4］。 在实际 使用过程中，考 虑到烟气的露点温度，一般控制排烟温度为 160～180℃，由此 可见，降低排烟温度对于节能有着重要的意义。 为此该厂通 过改造， 在锅炉尾部增加一个余热水箱进行烟气余热回收， 整个余热水箱采用折流板根据实际情况分成若干段，烟气及 水流动如图 1 所示。 从而大大降低了排烟温度，安装后测得 排烟温度控制在 170℃左右。由此可见，其锅炉效率可以提高 约 13%。
1 余热回收的理论依据
当量热值又称等价热值（或实际热值）是指某种能源一 个 度量单位本身所 含 热 量 。 如 1kg 原 煤 平 均 低 位 发 热 量 为 20934kJ，折标煤系数为 0.7143kg 标准煤。 根据热力学理论， 不 考 虑 热 量 损 耗 ，则 有 ［1］：
Q=Q1-Q2 其 中 ：Q—系 统 能 量 增 量 ；Q1—输 入 系 统 能 量 ；Q2—输 出 系统能量。
由于工业锅炉排出的烟气温度有很大差别， 高的超过 300℃，低的则在 160℃左右。 理论上它所具有的余热为：
q=VyCy〔ty-t0〕=BVn〔hy-h0〕=Hy-H0 式 中 ：Vy— 烟 气 量/（m3/h）；Cy— 烟 气 平 均 定 压 比 热 容 ，Cy= 1.34+0.000163ty/〔kJ/（m3·℃）〕；ty— 烟 气 温 度/℃；t0— 环 境 温 度/ ℃；B—工 业 锅 炉 燃 料 消 耗 量/（kg/h）或 （m3/h）；Vn—单 位 燃 料 产 生 的 烟 气 量/(kJ/m3)；hy—烟 气 的 单 位 焓 /（kJ/m3）；h0—在 环 境温 度下烟气的单位焓/（kJ/m3）；Hy、H0—烟气在排气温 度 及 环境温度下的总焓/（kJ/h）。 由上式可以知道，系统增加的热能如果在不考虑损耗情 况全部被吸 收 ，1kcal 的 热 量 在 1 标 准 大 气 压 下 能 使 1kg 的 纯水温度升高 1℃［2］， 高原地区 1kg 标准煤燃烧 所放出的热 量，比平原地区 1kg 标准煤燃烧所放出的热量要低［3］。 因此，在定压情况下实际水所吸收的热量为：
参考文献 1 陈焰华，等.武汉地区地源热泵系统的应用调研与发展前景分析.暖
通 空 调 ，2009 ，39 （6 ） 2 地源热泵系统工程技术规范 GB50366-2005
百度文库
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（上接第 24 页）
图 1 余热水箱示意图
541.01t，从而可以得出改造后节约煤量 204.78t，相比下节约 煤大约 27.5%。 根据当前煤价假设 800 元/t， 每年可以节约 16.38 万元。 改造费用大约 4 万元，由此可见，一个季度就可 以收回全部成本。
烟气余热回收的节能效果是相当明显的，但在实际改造 过 程 应 当 注 意 以 下 几 点 ：①不 是 温 度 降 得 越 低 越 好 ， 如 果 烟 气温度低于其露点温度，容易造成酸蚀而使热管失效直至报 废 ；②在 实 际 制 造 中 一 般 采 用 的 是 普 通 碳 钢 ，并 且 壳 体 内 部 无防腐层，在使用过程中发现使用寿命较短，一般在 4～5a 左 右，而且给水 容易带入 Fe+，造成给水污 染，对锅炉的 防 垢 带 来 不 利 因 素 ；③制 造 过 程 中 ，折 流 板 与 壳 体 焊 接 ， 而 与 换 热 管 采用套接，这造成水在高温段未充分进行热量交换就直接进 入下一个环节，从而降低了热量的回收，这也可能是高温段 测得的温度 95℃左右，而热水出口处的温度在 80～85℃产生 的一个重要原因。
q=VyCy-(ty-t0)
作 者 简 介 ：郭 吉 林 （1982~）男 ，化 工 机 械 专 业 毕 业 ，硕 士 ，现 从 事 特 种 设 备 检 验 检 测 及 节 能 研 究 工 作 。
2010．NO．6． 24
（下转第 27 页）
关键词 锅炉 余热回收 热力学 理论节煤量
中 图 分 类 号 ：X701
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1672-9064(2010)06－0024－02
