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企业通用节能技术一、热电联产节能技术1、热电联产电能和热能的联合生产称为热电联产，如利用汽轮机中作过功的蒸汽对外供热，即将燃料的化学能转化为具有较高压力和温度的高品位的热能以发电，同时将已在供热式汽轮机中作了部分功（即发了电或热化发电）后的低品位热能对外供热，这种热电联合能量生产的方式符合按质用能的原则，可以提高电厂的经济效益。l 热电联产的意义（1）节约能源：热电联产利用发电后工作介质的热能，以蒸汽或热水形式向热用户供热。热电联产的热能利用率非常高，理论上可达100%，减少了二氧化碳的排放量。我国2004年300MW凝气机组的发电标准煤耗率为0.330kg/kWh，供电标准煤耗率0.353kg/kWh，12MW火电厂标准煤耗为0.480kg/kWh，供电标准煤耗率0.552kg/kWh，而热电联产的发电标准煤耗率为0.20kg/kWh左右。燃煤小锅炉分散供热的标准煤耗率为55kg/GJ，而1997年热电联产的平均供热标准煤耗率为40.22kg/GJ。据统计，我国目前新建的热电机组，每100MW每年大约节约2500到4000t标准煤。因此，热电联产的节能效果非常明显。（2）保护环境：城市大气污染的主要原因是燃煤生成的二氧化硫气体和煤烟粉尘。热电联产、集中供热相对于分散小锅炉供热在降低污染，尤其是减少颗粒污染方面效果显著。近几年推广使用的循环流化床电站锅炉还可以在炉内脱硫，有利于环境保护。我国1998年热电总发电量约为1200亿千瓦时，供热量为10.36亿吉焦，年节能4100万吨标准煤，相当于减少烟尘排放62万吨，减少二氧化硫排放82万吨，减少二氧化碳排放量1800万吨。（3）补充电源：热电厂可以补充区域供电，减少电力传输损失，缓解目前电力供应紧张的局面。（4）提高生活质量：随着人民生活水平的提高，采暖范围不断扩大。城市集中供热面积的提高、新建筑的增加、供热范围的扩大，都对城市热源建设提出了巨大的需求。l 蒸汽轮机热电联产蒸汽轮机热电联产燃用的是化石燃料，并通过较成熟完善的原动机汽轮机把热能转变成电能并对外供热，这种形式的热电联产目前仍然是国内外发展热化事业的基础，是联产集中供热的最主要形式。供热式汽轮机主要有背压式汽轮机、抽汽式汽轮机和凝汽采暖两用机等型式。（1）背压式汽轮机背压式汽轮机利用排汽向外供热，热用户作为它的冷源。其优点是热能利用率高，结构简单，不需要凝汽器，投资少。但其运行按“以热定电”的方式进行，背压机的电功率取决于热负荷，热和电不能独立调节，因此难以同时满足电、热负荷的需要，所以，必须有稳定可靠的热负荷时才采用背压式汽轮机。（2）抽汽式汽轮机（C型，CC型）C型表示汽轮机带有一级调整抽汽，抽汽可供工业用汽，压力调整范围一般为0.781.23MPa；可供采暖用汽，压力调整范围一般为0.1180.245MPa。CC型表示汽轮机带有两级调整抽汽，抽汽压力的可调整范围与上述相同。抽汽式汽轮机的特点是： 热电负荷可独立调节，运行灵活； 抽汽式汽轮机有最小凝汽流量，以保证低压缸有通风冷却蒸汽； 凝汽流绝对内效率比同参数的凝汽机组低，对该类机组的节能有不利影响。（3）凝汽采暖两用机组（简称两用机）这是一种把大型凝汽机组改造为供热机组的型式。它是在中低压缸之间的导汽管上装了蝶阀以调节抽汽量，在采暖期供热，在非采暖期或暂无热负荷时仍以凝汽机组运行。两用机的特点是： 由于两用机是将凝汽机改造为供热机，高压缸通流容积是按凝汽流设计的，所以当抽汽供热时，电功率减少，以牺牲电功率来增加供热。 由于在导汽管上装了蝶阀，有压损的影响，在非采暖期虽为凝汽机组，热经济性仍会下降约0.1%0.5%。 在抽汽运行时具有抽汽式汽轮机的特点，但其设计、制造简单，成本低，是适应热电联产供事业迅速发展的一项有效措施。l 燃气轮机热电联产燃气轮机热电联产是利用燃气轮机发电后的排气进人余热锅炉产生蒸汽，蒸汽作为供热热源，系统如图1所示。图1 燃气轮机热电联产系统图燃气轮机热电联产可以有效的配置资源，稳定、持续地利用天然气、煤气等资源，减少燃气的调节，降低因燃气调峰导致的储采比下降、地下储气库损失等不必要的资源浪费，减少燃气管网的建设投资，提高设备运行效率，从而降低燃气利用成本，提高用气企业的竞争能力。