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摘要：韶关冶炼厂二系统热风炉烟气余热资源的测试；余热制冷方案的研究。余热资源中热量得到了利用，减少了余热排放引起的热污染，环保效益显著；采取耗电少投资少的吸收制冷方式，将余热转化成冶炼厂生产工艺中急需的冷量。目前该项目已经实施在二系统熔炼车间，经济效益显著。在冶金、化工、化肥、造纸等低品位余热资源丰富，而且冷量需求旺盛的行业，具有广阔的推广前景项目关键技术。
关键词：热风炉；余热；余热资源量；溴化锂制冷；利用方案
1.韶关冶炼厂二系统热风炉余热资源量的测试
测试时间：2009年10月17日。
测试地点：韶关冶炼厂二系统热风炉总烟道。
测试装备：抽氣热电偶、TH-880F微电脑烟尘平行采样仪、奥氏气体分析仪、S毕托管、干湿球温度计、微压计等。
测量参数：烟气温度，烟气速度，煤气瞬时消耗量，煤气累计消耗量，烟气成分，煤气成份，干湿球温度，烟气平均流速等。
当日，热风炉只使用了鼓风炉煤气，本章各表中煤气都是指鼓风炉煤气。韶关冶炼厂二系统热风炉余热资源测试原始数据见表1.1～表1.6。
通过S毕托管测量烟道内烟气流速约为7m/s，烟道尺寸为1800mm×1420mm。
2. 韶关冶炼厂二系统热风炉烟气余热资源总量计算
煤气干成份为（%）：CO2=11.8，O2=0.8，CO=22.4，H2=2.4，CH4=0.5，N2=62.1，设煤气温度30℃，查表得H2O湿=4.18。
则煤气湿成分为（%）：CO2湿=11.31，O2湿=0.77，CO湿=21.46，H2湿=2.30，CH4湿=0.48，N2湿=59.50，H2O湿=4.18。
理论氧气需要量L0O2：
理论氧气需要量L0：
L0=4.76L0O2=0.5745（m3/m3）
理论烟气中CO2体积VCO2：
理论烟气中H2O体积VH2O：
理论烟气中N2体积VN2：
理论烟气体积V0：
理论干烟气体积V0干：
燃料特性系数RO’2大：
RO’2大=100×VRO2/V0干=24.07
燃料特性系数β：
β=21/RO’2大-1=-0.1275
燃料特性系数K：
将烟气成分分析结果代入气体分析方程：
（1+β）RO2’+（0.605+β）CO’+O2’=21
验证烟气分析的准确性，见表2.1：
因此3、4、5、6、8、10、11、12号样品烟气成分分析结果可用，干烟气平均成分（%）：
CO2’=20.85，O2’=3.15，CO’=0.13，N2’=75.87
氧平衡计算空气消耗系数：
氮平衡计算空气消耗系数：
二者基本吻合，故平均空气消耗系数：n=1.42。
完全燃烧干烟气的体积Vn干：
因为n>1，实际由于不完全燃烧干烟气体积（Vn干）不：
（Vn干）不=Vn干×100/（100-0.5CO’）=1.624（m3/m3）
实际烟气中烟气中H2O体积VH2O：（g=35.1g/m3干空气）
实际烟气体积为（Vn）不：
（Vn）不=VH2O+（Vn干）不=1.713（m3/m3）
实际烟气湿成分（%）：
CO2湿’=19.77，O2湿’=2.99，CO湿’=0.12，N2湿’=71.95，H2O湿’=5.17
根据煤气支管累计煤气消耗量计算，三台热风炉总煤气流量应为26760m3/h，与煤气总管瞬时煤气平均流量19761m3/h矛盾。
根据煤气流量26760m3/h计算，标准状态下烟气流量为45840m3/h，当平均温度280℃时，烟气流约为92855m3/h，在烟道（1800mm×1420mm）中的烟气流速约为10.1m/s。根据煤气流量19761m3/h计算，标准状态下烟气流量为33851m3/h，当平均温度280℃时，烟气流约为68569m3/h，在烟道中的烟气流速约为7.5m/s。与实测烟道内烟气流速比较，后者较为吻合，即煤气流量以煤气总管瞬时煤气平均流量19761m3/h计比较准确，对于余热资源的计算也比较保险。
