锅炉热量回收装置意义

锅炉烟囱热量回收装置

在我国人们采暖、供热、生产都离不开锅炉，锅炉的出现改变了人们的生活水平，提高了环境的质量。在我国锅炉仍以煤炭为主，煤具有发热量高的优点，因而在工业生产普遍使用煤炭作燃料。随着我国经济快速的发展，工业中对煤的需求与日俱增，但煤的储量毕竟是有限的，人类终有一天会把煤炭用尽。因此加强能源利用，节省煤炭消耗是摆在我们眼前的首要问题。为了给子孙后代提供更加美好的环境，因此我们当代人必须加强能源利用，节约资源，保护环境，开发新能源已是历史发展的必然趋势。说以我将就如何加强锅炉烟囱热量回收与利用以及节省煤炭消耗问题为研究对象，进而阐述锅炉烟囱热量回收装置具有可行性的利用价值。

锅炉热量输入主要有两方面，一是锅炉有效利用热量，二是锅炉各项热损失。其中锅炉各项热损失有“排烟热损失”“气体不完全燃烧热损失”“固体不完全燃烧热损失”以及“炉体散热损失”等。因此安装锅炉热量回收装置主要以排烟热损失入手进而利用烟气热量。对于工业锅炉排烟温度约在160～200℃范围内，烟气流动过程中遇有低温物体必然会发生热量传递。安装锅炉热量回收装置正是利用此项原理吸收烟气热量，进而把水加热到人们所需洗澡水的温度。安装热量回收装置具有三优点：一，减轻烟气热量的浪费 二，回收烟气加热的水具有可观的市场价值 三，有利于改善环境的质量。因此我从以下几个方面对锅炉烟囱热量回收装置进行计算。

（一） 烟囱中理论空气量的计算

① 燃用烟煤产生的理论空气量

② 燃用无烟煤、贫煤产生的理论空气量

（二） 烟囱中实际排烟量的计算

① 燃用贫煤及无烟煤的实际烟气量

② 燃用烟煤的实际烟气量

③ 燃用烟煤、无烟煤、贫煤时的平均实际排烟量

（三） 烟气中携带热量的计算

① 烟气参数的选择

② 每千克的烟气携带热量的计算

③ 6吨锅炉烟囱中烟气每小时产生的热量计算

④ 对螺旋管利用烟气热量的分析

（四） 烟囱中安装热量回收装置（螺旋管）的水力计算

① 钢管的计术参数

② 6吨锅炉烟囱面积计算

③ 螺旋管长度计算

④ 螺旋管中流量的计算

⑤ 螺旋管的型号选择

⑥ 螺旋管的实际阻力计算

⑦ 螺旋管的布置高度

（五） 螺旋管进出口水箱的选择

①水箱选择及费用计算

（六） 烟囱热量回收装置经济性能的计算

节省煤炭量的计算

① 一年中节约煤炭量

② 一年中节约资本

供给居民洗澡水的经济价值计算

① 一年收入计算

② 一年成本计算

③ 一年利润计算

热量回收装置初投资计算

① 钢管投入费用计算

② 水泵选择及费用计算

③ 水箱选择及费用计算

（七）总结

（一）烟囱理论空气量计算

① 燃用无烟煤及贫煤的理论空气量

V k =0.239Qdw +600∕990 m 3/kg

=0.239×25435+600∕990 m 3∕kg

=6.75m3/kg

②燃用烟煤的理论空气量

V k =0.251Qdw +450∕1000 +0.278 m 3∕kg

=0.251×17693+450/1000 +0.278 m 3∕kg

=5.17m3/kg

（二）计算烟囱中烟的实际排烟量

①燃用无烟煤, 贫煤及无烟煤理论的烟气量

V 0y =0.249×Q dw ∕1000 +0.77m3∕kg

=0.249×21564∕1000 +0.77 m3∕kg

=6.14m3∕kg

② 燃用贫煤及无烟煤的实际烟气量

V py =Vy 0 +1.0161(a-1)Vk 0

=6.14+1.0161(1.55-1)×6.75

=9.9m3∕kg

③ 燃用烟煤的实际烟气

V py =Vy 0 +1.0161(a-1)Vk 0

=6.14+1.0161(1.55-1)×5.17m 3∕kg

=9.03m3∕kg

④ 燃用烟煤、无烟煤、及贫煤的平均烟气量

V py = V·py + V·py /2 =9.47m3∕kg

(三) 烟气携带热量Q 的技算

①烟气参数的选择

在一个标准大气压下烟气的定压比热容为C p =1kJ/(kg.℃) 。对于区域锅炉房烟囱排烟温度为165℃且对应的烟气密度为0.926kg/m3 ②热量Q 的计算