如果燃气轮机系统再增加一个蒸汽轮机，即余热锅炉出来的水蒸汽进入蒸汽轮机膨胀做功，就组成了燃气蒸汽联合循环，机组的热效率还可进一步提高。l 热电联产的主要热经济性指标为了计算热电联产的热经济性指标，必须把热电联产总的燃料消耗量分摊给热和电。热能和电能是两种不同质的能量，如何分摊，目前学术上还没有定论。（1）经济效益的分摊热电燃料的分摊是解决热电联产热经济指标制定的基础，也是热价制定的重要因素。目前，国内对热电联产总热耗量所采用的分摊方法有多种，归纳起来有三类： 热电联产效益归电法：代表方法有热量法，联邦德国的卡路里法和日本的热焓基准法等。这种方法是将部分冷源损失的热经济效益以产品形式卖给热用户，效益被电厂占有，这显然是不合理的。因为这种方法既没有反映热和电两种能量质的不同，也没有反应不同参数蒸汽供热的不同。按照热量法的分摊原则，供热量愈大，汽轮机的内效率愈低，则全厂的热效率愈高，这种情况不利于汽轮机的制造水平，也不利于提高电厂的管理水平，更不利于热用户采用热电联产的积极性。 热电联产效益归热法：如实际晗降法、日本的轴功率法和固定煤耗法。实际晗降法是按汽轮机抽汽的实际晗降和凝汽流的实际晗降之差与凝汽流的实际晗降之比作为热电分摊比，即把部分冷源损失（实际是供热量）分摊给电厂，热电联产的效益电厂没有得到，而热用户却把这部分效益作为废热利用了。这种分摊方法从热经济效益来看也不尽合理。但从效能的观点看，这种分摊方式是合理的，它有利于合理评价热力设备的热力学完善性，有利于提高电厂的管理水平。 热电联产效益折中分析法。如热泵法、能量等价法、M比法及其他各种折中分摊法等。上述的两种方法是分摊热电总耗量的两个极端，在经济效益上不容易被生产者（电厂）和热用户所接受，而效益折中分析法则是将这两种方法折中，但由于折中的方法多种多样，这类方法也是种类繁多。（2）热电联产的主要热经济指标通过对热电联产总热耗量Qtp(kJ/h)的分摊，在求出供热热耗量Qtp(h)(kJ/h)和发电热耗量Qtp(e)(kJ/h)以后，可以求出热电联产的燃料消耗量和经济效益指标。其中，Ql(kJ/h)表示燃料的低位发热量，Pel(kWh)表示发电量热电联产总的燃料消耗量：(kg/h)供热方面分摊的燃料消耗量：(kg/h)发电方面分摊的燃料消耗量：(kg/h)热电联产的发电热效率：(%)热电联产的发电热耗率：(kJ/kWh)热电联产的发电标准煤耗率：(kg/kWh)热电联产的供热效率：(%)热电联产的供热标准煤耗率：(kg/GJ)2、热电冷三联产热电冷三联产是指热、电、冷三种不同形式能量的联合生产，简称CHCP，热电冷三联产是一种先进的供能系统，其特点是能提高一次能源利用率，实现能量分级利用。对于夏季需要制冷、冬季需要供热的或需要大量制冷负荷的工厂等用户，热电冷三联产系统能为用户提供更大的功能灵活性。l 热电冷三联产的优点（1）缓解夏季电力供需矛盾；（2）提高热电厂的设备利用率及经济效益；（3）节省能源且环保。l 热电冷三联产的主要形式（1）基于热电厂的热电冷三联产热电冷三联产系统是在热电联产系统的基础上加上吸收式制冷机组合而成。燃料在锅炉中产生的高温高压蒸汽，带动汽轮机组发电，做功后的低品位的汽轮机抽汽或背压排汽用于供热，同时作为吸收式制冷机的热源，使吸收式制冷机产生冷冻水，供给热用户。 锅炉+背压式汽轮机+吸收式制冷机：此组合可以增加背压机的夏季热负荷，因此可提高背压供热机组发电效率和能源利用率。 锅炉+抽凝式汽轮机+吸收式制冷机：此组合可根据冷热负荷的变化调节经过凝汽器的蒸汽量，便于运行管理和调节负荷。 锅炉+抽背式汽轮机+吸收式制冷机：兼有抽汽凝机组和背压机组的特点，发电量、供热量、制冷量可以在一定范围内调节。 燃气轮机+余热锅炉+汽轮机+吸收式制冷机：此机组在夏季不需要采暖，采暖所需的蒸汽或热水可送到制冷机来制冷。这种制冷系统除了用于空气调节外，还能用来增加燃气轮机的出力。（2）楼宇热电冷三联产制冷、采暖和湿度控制在人类的生活中日益重要，世界上对楼宇（包括商用建筑、写字楼、公寓和住宅小区）采暖供热有两种模式：分散式采暖和小型热电冷三联产。楼宇热电冷三联产BCHP(Building Cooling Heating & Power)，即为建筑物提供电、冷、热的现场能源系统，通常也称为小型热电冷三联产CCHP(Combined Cooling, Heating and Power)。