燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收利用技術(shù)淺析

曹艷妮

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大。工業(yè)鍋爐排煙溫度較高，可達(dá)160 - 240℃，煙氣中含大量熱態(tài)水蒸氣，攜帶熱量可占排煙溫度的的55%?-75%，使得鍋爐熱量損失嚴(yán)重，余熱回收技術(shù)的出現(xiàn)，不僅能夠減少有害氣體排放量，而且很大程度上緩解了能源供需矛盾。

燃?xì)?鍋爐煙氣;余熱回收

一、煙氣余熱回收工作原理

燃?xì)庵饕煞质荂H，因此燃燒后的煙氣中會(huì)含有大量的水蒸氣，當(dāng)煙氣溫度降至55℃左右時(shí)，煙氣中水蒸氣隨之冷凝，同時(shí)釋放大量的汽化潛熱。水蒸氣總體潛熱量約為燃?xì)獾臀粺嶂档?1%，因此降低排煙溫度，使煙氣中水蒸氣冷凝，可以提高天燃?xì)饫眯省?/p>

國(guó)內(nèi)目前采用設(shè)置有煙氣冷凝器、燃?xì)馕帐綗岜没厥諢煔庥酂醿煞N類(lèi)型，都可以降低排煙溫度，提高燃?xì)饫眯?，?jié)省鍋爐房燃?xì)庥昧?。隨著煙氣中水蒸氣的冷凝，能夠降低排入大氣中的水蒸氣，冷凝水經(jīng)過(guò)處理后可以回收利用，同時(shí)減少氮氧化物、二氧化硫和一氧化碳的排放。

二、改造的基本條件及方案

若采用間壁式煙氣余熱回收方案，冷源所必備條件如下：

鍋爐房周?chē)仨氁卸?jí)冷源，有條件設(shè)置空氣預(yù)熱器的情況下，要求冷源的溫度≤40℃（換熱器傳熱端差按5℃考慮）且流量充足。無(wú)條件設(shè)置空氣預(yù)熱器的情況下，要求冷源的溫度≤35℃（換熱器傳熱端差按5℃考慮）且流量充足。

根據(jù)業(yè)主提供資料，鍋爐房周?chē)鷽](méi)有合適的冷源，因此本項(xiàng)目無(wú)法采取間壁式煙氣余熱回收方案;主要考慮熱泵煙氣余熱回收方案。

根據(jù)鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況，最終確定本期擬改造的鍋爐臺(tái)數(shù)及容量確定為：4臺(tái)29MW（40t/h）燃?xì)鉄崴仩t。

鍋爐的排煙溫度主要影響鍋爐的負(fù)荷率，負(fù)荷率越高鍋爐排煙溫度越高，根據(jù)運(yùn)行資料，現(xiàn)狀空氣預(yù)熱器后的排煙溫度在80℃～110℃。

地窩堡燃?xì)鉄崴仩t房是?“煤改氣”項(xiàng)目中的新建熱源之一，鍋爐房布置緊湊。綜合考慮后將熱泵機(jī)組設(shè)置在鍋爐房后側(cè)煙囪處，將原有的煙囪拆除，放置熱泵機(jī)組及余熱泵房。原有鍋爐的煙囪合并為一座煙囪。

地窩堡燃?xì)忮仩t房共有4臺(tái)29MW（40t/h）燃?xì)鉄崴仩t，供熱能力為116MW（160t/h），排煙溫度在46～87℃，一網(wǎng)回水溫度在40～65℃，運(yùn)行時(shí)間180天。四臺(tái)鍋爐均為要進(jìn)行煙氣余熱改造。地窩堡燃?xì)忮仩t房供熱面積106萬(wàn)㎡，根據(jù)最近幾年的運(yùn)行記錄，該區(qū)域綜合熱指標(biāo)約為70W/㎡。

按供熱面積計(jì)算最大熱負(fù)荷：106×70÷100=74.2MW

按供熱面積計(jì)算平均熱負(fù)荷：74.2×（20+5.4）÷（20+19.7）=47.5MW

按鍋爐裝機(jī)容量最大熱負(fù)荷：4×29=116MW

按鍋爐裝機(jī)容量平均熱負(fù)荷：116×（20+5.4）÷（20+19.7）=74.2MW

按供熱面積和按鍋爐裝機(jī)容量平均熱負(fù)荷：

（47.5+74.2）÷2=60.85MW

按供熱面積和按鍋爐裝機(jī)容量最大熱負(fù)荷：

（74.2+116）÷2=95.1MW

根據(jù)以上得知，4臺(tái)29MW（40t/h）燃?xì)鉄崴仩t（按照面積和鍋爐裝機(jī)容量）平均采暖熱負(fù)荷為60.85MW，達(dá)到10%節(jié)能量約為6.1MW。

故選擇兩臺(tái)3.5MW熱泵機(jī)組。

本項(xiàng)目根據(jù)對(duì)煙氣尾氣余熱分析及燃?xì)忮仩t房實(shí)際運(yùn)行記錄，擬定兩個(gè)方案，如下：

1）?方案一描述：利用原有空氣預(yù)熱器（煙～氣換熱） +熱泵機(jī)組（熱泵+取熱器）

從燃?xì)鉄崴仩t煙囪出來(lái)的煙氣先經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器，用煙氣把冷空氣加熱，從空氣預(yù)熱器出來(lái)的煙氣進(jìn)入取熱器，由取熱器的余熱水把煙氣降低到40℃以下。