根据国标GB/T1028-2000规定，此余热资源属于二类余热资源，应尽快回收利用。按照余热载体下限温度180℃计算韶关冶炼厂二系统热风炉烟气余热资源总量（忽略烟气中CO的化学热）。
因此，韶关冶炼厂二系统热风炉余热资源总量为：
Q=33851×147.25/3600
=1385 （kW）= 119×104 （kcal/h）
3 .利用韶关冶炼厂二系统热风炉余热制冷的方案
韶关冶炼厂有大量有待利用的余热资源，韶关冶炼厂二系统热风炉的余热资源是其中之一，而冶炼厂多个关键工艺需要降温，需要制冷。下面对于韶关冶炼厂二系统热风炉余热制冷方案进行探讨。目前余热资源制冷的方法最成熟可靠的方法是溴化锂吸收式制冷，溴化锂吸收式制冷机有以下优点：
1、利用热能为动力，不但能源利用范围广，而且具有两个重要特点：一利用低势热能，使溴化锂吸收式技术可以节约能耗；二以热能为动力，溴化锂吸收式制冷机比利用电能为动力的压缩式制冷机可以明显节约电耗，以一台3500kW的制冷机组为例，压缩式制冷机耗电约900kW，而溴化锂吸收式制冷机仅耗电10多kW。
2、整个机组除功率较小的屏蔽泵外，无其他运动部件，运转安静，噪声值仅75～80分贝。 3、以溴化锂溶液为工质，无臭、无毒，有利于满足环保要求。
4、制冷机在真空状态下运行，无高压爆炸危险，安全可靠。
5、制冷调解范围广，在20%～100%的负荷内可进行制冷量的无级调节。
6、对外界环境变化的适应性强，可在加热蒸汽压力0.2～0.8MPa，冷却水温度20～35℃，冷媒水出水温度5～15℃的范围内稳定运转。
7、安装基础要求低，无需特殊的基座，可安装在室内、室外、甚至地下室、屋顶上。
溴化锂制冷机组分为：单效机组，COP为0.65～0.7，热源温度范围为85～150℃；双效机组，COP为1.0～1.5，热源温度范围为150～180℃；三效机组，COP为1.67～1.72，热源温度范围为200～230℃；四效机组，COP为1.93～2.0，热源温度范围为250～280℃。现在市场上定型的溴化锂制冷机组大多是单效和双效机组，采用的热源主要有蒸汽和燃气两种。因此，利用韶关冶炼厂二系统热风炉280℃的烟气的热能进行溴化锂制冷有下列两种方案可选择：
方案一、利用烟气余热锅炉产出蒸汽，再用蒸汽驱动溴化锂机组制冷
这种余热制冷方式，首先要通过余热锅炉将烟气余热转化为高温高压的蒸汽，利用厂内四通八达的蒸汽管网，蒸汽输送到最终用户之一——溴化锂制冷机组或蒸汽发电机组。新增主要设备为：余热锅炉、溴化锂制冷机组和蒸汽发电机组。
余热锅炉可以采用热管式余热锅炉和低温余热锅炉等形式，可以产生0.8MPa，170℃饱和蒸汽1.86t/h。
溴化锂制冷机组采用蒸汽型双效溴化锂吸收式冷水机组的定型产品，冷水出口温度7℃，进水温度12℃，电耗11kW，制冷量为1396kW （即120×104kcal/h）。
除此之外，可以利用蒸汽发电，蒸汽发电机组可以采用成熟的凝汽式汽轮发电机，理论作功功率310kW，设发电机组能源效率为65%，将发电200kW，设电价0.5元/度，则一年（7000小时）发电可创造经济效益70万元。方案一在一年四季都可对外发电，创造可观经济效益。
上述余能资源利用方案符合能源梯级利用理念，适合作为企业能源综合利用的长期规划方案。缺点是增加了余热锅炉和蒸汽发电机组设备投资，按照8000元/kW估算，增加投资160万元，但考虑到发电带来的效益，三年仍可收回多出的这部分投资。
方案二、直接用高温烟气驱动溴化锂制冷机组制冷
此类溴化锂制冷机组没有定型产品，可借鉴直燃式溴化锂机组，需要根据现场实际情况联系相关厂家设计生产。
机组可以采用上面介绍的双效溴化锂机组，COP取1.4，制冷量将达到为1974kW （即170×104kcal/h）。制冷量比蒸汽双效溴化锂机组大幅度提高，冷水机组的投资也相应增大，按照每千瓦制冷量0.15万元计算，三效机组设备投资为352万元，双效机组设备投资184万元。
利用韶关冶炼厂二系统热风炉余热资源制冷的方案比较如表3.1所示。
参考文献：
[1] 戴永庆. 溴化锂吸收式制冷技术及应用[M]. 北京： 机械工业出版杜， 2001 .
