某高校鍋爐房煙氣余熱回收利用探討

張健　喬春珍　李斯　張洪碩　安琪　張思斌

摘 要：隨著能源價(jià)格日益高漲，空氣污染日漸嚴(yán)重。該文針對(duì)某校鍋爐排煙溫度過高的特點(diǎn)，通過對(duì)燃?xì)鉄崴仩t進(jìn)行排煙余熱回收利用分析，將原來直接排放到大氣中的余廢熱進(jìn)行有效回收，以用于加熱鍋爐回水和建筑供熱等，這樣既減少了能源消耗，又減少了污染物排放。并從經(jīng)濟(jì)性上進(jìn)行了初步分析，說明燃?xì)鉄崴仩t排煙余熱回收利用具有良好的節(jié)能減排作用。

關(guān)鍵詞：鍋爐 煙氣余熱 回收利用

中圖分類號(hào)：Tk223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）02（b）-0046-02

目前，節(jié)能已是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)緊迫的任務(wù)，更是一項(xiàng)的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。當(dāng)前，全社會(huì)都在開展節(jié)能降耗，緩解能源壓力，建設(shè)節(jié)能型社會(huì)，而工業(yè)鍋爐余熱資源的回收利用是節(jié)約能源的重要措施。但是大多數(shù)燃?xì)鉄崴仩t的排煙溫度卻高達(dá)140 ℃～200 ℃。同時(shí)由于天然氣的主要成分是CH4，天然氣鍋爐排煙中水蒸氣體積分?jǐn)?shù)可達(dá)15%～20%，大量的水蒸氣潛熱隨煙氣排出而浪費(fèi)。由于工業(yè)鍋爐排煙余熱所占鍋爐熱量比重較大，若不控制鍋爐煙氣余熱，將會(huì)給地球環(huán)境帶來極大的危害。而鍋爐排煙溫度每降低10 ℃～15 ℃，鍋爐效率可增加1%，因此，鍋爐煙氣余熱回收利用具有重要意義。

1 煙氣余熱回收方式

目前國內(nèi)對(duì)于高溫?zé)煔獾挠酂峄厥罩饕绞接幸韵聨追N：（1）省煤器，安裝于鍋爐尾部煙道下部用于回收余熱的一種裝置，將鍋爐給水加熱成汽包壓力下的飽和水的受熱面，由于它吸收低溫?zé)煔獾臒崃浚档土藷煔獾呐艧煖囟?，?jié)省了能源，提高了效率；（2）換熱器，安裝于鍋爐尾部煙道，通過換熱吸收煙氣中的熱量，用于加熱浴室給水，供暖回水等，能有效降低排煙溫度，節(jié)約燃料；（3）熱管余熱回收器，是利用熱管作傳熱元件的一種高效換熱節(jié)能設(shè)備，用于煙氣廢熱回收，將回收的余熱用于加熱水、預(yù)熱空氣和產(chǎn)生蒸汽等。熱管余熱回收器在工業(yè)運(yùn)行中節(jié)約燃煤、燃?xì)夂腿加托Ч@著；（4）壓縮式熱泵，利用電能或機(jī)械能驅(qū)動(dòng)熱泵回收余熱。熱網(wǎng)回水被回收煙氣余熱的壓縮式熱泵加熱后送出。

2 項(xiàng)目背景及改造方案分析

2.1 背景及鍋爐煙氣余熱可利用能量計(jì)算

某高校供暖面積約有28.17萬m2，按建筑物的使用性質(zhì)，從管網(wǎng)上分成教學(xué)、學(xué)生公寓、家屬3個(gè)區(qū)，供暖時(shí)間從每年11月15日到次年3月15日，現(xiàn)供暖鍋爐房有6臺(tái)6 t的燃?xì)鉄崴仩t和4 臺(tái)3.3 t的燃?xì)鉄崴仩t。其中，6 t的燃?xì)忮仩t設(shè)計(jì)下排煙溫度在150 ℃左右，3.3 t的燃?xì)忮仩t排煙溫度高達(dá)300 ℃左右，排煙溫度較高，大部分煙氣顯熱和冷凝余熱未被回收利用，節(jié)能潛力巨大。