余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有 被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。 它包括高温废气余 热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化 学反应余热等。 根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料 消耗总量的 17%～67%， 可回收利用的余热资源约为余热总 资源的 60%。 随着《中华人民共和国节约能源法》的出台，国 家对节能提出了新的要求。 对于提高锅炉热效率日趋迫切， 其中利用锅炉排烟余热是最有效的途径之一。据相关数据表 明，一般工业锅炉的热效率约为 60%～70%，它的排烟温度大 概在 250～350℃之间，而导热油炉，排烟温度更是达到 280℃ 以上，大量余热未充分利用，如果把这些烟气直接排放到空 气中，不但会导致气温升高，污染了环境，而且极大的浪费了 能源。因此降低锅炉烟气温度已成为锅炉节能的一个重要途 径。
（上接第 23 页）
3.1 系统说明 景观喷泉散热结合单井回灌地源热泵系统，就是根据换
热量需要，打数口大口井，井中设取水管，取水管周边回填砾 石或粗砂，直至地下适当含水层，从地下含水层通过潜水泵 抽取地下水，通过给水管送至水源热泵机组使用，使用后流 入景观池，由景观喷泉泵特别是喷雾景观将被水源热泵机组 加热（冬季为冷却）的热（冷）水，喷到空气中初步散热，其散 热效果相当于冷却塔，（同时景观喷泉可美化环境）， 然后回 流至大口井，通过砾石或粗砂进一步与地下土壤换热，同时 过滤循环水，直至回至地下同层含水层，再通过潜水泵抽出 循环使用。 在大口井内通过砾石或粗砂与地下土壤直接换 热，其换热效果应该优于地埋管系统，地下含水层不仅可以 提高换热效果，而且有利于避免循环水被地下土壤吸干。
ISSN1672-9064 CN35-1272/TK
节能减排
烟气余热回收利用与节能分析
郭吉林 张岳良 程 林 程正米 （台州市特种设备监督检验中心 浙江台州 318000）
摘要 从热力学理论上系统分析锅炉烟气回收的合理性及经济性，得出理论节煤量及出水温度，对 DZL4-1.25-AII 锅炉 进行实测分析，其结果与理论分析相吻合，这对锅炉在烟气余热回收的设计及改造上具有重要的参考价值。
q=2237534 kJ/h 由此可以看出，如果烟气温度从 300℃降至 170℃，热量 全部回收，可节约原煤 107.1kg/h，节能潜力巨大。 如果其余热都被水完全吸收， 根据其配置的给水泵，水 流量大约为 6m3/h，不考虑热量损失，则理论上出水温度可以 达到： t1=q/(1000G)+t2
4 结束语
如果能够切实解决好以上的问题，在余热回收上效果会 更明显。 从理论计算和实际统计数据来看比较吻合，这也为 今后进行余热回收改造提供了一定的理论和实际参考依据。
参考文献 1 汤学忠.热能转换与利用.北京：冶金工业出版社，2002 2 王补宣.热工基础.北京：高等教育出版社，1981 3 李芳芹.煤的燃烧与气化手册.北京：化学工业出版社，2002 4 郭吉林，张岳良，等.浅谈锅炉的节能改造与节能减排.能源与环境，
节能减排
ISSN1672-9064 CN35-1272/TK
代规则无法正常实施。 所以，在电煤价格偏离正常范围的态 “计划电、市场煤”的问题。 解决“上大压小”机组的经济补偿
势下，则“电量置换”办法无法实行，而如果长时间以行政指 问题应该在更大范围的资源优化配置范畴内予以充分的分
令强求大机组代发，将导致大机组发电企业的强烈反对。
2009（2）
2010．NO．6. 27
台州地区目前烟气余热回收应用比较广的方法有省煤 器、余热水箱、余热锅炉等，其各有优劣。 在实际应用中，省煤 器主要采用铸铁制造 ，体积比较小，制造成本相对少。 水侧进 口处管壁温度常常低于露点温度，容易产生酸蚀，使省煤器 遭 到损坏。 而且为使受热 面布置紧凑，减小受 热面所占空间， 尽量减小管子节距，一方面使得烟气阻力较大，增大对电能 的消耗，另一面也使得管内水的阻力也大，如果在使用中水 流速 过快，传热强度较低。 余 热水箱壳体采用碳 钢制造，换热 管采用无缝钢管，体积也比较大，其主要特点存水量大，烟气 通过管子进行热交换，热效率较高。 余热锅炉本地区应用相 对较少，而根据实际使用来看，热效率最高，但成本也最大。
3.2 适应性 景观喷泉散热结合单井回灌地源热泵系统，适用于地下
水量不大、打井条件较好的区域，在福建地区有较大的可行 性。 可惜由于笔者设计的工程有限，目前尚未有适当的项目 来实践该设想，建议同仁能通过适当的小型工程，进行实践 试验，相信取得土壤换热试验数据后总结推广，景观喷泉散 热结合单井回灌地源热泵系统，具有广泛的应用前景。
=114.2℃ 而根据烟气进口处余热水箱上的温度计测得温度在 95℃左右，热水出口处的温度在 80～85℃，理论值和实际测得 值比较吻合，从而可以发现，此次改造效果比较良好。
3 经济效益及节能效果
