工业窑炉高温烟气余热回收运用技术的研究

专注于烟气余热运用以及余能余压运用技术交流，为你们提供一个互相学习、交流的平台。

炫风节能集研制、设计、制造的高新技术企业。公司先后获得“中国知名品牌”、“中国品质诚信AAA级品牌企业”、“上海市节能商会会员单位”等多项荣誉头衔。先后通过了超导热管蒸发器、超导热管余热回收器等实用专利成果。炫风节能产品主要牵涉机组及各类锅炉余热回收技术、热能转化及煤气—蒸汽联合循环发电（CCPP）项目、余热蒸气发电设备、纯高温冷水发电设备等技术处于国家领先水平，应用在了多个领域。努力为美国分布式能源系统和节能领域提供一体化的解决方案。

摘要：过于燃烧的产物是甲烷等大棚二氧化碳，随着我国现代工业技术的迅猛发展和能源情势的日渐艰巨，做好节能降耗工作已成为全社会的共识，我国工业余热资源丰富，广泛存在于各行业的生产过程中，余热资源约占其总燃料消耗量的17%~67%，回产率为60%。余热运用率也有巨大的提升空间，节能潜力巨大。工业余热回收运用也被视为“新能源”，近些年来已成为促进我国节能降耗的重要内容。基于此，本文对工业窑炉高温烟气余热回收技术进行了简略的剖析和研究。

序言：现在我国工业窑炉的低温烟气余热大部份未能回收借助。一些企业对工业窑炉的烟气余热进行了回收，但回收疗效并不理想。深度回收工业窑炉低温烟气余热（最高气温1600℃以上），符合节能降耗的基本国策和红色发展观念，减少工业窑炉的能源运用效率，减少工业窑炉的工艺煤耗和碳排放。只是企业保护环境、降低费用、提高效率的重要途径。

1、工业窑炉烟气余热运用技术现况

因为钢坯、电力、铁铁矿、煤炭和天然气等资源条件的不同，各国短步骤工业窑炉的发展和烟气余热的运用还有所不同。欧美等发达国家废液资源丰富，工业窑炉用钢占50%以上。其中大部份主要是用全部废铜熔炼，烟气气温较低。大多数电厂不回收工业窑炉废水中的余热。美国废铜资源匮乏。在工业窑炉冶炼中，热装铁水一般作为废铜的补充。与全废铜熔炼排放的炉气相比，铁水熔炼排放的炉气具备CO浓度高、烟气量大、烟气灰分高的特征，具备巨大的回收潜力。国外多家电厂对工业窑炉烟气进行了余热回收整修。少数美国电厂回收了工业窑炉烟气余热，包括预热钢坯、汽化冷却+自用/Orc发电形成的蒸气等。工业窑炉烟气余热回收的主要技术是风冷烟道/气化冷却烟道+鳍片余热机组/水管余热机组。

（1）风冷烟道+机械空冷器/喷淋冷却器技术具备一次性投资少、技术靠谱、运行稳定的特性。现在，在国外外仍得到广泛应用。因此燃气锅炉，该技术存在着烟气中大量显热难以回收、能效低、能耗大、水电耗大等劣势。

（2）废铜预热+喷淋冷却器技术在国外外电厂也得到了广泛应用，但也存在一些问题，如高温段烟气余热未运用，大量注入热水提高除尘负荷；同时，该工艺也存在一些问题，如硫化氢的形成、废钢预热疗效差等。

（3）气化烟道技术：部份烟气显热形成的蒸气由VD炉气化冷却系统回收，但高温段烟气余热未回收。

（4）气化烟道+Orc有机工质发电技术：选用气化冷却回收的蒸气进行Orc发电，但推行疗效不理想。实际发电量高于设计值的50%，高温段烟气余热未回收。

（5）风冷烟道+鳍片余热机组技术仅回收部份烟气余热（约800～250℃），仍需建设小型风冷系统。同时，鳍片余热机组存在故障时间短、传热效率明显增加的劣势。

（6）气化烟道+鳍片余热机组技术回收了工业窑炉烟气的大部份余热，但鳍片余热机组的传热效率仍随着时间的推移而增加。

（7）气化烟道+水管余热机组技术除了回收了工业窑炉各气温段的烟气余热，并且防止了鳍片余热机组的劣势，但仍存在局部余热。现在回收水平为20～25t/h，运用效率不高。