楼宇热电冷三联产与分散式采暖相比有以下特点： 实现热电冷三联产可以通过进行余热回收，使用吸收式制冷机组提供空调或工艺用冷，可将能源效率提高到70%以上； 能源生产设备靠近用户避免了能量传输和分配的损失，能够在回收热量的同时减轻电网压力。 装置容量小、占地面积小、投资少、效益好。3、热电联产的发展趋势根据近年来热电联产的发展情况，国家计委、经贸委、建设部和环境总局于2000年8月22日印发了关于发展热电联产的规定，今后热电联产的发展方向是：l 增大大型供热机组的比重目前北京、沈阳、吉林、长春、郑州、秦皇岛和太原等中心城市都安装有200MW和300MW的大型抽汽冷凝两用机组，在城市集中供热方面发挥着主要作用。一些城市为了适应工业和民用热负荷的增长，淘汰上世纪五六十年代建设的小型供热机组，建设单机100MW和140MW的大型供热机组。l 推广循环流化床锅炉循环流化床锅炉可以燃用含硫较高的煤以及劣质燃料，有利于煤炭工业的发展，建设热电厂为当地的工业发展提供充足的电力和热能，促使国民经济走上良性循环的发展轨道。l 城市发展热电冷三联产随着工业的发展和人民生活水平的提高，采暖范围由北向南扩展。由于宾馆、饭店、商场和文体设施等公用建筑的增加，人民居住条件的变化，对空调和制冷的需要也日益迫切，为此一些地区已发展起一批以热电厂为热源的集中供热与制冷系统，溴化锂制冷负荷增加，使热电厂的综合效益明显提高，现已出现热电冷三联产迅速增加的势头。l 发展多联产能源系统以煤气化为核心的多联产能源系统，生成的合成气通过高温净化后作为城市的煤气，实现热电冷三联产或作为燃料电池及燃气蒸汽联合循环燃料。多联产能源系统能够实现多种产品生产过程的优化组合，可以很好的解决我国能源领域面临的能源供应、液体燃料短缺、环境污染、温室气体排放和农村能源结构调整等问题。l 有条件的地区利用现有的工业锅炉发展热电联产我国现在有很多单台容量大于10t的工业小锅炉，生产蒸汽29.4万t/h，如果将其中的1/3改造为热电联产，将安装供热机组8000MW，这将对缓解电力紧张、节约能源、改善环境、提高供热质量等发挥重要作用，并给建设单位创造出可观的经济效益。l 现有中低压凝汽机组改造为热电联产机组我国目前尚有总装机容量达9300MW的小型凝汽机组，煤耗高、热效率低，急需进行技术改造，电力部门已对此作出规划，对一些有条件的中小机组已结合当地的热负荷需求改造为供热机组。l 积极发展燃气轮机热电联产燃气轮机热电联产污染小、效率高并靠近热电负荷中心，国家鼓励以天然气、层煤气作为燃料的燃气轮机热电联产。二、锅炉、加热炉节能技术1、锅炉的主要节能技术及应用l 改善燃烧改善燃烧节能技术包括高效燃烧器、燃料添加剂、合理调节送风量、采用二次回风系统等。此类技术主要是使炉子燃烧过程更加完全、充分，并且尽量减少过剩空气。（1）高效节能燃烧器常用燃烧器有自然引风式扩散燃烧器、鼓风式燃烧器、大气式燃烧器、无焰式燃烧器等，不同的燃烧器的特点和应用范围不同。 自然引风式扩散燃烧器自然引风式扩散燃烧器燃烧稳定，不回火，运行可靠；结构简单，制造方便，操作简单，容易点火；可应用于低压燃气，燃气压力为200400kPa或更低时，仍能正常工作。但此种燃烧器燃烧热强度低，火焰长，需要较大的燃烧室；容易产生不完全燃烧，为使燃烧完全，必须提供较多的过剩空气；由于过剩空气系数较大，因而燃烧温度低，适合于温度要求不高，但要求温度均匀、火焰稳定的场合。 鼓风式燃烧器 鼓风式燃烧器与热负荷相同的引射式燃烧器相比，结构紧凑，占地面积小；而且热负荷调节范围大，调节系数一般大于5；并且可以预热空气或预热燃气，预热温度甚至可以接近燃气的着火温度，这对高温工业炉很有必要。鼓风式燃烧器要求燃气压力较低，容易实现煤粉燃气、油燃气联合燃烧，但是需要鼓风，耗费电能，而且燃烧室容积热强度通常比无焰燃烧器小，火焰较长，因此需要较大的燃烧室容积。其本身不具备燃气与空气成比例变化的自动调节特性，最好能配置自动比例调节装置，该燃烧器主要用于各种工业加热炉及锅炉中。 大气式燃烧器大气式燃烧器比自然引风扩散式燃烧器火焰短、火力强、燃烧温度高，可以燃烧不同性质的燃气；燃烧比较充分，燃烧效率比较高；烟气中CO含量比较低，可应用低压燃气；由于空气依靠燃气吸入，所以不需要送风设备，适应性强，可满足多种工艺的需要。