缺點(diǎn)是：原有空氣預(yù)熱器混合熱風(fēng)，吸收的熱量少，煙氣經(jīng)過(guò)后排煙溫度較高，這樣取熱器將承擔(dān)更多的熱量，取熱器勢(shì)必龐大，且煙氣余熱達(dá)到的效果不太理想。

2） 方案二描述：將原有空氣預(yù)熱器（煙～氣換熱）拆除，增加一級(jí)節(jié)能器（加熱一次網(wǎng)回水）+熱泵機(jī)組（熱泵+取熱器）（再次加熱一次網(wǎng)回水）+空氣預(yù)熱器聯(lián)合運(yùn)行

熱網(wǎng)出來(lái)的回水一部分分流到熱泵機(jī)組，加熱回水后流入鍋爐，從燃?xì)鉄崴仩t尾部出來(lái)的煙氣先經(jīng)過(guò)原有的一級(jí)節(jié)能器，在經(jīng)取熱器加熱一次網(wǎng)回水，后進(jìn)新增空預(yù)器，?逐級(jí)把煙氣降溫最后降低到40℃以下排出。

1）、回收方式是使用2x3.5MW熱泵煙氣余熱回收系統(tǒng)，熱泵機(jī)組設(shè)置在鍋爐房后側(cè)煙囪處，將原有的煙囪拆除，放置熱泵機(jī)組及余熱泵房。

2）、拆除原有的空氣預(yù)熱器，煙囪出來(lái)的高溫?zé)煔庵苯舆M(jìn)入新增一級(jí)熱管節(jié)能器，新增一級(jí)熱管節(jié)能器吸收的熱量加熱一次網(wǎng)回水。

3）、新增空氣預(yù)熱器，在水平風(fēng)道段安裝空氣預(yù)熱器材質(zhì)采用不銹鋼316L。通過(guò)鋼架局部支撐，布置在鍋爐房現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)間屋頂上方。

4）、新增取熱器，新增取熱器部分的煙氣接觸側(cè)全部采用不銹鋼316L。采用在水平煙道段安裝取熱器，通過(guò)鋼架局部支撐，布置在鍋爐房現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)間屋頂上方，煙氣最后由不銹鋼煙囪流出。

5）、為了更好地利用原有鼓風(fēng)機(jī)，降低空預(yù)器煙側(cè)和風(fēng)側(cè)的阻力影響，熱泵機(jī)組與取熱器之間水系統(tǒng)側(cè)需要增加水循環(huán)泵一組，熱泵機(jī)組與一網(wǎng)回水管系統(tǒng)之間需要增加水循環(huán)泵一組。

6）、因排煙溫度降低，鍋爐效率相比改造前提高10%以上，經(jīng)煙風(fēng)阻力計(jì)算比較，增加取熱器和空冷型冷凝器增加的阻力，原有鼓風(fēng)機(jī)仍有非常大的富余量，能夠保證正常使用。

7）、現(xiàn)狀冷凝水中的鐵離子含量較高，因此本項(xiàng)目需要新增冷凝水加藥處理設(shè)備。冷凝水直接補(bǔ)入鍋爐的管網(wǎng)系統(tǒng)中，能充分利用。

8）、本次改造新增設(shè)備部分，煙氣接觸側(cè)全部采用不銹鋼316L。

三、節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益

利用煙氣冷凝熱回收技術(shù)，可將排煙溫度降低到煙氣露點(diǎn)溫度以下，可深度回收煙氣余熱。弱酸性冷凝水經(jīng)處理后可回收利用，提高鍋爐綜合熱效率，減少天燃?xì)夂牧?，?jié)約成本，節(jié)能減排效益顯著。

節(jié)能節(jié)水預(yù)測(cè)：經(jīng)核算本項(xiàng)目實(shí)施后預(yù)計(jì)全采暖期燃?xì)夤?jié)約量約為269.8（萬(wàn)Nm3），折標(biāo)系數(shù)1.33kgce/Nm，折合標(biāo)煤為3588.34噸。實(shí)施后可回收的全采暖期冷凝水總量約為2.58萬(wàn)噸，軟水折標(biāo)系數(shù)為0.4857kgce/t，折合標(biāo)煤為12.53t。

減排量預(yù)測(cè)：實(shí)施后預(yù)計(jì)全采暖期氮氧化物減排量為5.65噸;二氧化碳的減排量為5288.08噸，水蒸氣減排量約為4316.8噸;二氧化硫減排量約為3.74千克。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，回收煙氣中的余熱，用于加熱熱網(wǎng)回水及燃燒空氣，將煙氣溫度降低至露點(diǎn)溫度以下，對(duì)提高鍋爐的綜合熱效率作用非常有利，同時(shí)可大大節(jié)省天燃?xì)獾暮牧?，使企業(yè)能源成本下降。

[1]張群力，張秋月，曹明凱，紀(jì)迎迎.燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收利用技術(shù)研究[J].建筑科學(xué)，2016，32（06）：133-141.

[2]楊石，顧中煊，羅淑湘，鐘衍.我國(guó)燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2014，45（11）：976-980.