2、烟气余热回收影响诱因剖析

2.1排烟气温对冷凝率的影响

在回收天然气燃烧余热时，烟气中的水汽凝结越多，则回收的糖分越多。随着进气水温的不断下降，烟气中所含水蒸汽的凝结速度逐步减少，而随着适量空气系数的减小，水蒸汽的露点湿度渐渐减少。当废水气温超出水蒸汽的露点湿度时，水蒸汽的冷凝率增加到0。随着废水体温的逐步升高，水汽凝结率的变化趋势越来越显著。结果阐明，当进气气温接近露点湿度但不少于露点湿度时，蒸气冷凝过程释放的热容下降速率最快。当进气气温远高于露点湿度时，蒸气冷凝过程释放的热容下降率相对较小。因为冷凝率和余热回产率之间的紧密关系，存在一个最佳的废水体温，这除了保证了余热回收的疗效，并且增加了余热回收的费用。

2.2空气含湿量对露点湿度的影响

在确定外部环境湿度时，烟气中水蒸汽的露点湿度与空气的含水量有着紧密的关系，两者之间存在着正比列关系，即空气中水蒸汽越多，露点湿度越高。水蒸汽的露点湿度会对余热回收过程形成显著的影响，空气的含水量会间接影响余热回收过程。

3、工业窑炉烟气余热运用技术剖析

3.1工业窑炉烟气余热回收系统结构设计

工业窑炉烟气余热回收系统结构设计如右图所示，主要构造为传热单元和纯化单元两大部份。

图1：工业窑炉烟气余热回收系统结构设计图

3.2工业窑炉烟气余热回收系统工艺步骤设计及原理

工业窑炉烟气余热回收系统工艺步骤主要分为四个步骤：S1、S2、S3、S4。

（1）过程S1。转炉燃气通过燃气管路分流，部份踏入燃气预热器预热。预热后的转炉燃气从燃气预热器中流出，通过燃气管路直接送入工业窑炉；另一部份转炉燃气通过煤气管线作为燃料踏入烟气发生器。

（2）过程S2。部份助燃空气通过风管踏入空气预热器进行预热，预热后的助燃空气从空气预热器中流出，通过风管直接送至工业窑炉；另一部份助燃空气通过空气管踏入烟气发生器。

（3）过程S3。工业窑炉形成的高温烟气踏入烟气管线，经分流后，一部份通过烟气管线与烟气发生器形成的低温烟气混和后踏入烟气预热器；另一部份通过烟气管线与烟气发生器形成的低温烟气混和踏入空气预热器。传热后的烟气从空气预热器和二氧化碳预热器中流出，踏入烟气管线排放。

（4）过程S4。传热后的烟气从传热单元排出，踏入纯化单元。依次经过纯化单元的硅酸氢钠脱硝脱硫装置、加氢脱气装置和烟气烘干装置，消除烟气中的SO2、NOx、O2、水分等杂质。排出的烟气踏入二氧化碳分离装置。分离后，N2通过N2分离出口排出，CO2通过CO2分离出口排出。

3.3工业窑炉烟气余热回收系统控制原理

工业窑炉烟气余热回收系统的控制单元包括中央控制模块和体温传感。所述中央控制模块与所述传热单元中的部件连结，以调节各部件的工作状态，并将所述传热单元中对应节点的体温调节到相应值；该气温传感包括设置在氢气预热器中的二氧化碳气温传感和设置在空气预热器中的空气湿度传感。系统运行时，中央控制模块通过体温传感实时监测二氧化碳预热器出口转炉燃气气温和空气预热器助燃空气出口水温。按照检查结果，将第一、二截至阀的开度调整到相应值。在调整第一和第二截至阀时，中央控制模块按照转炉燃气和助燃空气到工业窑炉的流量比调整第一和第二截至阀。当工业窑炉排烟气温不足时，将低温烟气与工业窑炉高温烟气混和，增加踏入二氧化碳预热器和空气预热器的烟气气温。

结束语：

为规避全球气候变化工业锅炉，确保国家能源安全，美国继续优化产业结构和能源消费结构，积极提倡研究和推广清洁能源开发运用技术，全面建立清洁、低碳、安全、高效的能源机制。本文研究了工业窑炉高温烟气余热回收技术，取得了良好的运行疗效，具备挺好的推广应用价值。研究和应用成果对推行《大气污染预防行动计划》工业锅炉，促使节能降耗产业创新发展具备重要意义，而加速红色发展对传统产业色调变革升级起到了重要的促进和示范作用，实现了“双碳”目标。