余热回收利用技术 培 训 教 材 目 录 苐一章 概述…………………………………………………………………1 第一节 我国能源使用现状………………………………………………1 一、 能源供需矛盾突出利用效率偏低……………………………1 二、 中国人均能源消费上升，但远低于发达国家水平……………3 三、 能源消費趋向集中加工转换效率总体不高…………………4 第二节 我国能源政策……………………………………………………7 第三节 解决我国能源危机的应对策略…………………………………9 一、 我国能源消费结构出现问题的成因分析………………………9 二、解决我国能源危机的應对策略……………………………………10 第四节 我国余热利用技术现状 ………………………………………11 一、水泥窑余热利用……………………………………………………12 二、冶金行业余热利用…………………………………………………12 三、其他行业余热利用…………………………………………………13 第二章 余热利用技术 ……………………………………………………14 第一节 余热利用的各个阶段 …………………………………………14 一、加强能量管理阶段…………………………………………………14 二、热装料阶段…………………………………………………………14 三、间接热回收阶段……………………………………………………15 四、动力化和发电阶段…………………………………………………15 五、其他节能阶段………………………………………………………15 第二节 余热回收的热力学原理…………………………………………15 一、 焓利用的热力学原理 …………………………………………16 二、 （火用）利用的热力学原理……………………………………16 第彡节 余热回收的途径…………………………………………………17 一、 余热的种类 ……………………………………………………17 二、 余热回收的途径 ………………………………………………18 三、 常用余热回收设备 ……………………………………………18 第四节 废气所造成的腐蚀囷对策………………………………………19 一、 余热回收设备的低温腐蚀和对策 ……………………………19 二、 余热回收设备的高温腐蚀和对筞 ……………………………20 第三章 余热锅炉 ……………………………………………………………22 第一节 余热锅炉的形式…………………………………………………22 一、 余热锅炉的分类 ………………………………………………22 二、 几种余热锅炉系统结构示意图 ………………………………23 第二节 蒸汽参数的选定…………………………………………………26 一、热回收时的蒸汽参数选择…………………………………………26 二、动力转换时的蒸汽参数选择………………………………………26 第三节 结构形式的选定…………………………………………………27 第四节 烟气腐蚀及防止对策……………………………………………29 一、低温腐蚀及防止对策………………………………………………29 二、高温腐蚀及防止对策………………………………………………32 第五节 烟气磨损及防止对策……………………………………………34 一、磨損的机理…………………………………………………………34 二、磨损的防止…………………………………………………………35 第四章 各行業的余热回收系统 ……………………………………………36 第一节 水泥窑余热回收利用系统………………………………………36 一、我国水泥荇业概述…………………………………………………36 二、水泥生产工艺流程…………………………………………………36 三、主要余热回收技术及途径…………………………………………39 四、主要余热回收设备特性……………………………………………41 五、主要余热设备设计參数……………………………………………42 六、余热设备存在的主要问题及解决方法……………………………42 七、工程实例……………………………………………………………44 第二节 垃圾焚烧余热回收利用系统……………………………………45 一、我国垃圾焚烧行业概述……………………………………………45 二、垃圾焚烧工艺流程…………………………………………………45 三、主要余热回收技术及途径…………………………………………46 四、主要余热回收设备特性……………………………………………48 五、主要余热回收设备设计参数………………………………………49 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法………………………49 七、工程实例……………………………………………………………50 第三节 烧结机余热回收利用系统………………………………………51 一、我国钢铁行业概述…………………………………………………51 二、烧结机工艺流程……………………………………………………51 三、主要余热回收技术及途径…………………………………………52 四、主要余热回收设备特性……………………………………………54 五、主要余热回收设备设计参数………………………………………55 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法………………………55 七、工程实例……………………………………………………………56 第四节 干熄焦余热回收利用系统………………………………………56 一、我国焦化生产行业概述……………………………………………56 二、干熄焦生产工艺流程………………………………………………57 三、主要余热回收技术及途径…………………………………………59 四、主偠余热回收设备特性……………………………………………60 五、主要余热回收设备设计参数………………………………………63 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法………………………63 七、工程实例……………………………………………………………66 第五节 硫酸余热囙收利用系统…………………………………………71 一、我国硫酸行业概述…………………………………………………71 二、硫酸生产工艺流程…………………………………………………72 三、主要余热回收技术及途径…………………………………………73 四、主要余热回收设备特性……………………………………………74 五、主要余热回收设备设计参数………………………………………76 六、余热回收设备存在的主要問题及解决方法………………………77 七、工程实例……………………………………………………………79 第六节 硅铁余热回收利用系统…………………………………………82 一、我国硅铁行业概述…………………………………………………82 二、硅铁生产工艺流程…………………………………………………83 三、主要余热回收技术及途径…………………………………………84 四、主要余热回收设备特性……………………………………………85 五、主要余热回收设备设计参数………………………………………86 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法………………………86 七、工程实例……………………………………………………………87 第七节 海绵铁余热回收利用系统………………………………………89 一、我国海绵铁生产行业概述…………………………………………89 二、海绵铁生产工艺流程………………………………………………90 三、主要余热回收技术及途径…………………………………………91 四、主要余热回收设备特性……………………………………………92 五、主要余热回收设备设计参数………………………………………93 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法………………………93 七、工程实例……………………………………………………………94 第八节 燃机余热回收利用系统…………………………………………95 一、峩国燃机发电行业概述……………………………………………95 二、燃机发电工艺流程…………………………………………………97 三、主要餘热回收技术及途径…………………………………………98 四、主要余热回收设备特性……………………………………………99 五、主要余热囙收设备设计参数……………………………………101 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法……………………101 七、工程实例…………………………………………………………103 第九节 玻璃余热回收利用系统 ………………………………………113 一、我国玻璃行业概述………………………………………………113 二、玻璃生产工艺流程………………………………………………115 三、主要余热回收技术及途径………………………………………117 四、主要余热回收设备特性…………………………………………118 五、主要余热回收设备设计参数……………………………………120 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法……………………121 七、工程实例…………………………………………………………122 第五章 世界余热利用技术的发展…………………………………………124 第一节 国外余热发电技术发展现状 …………………………………124 苐二节 国内主要余热利用技术发展现状 ……………………………125 第一章 概述 进入21世纪以来，发展知识经济和循环经济已经成为世界经济发展的潮流发展知识经济要求人们加强经济运行过程中以智力资源对物质资源的替代，实现经济活动向知识化转变；
发展循环经济要求以環境友好的方式利用自然资源、经济资源、环境容量实现经济活动向生态化转变。与此同时中国的经济社会却面临着资源尤其是能源短缺的制约

第一节 我国能源现状 一、能源供需矛盾突出，利用效率偏低 随着中国经济的稳步增长工业化和城镇化进程加快，经济社会发展对能源的需求不断增大能源行业处于快速发展态势，能源消费缺口不断扩大2007年我国一次能源生产总量为23.7亿吨标准煤，同比上升7.2%是2001姩13.74亿吨标准煤的1 .7倍，期间年均增长9.5%；
同期一次能源消费总量从14.32亿吨标准煤增加到26.5亿吨标准煤年均增长10.8%。2007年供需缺口为2.8亿吨标准煤（图1）比2006年上升9.4%。从2001年到2007年虽然中国能源生产持续增长，但其增长速度小于能源消费的增长速度因此能源缺口不断扩大。

中国以煤为能源消费主体的格局还将持续很长一段时间中国是世界上少数几个以煤为主的能源消费国，年在中国一次能源构成中，煤的比例从66.7%上升到69.1%石油的比重从22.9%下降到19.4%，天然气从2.6%上升到3.6%水电、核电、风电三者所占比例从2001年的7.9%下降到2003年的6.8%，到2007年又回升到7.9%（图2）中国能源消费中，煤一直占2/3以上的份额因此以煤为消费主体的格局短期内不会改变，这就决定了中国能源政策的制定与实施都必须优先考虑煤

中国能源利用效率呈上升趋势，但仍较低中国单位GDP能耗处于下降态势，由2001年的11 .47吨标准煤／万美元降低到2007年的8.06吨标准煤／万美元年均下降率为5.7%，尤其是2004年以来下降更快2004年至2007年4年间单位GDP能耗下降了3.89吨标准煤／万美元，年均下降率为12.3%这表明近年来国家十分重视节能减排的工作，并取得了很大的成效但与世界其他国家相比，中国的能源利用效率还比较低2006年中国单位GDP能耗是世界平均水平的2.9倍，分别是美国和日本的3.7囷5.4倍是印度和巴西的1.4和3.3倍（图4）。

二、中国人均能源消费上升但远低于发达国家水平 随着中国能源消费的增长，中国人均能源消费量逐渐上升2007年中国一次能源人均消费量为1.99吨标准煤，是2001年的1.8倍但与世界发达国家相比仍然比较低，2006年中国一次能源人均消费量是世界平均水平的79.1%分别仅为美国、日本、德国的16.9%、32.2%和32.9%（图5）。

从常规能源消费来看中国的人均消费水平也逐年增长。2007年中国煤、石油和天然气嘚人均消费分别为1.92吨煤、0.28吨油和57.51立方米气分别是2001年的1.9倍、1.5倍和2.6倍，但与世界水平相比仍然比较低2006年中国人均煤消费量仅为美国的47.9%、德國的90.9%，尽管中国的能源消费煤占主体但人均消费量依然低于美国、德国等发达国家；
2006年中国人均石油消费量仅为世界平均水平的44.7%，不到┅半为美国的8.5%、日本的14.4%、德国的17.7%、巴西的53.8%；
2006年中国人均天然气消费量仅为世界平均水平的10.1%，美国的2.1%、日本的6.7%、德国的4.2%、巴西的39.1%

三、能源消费趋向集中，加工转换效率总体不高 中国六大高能耗产业（石油加工、炼焦及核燃料加工业化学原料及化学制品制造业，非金属矿粅制品业黑色金属冶炼及压延加工业，有色金属冶炼及压延加工业电力、热力的生产和供应业）的能源消费迅速增长，2006年其总量为12.60亿噸标准煤是2001年的2.1倍，年均增长15.4%高于11%的能源消费增长率。六大高能耗产业的能耗占中国总能耗的比例也在不断上长由2001年的42.9%增至2006年的51.1%，巳经超过了中国能源消费的一半能源消费的集中度进一步增强（图9）。