缺点是由于只预混了部分空气，故火焰热强度、燃烧温度仍受限制，不能满足某些工艺的要求，而且当热负荷较高时，多火孔燃烧器的结构比较笨重，大气式燃烧器应用非常广泛，单火孔大气式燃烧器在中小型锅炉及某些工业加热炉上广泛应用。 无焰式燃烧器无焰式燃烧器燃烧完全，过剩空气少(=1.051.10)，当用于工业炉直接加热工件时，不会引起工件过分氧化，燃烧温度高，容易满足高温工艺的要求，其中火道式无焰燃烧器燃烧热强度大，容积强度可达105210GJ/(m3h)或更高，因而可缩小燃烧室容积；设有火道，容易燃烧低热值燃气；由于不需鼓风，因而节省电能及鼓风设备。缺点是为了保证燃烧稳定，要求燃气热值及密度稳定，而且发生回火的可能性大，为防止回火，头部结构复杂，当热负荷大时结构庞大，因此每个燃烧器的热负荷一般不超过2.33MW，无焰式燃烧器噪音大，特别在高压和高负荷时更为严重，所以主要应用在工业加热装置上。高效节能燃烧器节能改造实例：燃烧器的性能和应用范围与其种类有关，在同一类燃烧器中，其性能参数和它的各部件有关，其中火嘴是关系燃烧器性能的最重要的部件，2001年曾对中石化齐鲁石化胜利炼油厂进行了火嘴改造。胜利炼油厂燃油锅炉使用的火嘴为七十年代建设时所采用的自然通风的老式火嘴，燃油雾化效果较差，极大地影响了锅炉的燃烧，使得燃油消耗增加，锅炉热效率降低。由于采用老式火嘴燃烧重油，还引发了其它方面的不良后果和问题，例如点火困难，析碳严重，阻碍传热，影响雾化效果，恶化燃烧工况，排烟中SO2、NOx、CxHy、CO和碳黑粒子等不完全燃烧物含量较高，噪音大，灰沉积及高温腐蚀严重等问题，而且调节困难，排烟温度高，由于重油燃烧后期废气中有少量的灰在锅炉尾部受热面表面积累并吸附废气中SO2等酸性气体，腐蚀了尾部受热表面。通过实验比较选用了改进后的Y型火嘴，新型Y型火嘴的孔径取得比早期小，靠增加孔数来保证所需的喷油量，由于喷孔数目增加，油从许多小孔同时喷出，可以更容易和空气混合，无论喷油量多大，Y型火嘴都始终保持良好的雾化质量。应用Y型火嘴的实践证明，其单个火嘴出力大，在任何喷油量下都能保持良好的雾化质量，汽耗率低，一般负荷下调节比可以达到25%，而且负荷变化时，雾化角不变，使用期较长，对液体燃料的适应性较强。（2）燃料添加剂在燃料中加入添加剂是一种新型的节能燃烧技术，它是改善锅炉燃烧状况，提高热效率，减少环境污染的有效措施。燃料添加剂节能改造实例：大连理工大学能源研究所在2001年9月10日至2001年11月20日曾在中石化齐鲁石化胜利炼油厂动力管网车间2#中压锅炉上进行了助燃剂工业试验以研究助燃剂改善燃烧的效果。2#中压锅炉燃用燃料油，由于燃料油的粘度较高，雾化效果不理想，因而燃烧不完全，油枪内部积碳严重，火焰带有明显黑烟，而且火焰发生跳动，燃烧不稳定；又因燃料油含硫量较高(一般为1.22.0%)，造成烟气中SO2、NOX含量较高，严重污染环境；在燃烧过程中形成各种硫酸盐容易粘着在炉管的外表面上，使炉管表面结垢严重，影响传热，降低了装置的加工能力，导致排烟温度高达500，造成辐射室顶部钢结构圈梁变形，烟囱的衬里脱落，产生严重局部过热现象，成为安全的一大隐患。试验采用台湾生产的PW-28助燃剂，PW-28助燃剂采用生物脱硫技术，利用酵素清除存在石油中的硫。生物催化脱硫技术是根据天然微生物能移除石油中的有机态结合性物质而不损害石油的燃烧价值，酵素可选择性切除C、S之间化学键，产生含氧的碳、氢化合物产品及硫酸盐副产品等。由于脱硫化学反应是透过微生物酵素之催化作用进行，微生物在化石燃料脱硫后既不再作用，也不致与化石燃料发生其他化学反应。此种技术是在自然环境常温常压下进行处理，故比一般传统式轻油裂解厂加氢脱硫裂解技术便宜许多，生物脱硫技术可处理来自不同国家之石油，且因其为自然氧化态，裂解不需要加氢，故比传统式加氢脱硫技术节省成本。试验开始后45天左右，火焰呈现出好的特性：较以前明亮，不冒黑烟，无大小火现象，滤网较使用前明显清洁，此时逐渐减少空气量以及喷油压力及前段油温。2#中压锅炉单位油耗的产汽量有明显上升的趋势，最高值达到每t燃料油产生17.92t蒸汽，记录期间内平均产汽量由试验前的16.95t蒸汽/t燃料油上升到17.1t蒸汽/t燃料油。