工业窑炉余热回收与利用摘要：随着我国经济的快速发展，工业能源消耗剧增，与之矛盾的是化石燃料等常规能源已经发生严重短缺且价格不断升高。
而在冶金等涉及到窑炉的行业中，窑炉热效率很多都低于70%，而其排空的热值占窑炉能耗的20%以上，废气的利用率很低，有很大的节能潜能。
加上环境污染越来越严重，窑炉废气废渣等的排放标准提高，企业为了经济效益，各种窑炉余热回收利用技术被开发出来。
同时针对不同窑炉废气废水指标要选择合适的回收利用技术，这对提高窑炉热效率，节约能源都意义重大。
本文主要从工业窑炉余热的不同利用方式，直接利用余热，主要介绍利用热管换热器直接生产热水；动力回收，主要介绍烧结余热发电技术；热泵系统利用余热，主要介绍高温水源、空源热泵利用余热，分析各种技术的可行性、优缺点、改进方向以及注意的问题等方面，定性的介绍工业窑炉余热回收与利用的近期发展状况。
关键词：工业窑炉；余热利用；热管；烧结；热泵ABSTRACT:With high economic development in China,industrial energy exhausting is gradually increasing and at the same time conventional energy like fossil fuel is seriously shorted and the prize of the fuel is rising rapidly.In the industries referring to the furnaces such as metallurgy,the heat efficiency of most furnaces is less than 70% and their waste gas occupies 20% of the total energy exhausting .Because the use ratio of waste gas is low,there is much we can do to improve.Therefore,due to the bad environmental pollution, exhausting criterion of the contamination is panies seek for more economic effect,so there has been emerging various advanced technologies in waste heat utilizing.We should choose right technology for different styles of waste heat which is meaningful to increase heat efficiency of furnaces and save energy.In this artile,from diffenert ways of using waste heat,one is using it directly by heat tube exchanger;one is power recovery by using sintering waste heat generation;another is heat pump system,here just introduce high temperature water or air heat pump,analyse their feasibility, advantages or disadvantages,directions of improving and matters needing attention and so on,qualitatively introduce waste heat utilizing of furnace over the dacades.KEY WORDS: industrial furnaces;waste heat utilizing;heat tube;sintering;heat pump工业窑炉余热回收与利用0引言当前，各类工业窑炉的排烟温度高，废气量大，废气带走的能量大约占到总能耗的20%～30%，虽然窑炉会利用其余热充分预热空气、物料、燃料，但是排气的温度还是很高，损失很大能量。
对于自身无法回收利用的余热，采用在炉外安装热装置回收利用，具有较高的经济价值和社会利益。
根据不同行业窑炉余热情况，采用加装换热器，余热锅炉和发电设备，热泵，对窑炉余热进行直接利用，动力回收，热泵供暖利用，可以加大窑炉烟气废气余热回收，提高燃料热利用系数，降低窑炉排烟温度。
1工业窑炉余热直接利用工业窑炉生产过程中传统余热利用是直接利用余热来预热空气和新鲜物料，或者和富氧的煤混合作为一种燃料使用，从而产生更多热量。
后来大量使用换热器利用热量交换生产热水，供工厂内部家属或者周边居民生活使用等。
而近年来随着热管技术的研发和成熟应用，在工业窑炉余热问题上，采用热管技术，设计新型低温换热器，可以最大化利用余热。
1.1热管换热器工作原理热管[1]：封闭的管壳中充以工作介质并利用介质的相变吸热和放热进行热交换的高效换热元件。
它具有很高的导热性，冷热两侧的传热面积可任意改变，可远距离传热，温度可控，环境适应性强等优点。