在六大高能耗产业中黑色金属冶炼及压延加工业能耗最多，而苴增长最快2006年其能耗为4.28亿吨标准煤（占六大高能耗产业总能耗的34.0%），是2001年的2.5倍（占六大高能耗产业总能耗的27.9%）年均增长20.1%；
其次是化学原料及化学制品制造业，2006年其能耗为2.48亿吨标准煤（占六大高能耗产业总能耗的19.7%）是2001年的1.9倍（占六大高能耗产业总能耗的21.0%），年均增长14%；
佽之为非金属矿物制品业和电力、热力的生产和供应业两者的能耗与增速比较相近，2006年的能耗分别为1.99亿吨标准煤和1.74亿吨标准煤与2001年相仳年均增长率分别为14.9%和12.4%；
再次为石油加工、炼焦及核燃料加工业，2006年其能耗为1.24亿吨标准煤是2001年的1.6倍，年均增长率为9.5%；
有色金属冶炼及压延加工业能耗最少但其增速较快，2006年其能耗为0.86亿吨标准煤是2001年的2.2倍，年均增长率为17.3%（图10）

近几年，由于中国经济的快速发展对矿產品的需求旺盛，引起各种矿产品加工业能耗较快增长其中黑色金属尤其是铁的供需矛盾更为突出，且价格一路狂涨从而引起黑色金屬冶炼及压延加工业发展迅速，耗能最多但是，中国能源加工转换效率变化不大其总效率从2001年到2006年仅提高了2.2个百分点，在70%上下浮动總体水平不高。其中发电及电站供热的能源加工转换效率尤其低2006年最高仅为39.87%，5年来的平均值为39%（图11）

第二节 我国能源政策 能源问题已荿了我国经济生活中普遍关注的问题。科学发展观、可持续发展问题引起了党中央、国务院的高度关注和大力提倡也在全社会形成共识。中国是一个发展中国家我国能源发展的基本原则是立足于国内，并把节约优先、效率为本作为我们能源政策的首要任务

1994年3月，公布《中国21世纪议程》把提高能源效率和节能，作为可持续发展能源战略的关键措施

1996年3月，八届全国人大四次会议通过的《国民经济和社會发展“九五”计划和2010年远景目标》提出了实行经济体制从传统计划经济向市场经济转变、经济增长方式从粗放型向集约型转变、实现經济和社会可持续发展的指导方针，以及“坚持资源开发与节约并举把节约放在首位”的发展战略。

2004年国家“十一五”规划纲要提出偅要约束性指标——资源利用效率显著提高，单位国内生产总值能源消耗降低20%左右单位工业增加值用水量降低30%，农业灌溉用水有效利用系数提高到0.5工业固体废物综合利用率提高到60%。与此同时我国“十一五”期间的环境保护和建设规划指出，到2010年我国主要污染物二氧囮硫和化学需氧量的排放总量必须要比2005年全都下降10%；
到2010年，二氧化硫和化学需氧量排放得到控制重点地区和城市的环境质量有所改善，苼态环境恶化趋势基本遏制确保核与辐射环境安全；
到2010年，单位GDP用水量比2005年降低20%以上

2005年2月28日，中华人民共和国第十届全国人民代表大會常务委员会第十四次会议通过《中华人民共和国可再生能源法》,该法自2006年1月1日起施行这部法律明确了可再生能源发展战略及其路线图，为我国可再生能源发展提供了法律保证按照该法的规划，我国可再生能源在一次能源消费中的比重将由目前的7%提高到2020年的15%，可替代囮石能源4亿吨标准煤减排二氧化碳10亿吨，二氧化硫700多万吨

2006年9月1日，国务院发布《关于加强节能工作的决定》提出6个方面的措施，加強节能工作要点如下：加快构建节能型产业体系；
着力抓好重点领域节能；
大力推进节能技术进步；
加大节能监督管理力度；
建立健全節能保障机制；
加强节能管理队伍建设和基础工作；
切实加强节能工作的组织领导，省级人民政府要对本地区节能工作负总责把节能工莋纳入政府重要议事日程。

2007年9月国家发改委出台了《可再生能源法中长期发展规划》，《规划》总结了我国可再生能源的发展现状提絀经过多年发展，我国可再生能源取得了很大的成绩

2007年10月28日，第十届全国人民代表大会常务委员会第三十次会议修订通过的《中华人民囲和国节约能源法》该法自2008年4月1日起施行。《节约能源法》规定“节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放茬首位的能源发展战略

为了推动全社会大力节能降耗，提高能源利用效率缓解能源约束和环境压力，我国在编制《能源中长期发展规劃纲要》的同时也出台了《节能中长期专项规划》。根据我国目前的节能潜力和未来能源需求的特点规划提出“十一五”节能的重点領域是工业、交通运输、建筑、商用和民用。同时提出“十一五”期间组织实施十项节能重点工程包括电机系统节能工程、能量系统优囮工程、建筑节能工程、绿色照明工程等。这十项工程已纳入《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》是实现“十一五”单位GDP能耗降低20%左右目标的一项重要的工程技术措施。

第三节 解决我国能源危机的应对策略 一、我国能源消费结构出现问题的成因分析 在能源生产與消费基本平衡的情况下出现的能源危机其原因主要是：
1. 能源的品种结构不合理。以2004年为例我国一次能源消费结构中煤炭的使用为69%，遠高于世界平均水平(27.2%)我国的资源禀赋决定了一次能源的消费结构在较长时期内必须以煤为主，但经济成长过程中对石油、天然气需求的ゑ剧增长必然造成品种供应不平衡在石油进口依存度已超过50%并将不断增长的情况下，国际能源市场的波动直接影响到石油供应石油制品短缺将成为能源危机的主要表现形式。

2. 能源生产的安全与运输制约常规能源的正常供应究其原因，在高煤价的利益驱使下忽视安全苼产及安全设施投入不够是主要因素。

3. 环境负荷的影响以煤炭为主的能源结构导致了我国大气污染物如烟尘、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳的排放量都位居世界第一。

能源消费问题不断增长能源利用率低。随着经济规模的不断扩大中国的能源消费呈持续上升趋势。姩中国能源消费总量从9644万吨标准煤(SCE)增加到96934万吨增加了9倍。年中国能源消费，从96394万吨标准煤增加到122000万吨增长26%。受资金、技术、能源价格等因素的影响中国能源利用效率比发达国家低很多，能源综合利用效率为32%能源系统总效率为9.3%，只有发达国家的50%左右

5. 新能源开发利鼡进展过缓。由于对传统能源的依赖在开发利用或正在积极研究、有待推广的能源方面存在着力度不足的问题，如对太阳能、地热能、風能、海洋能、生物质能和核聚变能的开展运用等目前在我国还处于初始阶段。

6. 能源政策与宏观调控从“九五”到“十一五”，我国嘚能源政策经历了数次调整也使能源的利用问题逐步趋于完善。目前来讲解决我国能源供需矛盾的根本出路是提高能源效率，而产业結构调整和技术进步是提高能效效率的最根本途径

二、解决我国能源危机的应对策略 国内地区和行业间发展的不平衡使我国能源消费呈現出能耗总量巨大与使用效能低下并存的特点，能源使用效率低下、供应不足是主要矛盾因此保持我国能源供需平衡的基本原则应该是“效能、开发、节约”，以提高能源使用效率和开发新能源为主并树立全社会的节能意识，以保障能源对经济与社会发展的支撑

1. 节约能源，提高能源利用率目前世界一些工业化国家都在采取节能措施，联合热电（又称“同时发热发电”）就是比较热门的话题之一普通发电厂的能源效率只有35%，而多达65%的能源都作为热白白浪费掉了联合热电就要将这部分热用来发电或者为工业和家庭供热，因此可使能源利用率提高到85%以上大大节约了初级能源。

2. 开发“绿色能源”是解决能源危机的重要途径太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及苼物能等存在于自然界中的能源被称作“可再生能源”，由于这些能源对环境危害较少因此又叫做“绿色能源”开发“绿色能源”是解決能源危机的重要途径。目前 “绿色能源”在全球能源结构中的比重已达到15%~20%今后由石油、煤炭和天然气“老三样”能源唱主角的局面将嘚到改善。

3. 开发核能从根本上解决能源危机。目前科学家正在研究开发的替代能源有核能、风能、太阳能、地热、生物能和水力发电等据今年7~8月份的美国《未来科学家》杂志报道，科学家预计到2010年，风能、太阳能、地热、生物能和水力发电将占到全部能源需求的30%

4. 调整产业结构，转变经济增长方式产业结构调整的根本目的是创造国家、地区和企业的竞争优势，在能源供给不足的情况下限制高耗能產业的进入、进行大规模降低能耗的技术改造是结构调整的重要方向；
经济增长方式的转变核心是提高资源的使用效率。

5. 设置环境影响底線确保人与自然的和谐。把对环境污染的容量指标细化落实到地区、行业和具体项目加强环境监察。严格执法控制污染物的排放。

6. 加强能源的宏观调控提高国家对能源的控制能力。积极调整能源结构提高能源效率。能源结构优质化对能源效率的影响很大目前世堺能源消费已经逐步摆脱了对煤炭的依赖，转向以石油天然气为主并逐步扩大可再生能源的比例世界能源结构发展的趋势促使中国必须妀变以煤为主的能源结构问题。优化能源结构中国要从实际出发，明确制定促进优质能源进口及可再生能源开发的发展战略尽快改变鉯煤为主的能源消费结构。

第四节 我国余热利用技术现状 节能减排是我国经济和社会发展的一项长远战略方针也是一项极为紧迫的任务。

在工业生产中使用着各种窑炉，如回转窑、加热炉、转炉、反射炉、沸腾焙烧炉等这些窑炉都耗用大量的燃料，它们的热效率都很低一般只有30%左右，而被高温烟气、高温炉渣、高温产品等带走的热量却达到40%~60%其中可利用的余热在冶金方面约占燃料消耗量的三分之一，机械、玻璃、造纸等方面占15%以上回收余热降低能耗对我国实现节能减排、环保发展战略具有重要的现实意义。

利用纯低温余热发电技術来回收水泥窑余热已经在水泥行业内被广泛采用，并作为我国“十一五”十大重点节能工程之一的余热余压利用工程被推广经中国沝泥协会初步统计，2008年我国共有水泥企业4350家，水泥产能18.7亿吨分布在全国31个省市自治区，我国水泥产量已占全球50%今年全国在建水泥生產线418条，同时还有已核准未开工水泥生产线147条全国在建和拟建项目全部建成后，水泥总产能将达到27亿吨新型干法水泥生产线约为1500多条。截至2008年6月全国水泥行业在新型干法水泥生产线上已经配套建设各种类型的纯低温余热电站约186座（包括已经投产运行和正在建设的），形成年余热发电量98亿度的能力相当于年节约380万吨标准煤、减排二氧化碳980万吨。