锅炉烟气含氧量曾经一度达到11%，加入助燃剂后，烟气含氧量最低时降为6.6%，试验前烟气平均含氧量为9.4%，试验开始后降为7.67%，下降幅度达18.4%，较为明显。锅炉所需空气量减少，使得空气预热器出口风温增加变为可能，从而使锅炉燃烧更加稳定。由于燃料油预热温度降低，所需空气量减少，使得锅炉排烟热损失和散热损失减少，从而提高锅炉的热效率。试验开始后，锅炉热效率有所上升，由原来的89.38%上升到试验开始后的平均90.60%，最高值达到91.84%。排烟中SO2含量降低，试验前排烟中SO2含量为357ppm，试验后平均降为151ppm，取得了非常显著的环保效益。（3）合理调节风量燃料在锅炉内燃烧，燃烧的过程不同，燃烧的情况也不同。例如：燃料在链条炉排锅炉中燃烧，随炉排的转动而依次着火，燃烧是沿炉排长度方向分区进行的。在炉排的前部和尾部需要空气量减少，而炉排中部的燃烧区需要大量的空气。根据这一现象，合理调节送风量，在保证燃烧的条件下，可有效减少空气过量系数，降低排烟损失。（4）二次回风系统二次回风系统能在锅炉内形成烟气漩涡，这一方面增加了悬浮煤粉在炉膛内的停留时间，另一方面能使炉膛内的温度梯度降低，提高了炉膛内受热面的利用率，所以采用二次回风系统是改善燃烧的重要手段。据测算，利用二次回风系统的锅炉热效率可提高5%到10%，效果十分显著。l 加强保温加强锅炉保温主要是采用新型高效保温材料，提高炉体保温效果，减少散热损失。这些新型高效保温材料主要有硅酸盐复合保温材料、有机泡沫保温材料等。这些新型材料具有重量轻、耐高温、导热系数小、热容小、保温绝缘性好、耐酸、耐碱、化学性能稳定等优点。例如硅酸盐复合保温材料是由多种轻质硅酸镁材料加入适量化学添加剂，经特殊工艺制成的一种膏状不定形材料。常温下导热系数为0.072W/(mK)，干燥后容重等于或小于300kg/m3，可以在800以下长期安全使用。l 减少排烟热损失当锅炉排烟温度一般较高时，烟气所含有的热量较高，如果不加以回收利用，则排烟热损失较大，直接影响锅炉的热效率，排烟温度每提高10时排烟热损失约增加1%，所以应尽可能降低排烟热损失。通常采用两种方法来减少排烟热损失：（1）减少炉膛过量空气系数和堵塞各烟道的漏风量以降低排烟温度。当炉膛的过量空气系数减小时，锅炉的排烟热损失降低，而化学不完全燃烧损失增大，所以应选用适当的过量空气系数使这两种损失的和最小。对燃用无烟煤和贫煤的工业锅炉，空气过量系数一般为1.2到1.25。其他工业锅炉为1.2。（2）增加空气预热器、余热锅炉等有效的节能设备。这些设备可以强化传热过程，预热燃烧用空气或产生工艺用蒸汽，充分利用烟气余热，提高锅炉热效率。l 控制系统改造控制系统改造主要有以下两类：（1）按照锅炉负荷要求，实时调节给煤量、给水量、鼓风量和引风量，使锅炉处在良好的运行状态下。这类改造一般将原有手工或半自动控制改造成全自动控制，对于负荷变化幅度较大、变化频繁的锅炉节能效果较好，一般可达到10%左右。（2）对于供暖锅炉，控制系统改造的内容是在保持足够室温的前提下，根据户外温度的变化，适时调节锅炉的输入热量，达到舒适、节能、环保的目的。实现这种控制，可使锅炉节约20%左右的煤。三、加热炉的主要节能技术及应用提高加热炉热效率的主要渠道在于如何对排烟的低温余热进行回收，实质就是通过降低排烟温度而减少排烟热损失，达到提高加热炉热效率的目的，主要可以分为以下两种情况：（1）利用自身烟气或其他炉外的工艺热源预热燃烧用空气，节约燃料，提高加热炉热效率；（2）在既定的工艺条件下（排烟温度）利用一些低温介质，继续与烟气换热，此时加热炉燃料用量及烟气量都不变，但可以降低排烟温度，提高热效率。加热炉节能改造实例：中石化齐鲁石化丙烯腈厂废水焚烧炉用于焚烧有毒废水，排烟温度850，能源浪费严重，2000年增上火管式余热锅炉，每小时产生1.0MPa中压蒸汽10t，但改造后结渣非常严重而长期停炉。 此次改造由大连理工大学完成，在对废水和结渣成份进行实验研究的基础上，结合气固两相流流动和传热理论进行了流场和温度场的模拟，找到了结渣的具体成因：高温烟气受到换热管壁低温激冷作用而使其中某些低熔点化合物发生冷凝，这些化合物一般呈粘稠状，所以很容易附着在换热管壁上形成熔渣，堵塞流道，造成燃烧的进一步恶化，同时这些熔渣可以进一步吸附后续产生的熔渣，造成流道堵塞时间缩短，而且这些熔渣还可以吸附由于燃烧不完全产生的碳粒和烟气中的SO2及Fe离子等，发生化学反应，造成熔渣在冷却后坚硬难于清理。