气液列管式换热设备：工业废气余热回收的关键装置

文章由山东擎雷环境科技股份有限公司提供

在工业生产过程中，大量的中低温废气直接排放到大气中，不仅浪费了宝贵的能源，还造成了热污染。据统计，工业余热资源约占燃料消耗总量的15%-30%，其中相当一部分是可以回收利用的。气液列管式换热设备作为一种成熟可靠的余热回收装置，在工业节能改造中发挥着越来越重要的作用。

本文将从废气余热回收的角度，介绍气液列管式换热设备的工作原理、技术特点、应用案例和经济效益分析。

01 工业废气余热回收的意义

工业生产中产生的废气来源广泛，包括锅炉烟气、炉窑尾气、工艺过程排气、干燥设备排风等。这些废气往往带有大量的显热和潜热，如果直接排放，不仅能源利用率低，还会加剧温室效应和城市热岛效应。

废气余热回收的意义主要体现在以下几个方面：

节约能源。回收的热量可以用于加热热水、预热空气、产生蒸汽等，替代部分燃料消耗，直接降低企业的能源成本。

降低排放。余热回收减少了燃料消耗，相应减少了二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放，有助于企业实现环保目标。

提高经济效益。余热回收设备的投资通常在1-3年内即可通过节约的燃料费收回，长期来看是一笔可观的收益。

改善生产环境。降低废气排放温度，可以改善车间周边的热环境，减少热污染对周边居民的影响。

在众多余热回收技术中，气液列管式换热设备因为结构可靠、维护简单、适应性强，成为中低温废气余热回收的主流技术方案之一。

02 气液列管式换热设备的工作方式

气液列管式换热设备在余热回收系统中的典型工作方式是：高温废气走壳程，被回收的水（或其他液体）走管程。废气在壳程流过管束时，将热量传递给管内的水，使水温升高；降温后的废气从烟囱排放，升温后的水则输送到需要用热的地方。

这种气液换热方式的优点是：水的比热容大，携带热量的能力强，可以将废气中的热量高效地转移到水中；热水或温水便于输送和分配，可以灵活地用于采暖、工艺加热、热水供应等多个用途。

根据回收热量的用途不同，气液列管式换热设备可以有不同的系统配置：

热水供暖系统中，回收的热量用于加热采暖热水，通过暖气片或风机盘管为建筑物供暖。这种方式在北方地区的工业企业中应用广泛。

工艺预热系统中，回收的热量用于预热锅炉给水、生产工艺用水或其他需要加热的物料。这种方式可以直接减少生产过程中的燃料消耗。

余热发电系统中，回收的热量产生蒸汽驱动汽轮机发电。这种方式适合废气温度较高、余热量大的场合。

03 针对废气工况的特殊设计

工业废气往往含有灰尘、腐蚀性成分和焦油等杂质，工况比较恶劣。气液列管式换热设备在设计上需要针对这些特点做特殊考虑：

防积灰设计。废气中的灰尘容易在换热管外壁沉积，增加热阻。设计时需要合理选择管间距和管束排列方式，减少灰尘积聚。对于含尘量大的废气，还需要设置吹灰装置或定期清洗接口。

耐腐蚀设计。如果废气中含有二氧化硫、氯化氢等腐蚀性成分，在温度低于酸露点时会产生凝结酸液，腐蚀换热管。需要根据废气成分分析，选择合适的管材，或在酸露点以下区域采用耐腐蚀材料。

耐磨设计。含尘气流对管束有冲刷磨损作用。在废气入口区域，可以采用加厚管壁、加装防磨套管等方式提高耐磨性。

清灰结构。为了便于清理积灰，换热器壳体上需要设置检查口和清灰口。对于容易结垢的工况，可以设计成可拆卸管束，方便抽出清洗。

膨胀补偿。废气温度波动大时，管束和壳体的热变形差异会产生较大热应力。需要设置膨胀节或采用浮头式结构，补偿热膨胀，防止设备损坏。

04 典型应用案例

气液列管式换热设备在多个行业的余热回收中都有成功应用：

锅炉烟气余热回收是最常见的应用。锅炉排烟温度通常在150-250℃，通过气液换热器可以将排烟温度降低到100℃左右，回收的热量用于加热锅炉给水或采暖热水。一台20蒸吨的锅炉，烟气余热回收每年可以节约标准煤上百吨。

熔炼炉和加热炉烟气回收中，炉窑尾气温度可达300-600℃，余热品位高。通过气液换热器产生热水或蒸汽，用于生产工艺或车间采暖。这类项目的投资回收期通常在1-2年。

烘干设备废气回收中，干燥机排出的废气虽然温度不高（80-120℃），但风量很大，总余热量可观。回收的热量可以预热进入烘干机的新鲜空气，降低烘干机的燃料消耗。

烧结机和焦化厂余热回收中，高温废气通过换热设备产生热水或蒸汽，用于厂区供热和发电。大型钢铁企业的余热回收项目规模可达数兆瓦，节能效果非常显著。

05 经济效益分析

建设余热回收项目时，需要做详细的经济效益分析。主要考虑以下几个方面：

投资成本。包括换热器本体、管路系统、水泵阀门、安装施工、控制系统等费用。气液列管式换热设备的单位换热面积投资通常在几百到上千元，具体取决于材料和结构要求。

运行成本。主要是循环水泵的电耗和设备维护费用。相比回收的热量价值，运行成本占比较小。

收益测算。根据回收的热量和替代能源的价格，计算年节约的燃料费用。以天然气为例，每回收1万千焦热量，大约可以节约天然气3立方米。

投资回收期。一般来说，废气温度越高、余热量越大，投资回收期越短。大部分工业余热回收项目的投资回收期在1-3年之间，优于很多其他节能改造项目。

除了直接的经济效益，余热回收还有助于企业申请节能补贴和碳交易收益，进一步提升项目的经济性。

06 总结

气液列管式换热设备作为工业废气余热回收的关键装置，技术成熟、运行可靠、适应性强，是企业实施节能改造的重要选择。通过将废气中的热量回收利用为热水或温水，既节约了能源成本，又减少了污染物排放，实现了经济效益和环境效益的双赢。

随着"双碳"目标的推进和能源价格的上涨，工业余热回收的重要性日益凸显。气液列管式换热设备也在不断技术升级：新型高效换热管的应用、智能控制技术的引入、模块化设计的推广，都在进一步提升余热回收的效率和经济性。对于有废气排放的工业企业来说，建设气液列管式余热回收系统，既是响应国家节能政策的要求，也是降低生产成本、提升企业竞争力的有效途径。