采用燃料加热的工业炉在国内运用很普遍,但其实际热能利用率往往只有50%～60%。很大部分的余热都流失浪费了。本文介绍一种简易的余热利用热水锅炉,简单易行,并使由烟囱排出的废气温度降低到300℃以下。这种余热锅炉投资少、制造方便、操作简单和运行平稳,可供需热水的中小企业参考采用。

　　以燃料为能源的工业用炉在国内应用较普遍,燃料种类很多,有固体如:煤和焦炭,有液体如:煤油、重油和渣油,以及气体如:天然气、煤气和液化石油气等。燃料炉结构的一个共同点就是都有排烟道和烟囱。在一般机械加工企业中工业炉的能源消耗要占全厂总能耗的60%以上,而对有热加工的企业能源消耗达80%以上,工业炉的使用主要在锻造用炉、热处理炉、表面处理炉(如热镀用炉和化学/氧化/磷化用炉)、铸造用炉和烘干炉等。而它们的热利用率很低,锻造加热炉热效率不到15%,连续加热炉热效率为30%,而其他加热炉的热效率也在30%～60%之间,其中排烟系统的热损失却达35%以上。燃煤锅炉的热效率为60%～65%。大型企业的大型工业炉在烟道系统内大都置有空气预热器、节煤器和余热锅炉等装置来进行余热利用。而中小企业,常因购置余热利用设备投资较大,且无技术设计能力,而让这部分能源白白浪费。其结果是既不经济又不低碳环保。

　　本文提供一种简易余热热水锅炉的设计制造技术方案,供一些有燃料加热炉的企业有所启发和参考使用。此种余热锅炉曾用于锻造加热炉的烟道内,余热锅炉经过4h～6h加热可产生8t～10t,70℃～80℃热水供人们洗浴等使用,此余热锅炉使用得当时预期寿命在10年左右。

　　1 余热热水锅炉的加热原理

　　图1是简易活动式加热水套。它可简单阐述余热热水锅炉的加热原理。一些工业加热炉(如锻造炉和热处理炉)具有间断生产使用特征,一次使用停炉后炉温通常在800℃～1000℃高温,炉子余热尚可利用。根据炉膛或烟道形状和尺寸大小,可以设计成各种形式的活动加热水套,它可以是盘管式的,也可以是圆筒式的。为增加加热效率还可以在外表面焊接翅片,制作材料方面管材可用10#钢和20#钢,板材可用Q235-B和Q345R。加热水套与热水储罐配套使用,此两设备用两根钢管连接一根是热水管而另一根是冷水管。由于热水轻冷水重的特性热水套与热水储罐上部连接的管道为热水管而下部连接的是冷水管,热水夹套里水被加热后通过上部管道流进热水储罐中,同时储罐内冷水通过下部冷水管给热水夹套补水,这样就形成了冷热水自动循环流动。由于热水储罐是常压状态使用的,一般不存在安全问题。而水储罐外表面用保温材料保温以减少热能损失。这种活动式加热水套不但可用于燃料加热炉,也可以用于电炉,如各种箱式电炉。

　　2 固定式余热热水锅炉

　　燃料炉都有烟道,有些锅炉的烟道气温度高达700℃～800℃,要利用这部分热能使我们能够实实在在地做到节能和低碳排放工作,还能提高经济效益。若不加以利用而白白损失是很可惜的。这部分余热占总量高达35%以上[1]。大型燃料加热炉设计时往往都配套空气预热器和余热锅炉使用[3],而小型燃料加热炉可配备一种简易余热热水锅炉,利用小型燃料加热炉的余热,达到节能减排效果。虽然利用余热与大型锅炉比利用率较小,但是此种小型燃料加热炉在企业中用的较普遍数量较多,其总量还是较大的社会效益不错。固定式余热热水锅炉,放置在烟道内,不需要特别维护,使用寿命常超过主设备燃料炉本身。下面对一小型热浸镀铝和镀锌厂的燃料炉(煤气发生炉)的废热利用作已简单介绍。

　　2.1 固定式余热热水锅炉的设计

　　2.1.1 余热热水锅炉在燃料炉烟道中的布置

　　近年来,许多小企业建设小型燃料炉时,许多采用水煤气发生炉。为一小型水煤气发生炉用于加热井式坩埚熔铝炉。熔铝温度为700℃～750℃。炉膛温度为800℃～950℃,井式加热炉烟道在炉底侧,烟道出口废气温度为750℃～800℃。水平烟道内放置两段串联水套式余热锅炉。它与置于高处的水储罐因热水轻冷水重而形成水流自动循环系统。水流循环系统中7为三通调节阀,可调节进入热水循环加热管8中的热水量。热水循环加热管用于镀铝工艺中的钢件除油脂溶液池以及镀铝前的助镀剂热水溶剂池中。此两池的温度都在70℃～90℃之间,回流管通过三通阀7仍流入水储罐5中。若水储罐温度太高,可通过热水出口管6排入洗浴等生活用热水箱中。

　　2.1.2 简易余热热水锅炉结构

　　简易余热热水锅炉安置在工业燃料炉的排烟道位置,竖向烟道和横向烟道均可按实际情况进行安放。其结构就是一个固定管板换热器,其中烟道废气进入管束,管程通道截面积大小应按大于烟道中最窄处截面面积考虑,以防止排烟不畅。为增加钢管烟道寿命,可采用20#钢管内表面进行热浸镀铝并再加热渗铝的方式,以获得耐高温耐磨蚀效果。管板外表面也可参照处理。余热锅炉设计和制造均要有压力容器许可资质的单位进行。

　　3 简易余热水套式锅炉的特点

　　(1)烟道中30%～35%的余热利用符合国家节能减排的政策要求。

　　(2)其技术简单,投资较小,制造方便,不需要复杂的加工工艺,所用的材料普通供材方便。

　　(3)节省了企业购买快开热水炉,用余热锅炉取代,减少投资。

　　(4)降低工业镀铝工艺的能源消耗,节约成本。

　　(5)延长了烟道和烟囱的使用寿命。

　　(6)减少有害气体排放,达到节能减排目的。

　　(7)无需专人管理,设备维护方便,一般热浸镀铝锅更换周期不到1年,因此,在更换或大修热浸镀铝锅时,可以一并检查和维修余热锅炉。

　　本文只是举例在热浸镀铝企业的运用,也可以在其他有燃料锅炉的企业运用。故此余热热水锅炉在工矿企业的运用应该是非常广泛的,其节能减排效果也非常显着。