根据该厂实际运行情况， 锅炉平均每天运行 9～10h，全 年生产 245d 左右，理论上可节约原煤 量 262395kg。 根据该 厂 统 计 ，在 同 等 运 行 条 件 下 ，2008 年 未 安 装 余 热 水 箱 ，统 计 使 用 煤 量 为 745.79t，2009 年 改 造 后 ， 统 计 使 用 煤 量 为
析研究，例如：煤炭行业应该为承担“上大压小”置换电量的
所以，笔者认为完全局限在电力行业内部进行“上大压 大机组提供相对低廉的电煤价格、政府对一次能源的行政补
小”机组的经济补偿是不尽合理的，国家应该从根源上解决 贴制度应该延伸到电力行业，等等。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
q=（t1-t2）G×1000 其 中 ：t1—进 口 水 温 度 /℃ ；t2—出 口 水 温 度 /℃ ；G—水 流 量/（m3/h）。
2 余热回收分析
台州某酿酒厂有锅炉 1 台， 型号为 DZL4-1.25-AⅢ，采 用引风机排烟，其排烟烟气量约为 13000m3/h。 在未安装烟气 余热回收装置时经测得实际排烟温度为 300℃以上。 而锅炉 的排烟温度高低，直接影响锅炉效率，排烟温度升高或降低 10℃，则锅炉效 率减少或增加 1%［4］。 在实际 使用过程中，考 虑到烟气的露点温度，一般控制排烟温度为 160～180℃，由此 可见，降低排烟温度对于节能有着重要的意义。 为此该厂通 过改造， 在锅炉尾部增加一个余热水箱进行烟气余热回收， 整个余热水箱采用折流板根据实际情况分成若干段，烟气及 水流动如图 1 所示。 从而大大降低了排烟温度，安装后测得 排烟温度控制在 170℃左右。由此可见，其锅炉效率可以提高 约 13%。
1 余热回收的理论依据
当量热值又称等价热值（或实际热值）是指某种能源一 个 度量单位本身所 含 热 量 。 如 1kg 原 煤 平 均 低 位 发 热 量 为 20934kJ，折标煤系数为 0.7143kg 标准煤。 根据热力学理论， 不 考 虑 热 量 损 耗 ，则 有 ［1］：
Q=Q1-Q2 其 中 ：Q—系 统 能 量 增 量 ；Q1—输 入 系 统 能 量 ；Q2—输 出 系统能量。
由于工业锅炉排出的烟气温度有很大差别， 高的超过 300℃，低的则在 160℃左右。 理论上它所具有的余热为：
q=VyCy〔ty-t0〕=BVn〔hy-h0〕=Hy-H0 式 中 ：Vy— 烟 气 量/（m3/h）；Cy— 烟 气 平 均 定 压 比 热 容 ，Cy= 1.34+0.000163ty/〔kJ/（m3·℃）〕；ty— 烟 气 温 度/℃；t0— 环 境 温 度/ ℃；B—工 业 锅 炉 燃 料 消 耗 量/（kg/h）或 （m3/h）；Vn—单 位 燃 料 产 生 的 烟 气 量/(kJ/m3)；hy—烟 气 的 单 位 焓 /（kJ/m3）；h0—在 环 境温 度下烟气的单位焓/（kJ/m3）；Hy、H0—烟气在排气温 度 及 环境温度下的总焓/（kJ/h）。 由上式可以知道，系统增加的热能如果在不考虑损耗情 况全部被吸 收 ，1kcal 的 热 量 在 1 标 准 大 气 压 下 能 使 1kg 的 纯水温度升高 1℃［2］， 高原地区 1kg 标准煤燃烧 所放出的热 量，比平原地区 1kg 标准煤燃烧所放出的热量要低［3］。 因此，在定压情况下实际水所吸收的热量为：
参考文献 1 陈焰华，等.武汉地区地源热泵系统的应用调研与发展前景分析.暖
通 空 调 ，2009 ，39 （6 ） 2 地源热泵系统工程技术规范 GB50366-2005
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第 24 页）
图 1 余热水箱示意图
541.01t，从而可以得出改造后节约煤量 204.78t，相比下节约 煤大约 27.5%。 根据当前煤价假设 800 元/t， 每年可以节约 16.38 万元。 改造费用大约 4 万元，由此可见，一个季度就可 以收回全部成本。
烟气余热回收的节能效果是相当明显的，但在实际改造 过 程 应 当 注 意 以 下 几 点 ：①不 是 温 度 降 得 越 低 越 好 ， 如 果 烟 气温度低于其露点温度，容易造成酸蚀而使热管失效直至报 废 ；②在 实 际 制 造 中 一 般 采 用 的 是 普 通 碳 钢 ，并 且 壳 体 内 部 无防腐层，在使用过程中发现使用寿命较短，一般在 4～5a 左 右，而且给水 容易带入 Fe+，造成给水污 染，对锅炉的 防 垢 带 来 不 利 因 素 ；③制 造 过 程 中 ，折 流 板 与 壳 体 焊 接 ， 而 与 换 热 管 采用套接，这造成水在高温段未充分进行热量交换就直接进 入下一个环节，从而降低了热量的回收，这也可能是高温段 测得的温度 95℃左右，而热水出口处的温度在 80～85℃产生 的一个重要原因。