图2 原系统示意图此次改造本着延长运行时间和便于结渣清理的改造原则，针对结渣原因，在炉型设计上进行了多次技术攻关，最终采用角管式水管炉的方案，设计上采用活动炉门，清渣通道与凝渣管相结合，光管与翅片管共存，增设吹灰器等具体防渣和清渣技术。此次改造2002年12月完成，2003年1月投入运行，一次开车成功，开停车周期由原来的23天延长到3个月。经齐鲁分公司2003年4月组织验收，年经济效益263万元。2003年实际经济效益291万元，间接经济效益200多万元，年总效益500余万元。图3 改造后的锅炉结构图四、热管及热管换热器节能技术热管是1963年由美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通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。我国已相继开发出热管气气换热器、热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生器、高温热管热风炉等各类热管设备。1、热管的工作原理热管是一个封闭的管壳或壳体，形状各式各样，其内表面镶套着多孔的毛细吸液芯，吸液芯浸满液相工质，其余空间则容纳着气相工质。外热源在蒸发段把热量加进去，使该段的工质蒸发。由此造成的压差把蒸汽从蒸发段驱送到冷凝段，在这里蒸汽进行凝结，并把汽化潜热释放出来。蒸发消耗了液相工质，而毛细压力把凝结下来的液相工质又送回到蒸发段，重新进行蒸发。这样，热管连续不断的把汽化潜热从蒸发段传送到冷凝段，而不烧干吸液芯。只要工质流动通道不被阻塞，并维持足够大的毛细压力，这个过程就将继续进行下去。整个过程如图4所示。2、热管换热器的类型利用热管导热能力强，传热量大的特点，以多根热管作为中间传热元件，实现冷、热流体之间换热的设备叫热管换热器。从热管换热器结构型式来看，热管换热器又可分为整体式、分离式、回转式和组合式。下面主要介绍整体式热管换热器和分离式热管换热器。图4 热管的工作原理l 按冷热流体的状态分类按照冷热流体的状态分类，热管换热器可分为气气式、气液式、液液式、液气式。在烟气热能利用方面的热管换热器主要是气气式和气液式两种。根据热管换热器的传热特点，它最适宜于气气之间的换热（气气式热管换热器如图5所示。因为它在冷、热段均可加翅片来扩展传热面积，大大提高以管基为基准的传热系数。它也可作为气液换热器，此时只需在烟气侧加翅片，以增强传热。但是，对液液之间的换热，热管换热器并不能显示出它的优点。1一热管；2一中间隔板；3一外壳图5 气气式热管换热器图6为气液热管换热器示意图，它的一个重要特点是气侧热管管壁破坏时，水侧的水不会漏入气侧，增加了设备使用的可靠性。图7为热管余热锅炉的两种结构型式。冷侧一般均为承压的锅筒（或与锅筒系统相连通）。目前热管余热锅炉产生的蒸汽压力可达12MPa。进入余热锅炉的烟气温度最高可达1100。热管余热锅炉的最大特点是结构紧凑，体积小，安全可靠。与一般的烟管式余热锅炉相比，其质量仅为烟管式余热锅炉的1/31/5，外形尺寸只为烟管式余热锅炉的1/21/3。烟气通过余热锅炉的压力损失一般为2060Pa，故引风机的电耗也很小。热管元件的破损，不影响蒸汽系统的循环，无需为此停机检修。图6 气液热管换热器示意图图7 热管余热锅炉示意图l 按换热器的结构型式分类（1）整体式热管换热器整体式热管换热器的典型结构如图5所示。热管平行交错排列在换热器内，中间用隔板将每根热管分隔成两部分，一部分与热流体通道相连，为热管的蒸发段；另一部分与冷流体通道相连，为热管的冷凝段。冷、热流体均在热管外部横向流过，通过热管轴向传输热量，将热从热流体传给冷流体。（2）分离式热管换热器分离式热管换热器如图8所示，其蒸发段和冷凝段相互分开，两者之间通过蒸汽上升管和冷凝液下降管连接成一个循环回路，其循环动力为下降管系统（包括冷凝段）与上升管系统（包括蒸发段）中工作介质的密度差，即不需要外加动力，但存在着一个最小高度差Hmin，冷凝段与蒸发段的高度差必须大于Hmin。图8 分离式热管换热器示意图分离式热管换热器拥有一些常规换热器不具备的特性： 根据现场实际情况，可灵活地布置蒸发段和冷凝段； 一种热流体可同时加热两种不同的冷流体(如图9所示) ，安全而又可靠； 管排内的蒸汽温度可以调整。