[2] 韩宝琦， 李树林. 制冷空调原理及应用[M]. 北京： 机械工业出版社， 2002.
[3] 吴玉清， 吴进发， 耿慧彬. 两效溴化锂吸收式制冷机及应用[M]. 北京：机械工业出版社，1994，4.
[4] 王长庆. 用于回收余热的几种溴化锂吸收式装置[J]. 节能，1994， （11）.
[5] 郑飞， 陈光明. 三效吸收制冷循环的性能分析和优化[J].工程热物理学报， 2000， 5.
[6] 车德勇. 溴化锂吸收式制冷技术的应用与发展[J]. 东北电力学院学报，2003，23（16）
[7] 韩巍， 徐七鸣. 双级复叠吸收式制冷/热泵循环计算与分析[J]. 流体机械， 2001， 29（9）.
[8] 陈滢， 朱玉群. 低温热源驱动的单效/双级吸收式制冷循环[J]. 太阳能学报， 2002， 2.
[9] 杨猛. 钢铁企业余热吸收制冷[J]. 节能，2009， （9）
作者简介：
陈奕生（1967-），男，汉族，广東潮州人，工程师，主要从事供热通风、空气调节及给排水工程设计、技术研究及管理工作，E-mail：13509868302@139.com。
关键词：热风炉；余热；余热资源量；溴化锂制冷；利用方案
1.韶关冶炼厂二系统热风炉余热资源量的测试
测试时间：2009年10月17日。
测试地点：韶关冶炼厂二系统热风炉总烟道。
测试装备：抽氣热电偶、TH-880F微电脑烟尘平行采样仪、奥氏气体分析仪、S毕托管、干湿球温度计、微压计等。
测量参数：烟气温度，烟气速度，煤气瞬时消耗量，煤气累计消耗量，烟气成分，煤气成份，干湿球温度，烟气平均流速等。
当日，热风炉只使用了鼓风炉煤气，本章各表中煤气都是指鼓风炉煤气。韶关冶炼厂二系统热风炉余热资源测试原始数据见表1.1～表1.6。
通过S毕托管测量烟道内烟气流速约为7m/s，烟道尺寸为1800mm×1420mm。
2. 韶关冶炼厂二系统热风炉烟气余热资源总量计算
煤气干成份为（%）：CO2=11.8，O2=0.8，CO=22.4，H2=2.4，CH4=0.5，N2=62.1，设煤气温度30℃，查表得H2O湿=4.18。
则煤气湿成分为（%）：CO2湿=11.31，O2湿=0.77，CO湿=21.46，H2湿=2.30，CH4湿=0.48，N2湿=59.50，H2O湿=4.18。
理论氧气需要量L0O2：
理论氧气需要量L0：
L0=4.76L0O2=0.5745（m3/m3）
理论烟气中CO2体积VCO2：
理论烟气中H2O体积VH2O：
理论烟气中N2体积VN2：
理论烟气体积V0：
理论干烟气体积V0干：
燃料特性系数RO’2大：
RO’2大=100×VRO2/V0干=24.07
燃料特性系数β：
β=21/RO’2大-1=-0.1275
燃料特性系数K：
将烟气成分分析结果代入气体分析方程：
（1+β）RO2’+（0.605+β）CO’+O2’=21
验证烟气分析的准确性，见表2.1：
因此3、4、5、6、8、10、11、12号样品烟气成分分析结果可用，干烟气平均成分（%）：
CO2’=20.85，O2’=3.15，CO’=0.13，N2’=75.87
氧平衡计算空气消耗系数：
氮平衡计算空气消耗系数：
二者基本吻合，故平均空气消耗系数：n=1.42。
完全燃烧干烟气的体积Vn干：