Q=Cp m △t

=1kJ∕(kg.℃) ×9.47m 3/kg×165℃

=1446.9kJ∕kg

③ 对于6吨锅炉每小时的烟气流量在22143～31800m 3/h取烟气的的流量为31000m 3/h，根据165℃烟气对应的密度为0.926kg/m3可以计算出烟气中的质量流量G s =31000 m 3/h×0.926kg/m3=28706kg∕h 因此在单台锅炉烟囱中烟气每小时携带的热量Q=1446.9kJ∕kg ×28706kg ∕h=11537kw

④对螺旋管利用烟气热量的分析

虽然烟气中携带有大量的热量，但真正被螺旋管利用的热量并不多，烟气与螺旋管换热主要以辐射换热和对流换热为主，在烟气中仅有6％～8％的烟气会与螺旋管和墙壁发生热量交换，大部分烟气都排入了大气中，因此能被螺旋管以及与烟囱壁吸收的热量

Q=11537kW×7.7％=888.4kw

(四) 烟囱中螺旋管的热量回收装置的水力计算

①钢管的计术参数

材料：钢管

传热系数：k=2.489△t 0.3069=2.489×（165℃-10℃）0.3069

=11.7w/(m2. ℃)

温度参数：排烟温度165℃，钢管设计温度温度10℃，管内流体的平均温度35℃

②面积计算

对于6吨锅炉烟囱底部直径一般在12米左右，取d=12m因此通过计算可以确定烟囱底部面积

F ’’=π（d ∕2）2=113.04m2

在烟囱中虽有888.4kw 的热量会供给螺旋管，但由于管材以及其他因素的影响，888.4kw 的热量不可能全被螺旋钢管吸收他只有30％～40％的热量被螺旋管吸收，取有效数字35％因此可以进一步确定螺旋管有效吸热量和吸热面积以及要布置的管数

Q=888.4kw×35％=310.94kw=310940w

F=310940/11.7×（45-10）=759.3m2

N=F∕F “=759.3/113.04 =6.7 故N=7

因此螺旋管可在烟囱中布置7圈

③螺旋管的长度的计算

L=πD N=3.14×12×7=263.76m

④螺旋管的流量计算

G=0.86Q∕(tc -t j )=0.86×310940/(45℃-10℃)=7640kg/h

⑤螺旋管的管径的选择

为了使管内流体阻力达到理想状态，螺旋管采用热水管网的经济平均比摩阻其数值按30～70pa/m选用，根据流量和比摩阻查《实用供热通风空调设计手册》可查的管径为DN70 R=83.23pa∕m V=0.59m/s

⑥螺旋管的的实际阻力计算

查《实用热通风空调设计手册》DN70闸阀的当量长度为2×

1.28=2.56m DN70补偿器的当量长度9×6.8=61.2m 所以螺旋管的当量长度 L d =2.56+61.2=63.76m

螺旋管的实际压力损失为

△ P=R(L+ Ld )=83.23×（263.76+63.76）=27249.66pa

⑦螺旋管的布置高度

螺旋管中水的平均温度为t pj =35℃查《流体力学泵与风机》水的特性表可知水的容重为γ=9749N∕m 3所以螺旋管的布置高度 h=p/γ=27249.66/9749 =2.79m 考虑到管内不平衡率的影响管的布置高度

可在2.79～3.10m 之间①。

（五）螺旋管进出口水箱的选择

①由前面的水利计算结果可知，螺旋管每小时的进水量为7640L/h,区域锅炉房锅炉运行往往是间歇运行的，一天中锅炉工作在15h 左右，对于间歇运行锅炉工作时间一般在15h ，一天实行四班制，居民洗澡水一般集中在中午②和傍晚之间，因此出水箱容积可按8小时考虑，所以出水管容积V=7640L/h×8h=61.12 m 3给水箱容积可按正常补水量1～1.5①所以进水箱的容积及水泵流量V 、=7640L/h×