在分离式热管换热器中，改变蒸汽上升管和冷凝液下降管的连接次序，可以调整管排内的蒸汽温度，这样可避免高温侧因管内温度高而造成的压力过高的安全性问题和因低温侧温度过低带来的露点腐蚀问题。图9 多种流体换热的分离式热管换热器3、热管换热器的应用l 余热回收当热管换热器被用于回收工业排气的余热时，有以下几种流程：（1） 用热管换热器从工业炉的排气中回收余热以加热空气，预热后的空气返回到工业炉作为助燃空气使用。（2）用热管换热器从排气中回收余热以加热空气，使之成为热风可作为烘房的热源。（3）将热管换热器回收的余热用来加热水，使之成为锅炉给水，或使水产生蒸汽供其它方面使用。（4）将热管换热器从排气中回收来的余热再次加热排气自身。使得经洗涤过的气体温度升高，以免腐蚀排烟设备。l 化学反应化学反应往往总是有热效应相伴随的，对于放热反应，需要及时导走热量，而对于吸热反应，则需及时供给热量才能维持化学反应的正常进行。利用热管式或热管换热器导走化学反应热或供给化学反应热是一项新的技术，它可以把化学反应控制在理想的温度范围内进行，从而可以得到高质量的产品，同时还可以提高产量。热管换热器节能改造实例：中石化齐鲁石化胜利炼油厂联合装置车间第一常减压装置常压加热炉001/2，以渣油和瓦斯气作为燃料。该炉因排烟温度过高，基本测定在400左右，烟气热损失较大，大量的热量随烟气排入大气，既浪费了能源，又造成了环境的热污染。根据车间提供初始的设计参数，通过改造分析，在常压加热炉001/2尾部增加空气预热器进行烟气余热回收，降低排烟温度，如图10所示，利用常压加热炉001/2烟气的余热来加热进入常压加热炉001/1、001/2和减压加热炉002的空气温度，改善加热炉的燃烧效果，提高加热炉效率，达到节省燃料的目的。图10 热管式空气预热器改造方案改造后，空气预热器回收热量为4.182MW,折合359.6×104kcal/h。燃料（渣油）的发热值为41797kJ/kg，折合为10000kcal/kg，加热炉的热效率按70%计算。则燃料的节约量为359.6×104/10000/0.7=513.7kg/h。每年加热炉的运行时间按8000小时进行计算，则每年节约燃料为513.7×8000/1000=4109.4吨/年。渣油的价格按1000元/吨计算，则每年节约燃料费为4109.4×1000=410.9万元项目的改造投资假定为500万元，投资回收期为500÷410.9=1.21年，全部设备投资在不到450天的时间内即可收回。五、热泵节能技术热泵是一种以消耗一部分能量为代价，通过热力循环，把热能由低温物体转移到高温物体的能量利用装置，被广泛应用于低温热回收的升级利用中。1、热泵的分类热泵应用广泛，种类繁多，分类复杂，以下给出按照工作原理的分类：（1）蒸汽压缩式热泵。蒸汽压缩式是最常用最普遍的一种热泵形式。它的工作原理为：热泵工质在由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器组成的系统中循环，通过工质的状态变化及相变将低温下的热能“泵”送到高温区。（2）气体压缩式热泵。气体压缩式热泵与蒸汽压缩式热泵的主要区别是其内工质不发生相变，始终以气态进行循环。（3）蒸汽喷射式热泵。蒸汽喷射式热泵是以蒸汽喷射器代替蒸汽压缩式热泵的机械式压缩机，其他原理大体相同。对有蒸汽来源的场合可以考虑用这种形式。（4）吸收式热泵。吸收式热泵通常由发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器和节流装置等组成，它消耗高温的热能将低温热能“泵”送到高温区。常用的吸收式热泵有水溴化锂吸收式热泵和氨水吸收式热泵。（5）吸附式热泵。吸附式热泵是利用一些固体表面能够吸附大量气体（或液体）的特性，通过发生吸附器的吸附和解吸作用实现“泵热”。2、热泵原理及性能指标l 蒸汽压缩式热泵蒸汽压缩式热泵是以消耗一部分高质能为代价制热的，图11是闭式蒸汽压缩式热泵基本原理图。制冷剂首先在蒸发器内吸收低温热源的热量蒸发形成蒸汽，蒸汽被压缩机吸入后压缩至规定的压力后进人冷凝器内冷凝，使热量传递给需要加热的介质，冷凝液则经膨胀阀后回到蒸发器继续重复上述过程。