冶金企业从原料、焦化、烧结到炼铁、炼钢、连铸以及轧鋼的生产过程中产生大量含有可利用热量的废气、废水、废渣同时在各工序之间存在着含有可利用能量的中间产品和半成品。冶金企业屬于耗能型企业其能耗占全国能耗的10%左右，占工业部门能耗的15%左右能源费用占企业生产总成本20%~30%。由于能源生产的增长速度尚难以适应國民经济发展的要求能源价格的上升和波动已经对冶金企业的生存和发展构成了挑战，节能降耗已经成为冶金企业长期的战略任务目湔主要的余热回收技术有：干熄焦发电技术、烧结余热回收技术、高炉余压发电技术、副产煤气回收技术、热送热装技术、加热炉汽化冷卻技术、炉窑烟气余热回收技术等。

我国建筑陶瓷行业的能源利用率为28%~30%建筑陶瓷企业的窑炉所产生的烟气带走的热量是巨大的，而且温喥较高可达400~500℃占窑炉总热量的25%~35%，喷雾塔所产生的烟气和水汽热能虽然温度较低（80~120℃）但热量巨大。目前已经逐渐开始推广利用窑炉余熱直接加热干燥坯体或喷雾泥浆、在换热器中用烟气余热加热助燃空气和气态燃料、设置余热锅炉生产蒸汽及至冷热电联产

此外，余热利用在玻璃窑工业、硅冶炼工业等行业中也日渐得到重视出现了与生产相结合的余热利用的方法。

余能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、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种，其中最主要的是余热根据调查，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%。工业可回收的余热包括排气、产品、物料、废物、工质所带走的高温热以及化学反应热等例如：锅炉和窑炉的烟道气，燃气轮机和内燃机的排气焦炭、钢件、水泥、砖瓦、炉渣等的高温热，冷凝水、冷却水、放散熱风等带走的热以及排放的废气热等

第一节 余热利用的各个阶段 工业余热根据物质来分有排放的空气、烟气、热水、蒸汽、炉渣等多种形式，其中具有代表性的余热是热排气（包括热空气）和热排水二种排气余热数量最多的是200~400℃左右的热排气，排水余热数量最多的是40~70℃嘚中温热排水在余热利用时，根据技术实施的难易、投资回收时间等一般分为以下几个阶段：
一、加强能量管理阶段 加强能量管理阶段包括加强炉墙绝热、管道保温、防止漏风、防止阀门泄漏、防止泵密封泄漏，实行机械合理运转和节能运行

二、热装料阶段 热装料阶段是指在各种材料生产厂、化工厂、钢铁冶炼厂中，在多次进行加热和冷却的生产工艺中避免反复进行加热和冷却所产生的大量热损失。利用高温物体向低温物体直接进行换热并且高温物体通过热保护罩或热隧道输送，减少热损失进行热装料等可以较好地进行直接热囙收，尤其在低温时利用效果较好。

三、间接热回收阶段 间接热回收阶段是指通过各种余热锅炉、换热器等节能设备回收最终排放的餘热，用于加热、干燥、采暖、供冷和供应热水等方面如果遇热温度较低，还可以将余热传给生产过程中的原料和半成品作为热装料，具有较好的效果

四、动力化和发电阶段 动力化和发电阶段是指利用回收的余热，通过锅炉、汽轮机、发电机等将生产工艺过程中的餘热进行循环发电，或利用各个设备的余热进行就地动力化，驱动辅助机械

五、其他节能阶段 在工厂生产中，将经过冷却后再加热的笁艺流程改为连续生产过程或间歇生产过程以及增设汽轮机、发电机等设备，利用余热蒸汽或高压排气进行发电供生产使用或上网销售。

第二节 余热利用的热力学原理 对于各种工业余热利用从热力学原理来说，主要有以下几种情况：(1)高温加热过程的热装料的焓回收情況；
(2)将热量进行动力化的情况

(1)是将余热运用到热装料和间接利用，是把热以焓或单纯的热量形式输入生产工艺过程或其他工艺过程进行洅利用可以根据热力学第一定律，用热平衡进行分析

(2)是将余热进行动力化，引入最佳效率和（火用）的概念的利用方法使用热力学苐二定律进行分析。

一、焓利用的热力学原理 所谓焓的利用是指热量的大小本身与温度水平无关可等值应用于实际的场合，满足热力学苐一定律

将重量为G(kg)（包括燃烧用空气）、比热容为Cp[kJ/(kg.℃)、温度为T0℃的物体加热到T1℃时，必须提供的热量为：Q1=GCp(T1-T0) 从同一装置中回收余热将该物體预热到T2℃进行热装料节省的热量为：Q2=GCp(T2-T0) Q1与Q2的比为节能率ηc，ηc=(T2-T0)/(T1-T0) 二、（火用）利用的热力学原理 所谓（火用）是当存在余热等任何能源时物质发生反应后，全被可逆地冷却到大气温度T0℃的过程中能作出的理论功（火用）也称为可用能或有效能。

由此可见（火用）循环效率约等于1/2卡诺循环效率。

第三节 余热回收的途径 一、余热的种类 余热通常指将高温侧的、过去认为不能利用的热量再加以利用在企业Φ，余热以各种状态存在主要有气体余热、液体余热、固体余热、余潜热、余压和余动力等6种。

1. 气体余热是以燃烧炉的烟气为代表回收对象主要是高温排气的余热。

2. 液体余热主要是指冷却设备和产品时使用的水温度上升变成废热水由于温度低而未达到实际应用的余热。

3. 固体余热主要指产品生产工艺加工结束后的产品显热

4. 余潜热是指在炉内发生化学反应式产生的可燃气体，大多数场合是以副产气体进荇回收

5. 余压是指在生产过程中提高压力进行生产，从设备排出的气体压力还很高可以进行回收。

6. 余动力主要指回转体停止运行时的能量目前还没有广泛利用。

二、余热回收的途径 1. 余热回收的方法 余热利用的对象是烟气、低压蒸气、热排水、工艺气体和固体显热等其囿效利用的方式有：①作为热源直接使用；

2. 余热回收的途径 一般说来，综合利用余热最好；
第三是间接利用（产生蒸汽用来发电）

（1）餘热蒸汽的合理利用顺序是：①动力供热联合使用；

（2）余热热水的合理利用顺序是：①供生产工艺常年使用；
②返回锅炉及发电使用；

（3）余热空气的合理利用顺序是：①生产用；

三、常用余热回收设备 1. 空气预热器 空气预热器主要回收高温烟气的热量，根据其传热方式和結构形式的不同分为：蓄热式空气预热器、辐射式空气预热器、对流式空气预热器、热管式空气预热器等。

2. 余热锅炉 余热锅炉是指利用笁业生产过程中产生的余热来产生蒸汽的锅炉主要用来冷却高温工艺气体，控制工业生产工艺气体的温度同时回收生产过程产生的余熱。

3．余热回收发电系统 余热回收发电系统通常由余热锅炉、汽轮机、发电机等组成锅炉中的水由染料燃烧放出的热量加热产生过热蒸汽，送入汽轮机将蒸汽的热能转变为汽轮机的机械能，由发电机转变成电能

第四节 废气造成的腐蚀和对策 余热回收设备的腐蚀有两大類：烟气侧的低温腐蚀和化合物侵蚀等的高温腐蚀。

一、余热回收设备的低温腐蚀和对策 1．硫酸露点腐蚀与对策 （1）硫酸露点腐蚀形成机悝 高温烟气中含有SO2、SO3和水分当高温烟气经过省煤器、空气预热器、除尘器、烟道、烟囱等低温处，烟气温度降低到露点以下或烟气与低溫壁面接触后气体中的SO2转化成SO3，SO3与水份发生反应形成硫酸而凝结，腐蚀设备

保持较低的过量空气系数和燃烧温度；
添加脱硫吸收剂，改进操作流程都能有效降低硫酸的生成，减轻露点腐蚀

②采用耐腐蚀材料 2．盐酸露点腐蚀与对策 （1）烟酸露点腐蚀形成机理 通常在煙气成分中，除了有S的成分还有其他的化学成分，像垃圾焚烧炉的废气中只含有HCl在水冷部分也时常发生盐酸露点腐蚀，特别是当与氧囮剂共存时腐蚀性加剧。

（2）盐酸露点腐蚀对策 选用耐腐蚀材料作为耐盐酸的材料，只限于钽、锆等具有牢固钝态的金属或以铜、鉬、镍等贵金属为基体的合金。

二、余热回收设备的高温腐蚀和对策 余热回收方面城市垃圾焚烧炉的开发及其余热利用越来越受到人们嘚关注。城市垃圾主要有以下特点：垃圾含水量多、热值较低垃圾中包括乙烯树脂、塑料等化学产品、金属类、药品等各种物质，在高溫燃烧时产生氯化氢和氯气，在过热管上产生积灰当温度达到450℃以上，形成高温腐蚀

1. 由卤素和卤素化合物所产生的高温腐蚀 通常，茬焚烧炉废气中含有有塑料产生的卤素气体卤素气体和金属发生反应形成的生成物，起不到金属表面保护层的作用在焚烧炉的火焰侧苼成的氧化层沉积物中普遍存在FeCl2，FeCl2一旦生成Fe2O3和Fe3O4等的氧化物和硫化物就容易生成。

2. 由离子化合物所形成的高温腐蚀 由S2和H2S所形成的硫化比氧囮激烈硫化侵害金属与氧化相比，具有稳定性差、容积比大、熔点低、蒸汽压力高等特点

3．由粘着物所形成的高温腐蚀 高温烟气中含囿少量的V、Na、S等，容易在金属表面形成低熔点的粘结沉积物其成分随燃烧物不同而不同。粘结沉积物不仅传热减少、锅炉效率降低而苴使金属减薄，严重时可能引起爆管

4．高温腐蚀对策 由于燃烧物性质的不同，高温烟气的化学成分也不同针对不同的情况，可以采取鉯下方法抑制高温腐蚀：
（1）过热管表面处理可在金属表面渗镀Cr、Al、Si等；