1.5h=11.46 m3 G M =7640kg∕h ÷999.7kg/ m3 =7.64 m3

(六) 热量回收装置经济性能的计算

节省煤炭量的计算

对于我国北方区域锅炉房主要以烟煤、无烟煤、贫煤、褐煤为主要燃料，折合标准煤B 为

B bz ×Q ar =Q③管

B bz =3.6×310940/29308 =0.038t/h

①一年节约煤炭量

B a =0.038×15h ×360=205.2t

④ 一年可节约资本

b=205.2t×600元/t=12.3120万元

注：(①>②对于各大高校洗澡高峰集中在中午，对于居民洗澡集中在傍晚③详见《锅炉房与锅炉房设备》

考虑到锅炉检修与维护，故一年取了360天，锅炉工作一天按15h 考虑，按现行市场价格每吨煤的价格为600元考虑）

供给居民洗澡水的经济价值计算

①由前面计算结果可知，螺旋管每小时的出水量为7640L/h，而居民没人的平均用水量在250～380L/h之间，取最大用水量380L/h，螺旋管，每天产生的洗澡水量为7640L/h×15h=114600L,因此一天的洗澡水的供水量可满足301人的使用。

一年收入=301×5×360=54.1800万元

一年成本=7.64t/h×15h ×360×3=12.3768万元

一年利润=54.1800-12.3768=41.8032万元

注（按现行2009～2010市场价格每个人的洗澡水费用为5元，工业用水在2～3元之间，取工业用水的最高费用）

热量回收装置的初投资

①钢管的质量计算

钢管的型号76×3.5 查《实用金属材料手册》钢管质量

M 1=7.85×L ×3.14×σ（D W -σ）÷1000

=1647.7 kg=1.65t

M(kg) L(m) D W (mm) σ(mm)

②钢管的投入费用

一次投入=1.65×5600元/t =9240元

注（按现行2009～2010市场价格76×3.5型钢管的费用5600元/t,计算费用暂且可按5600元/t考虑）

③水箱体积的投入费用

由前面计算结果可知进水箱的容积为11.46 m3，水箱可定制加工，水箱规格选用2500×2000×2300，按水箱的承压能力水箱壁可选择5mm 的厚度，所以水箱的有效容积为2490×1900×2300因此可以计算水箱的质量

M 2=（11.5-10.88）×7.85×103Kg

=4.88t

因此可以计算出进水箱的造价为4.88t ×5500t/元=2.6840万元 ④水泵的选择及投入费用

根据进水箱的高度以及螺旋管的布置高度可以确定水泵的扬程为

5.3m 且水泵的流量为7.64 m 3查《流体力学泵与风机》可知水泵应选择IS80-65-125型水泵（转速1490，功率0.75kw ）, 目前国内市场此水泵价格在860元/台左右，考虑备用可选择两台水泵，工业用电可取0.78元/kw.h.

水泵一年消耗电费=0.75kw×15h ×360×0.78元/kw.h=3159元

水泵购买费用=2×860=1720元

水泵总费用=1720+3159=4879元

总投资费用=螺旋管费用+水箱费用+水费+水泵费用

=0.9240+2.6840+12.3760＋0.4879万元

=16.4519万元

注（由于学术所限，在计算总费用中没有把出口水箱费用计入在内。由于市场价格的波动所取费用略偏差，价格仅供参考！所计算费用都是材料费，没有把人工费计入在内）

一年总收入=煤炭节约费+洗澡收入费

=12.3120+54.1800

=66.4920万元

有上述计算结果一次总投入总费用为16.4519万元

一年总利润=66.4920-16.4519=50.0410万元

（七）总结

从上述的计算可以知道，安装锅炉烟囱热量回收装置具有一次投入低年利润大的优点。随着我国经济的快速发展，能源的消耗逐年上升，因此安装锅炉烟囱热量回收装置可以节省煤炭的消耗，同时也达到了热量回收利用的目的。回收利用的烟气不仅可以节约资源同时也能满足人们洗澡的用水要求，从而提高了人们的生活质量，同时也能使企业获得丰厚的利润，不论从国家、企业和个人来讲安装锅炉烟囱热量回收装置是很有必要的。由于学术所限有些数据是在变化的，希望有关人员能够指正。此项作品的成果希望能够给国家、企业和人民带来更多的实惠，为国家的进步进献自己的一份微薄之力。