因为n>1，实际由于不完全燃烧干烟气体积（Vn干）不：
（Vn干）不=Vn干×100/（100-0.5CO’）=1.624（m3/m3）
实际烟气中烟气中H2O体积VH2O：（g=35.1g/m3干空气）
实际烟气体积为（Vn）不：
（Vn）不=VH2O+（Vn干）不=1.713（m3/m3）
实际烟气湿成分（%）：
CO2湿’=19.77，O2湿’=2.99，CO湿’=0.12，N2湿’=71.95，H2O湿’=5.17
根据煤气支管累计煤气消耗量计算，三台热风炉总煤气流量应为26760m3/h，与煤气总管瞬时煤气平均流量19761m3/h矛盾。
根据煤气流量26760m3/h计算，标准状态下烟气流量为45840m3/h，当平均温度280℃时，烟气流约为92855m3/h，在烟道（1800mm×1420mm）中的烟气流速约为10.1m/s。根据煤气流量19761m3/h计算，标准状态下烟气流量为33851m3/h，当平均温度280℃时，烟气流约为68569m3/h，在烟道中的烟气流速约为7.5m/s。与实测烟道内烟气流速比较，后者较为吻合，即煤气流量以煤气总管瞬时煤气平均流量19761m3/h计比较准确，对于余热资源的计算也比较保险。
根据国标GB/T1028-2000规定，此余热资源属于二类余热资源，应尽快回收利用。按照余热载体下限温度180℃计算韶关冶炼厂二系统热风炉烟气余热资源总量（忽略烟气中CO的化学热）。
因此，韶关冶炼厂二系统热风炉余热资源总量为：
Q=33851×147.25/3600
=1385 （kW）= 119×104 （kcal/h）
3 .利用韶关冶炼厂二系统热风炉余热制冷的方案
韶关冶炼厂有大量有待利用的余热资源，韶关冶炼厂二系统热风炉的余热资源是其中之一，而冶炼厂多个关键工艺需要降温，需要制冷。下面对于韶关冶炼厂二系统热风炉余热制冷方案进行探讨。目前余热资源制冷的方法最成熟可靠的方法是溴化锂吸收式制冷，溴化锂吸收式制冷机有以下优点：
1、利用热能为动力，不但能源利用范围广，而且具有两个重要特点：一利用低势热能，使溴化锂吸收式技术可以节约能耗；二以热能为动力，溴化锂吸收式制冷机比利用电能为动力的压缩式制冷机可以明显节约电耗，以一台3500kW的制冷机组为例，压缩式制冷机耗电约900kW，而溴化锂吸收式制冷机仅耗电10多kW。
2、整个机组除功率较小的屏蔽泵外，无其他运动部件，运转安静，噪声值仅75～80分贝。 3、以溴化锂溶液为工质，无臭、无毒，有利于满足环保要求。
4、制冷机在真空状态下运行，无高压爆炸危险，安全可靠。
5、制冷调解范围广，在20%～100%的负荷内可进行制冷量的无级调节。
6、对外界环境变化的适应性强，可在加热蒸汽压力0.2～0.8MPa，冷却水温度20～35℃，冷媒水出水温度5～15℃的范围内稳定运转。
7、安装基础要求低，无需特殊的基座，可安装在室内、室外、甚至地下室、屋顶上。
溴化锂制冷机组分为：单效机组，COP为0.65～0.7，热源温度范围为85～150℃；双效机组，COP为1.0～1.5，热源温度范围为150～180℃；三效机组，COP为1.67～1.72，热源温度范围为200～230℃；四效机组，COP为1.93～2.0，热源温度范围为250～280℃。现在市场上定型的溴化锂制冷机组大多是单效和双效机组，采用的热源主要有蒸汽和燃气两种。因此，利用韶关冶炼厂二系统热风炉280℃的烟气的热能进行溴化锂制冷有下列两种方案可选择：