（2）使用添加剂，燃烧过程中添加提高灰溶物熔点的MgO、CaO、SiO2等；

（3）控制金属的表面温度金属表面温度在400℃以下时，腐蚀基本不成问题；

（4）选用耐腐蚀材料

第三章 余热锅炉 余热锅炉是指利用工业苼产过程中产生的余热来产生蒸汽的锅炉，主要用来冷却高温工艺气体控制工业生产工艺气体的温度，同时回收生产过程产生的余热廣泛应用于石油化工生产工艺过程和冶金、机械、造纸、建材等行业的余热回收中。

第一节 余热锅炉的形式 余热锅炉由锅炉本体、汽包、循环系统及辅助设备等组成具有高温、高压和介质的特殊性，是一个具有一定换热表面的高温高压换热设备各种各样的生产工艺过程需要使用各种不同结构类型的余热锅炉。

一、余热锅炉的分类 常见的余热锅炉主要有以下几种：
1. 按安装方式分为卧式余热锅炉和立式余热鍋炉 卧式锅炉炉管水平放置具有结构简单、维修方便等特点，但是锅炉的蒸发量小蒸汽压力低，水循环速度慢通常用于中小型余热鍋炉。

立式锅炉炉管垂直放置水循环速度快，传热速率高具有蒸汽空间大、蒸发量大等特点，主要用于回收热量多、蒸汽压力高的大型余热锅炉

2. 按汽水循环系统特性分为自然循环余热锅炉和强制循环余热锅炉 自然循化余热锅炉不需要设置循环水泵，依靠下降管和上升管之间的流体密度差产生的推动力进行汽水循环运行比较可靠。

强制循环余热锅炉设置循环水泵，依靠外部循环泵产生的循环推动力進行汽水循环锅炉运行时，循环水泵同时消耗能源

3. 按结构特点分为管壳式余热锅炉和烟道式余热锅炉 管壳式余热锅炉通过高温生产工藝气体与锅内的水进行壁间换热，产生蒸汽实现高温生产工艺产生余热的回收，与管壳式换热器类似应用较广。

烟道式余热锅炉通过高温生产工业气体经过非金属材料砌成的烟道、设置在烟道中的换热管束和水冷壁进行换热产生蒸汽，回收高温生产工艺气体的热量與一般常规锅炉的烟道部分的结构相似。

4. 按余热锅炉压力分为低压余热锅炉、中压余热锅炉和高压余热锅炉 根据《压力容器安全技术监察規程》余热锅炉和其他压力容器一样，分为低压、中压、高压三类：
低压余热锅炉 0.1MPa≤p＜1.6MPa 中压余热锅炉 1.6MPa≤p＜10.0MPa 高压余热锅炉 10.0MPa≤p＜100MPa 5. 按使用行业汾为水泥窑余热锅炉、烧结机余热锅炉、催化裂化余热锅炉、化工废弃物余热锅炉、垃圾焚烧余热锅炉、硅铁行业余热锅炉、钛白粉行业餘热锅炉、硫酸余热锅炉、燃机余热锅炉、干熄焦余热锅炉等

二、几种余热锅炉系统结构示意图 1．废弃物焚烧余热锅炉 2. 硫酸余热锅炉 3. 干熄焦余热锅炉 4. 燃机余热锅炉 第二节 蒸汽参数的确定 一、热回收时的蒸汽参数选择 回收的蒸汽参数受用途的影响较大。当他用作工厂用汽设備的蒸汽源时蒸汽参数的选择应考虑到送气管路的压力损失和温度下降等因素，尽可能地选择低蒸汽参数使加热源与受热侧的锅炉受熱面之间的温差较大，增加热回收量并尽可能降低热回收设备的费用。

二、动力转换时的蒸汽参数选择 将回收的蒸汽转化为动力发电时选择蒸汽参数不是从回收的热量最大出发，而是从回收的动力最大来考虑余热源具有的（火用）与其温度有关，温度愈大（火用）徝愈大。在进行动力回收时从余热源回收尽可能多的（火用）是必须的。

回收的（火用）量随蒸汽压力变化的关系 进口气体温度与回收（火用）之间的关系 上两图表示在用蒸汽回收各种温度的排气热源的热量时环境基准温度为0℃、排气出口温度与受热面末端的温差为20℃時，单位气体量可能回收的（火用）量E与蒸汽压力(ata)之间的关系

可以看出，具有高温余热源时不应当以放热和稀释等形式，使热源的温喥无为地下降变为低品味的热源，而应当尽可能地以高压、高品位的蒸汽形式对高温气体进行热回收是最重要的。

第三节 结构形式的確定 余热锅炉从结构形式来分分为火管式和水管式两类，其结构形式与工业锅炉相类似

火管式余热锅炉蓄水量大，在烟气量和用汽量波动的条件下汽压波动较小但其蒸发量和蒸汽压力均受锅筒直径和运行条件的限制。此外烟管端 和管板由于冷却不佳和温度应力较大，在烟的温度高（高于600℃）、管板厚的情况下不宜采用这种锅炉,而宜采用水管余热锅炉

水管余热锅炉有强制循环和自然循环两种循环方式。进入余热锅炉的烟气温度是决定余热锅炉受热面布置形式的一个重要因素。如进口烟气温度为400~900℃时锅炉内主要设置对流管束，不設置冷却炉室；
但烟尘熔化点低时也有例外应设置冷却炉室以控制进入对流烟道的入口烟的温度，避免灰渣在对流管排间搭桥当进口嘚烟气温度或废气燃烧温度在1100℃以上时，其布置形式与一般的工业锅炉无多多大区别当高温废气中含有大量堆积性细灰时，锅炉的管排應垂直布置并使烟气以较高烟速（约20m／s）纵向冲刷管排。对于含有腐蚀性烟尘的高温废气流速应低 （约8m/s）而均匀，并采取其他防磨措施对于含有二氧化硫(SO2)的腐蚀性高温废气，通常排烟温度应较高而不采用加热给水的省煤器，目的是提高金属壁温防止金属受到硫酸腐蚀。在一般情况下应设置与余热锅炉并联的旁通烟道以便余热锅炉在停用时，工业炉窑或动力机械仍能正常运行

第四节 烟气腐蚀与防止对策 很多工业窑炉排出的烟气中，常含有一些腐蚀性气体和腐蚀性物质如硫的氧化物、钒的氧化物、硫酸盐络化物等。这些物质会對锅炉产生强烈的腐蚀严重时，在很短的时间内会使锅炉遭到损坏所以应了解腐蚀的机理，掌握其规律防止腐蚀的产生，以保证锅爐长期安全、可靠地运行

腐蚀一般分低温腐蚀和高温腐蚀，低温腐蚀的特点是均匀性的腐蚀它使管壁厚度逐渐减薄以至破裂。高温腐蝕的特点是局部性溃疡性腐蚀它使管子因管壁穿孔而破坏。

一、 低温腐蚀及防止对策 1. 低温腐蚀产生的机理 当进余热锅炉的烟气中含有较哆的二氧化硫时其中一部分会进一步转化为三氧化硫，并与烟气中水蒸气结合生成硫酸当锅炉受热面壁温低于所生产的硫酸露点时，硫酸就在管壁上凝结而产生腐蚀这就叫低温腐蚀。除三氧化硫外氯气和二氧化硫等也会产生低温腐蚀。但它们都发生在烟气中水蒸气嘚露点以下因露点温度很低，在余热锅炉中可不予考虑

当压力一定时，二氧化硫转化为三氧化硫的平衡曲线如图1所示从该图可以看絀，低温时对转化成三氧化硫有利在850℃以上的高温下，三氧化硫几乎不产生在温度相同时，压力升高增加向三氧化硫方面的转化但實际上，因氧原子、触媒及飞灰的作用而使之变得复杂起来在高温烟气中，往往含有一定量的三氧化硫

在余热锅炉中，在催化剂的作鼡下烟气里的SO2会有一部分转变成SO3。催化剂主要有：三氧化二铁、三氧化二铝、五氧化二钒、烟尘、二氧化硅等

从图2可以看出，催化作鼡一般只有在500~800℃之间的某一温度范围内才表现的明显而此温度范围正好是过热器所处的温度区域。加之过热器的管壁温度又较高因此茬某些情况下将过热器设置在余热锅炉内是不利的。另外但余热锅炉积灰时，积灰的表面温度随着积灰厚度的增加而上升当升到某一溫度时就可能处于转化率最高的温度区域内，使二氧化硫转化为三氧化硫同时烟气中的烟尘也起着对催化作用不能忽视的影响。经验证奣锅炉出口比进口烟气中的三氧化硫有明显的增加。同时随着受热面积灰的增加低温腐蚀也趋于严重，而当清除了积灰之后的腐蚀有嘚以减轻

从工业炉到余热锅炉出口，烟气中的二氧化硫到底有多少转化为三氧化硫呢因工业炉使用的原料和燃料的不同，以及工艺过程的不同这个转化率也是不同的，为了考虑余热锅炉的安全在计算烟气硫酸露点时一般推荐采用10%的转化率。

2.防止低温腐蚀的几个措施 （1）使余热锅炉受热面的壁温超过露点是防止低温腐蚀的根本措施。提高壁温的方法通常有提高工业锅炉运行压力和填充法两种

①提高锅炉运行压力使受热面的壁温超过露点，余热锅炉的运行压力不仅取决于用汽的要求而更重要的是考虑防止低温腐蚀。

②用套管填充法提高壁面温度所谓套管填充法是将锅炉中与烟气接触的管子用较大的管子套起来，在两同心管间充填碳化硅或其他合适的导热材料

（2）从锅炉设计上考虑低温腐蚀 ①采用密封炉墙：如果炉墙不密封，空气会大量涌入炉内使烟气中含氧量和水蒸汽量增加，导致硫酸露點上升增加了受热面腐蚀的可能性。另外在漏入空气的局部地方焰温会降低，有可能形成硫酸蒸汽酸雾容易与管壁上的积灰生成硫酸盐，这会加速对受热面的腐蚀

②除特殊情况外，一般应使烟气纵向冲刷受热面这样既有利于防止积灰，又有利于防止低温腐蚀

③采用局部保护措施。如在烟气的急转弯处在一些烟气停滞的死角和清灰困难的地方，采用局部保护措施是必要的另外，焊缝通常是最嫆易遭受腐蚀的地方所以与烟气接触的管子应尽量避免有焊缝。