从循环过程可以看出，系统完成一个循环后的效果就是通过消耗部分动力能将低温热量回收、提高温度后输出，达到余热回收利用的目的，所以蒸汽压缩式热泵和吸收式热泵相比，节能效果并不明显。图11 蒸汽压缩式热泵系统l 吸收式热泵吸收式热泵的基本工作原理如图12所示。由吸收剂和工质组成的溶液装于发生器1中。吸收剂要对工质有较强的吸收能力，而二者的沸点差要尽可能大。吸收式热泵一般采用H2O-LiBr（水溴化锂）溶液，水作为工质，溴化锂为吸收剂，溴化锂溶解于水中构成溴化锂水溶液。当高温热源对发生器中的溶液进行加热时，由于工质容易汽化，在发生器中产生一定压力的水蒸汽，发生器起到压缩机的作用。工质在冷凝器2中的放热过程，以及经节流阀3降压、降温后，在蒸发器4中从低温热源的吸热过程，与压缩式热泵相同。在蒸发器中蒸发的低压蒸汽送至吸收器5中，再次被吸收剂吸收后的稀溶液送回蒸发器循环使用。1发生器；2冷凝器；3节流阀；4蒸发器；5吸收器；6溶液泵；图12 吸收式热泵的工作原理一般吸收式热泵分为第一类型吸收式热泵和第二类型吸收式热泵两种，第一类型又称为增热型，第二类型又称为升温型。（1）第一类型吸收式热泵系统（Type Heat Pump）用于提高主要能源的利用率。众所周知，在实际生产中，常常遇到能源降级使用的情况，根据热机的原理，在能量降级过程中，可对外作功，如果利用这部分功驱动热泵，于是在热泵的作用下，使部分低位热量的温度提高而成为有用的热量。这就提高了能量的利用效率。这种依赖主要能源驱动的热泵系统称为第一种类型热泵，原理如图13所示。图13 第一类吸收式热泵第一类型型吸收式热泵以温度较高的热量为驱动能量，其回收余热温度为2060，可获得100左右的可用热能。图13是第一类型吸收式热泵流程图。系统由蒸发器、冷凝器、再生器、吸收器及中间换热器构成，系统的工作过程如下： 蒸发器内的热回收过程由冷凝器来的制冷剂（水），在低压下于蒸发器内吸收低温热源的热量而蒸发，汽化潜热即为回收的热量； 吸收器内的加热、吸收过程由再生器来的浓吸收液经中间换热器放热后进入吸收器，吸收由蒸发器来的水蒸汽，并对工作流体进行初次加热； 再生器内LiBr浓溶液的再生过程在吸收器内被稀释的LiBr溶液经中间换热器温度升高后进入发生器，在此吸收驱动热源的热量而被浓缩，浓液经中间换热器放热后返回吸收器，而蒸发出的制冷剂(水)蒸汽进入冷凝器； 冷凝器内的冷凝、加热过程由再生器进入冷凝器的制冷剂蒸汽，在加热工作流体的同时被冷凝，冷凝液经过节流进入蒸发器，重新开始下一个循环。根据评价热泵循环的一般方法，可得到第一类型吸收式热泵的供热系数（COP）：式中，Qa工作流体在吸收器内吸收的热量； Qc工作流体在冷凝器内吸收的热量； Qg再生器消耗的热量。第一类型吸收式热泵系统的COP值一般可高达1.7左右，由此计算，此系统的节能率可达到40%. （2）第二类型吸收式热泵（Type Heat Pump）与第一类型吸收式热泵不同，它利用废热驱动，在生产中，特别在化工生产中，具有大量低温位、无法用常规方法进一步利用的废热，这部分热量通常只能被冷却水带走，或者排放到大气环境中去。如果根据热机的原理 ，使热量（废热）向环境排放的同时对外作功，并利用这部分功驱动热泵，这样就可以把部分废热转移到更高的温位而重新利用。由图14可见：从热流方向看，第二种类型热泵正好是第一种类型热泵的反过程。实现热泵循环的方法有机械压缩和化学吸收两种，对第二种类型热泵来说，多数采用化学吸收的办法，通常称为吸收式热转换器（Absorption Heat Transformer），简称A.H.T.。图14 第二类吸收式热泵第二类型吸收式热泵不需要驱动能量，其回收余热温度为60100，最高可以提供150左右的可用热能。图14是第二类型吸收式热泵流程图，系统由蒸发器、冷凝器、再生器、吸收器和中间换热器构成，系统的工作过程与第一类型基本相同，只是在工作压力上，第一类型的蒸发压力低于冷凝压力，而第二类型的冷凝压力低于蒸发压力。为此，对于第一类型吸收式热泵，制冷剂从冷凝器通过节流阀进入蒸发器，而第二类型则是通过液泵送到蒸发器。第二类型吸收式热泵不需要高温热源，所以原则上不能用节能效益、供热系数等指标进行评价，不过，在热泵理论中为了便于理解，仿照I型吸收式热泵仍以供热系数（COP）来评价它，其表达式为：式中：Qa工