當(dāng)煙氣溫度為300 ℃時(shí)，其焓值為4493.4 kJ/kg，為有效回收余熱，設(shè)定出口煙溫降至100 ℃，出口煙氣焓值1 549.5 kJ/kg。每臺(tái)鍋爐排煙量為2 937 Nm3/h，煙氣密度為0.787 kg/m3，漏風(fēng)系數(shù)△α取0.1，冷空氣焓值為73.7 kJ/kg，則有效換熱量為：

，即

。

2.2 方案分析

方案一：省煤器。利用省煤器預(yù)熱鍋爐給水，該方案在鍋爐尾部增加氣-水換熱器，用煙氣余熱直接預(yù)熱系統(tǒng)回水或補(bǔ)給水。

已知省煤器入口水溫為45 ℃，出口水溫55 ℃，則鍋爐的循環(huán)水量，耗熱量：

/3.6=1205.2 kW<1832.4 kW

方案二：普通換熱器。利用換熱器加熱部分浴室供水，該方案在煙氣排出段設(shè)置一個(gè)熱交換器加熱浴室給水。浴室給水量約為35 t/h，預(yù)計(jì)將水由20 ℃加熱至55 ℃，需熱量：

。

方案三：壓縮式熱泵。通過熱泵換熱加熱供暖回水，該方案將煙氣作為熱源供熱，預(yù)計(jì)將給水由60 ℃加熱至80 ℃。取熱泵的供熱系數(shù)ε=4， ，可加熱的供暖循環(huán)水量 。

2.3 方案的比較與選擇

根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，方案三節(jié)能效果更明顯。

再考慮到鍋爐房的現(xiàn)狀，由于省煤器和換熱器在達(dá)到降溫目標(biāo)的條件下，所需的換熱面積過大，需要對(duì)鍋爐房進(jìn)行改造。而壓縮式熱泵能根據(jù)鍋爐負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有較好的安全性能。從目前工業(yè)鍋爐的使用技術(shù)狀況來看，如果改變鍋爐構(gòu)造，投資太大，因此，采用熱泵技術(shù)進(jìn)行煙氣余熱回收，可以避免上述問題且節(jié)能環(huán)保。隨著國家“節(jié)能減排”政策的進(jìn)一步實(shí)施，壓縮式熱泵技術(shù)必然會(huì)越來越成熟，應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

（1）節(jié)能。每臺(tái)燃?xì)忮仩t，冬季若將排煙溫度由300 ℃降到100 ℃，可將105 t/h 的供暖回水由60 ℃加熱至80 ℃，鍋爐滿負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行下可回收1832.4 kW?？蓽p少為加熱供暖回水所需的燃?xì)饬俊?/p>

（2）環(huán)保。將排煙溫度由300 ℃降低至100 ℃，可有效減少對(duì)周圍環(huán)境的熱污染。由于降溫作用，排入大氣的有害物質(zhì)（一氧化碳、溫室氣體、硫化物等）也將減少。

（3）節(jié)錢。由上計(jì)算可知，方案三節(jié)省燃?xì)饬縬3=245.1 m3/h，則每臺(tái)鍋爐每天可節(jié)省燃?xì)猓ò?0 h計(jì)）3.5 t/d。天然氣價(jià)格按2.23元/m3計(jì)算，每年（按90d計(jì)算）可節(jié)省98.4萬元。

4 結(jié)語

通過對(duì)燃?xì)鉄崴仩t煙氣余熱回收利用方式進(jìn)行分析，目前應(yīng)用于鍋爐煙氣余熱回收的方式主要有省煤器預(yù)熱給水或補(bǔ)給水、普通換熱器換熱、熱管換熱及壓縮式熱泵等。該文選用了其中的3種方案并進(jìn)行了計(jì)算，其中省煤器和普通換熱器回收的總能量分別為1 205.2 kW和1 422 kW，而壓縮式熱泵總節(jié)能量可達(dá)到2 443.2 kW。因此從能量回收角度來看，壓縮式熱泵的優(yōu)勢(shì)較為明顯。

參考文獻(xiàn)

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