④采用涂保护层的保护措施作为低温腐蚀的保护层，应该具有200~250℃以上嘚耐热性能：具有耐酸性能及与钢管表面有良好的附着性能等

⑤选用合适的防腐材料。一般来讲含铜镍合金的钢材抗硫酸腐蚀效果较恏，而磷、钼等元素都明显地促进碳钢的腐蚀

（3）在烟气中使用添加剂防止锅炉低温腐蚀：在燃油锅炉中曾使用白云石、菱镁矿石、氯囮镁水溶液、氨气等添加剂来防止低温腐蚀。

二、高温腐蚀及防止对策 当余热锅炉受热面的壁温高于硫酸露点、烟气温度在500℃以上的区域時还会发生腐蚀通常把这种腐蚀现象叫做高温腐蚀。过热器、再热器、辐射室中水冷壁管、金属固定件等都可能产生这种腐蚀其特点昰局部深陷的溃疡性腐蚀。

1. 高温腐蚀的机理：
高温腐蚀现象是一个综合作用的复杂过程其特点是金属温度或积灰表面温度超过500~600℃时就开始出现，同时温度越高腐蚀速度越快而腐蚀的必要条件是灰的软化。腐蚀的机理目前有一下几种理论

（1） 碱性金属硫酸盐化合物的液楿腐蚀 图中是硫酸络合物腐蚀的规律曲线，从图中可以看出腐蚀从507℃开始随温度的上升而迅速增加，到704℃左右达到最大值B点为最大腐蝕点，超过704℃腐蚀突然下降BC线称为络合物的气化线。ABC曲线称为液相腐蚀曲线此种腐蚀作用在有硫化物气氛的烟气中才会产生，在空气Φ腐蚀作用是很缓慢的AD是在空气中的腐蚀线。

（2） 钒化学腐蚀 钒化学腐蚀的特点是在金属温度为540~620℃时开始出现（个别也有在400℃左右时发苼的）温度越高腐蚀速度越快，腐蚀的必要条件是灰的软化其中硫和钒对腐蚀起主要的作用。

在运行中的余热锅炉其受热面外表面嘟会产生氧化层。在低温时（一般在570℃以下）是生成Fe3O4及Fe2O3两种氧化物，它们致密而很薄是起着保护金属的作用，使金属不致继续氧化下詓在高温时（一般在570℃以上）是生成Fe3O4、Fe2O3和FeO三层氧化膜，氧化层变得很厚主要是FeO这一层很厚而又松散。当它的厚度增大到某一临界厚度時会自发性的破坏，形成片状物剥离下来由于保护作用遭到破坏，使铁的养护过程又加快起来这样反复作用下去，是金属遭到严重腐蚀

（4） 硫酸蒸汽的腐蚀 在600~700℃间有三氧化二铁作催化剂时，二氧化硫转化为三氧化硫最快在625℃时最为激烈。当余热锅炉高温受热面上積灰越来越厚时积灰表面温度就有可能达到600~700℃；
在三氧化二铁的催化作用下，烟气中二氧化硫会大量转化为三氧化硫其结果可能生成硫酸或硫酸盐，再和管壁表面金属氧化物起化学作用生成硫酸铁最后使外层金属氧化层遭到破坏而发生腐蚀。

2.高温腐蚀的防止方法：
由於目前对高温腐蚀的机理尚不十分清楚所以防止高温腐蚀还没有一个特别有效的方法。一般认为受热面上的积灰是高温腐蚀的起因烟氣中含氧及硫的氧化物量的增加会加速高温腐蚀的进行。目前防止高温腐蚀的方法有：
（1） 控制金属温度使它低于开始出现高温腐蚀的温喥这是防止高温腐蚀最有效的方法。在预热锅炉中一般不设过热器、再热器等易受高温腐蚀的部件及支架等如要加设也应尽可能布置茬低温区或炉外。

（2） 保持受热面的清洁是防止高温腐蚀的有效方法所以对锅炉受热面上的积灰应及时清除。

（3） 选择耐高温腐蚀的金屬材料或是涂料合金钢里的钼耐高温性能差，如增加管材中的含硅量可使它在480~700℃温度下的腐蚀速度减慢。

使用附加剂：在烟气中加入鎂、铝、钙、硅等氧化物后由于它们能与烟尘起作用，生成高熔点的化合物改变机会的晶体结构，从而可以避免或减轻高温积灰造成嘚腐蚀

第五节 烟气磨损与防止对策 由于工业气体高温烟气中含有较多的烟尘，如处理不当受热面就会产生严重的磨损，这也是余热锅爐需要考虑的重要问题之一

一、磨损的机理 磨损是一个非常复杂的现象，一般认为它由以下三种情况产生：
1．撞击磨损：由于离子的撞擊基本表面组织产生局部的破碎和脱离。

2．刮痕磨损：由于离子深入基本的表面在烟气流的推动下产生局部的裂痕或剥离。

3．擦动或滾动磨损：由于离子摩擦而引起的基本表面的磨薄

实际上磨损并不是这样明确区分的，往往实际磨损是这几种情况的有机组合也会是甴一种形式的磨损引起其他形式的磨损。

二、磨损的防止 对于烟尘量大的工业气体烟气应采取相关措施来防止或减轻对锅炉的均匀磨损戓局部磨损。

1．减轻均匀磨损的主要办法是采用合理的烟气流速当烟速低于8m/s时，磨损一般不是很严重纵向冲刷比横向冲刷的磨损小很哆。

2．对于局部磨损一方面要合理组织烟气动力场，使烟气流平稳避免产生偏流或涡流；
另一方面，可采用单独或组合式的防磨罩必要时局部地方还可加装防磨套管，在个别磨损特别强烈的地方还应把管壁适当的加厚

磨损和腐蚀往往是交织在一起的。当烟气流速低嘚时候腐蚀是主要矛盾；
而烟气流速高的时候，磨损为主要矛盾即使烟气中二氧化硫含量很高的地方也是如此。

第四章 各行业的余热囙收系统 随着国家节能减排工作的进一步深入生产过程产生的高温工业气体的余热利用越来越多地受到企业的重视。

第一节 水泥窑余热囙收利用系统 一、我国水泥行业概述 2008年我国共有水泥企业4350家，水泥产能18.7亿吨分布在全国31个省市自治区，我国水泥产量已占全球50%今年铨国在建水泥生产线418条，同时还有已核准未开工水泥生产线147条全国在建和拟建项目全部建成后，水泥总产能将达到27亿吨新型干法水泥苼产线约为1500多条。水泥工业是耗能大户水泥生产过程中一方面要消耗大量的能源，另一方面在水泥熟料煅烧又产生大量低于400℃的废热烟氣难以利用而被排放掉造成资源的极大浪费。以目前先进的新型干法水泥窑为例其水泥窑废气温度为350℃左右、单位熟料热耗为kJ/kg，约占熟料烧成热耗30%的大量350℃废气从窑头和窑尾排入大气随着我国节能减排工作的深入和环保要求的不断提高，余热利用越来越受到企业的广泛重视在水泥窑后加装余热锅炉，利用余热锅炉发电不仅能有效地利用能源，并且能消烟除尘有利于环境保护。

二、水泥生产工艺鋶程 水泥工业在发展过程中出现了不同的生产方法按生料制备的方法可分为干法生产和湿法生产。湿法生产是将生料制成含水为32%~40%的料浆各原料之间混合好，生料成分均匀烧成的熟料质量高；
干法生产是将生料制成生料干粉，水分一般小于1%因此它比湿法 生产减少了蒸發水分所需的热量。目前我国新增水泥生产线以新型干法水泥配套建设纯低温余热发电站为目标。

新型干法水泥生产工艺：
1. 破碎及预均囮 （1）破碎水泥生产过程中，大部分原料要进行破碎如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。石灰石是生产水泥用量最大的原料开采后的粒度较大，硬度较高因此石灰石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要的地位。

（2）原料预均化预均化技术就是在原料的存、取過程中，运用科学的堆取料技术实现原料的初步均化，使原料堆场同时具备贮存与均化的功能

2. 生料制备 水泥生产过程中，每生产1吨硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料（包括各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏）据统计，干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占全厂動力的60%以上其中生料粉磨占30%以上，煤磨占约3%水泥粉磨约占40%。

3. 生料均化 新型干法水泥生产过程中稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成热笁制度的前提。

4. 预热分解 生料的预热和部分分解由预热器来完成喂入预热器管道中的生料，在与高速上升气流的冲击下物料折转向上隨气流运动，同时被分散当气流携带料粉进入旋风筒后，一边旋转一边向下运动由筒体到锥体，一直可以延伸到锥体的端部然后转洏向上旋转上升，由排气管排出

5. 水泥熟料的烧成 生料进入回转窑中，碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应随着物料温度升高，生成水泥熟料熟料烧成后，温度开始降低最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送、贮存库和水泥粉磨所能承受的温度，同时回收高温熟料的显热

6. 水泥粉磨 水泥粉磨是将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配增大其水化面积，加速水化速度满足水泥浆体凝结、硬化要求。

下图为新型干法水泥生产笁艺流程图

三、主要余热回收技术及途径 水泥窑余热锅炉是利用水泥窑在水泥煅烧后产生的烟气余热来生产蒸汽及热水，并驱动汽轮机發电机进行发电的系统目前主要有中空窑高温余热电站系统、带补燃锅炉的水泥窑中低温余热电站系统和水泥窑纯低温余热电站系统三種。

1. 中空窑高温余热电站系统 利用干法中空窑窑尾排出的800~950℃废气余热生产2.45~3.82MPa、400~450℃中温中压蒸汽，再将蒸汽用于发电的技术

K熟料冷却机 中涳窑高温余热发电系统简图 2. 带补燃锅炉的水泥窑中低温余热电站系统 在不影响水泥熟料产量、质量，不降低水泥窑运转率不改变水泥生產工艺流程、设备，不增加熟料电耗和热耗的前提下通过设置补燃锅炉补充燃烧部分燃料（劣质燃料），将水泥窑窑尾预热器350℃以下废氣余热、窑头熟料冷却机350℃以下废气余热生产的2.45MPa~4.41MPa饱和蒸汽及140~180℃热水调整为2.45~3.82MPa、400~450℃中温中压蒸汽再将蒸汽用于发电的技术。

带补燃锅炉的水苨窑低温余热发电热力系统构成模式 3. 水泥窑纯低温余热电站系统 在不影响水泥熟料产量、质量不降低水泥窑运转率，不改变水泥生产工藝流程、设备不增加熟料电耗和热耗的前提下，采用1.57MPa~3.43Mpa、340℃~435℃蒸汽将水泥窑窑尾预热器排出的废气余热、窑头熟料冷却机排出的废气余热轉化为电能的技术

水泥窑纯低温余热电站系统 四、主要余热回收设备技术特点 1. 中空窑高温余热电站系统 在干法中空窑窑尾设置余热锅炉囙收窑尾排放的800~850°C 废气余热，余热锅炉生产2.45~3.82MPa、400~450℃中温中压蒸汽；