热管换热器充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质,透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外,其导热能力超过任何已知金属的导热能力。
其作用原理如下图所示。
图一热管作用示意图[2]1.2热管换热器优点热管换热器传热能力强，它利用相变放出的潜热来加热流体，比一般的显热传热方式效率高。
废气烟气在管道流动过程中，换热器对其施加的阻力小，不会对窑炉增加太大的阻力而影响其正常运转。
热管换热器结构紧凑，重量轻，占用空间小，安装维护简单，操作性能可靠。
1.3余热回收利用可行性1.3.1温差窑炉排出的烟气废气的平均温度明显高于换热器的进口流体的平均温度，由热力学第二定律知，冷热源存在的一定温差是实现换热的动力。
1.3.2安装空间工业窑炉排出的废气按规定一般会经过除尘，除硫装置后再由烟囱排出到大气，所以窑炉尾部和烟囱之间的距离一般有三四十米，再加上热管换热器占用空间不大，在连接管道之间完全有空间安装换热器。
1.3.3窑炉运转由增设的换热器所增加的连接管道阻力损失，以及换热管排列对烟气废气造成的压降损失一般不大，可以由鼓风机来提供动力解决，所以不影响窑炉的热工性能。
1.3.4热管适宜的工作温度热管的抗氧化、耐高温性能较差。
实际工作中，烟气废气在经过除尘除硫装置后，一方面将废气里的大颗粒物和SO2基本除去使其达到排放标准，另一方面经过除硫除尘装置长距离的输送，废气的温度压力也下降了，可以保证换热器在正常温度范围内工作，防止温度过高影响效率。
1.4改进事项1.4.1增设控制系统针对窑炉内燃料不同的燃烧状况，其产生的烟气温度和烟气量都在变化，会使换热器的出口流体的温度变化，而实际使用中用户希望所得热水的参数波动较小甚至恒定，所以必须增加检测控制装置来严格控制换热器冷流体的温度和流量，从而实现对出口流体温度压力的有效控制。
1.4.2积尘，结水垢保证换热器在高效率状态下工作，必须解决换热器换热管积尘、结水垢的问题。
因为有收尘装置在换热器前面，故换热管上的积尘速度缓慢，颗粒一般比较松散，较易除去。
而且增加的换热器里面的管道交叉分布对废气烟气施加的阻力可以进一步降低废气烟尘量，减少大气污染。
由于待加热的水供居民使用，一般较清洁，且水在换热过程中的温度范围是不易结水垢的，如果有必要，添加除垢剂可以解决问题。
1.4.3切断阀在换热器和离之最近的装置，一般为除硫装置的连接处必须增加切断阀。
如果换热器运行过程中出现故障，马上将阀门打开切断烟气废气，将烟气废气通道直接与烟囱连接，可以有效防止烟气废气泄露影响生产环境。
1.4.4保温层为提高换热效率，原理上尽量减少余热传输回收利用过程和外界环境的热交换，所以应该在烟道以及换热器的表面加上保温层，减少热量散失。
此外，换热器的冷流体与废气烟气要采用逆流形式实现较好换热。
目前，采用热管技术回收余热产生蒸汽的系统经马钢二烧、梅山钢铁公司烧结厂、武钢一烧、安阳钢铁公司烧结厂及攀钢烧结厂等厂的投运，均取得了令人满意的效果。
2.工业窑炉余热动力回收工业窑炉余热动力回收是利用余热产生电能。
对于高温余热，利用余热锅炉产生蒸汽，再经过汽轮机机组发电，对于低品位的余热，可以作为补气转换成电能再利用；对于中低温余热，利用低沸点的工质自身汽化回收余热，产生的蒸汽在透平机中膨胀，带动汽轮机机组发电。
动力回收原则：高温（废气温度大于650度）余热回收利用，尽可能产生高温高压的蒸汽，作为汽轮机发电的主蒸汽；低温（废气温度低于350度）废气余热，代替汽轮机的回热抽气来加热锅炉给水；中（废气温度350-650度）低温余热回收（低温废气量较多），产生不同的温度和压力的蒸汽，按照压力的级别分别补入汽轮机不同压力的进气。
目前，在烧结[3]工序中，特别是烧结矿冷却过程中会排出大量温度为280～400℃的中低温烟气，其热能量大约为烧结矿烧成系统热耗量的33％，高效率地利用烧结冷却机排放的低温烟气余热是一个值得关注的课题。
2.1烧结余热发电工作原理烧结余热发电技术，是利用烧结高温烟气的余热，经过余热锅炉产生蒸汽来进入汽轮机发电的一项技术。
烧结厂传统余热利用方式是在冷却机高温段安装简易余热锅炉生产蒸汽，效率低下，仅能回收少量的烟气余热。
低温余热发电技术是将烧结环冷机低温烟气循环利用，充分吸收烟气中的热量最终使其最大可能地转为电能。
其工作原理图如下所示。
图二环冷机回收烧结矿余热工作原理图[4]2.2工艺流程如上图所示，烧机下布置数台冷风机，冷却风通过风机强制穿过料矿层，经其加热，温度提高，冷却风和高温烟气经除尘装置后一起进入余热锅炉，在余热锅炉中经过汽水循环后产生一定参数的蒸汽最后进入汽轮机发电。
2.3烧结余热的特点图三烧结矿冷却过程废气温度分布从图中可以看出，烧结产生的废气温度波动大，且低温所占比例较大。
烧结欠烧时，废气温度偏高；烧结过烧时，废气温度偏低。
只有当烟气经过源源不断的烧结矿时，烧结余热才能成为稳定的热源。
目前为了提高热效率，开发出很多新型技术，其中常采用烟气循环技术以及低压蒸汽利用技术。
烟气循环技术将余热锅炉的烟气用来冷却烧结矿，提高烧结余热的烟气温度。
实际中低压蒸汽作为汽轮机的补气使用，但是使用量较少，为了让剩余部分低压蒸汽的能量都到充分利用，可采用低压蒸汽螺旋发电技术[5]，其一般流程为：过剩的低压蒸汽→集中回收→螺旋发电→回收软水[6]，以此来提高低压蒸汽使用量。