方案一、利用烟气余热锅炉产出蒸汽，再用蒸汽驱动溴化锂机组制冷
这种余热制冷方式，首先要通过余热锅炉将烟气余热转化为高温高压的蒸汽，利用厂内四通八达的蒸汽管网，蒸汽输送到最终用户之一——溴化锂制冷机组或蒸汽发电机组。新增主要设备为：余热锅炉、溴化锂制冷机组和蒸汽发电机组。
余热锅炉可以采用热管式余热锅炉和低温余热锅炉等形式，可以产生0.8MPa，170℃饱和蒸汽1.86t/h。
溴化锂制冷机组采用蒸汽型双效溴化锂吸收式冷水机组的定型产品，冷水出口温度7℃，进水温度12℃，电耗11kW，制冷量为1396kW （即120×104kcal/h）。
除此之外，可以利用蒸汽发电，蒸汽发电机组可以采用成熟的凝汽式汽轮发电机，理论作功功率310kW，设发电机组能源效率为65%，将发电200kW，设电价0.5元/度，则一年（7000小时）发电可创造经济效益70万元。方案一在一年四季都可对外发电，创造可观经济效益。
上述余能资源利用方案符合能源梯级利用理念，适合作为企业能源综合利用的长期规划方案。缺点是增加了余热锅炉和蒸汽发电机组设备投资，按照8000元/kW估算，增加投资160万元，但考虑到发电带来的效益，三年仍可收回多出的这部分投资。
方案二、直接用高温烟气驱动溴化锂制冷机组制冷
此类溴化锂制冷机组没有定型产品，可借鉴直燃式溴化锂机组，需要根据现场实际情况联系相关厂家设计生产。
机组可以采用上面介绍的双效溴化锂机组，COP取1.4，制冷量将达到为1974kW （即170×104kcal/h）。制冷量比蒸汽双效溴化锂机组大幅度提高，冷水机组的投资也相应增大，按照每千瓦制冷量0.15万元计算，三效机组设备投资为352万元，双效机组设备投资184万元。
利用韶关冶炼厂二系统热风炉余热资源制冷的方案比较如表3.1所示。
参考文献：
[1] 戴永庆. 溴化锂吸收式制冷技术及应用[M]. 北京： 机械工业出版杜， 2001 .
[2] 韩宝琦， 李树林. 制冷空调原理及应用[M]. 北京： 机械工业出版社， 2002.
[3] 吴玉清， 吴进发， 耿慧彬. 两效溴化锂吸收式制冷机及应用[M]. 北京：机械工业出版社，1994，4.
[4] 王长庆. 用于回收余热的几种溴化锂吸收式装置[J]. 节能，1994， （11）.
[5] 郑飞， 陈光明. 三效吸收制冷循环的性能分析和优化[J].工程热物理学报， 2000， 5.
[6] 车德勇. 溴化锂吸收式制冷技术的应用与发展[J]. 东北电力学院学报，2003，23（16）
[7] 韩巍， 徐七鸣. 双级复叠吸收式制冷/热泵循环计算与分析[J]. 流体机械， 2001， 29（9）.
[8] 陈滢， 朱玉群. 低温热源驱动的单效/双级吸收式制冷循环[J]. 太阳能学报， 2002， 2.
[9] 杨猛. 钢铁企业余热吸收制冷[J]. 节能，2009， （9）
作者简介：
陈奕生（1967-），男，汉族，广東潮州人，工程师，主要从事供热通风、空气调节及给排水工程设计、技术研究及管理工作，E-mail：13509868302@139.com。