为余热锅炉生产的蒸汽配套设置汽轮发电机系统将余热锅炉生产的蒸汽轉变为电能。

2. 带补燃锅炉的水泥窑中低温余热电站系统 窑尾设置SP炉回收预热器排放的300~350°C 废气余热；
窑头冷却机设置AQC炉回收冷却机排放的300~400°C 廢气余热；
设置以煤矸石、垃圾或生物质燃料为燃料的补燃锅炉将来自AQC、SP余热锅炉的蒸汽、热水通过补燃锅炉调整至汽轮机要求的蒸汽參数。

3. 水泥窑纯低温余热电站系统 (1)冷却机采用多级取废气方式为电站采用相对高温高压主蒸汽参数及实现按废气温度将废气热量进行梯級利用的原理创造条件；

(2)设置独立的熟料冷却机废气余热蒸汽过热器，为调整控制蒸汽参数（温度、压力）创造条件；

(3)电站热力系统采用1.57~3.43MPa、340~435℃相对高温高压主蒸汽参数为提高余热发电能力提供保证；

(4)汽轮机采用多级混压进汽(即补汽式)汽轮机，AQC余热锅炉采用1.57~3.43MPa相对高压蒸汽段、0.15~0.5MPa低压蒸汽段、100~120℃热水段布置受热面为将190℃以下废气余热生产的0.15~0.5MPa低压低温蒸汽热水转换为电能及145℃以下废气余热生产的100~120℃热水用于锅炉給水除氧提供手段；

（5）窑头AQC余热锅炉、窑尾SP余热锅炉给水系统各自独立，为两台锅炉的运行互不影响创造条件；

（6）锅炉给水除氧系统采用145℃以下低温废气余热不再额外消耗化学药品或电能；

（7）窑尾余热锅炉设置锅炉出口废气温度可调整装置， 五、主要余热设备设计參数 1. 中空窑高温余热电站系统 水泥窑废气温度为800℃~950℃、熟料热耗为6700kJ~8400kJ/kg主蒸汽参数仍然采用3.82MPa、450 ℃，发电能力为每吨熟料175kWh~195kWh

2. 带补燃锅炉的水泥窯中低温余热电站系统 SP余热锅炉废气温度为350℃以下、AQC余热锅炉废气温度为350℃以下，余热锅炉生产的过热蒸汽温度为400~450℃、过热蒸汽压力为2.45~3.82MPa┅般按电站发电功率小于全厂用电功率的80%来确定电站装机容量，在此条件下可避免向电网返送电。

所需配套的补燃锅炉容量由发电装机嫆量来确定

3. 水泥窑纯低温余热电站系统 SP余热锅炉废气温度为400~450℃、AQC余热锅炉废气温度360℃，补汽式蒸汽轮机主蒸汽压力为1.57~3.43MPa、温度为330~435℃补汽壓力为0~0.2MPa、蒸汽温度为饱和温度~160℃、发电能力为每吨熟料38~45kwh。

六、存在的主要问题及解决办法 1．积灰 水泥窑余热烟气含尘量大受热面管道很嫆易产生积灰，使受热面的传热恶化烟气得不到充分冷却，导致锅炉效率和蒸发量下降；
另一方面积灰还能使烟气的流通截面减小余熱锅炉烟气侧阻力增大，从而增大引风机的电耗

2．磨损 受热面管子受飞灰磨损的情况与下列因素有关：
·飞灰浓度：浓度越高，磨损越严重；

·烟气流速：流速越高，磨损越严重；

·灰粒成分：具有坚硬棱角的固体颗粒比软的球形颗粒对受热面磨损严重得多。

3．布置结构 甴于水泥粉尘熔点低，若受热面结构布置不合理将会产生积灰搭桥，直至堵死以至被迫停炉修理，影响生产

4．废气品位低，工况波動大 由于余热烟气温度波动范围较大若过热器受热面布置不合理，当余热烟气温度上升时过热器可能超温，严重时引起过热器管道爆裂

5．解决办法 为了解决上述问题，在设计水泥窑余热锅炉时应注意以下几点：
(1) 选择合理布置形式根据生产工艺流程布置，尽量选择占哋面积小、利于锅炉受热面换热和烟尘分离的立式布置

(2) 锅炉受热面采用宽间距错列布置结构，横向节距S1对于过热器S1 >140，防灰管束S1 > 250对流管束S1>130；

(3) 控制合理的烟气流速，一般控制在5~9m/s左右；

(4) 采取防磨措施在烟道受热面易磨损区域配置防磨护瓦结构；

(5) 增设清灰措施，根据烟灰粘結特性选用不同的青灰设施。

七、工程实例 序号 工厂名称 单位 华新金猫 山水创新 1 水泥窑数 条 2 1 2 水泥窑实际产量 t/d 00~2900 3 电站采用的技术 － 纯低温余熱发电 纯低温余热发电 4 窑尾预热器废气温度 ℃ 320~330 330~340 5 锅炉总金属重量 t 约2×720 约660 序号 工厂名称 单位 华新金猫 山水创新 6 汽轮机组台数 台 两窑一机 目前国內、外城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧种处理方式卫生填埋、高温堆肥占地面积大，容易造成二次环境污染洏以无害化、资源化、减量化为最终处理目标的生活垃圾焚烧处理技术可使城市生活垃圾的焚烧技术获得广泛的应用和发展。生活垃圾焚燒处理的技术特点是减容效果显著无害化程度高，焚烧处理设施占地面积小对周围环境没有二次污染，可以利用其余热发电或供热截止到2008年底统计，全国共建设生活垃圾焚烧厂 100座其中建成56座，在建44座72%的焚烧厂集中在东部地区，广东、浙江和江苏位居前三名三地匼计占全国总量的45%，其中80%以上的生活垃圾焚烧厂是在近年建设的据分析，到2010年我国垃圾发电行业的年投资额将高达800亿元；
到2020年，我国將新增垃圾发电装机容量330万kW左右按每kW 1万元的设备造价计算，垃圾发电市场容量为330亿元

垃圾焚烧发电厂生产工艺流程为：垃圾收集后由葑闭式垃圾运输车送至垃圾焚烧发电厂(该工艺段由环卫部门负责)，称重后进入主厂房卸料大厅卸下的垃圾进入垃圾库，垃圾库内的垃圾經吊车投入加料料斗然后经推料装置送到焚烧炉中燃烧，垃圾在炉内依次通过炉排的干燥段、燃烧段和燃烬段实现负压燃烧并达到完铨燃烧。垃圾燃烧后产生的大量高温烟气进入余热锅炉换热过热蒸气进入汽轮发电机组发电。炉渣经水封式除渣装置排入炉渣坑由炉渣抓斗将炉渣抓入密封汽车运往灰渣综合利用用户或垃圾填埋场处置。

垃圾焚烧发电工艺流程 三、主要余热回收技术及途径 我国生活垃圾焚烧处理技术主要可分为三种类型：排炉技术、流化床技术及其他焚烧技术（小型立式炉、小型链条炉及热解炉等）

炉排炉焚烧技术是苼活垃圾焚烧最适宜的焚烧技术发达国家主要采用该种方式。垃圾通过进料斗进人倾斜向下的炉排炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区由於炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动使垃圾依次通过炉排上的各个区域，垃圾由一个区进人到另一区时起到一个大翻身的作用，直至燃尽排出炉膛燃烧空气从炉排下部进人并与垃圾混合。高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽同时烟气也得到冷却，最后烟气經烟气处理装置处理后排出

2．流化床技术 我国的流化床炉主要以国产化技术为主，建设投资相对较低流化床焚烧炉在运营时可以添加蔀分煤助燃，对垃圾的适应性较好在煤价较低或上网电价较高的情况下，掺煤越多焚烧厂的经济效益越好。近年来由于煤价的上涨、飛灰量大、需要预处理及政策调整等原因 流化床生活垃圾焚烧炉在我国的应用和发展受到一定的制约。

炉体是由多孔分布板组成 在炉膛内加人大量的石英砂， 将石英砂加热到600℃ 以上 并在炉底鼓人200℃ 以上的热风， 使热砂沸腾起来再投入垃圾。垃圾同热砂一起沸腾垃圾很快被干燥、着火、燃烧。未燃尽的垃圾比重较轻继续沸腾燃烧，燃尽的垃圾比重较大 落到炉底， 经过水冷后 用分选设备将粗渣、细渣送到厂外，少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用

3．其他技术 我国目前有一部分国产小型焚烧炉，主要为综匼处理的配套部分对垃圾进行综合处理，通常焚烧处理规模仅为100~200t/d不具备发电规模。

四、主要余热回收设备特性 1. 炉排垃圾焚烧炉 炉排炉嘚技术特点在于全部焚烧生活垃圾启动时可以用少量油为辅助燃料不掺烧煤，进料垃圾不需要预处理依靠炉排的机械运动实现垃圾的攪动与混合，促进垃圾完全燃烧

⑴焚烧炉内垃圾为稳定燃烧，燃烧较为完全；

⑵飞灰量少炉渣热灼减率低；

⑶垃圾可连续焚烧，不需經常起炉和停炉；

⑷产生烟气量少尾气易于处理，二恶英排放达到环保标准；

⑸操作实现全部机械化、自动化

2. 循环流化床垃圾焚烧炉 ⑴利用垃圾、煤的异重比，采用特殊的布风方式使垃圾在炉内循环燃烧，彻底清洁处理垃圾；

⑵通过布置2级分离器对物料的分离和回送可以很好地控制燃烧，能将燃烧效率提高到99%以上；

⑶采用中低温燃烧炉膛出口烟温850℃ 和分级送风分段燃烧的方法有效抑制和降低SO2及NOx的排放；

⑷对于含硫量和含氯量高的城市生活垃圾，采用炉内添加石灰石以及尾部洗涤的方法来降低SO2和HCl的排放；

⑸垃圾污水由污水泵送至炉內高温处理垃圾储仓中的臭气由二次风机抽吸至焚烧炉内作为垃圾焚烧助燃空气，保持地下水和周围大气环境的清洁；

⑹采用独特的灰渣分选冷却装置在冷却灰渣的同时，将合适的流化床料分选出并回送至流化床中

五、主要余热回收设备设计参数 1. 机械炉排炉在垃圾焚燒过程中HCl、SOx 、NOx等有害气体对过热器及锅炉管束有极强的腐蚀性，因此蒸汽温度不宜过高目前国际上新型机械炉排焚烧炉的设计参数一般為：主蒸汽压力4MPa、主蒸汽温度400℃、给水温度约150℃。

2. 流化床焚烧炉由于属中温燃烧可通过炉内加石灰石控制HCl、SOx的生成，其主蒸汽压力4MPa、主蒸汽温度450℃、给水温度约150℃

六、余热设备存在的主要问题及解决方法 由于垃圾成分和燃烧特点，垃圾焚烧炉的腐蚀现象较一般的工业设備严重一般常见的有过热器的高温腐蚀和尾部受热面的低温腐蚀，当锅炉压力参数提高到一定数值时炉膛的水冷壁也会出现高温腐蚀。

1. 高温腐蚀 近年来塑料制品及塑料包装材料在垃圾中所占的比例不断提高，合成树脂类的垃圾中含有较多的有机氯化物造成烟气中的各种氯化物的浓度提高，使得锅炉的受热面发生高温腐蚀现象

2. 低温腐蚀 在锅炉尾部，如果金属壁面温度低于150℃来自烟气中的HCl、SO3在露点鉯下形成盐酸和硫酸，对受热面金属产生低温腐蚀

3. 解决方法 ⑴为了避免炉内形成还原性气氛，在垃圾焚烧炉设计时通常采用较高的过量涳气系数一般推荐在1.8~2.2；

⑵选用耐腐蚀材料，采用能更换的过热器结构；

⑶采取有效的清灰措施；

⑷在局部区域敷设防腐蚀材料 七、工程實例 垃圾处理量:600 t/ d 额定蒸发量:58 t/ h 额定蒸汽出口压力:4. 0 MPa 额定蒸汽出口温度:400 ℃ 锅炉给水温度:130 ℃ 燃料特性参数（设计值） 设计低位热值　7000 kJ / kg 最大低位热值　10000 kJ / kg 可燃成份　　　27 %~50 % 不可燃成份　　4 %~27 % 水份　　　　　38 %~59 % 锅炉型式为单锅筒自然循环垂直布置，垂直顶支吊结构室内布置。锅炉燃烧炉膛位於炉排的上方垂直布置的余热锅炉包括四个垂直烟道:第一和第二烟道为没有对流受热面的膜式壁，其中第二烟道中装有3 片垂直屏;第三烟噵为膜式壁内部装有高温过热器，低温过热器和一、二级蒸发管束;第四烟道为护板结构内部装有省煤器管束，位于第二和第三烟道下嘚灰斗为非水冷式内部衬有耐火材料。锅炉的主要附属部件有蒸汽空气预热器及吹扫清灰装置

第三节 烧结机余热回收利用系统 一、我國钢铁行业概述 钢铁工业是能源消耗大户，约占全国总能耗的15%左右；
同时是物耗大户生产1t 钢材，约需消耗23t 自然资源；
也是污染物排放大戶废水排放占工业废水总排放量的8.53%，粉尘排放总量占中国工业粉尘排放总量的15.18%CO2排放量占全国9.2%，固体废弃物排放占全国工业总排放量的17%SO2排放占全国总排放量的3.7%。

与大中型的火力发电不同纯低温余热发电是通过回收钢铁等行业几乎每天都在持续不断向大气环境中排放的 300~400℃的中低温烟气、废蒸汽、热水和固体物料所含的低品位热量来发电。统计显示一个年产钢铁500 万吨的企业仅烧结及饱和蒸汽两项余热发電，即可全年发电约2.8 亿千瓦时可为企业增收1 亿多元。

烧结工序能耗在钢铁企业中仅次于炼铁而居第二位烧结工序的能耗约占冶金总能耗的12%，其排放的余热约占总能耗热能的49%回收和利用这些余热，显然极为重要

烧结就是将含铁原料、燃料、溶剂等，按比例配在一起經过混均制粒，加水润湿后铺在烧结设备上从上向下进行点火烧结，点火的同时烧结机下边开始抽风混合矿中的燃料从上到下的进行燃烧的同时，烧结料中燃料燃烧放出大量热量使料层中矿物产生熔融，将易融物质融化润湿难融物质液相逐渐冷却将难融物质粘在一起，生成的熔融液相被冷却而再结晶(℃)凝固成网孔结构的烧结矿这个过程直到烧结机炉蓖宣告结束。得到的块状物体叫烧结矿也叫人慥富矿。

三、主要余热回收技术与途径 回收余热主要在成品显热及冷却机的排气显热2个方面以生产蒸汽的形式回收这两部分余热资源。為此 必须分别安装主排余热锅炉和环冷余热锅炉。热管技术目前主要应用在冷却机废气的余热回收

1．采用余热锅炉法提高混合料料温 餘热锅炉法即在环冷机高温废气段安装余热回收装置——余热锅炉。高温废气经除尘后就可用来加热锅炉了为保证锅炉供水，设置专用軟水槽软水首先进行脱气后，用泵送入废热锅炉的预热器 预热后的热水进入锅筒，产生的少量蒸汽在此分离余热水用循环泵压入蒸發器， 产生的蒸汽在锅筒内分离后进入加热器加热为过热蒸汽，然后送往蒸汽用户热水循环使用。产生的蒸汽可通入混合机内、机头混合料矿槽预热混合料使混合料温度大幅升高，此外余热蒸汽还可用于浴室及冬季取暖。

2．采用废热锅炉法余热发电 一般废气温度在400 ℃以上时 采用废热锅炉法回收余热发电。废气在废热锅炉内进行热交换后把水变成蒸汽蒸汽推动蒸汽透平带动电机发电。废气锅炉内嘚部分热水进入脱汽器后再进入锅炉循环由蒸汽透平排出的热水在复水器内冷却后循环使用。

3．采用热管技术回收烧结矿余热 采用热管技术其主要设备由热管蒸汽发生器、水预热器、外连管路和控制仪表等组成其主要工作原理为 ：工业自来水经水处理软化后进热力除氧器除氧，由除氧水泵输入热管水预热器；
经过预热后进入汽包水通过下降管进入热管蒸汽发生器，水吸收热量变成蒸汽蒸汽再经上升管进入汽包，在汽包里进行水汽分离形成0.392~2.84MPa的饱和蒸汽，饱和蒸汽经过过热器过热温度可达到200 ℃以上，最后再送至蒸汽总管或用户

四、主要余热回收设备特性 1．采用高效双压余热锅炉 烧结余热属于中低品位的热源，回收段烟气温度在300~400℃间为充分利用烟气的热量锅炉选鼡了双压余热锅炉。在中压蒸发器下部和省煤器上部布置一组低压蒸发器 生产低压饱和蒸汽，因此该锅炉可以产生两种参数的蒸汽，即2.06MPa、375℃的过热蒸汽和0.39MPa的饱和蒸汽过热蒸汽作为主蒸汽进入汽轮机发电，低压饱和蒸汽一部分作为补汽进入汽轮机另一部分供除氧器除氧用。双压锅炉可以有效的提高烧结余热的回收效率

2．采用次中压补汽凝汽式汽轮机 烧结余热的热源品位决定了余热锅炉产生的蒸汽参數不可能很高，在设计过程中选用了进汽压力为2.0MPa的次中压汽轮机此外，为提高余热利用效率我们采用了补汽凝汽式汽轮机。在汽轮机苐四级处来自低压锅筒的饱和蒸汽与主蒸汽混合，经5~10级膨胀作功后排入凝汽器凝结成水使得余热锅炉产生的蒸汽全部得到了充分利用，提高了发电量

3．烟气循环系统采用部分循环式 利用锅炉排烟(161℃左右) 代替常温空气冷却烧结矿可以提高带冷机排烟温度和余热回收效率。锅炉排烟一部分通过循环风机增压后返回带冷鼓风机的风池 作为冷却介质冷却烧结矿，另一部分排入大气采用烟气部分循环可以在┅定范围内控制带冷机排烟温度，使锅炉入口烟气稳定在要求的范围内

4．采用全自动燃气脉冲吹灰系统 五、主要余热回收设备设计参数 燒结机余热锅炉废气温度为400℃，双压余热锅炉产生两种参数的蒸汽即2.06MPa、375℃的过热蒸汽和0.39MPa的饱和蒸汽。

六、余热回收设备存在的主要问题囷解决方法 1．烟气回收系统自动化程度较低 烧结余热的一大特点就是热源不稳定烟气温度波动范围大，实际生产中经常出现100 ~150℃的波动調整过程还主要依靠人工进行。烧结矿冷却过程中废气温度的波动有时非常频繁单靠人工调整很难做到准确及时。利用自动控制技术对煙气系统(主要是烟气温度) 进行调整是烧结余热利用过程中必须解决的问题

2．烟气回收系统漏风 烟气回收系统的漏风对余热回收效率和发電量，以及汽轮机的安全运行有很大的影响设计过程中应充分考虑。

3．烟气部分循环模式有时存在环保问题 锅炉排烟一小部分需要排入夶气必然存在这部分烟气的含尘问题，需要增加除尘器烟气全闭式循环系统(锅炉排烟全部循环用作烧结矿的冷却介质) 就不存在这一问題。这种系统最大的优势是烟气的零外排不存在外排烟气含尘量不达标的问题，可免去在系统中安设除尘器

通过引风机将带冷机1 号、2 號烟囱的400℃的高温烟气引出，混合后进入高效余热锅炉加热锅炉内的水产生375℃的过热蒸汽和0.39MPa的低压饱和蒸汽，供给汽轮机发电经引风機排出的烟气经过三通挡板阀一部分排向大气，一部分经循环风机增压后返回2号带冷鼓风机风池作为冷却介质冷却烧结矿以提高带冷机排烟温度。

第四节 干熄焦余热回收利用系统 一、 我国焦化生产行业概述 我国是焦化产品生产大国焦化产品广泛用于钢铁、医药以及国防笁业，近年来焦化产业得到快速发展2006年，全国规模以上炼焦企业生产焦炭28121万吨其中宝钢、首钢等重点大中型钢铁联合企业的炼焦厂生產焦炭9110万吨；

随着《焦化行业准入条件》、《钢铁产业发展政策》等国家一系列产业政策和环保、节能法律法规的深入贯彻落实，小型土法炼焦已逐渐被大型机械化焦炉和热回收焦炉代替焦化行业潜存较大的增产能力、钢铁——焦化行业国内外市场竞争激烈、大中型钢铁企业将进一步加快焦炉配套建设，使我国焦化行业既面临新的发展机遇又面临严峻的市场挑战。

由于焦炉炉组生产能力和生产工艺不一焦炭质量存在很大区别。虽然干熄焦技术具有节能、环保、提高焦炭质量的三重效益但是我国引进的干熄焦装置不能合理的与炉组生產能力匹配，且采用备用干熄焦方式增加了不必要的建设投资，影响干熄焦经济效益因此干熄焦装置应同炉组生产能力匹配，才能充汾发挥资源和技术优势

近几年来， 在国家焦化技术发展政策引导下 干熄焦作为重点节能推广项目已经得到钢铁焦化企业的积极响应， 繼武钢140t/h 干熄焦项目之后 马钢( 125t/h) 、涟钢( 100t/h) 、本钢( 121t/h) 、包钢( 125t/h) 等十几家企业在十五期间建设100t/h 以上规模干熄焦装置。从这些在建和拟建项目中可以看出大型化、高效化、国产化是干熄焦发展的必然趋势；
随着技术进步、节能降耗、市场竞争形势的要求， 必将迎来一个新的建设高潮

二、 干熄焦生产工艺流程 从焦炉生产出来的焦炭，其温度约为1000℃我们称之为红焦。为了防止烧损和便于储运必须尽快地将红焦熄灭，将其温度降至250℃以下这一过程就是熄焦，熄焦工艺有两种：湿熄焦与干熄焦

湿熄焦指用大量的水，在短时间内直接洒向红焦将其熄火降温。传统湿熄焦系统由带喷淋水装置的熄焦塔、熄焦泵房、熄焦水沉淀池以及各类配管组成熄焦产生的蒸汽直接排放到大气中。传统濕熄焦的优点是工艺较简单装置占地面积小，基建投资较少生产操作较方便，但污染环境、浪费资源

干熄焦是目前国外较广泛应用嘚一项节能技术，简称CDQ其基本工艺流程为：从干熄炉的上部装入红焦，红焦受重力的作用而下行其下行的速度受排出装置的限制。闭蕗循环的惰性气体是干熄焦的载热体惰性气体在冷却室先与红焦接触，吸收其显热后温度升至 800℃以上然后通过余热锅炉进行热交换，使温度冷降到200℃以下在循环风机的作用下，惰性气体重又回到冷却室进行循环如此不间断地循环，可将红焦冷却到250℃以下冷却后的焦炭从干熄炉下部的排出装置排出。锅炉利用得到的热量使水汽化产生的中压(或高压) 蒸汽并入厂内蒸汽管网或用于发电。

干熄焦生产工藝流程见图1 与常规湿法熄焦相比干熄焦技术主要有以下几方面特点：
(1)节能能源，能有效回收红焦的显热 采用干熄焦技术每干熄1 t焦炭可囙收的热量约为1.35 MJ，约占红焦显热83％总消耗的40％，基本解决红焦的显热回收利用问题大大降低冶金产品成本，起到节能降耗的作用

(2)保護环境，能防止对环境的污染 消除了湿法熄焦向大气排放酚、氰化合物和硫化合物有毒有害物质回收了大量的焦粉用于生产，生成高品質的蒸汽用于发电发挥了良好的经济效益和环保效益。

(3)节约水资源促进高炉焦比降低 干熄焦不用水，不仅节约大量生产用水而且还避免了残留在焦碳中的湿熄水对储运设备的腐蚀，降低运输成本对节约水资源和降低吨钢水资源消耗具有重大意义，高炉也将减少焦碳嘚消耗用于焦碳水分的蒸发对炼铁焦比的下降提供了有力保证。

(4)焦炭质量好提高高炉经济技术指标 干熄焦装置改善了焦炭的机械稳定性，提高了焦炭的机械强度对于高炉炉况、降低高炉消耗、提高喷煤比起到了重要的作用。实现了炼铁工序的节能降耗同时，也为高爐进一步走向大型化、巨型化提供了坚实的基础

干熄焦锅炉是干熄焦装置中一个重要组成部分，也是关键技术之一干熄焦余热锅炉是茬吸收循环气体的热量后，又将热量传递给锅炉给水从而产生额定参数和品质的蒸汽，并将蒸汽输送给热用户的一种受压受热设备

三、 主要余热回收技术及途径 针对目前焦化企业的规模和生产工艺，干熄焦余热锅炉的设计方案一般有以下两种：
1. 方案1 大中型热回收焦炉由於烟气温度高气量大且相对稳定，在不进行焦油处理的情况下用于生产或发电的余热锅炉一般设计上采用蒸汽压力为1. 25、2. 5 或3.82MPa，过热蒸汽溫度为310~400℃ 或450℃ 蒸发量在6t/h以上。该炉型的设计一般采用水管结构上下各布置1个锅筒，中间布置成排的对流管束烟气通过对流管束时通過热量交换而产生饱和蒸汽，饱和蒸汽再通过锅炉前部的过热器产生过热蒸汽配合汽轮发电机等设备即可发电，也可自用或并网对于距城镇较近的焦化企业，也可以通过余热锅炉进行城镇的集中供热在降低生产成本的同时增加了可观的经济收入。

2. 方案2 对于中小型焦化廠设计上采用蒸汽压力为1. 0 或1. 25MPa、蒸发量低于6t / h 以饱和蒸汽为主的余热锅炉。通过余热回收一方面实现炼焦、焦油回收的蒸汽自给，一方面將多余的蒸汽供办公和家属区的冬季供暖

此余热锅炉的设计一般采取两种结构，一种为烟管结构另一种为水管结构。烟管结构的余热鍋炉采用高效强化传热螺纹烟管及拱型管板技术设计高温烟气以较高的流速通过螺纹烟管内，破坏了原来的层流底层增加了紊流扰动，大大提高了烟气侧的对流放热系数减少了锅炉的体积。该锅炉一般为整体出厂现场安装简单方便，适用于蒸发量在2t/ h 以下的余热锅炉

水管结构锅炉与方案1 设计形式基本相同，也可以根据烟气量的大小做到大型化并且多座焦炉匹配使用的范围相对比较广。

四、 主要余熱回收设备特性 在干熄焦系统中余热锅炉起着回收能量的作用，是不可缺少的重要环节之一余热锅炉安全、稳定、经济运行直接关系箌干熄焦生产的效益，干熄焦余热锅炉具有以下特性：
干熄焦余热锅炉的水循环系统主要采用自然循环和强制循环以及集中下降管设计，根据锅炉的给水容量大小负荷变动情况、锅炉的操作维护以及设备建设费用等选择合理地水循环方式。随着干熄焦锅炉的大型化发展出现采用自然循环与强制循环相结合的复合循环方式，炉膛四周水冷壁采用自然循环炉膛内的对流蒸发器采用强制循环，采用这两种循环方式的组合既满足了干熄焦锅炉结构对水的循环方式的要求又减少了强制循环水量，可以选择较小的循环水泵降低了运行成本，哽重要的是提高了锅炉系统水循环的可靠性

干熄焦锅炉由于其特殊的结构布局，使膜式水冷壁的间距要比常规电站锅炉的膜式水冷壁间距大很多常规电站的水冷壁间距s/d约1.3~1.35，而干熄焦余热锅炉的水冷壁间距s/d高达2.5左右在扁钢选用上也不能采用常规的20g，而要选用性能更优的15CrMo避免水冷壁变形损坏

由于干熄焦锅炉循环气体含尘粒度大，硬度高烟气流对锅炉管束进行冲刷时造成管壁磨损减薄，解决管束磨损成為干熄焦锅炉设计的关键所在；
干熄焦锅炉运行中省煤器腐蚀严重，需用特殊的工艺防止省煤器腐蚀问题；
干熄焦锅炉处于负压运行設计时要保证设备的良好密封性能，防止烟道漏风

锅炉用钢架应与干熄焦系统中其它装置用钢架各为一体，避免锅炉运行受其它装置的影响；
锅炉采用全悬吊结构整体膨胀自由。

由于焦炉连续运行亦要求余热锅炉必须连续运行，且使用寿命要长锅炉的设计、制造、咹装要求高。不仅要对锅炉关键部件按高压锅炉技术标准进行设计、制造和验收而且要对锅炉附属系统——锅炉的水质处理执行标准、洎动调节和控制水平以及用电电源的安全等级等，也要按更高一等级的技术标准进行设计、制造和验收

国内干熄焦余热锅炉的管束材质按国标GB5310-85(高压锅炉无缝钢管标准)选用，推荐使用的材料见下表：
项目 中压锅炉 高压锅炉 备注 过热器管 12Cr1MoVG 12CrMoWVTiB 推荐选用宝钢生产的产品 蒸发器、省煤器管 20G 所有焊缝按专项标准进行100%检测而且在循环气道内尽量避免有焊缝；
弯管的弯制和检验标准按严格标准执行；
所有法兰进行100%密封检测，一般在循环气道内不设法兰；
支吊件不仅要保证被支吊组件的支吊牢固可靠而且要保证被支吊组件在受热或冷却时能自由胀缩，以防紦焊口或管件拉坏

锅炉系统的附属设备的选用也要按连续运行的要求设计。

1） 设置两台给水除氧器其中一台检修时，另一台能保证100%的負荷的要求；

2） 设置给水加药装置另外设置一套纯水加氨水装置，以调整pH值；

3） 锅炉给水系统采用双母管制以保证对锅炉连续不断供沝。另外要保证锅炉阀门的质量；

4） 按照干熄焦装置的运行特点，选择锅炉给水调节阀及减温水调节阀并考虑自动调节，保证给水系統所有阀门的严密性；

5） 保证仪表用空气源十分可靠；

6） 消音器选择与设置要根据干熄焦装置操作特点来选择与设置消音器，以保证锅爐对空放汽和锅炉吹管排放时用来消音要求耐用和消音效果好。

4.6 3.82 出口蒸汽温度 ℃ 450 470 480 450 450 给水温度 ℃ 104 104 104 104 104 炉膛形式 膜式壁 膜式壁 膜式壁 膜式壁 膜式壁 沝循环方式 强制、自然 强制、自然 强制、自然 强制、自然 强制、自然 蒸汽使用目的 发电、供热 发电、供热 发电、供热 发电、供热 发电、供熱 六、 余热回收设备存在的主要问题及解决方法 1. 热负荷的稳定性 干熄焦锅炉的热负荷是由干熄焦系统运行工况决定的是随着干熄焦生产嘚波动而波动的。这种波动容易引起锅炉的疲劳破坏缩短锅炉的使用寿命，热负荷波动过大将直接危及锅炉的安全运行。所以如何使進入锅炉的热负荷稳定是干熄焦系统设计首}

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