常溫排煙節(jié)能系統(tǒng)在燃?xì)忮仩t上的應(yīng)用

索東盛　張　博

（上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司天津卷煙廠天津300163）

常溫排煙節(jié)能系統(tǒng)在燃?xì)忮仩t上的應(yīng)用

索東盛張博

（上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司天津卷煙廠天津300163）

運(yùn)用吸收式熱泵，對(duì)天津卷煙廠的蒸汽鍋爐尾氣進(jìn)行余熱回收，并將余熱用于加熱采暖水和鍋爐補(bǔ)水，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明：采用該項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鍋爐常溫（＜40℃）排煙，并大幅降低鍋爐天然氣耗量，實(shí)現(xiàn)鍋爐節(jié)氣率高達(dá)10%左右，達(dá)到節(jié)能減排目的，一個(gè)采暖季可產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)57.4萬元。

燃?xì)忮仩t；余熱；常溫排煙；熱泵

近年來，隨著社會(huì)的日益發(fā)展與進(jìn)步，國家對(duì)資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、能源綜合利用等方面的要求逐步提高。目前我國采用的燃?xì)庑驼羝仩t，排煙溫度150℃左右［1，2］，將其直接排放不僅造成巨大的余熱浪費(fèi)也嚴(yán)重污染了大氣環(huán)境。若可實(shí)現(xiàn)鍋爐煙氣的常溫排放（例如30℃），不僅可回收尾氣中的大量顯熱，亦可回收其大部分潛熱［3，4］，將鍋爐效率提高至107%［5］（相對(duì)于低位發(fā)熱值）以上。將回收的熱量用于冬季采暖，一方面大幅降低了采暖的能源耗量，另一方面鍋爐尾氣中的水蒸氣、NOX以及SO2的排放亦大幅減少，對(duì)保護(hù)環(huán)境起到積極的作用。

本文基于實(shí)際案例，采用吸收式熱泵，對(duì)天津卷煙廠的煙氣余熱進(jìn)行回收用于加熱采暖水和鍋爐補(bǔ)水，以驗(yàn)證常溫排煙節(jié)能系統(tǒng)在燃?xì)忮仩t上的應(yīng)用。

1　原理

每冷凝出一噸水折合回收一噸蒸汽熱量，因此，通過理論計(jì)算，鍋爐在不同排煙溫度下的熱效率［6］如圖1所示。

圖1　燃?xì)忮仩t不同排煙溫度下的理論熱效率

當(dāng)鍋爐排煙溫度低于煙氣水露點(diǎn)時(shí)（53℃～57℃），水蒸氣冷凝釋放潛熱［7］，熱效率會(huì)急劇上升，然后逐漸平緩，當(dāng)排煙溫度達(dá)到30℃時(shí)，鍋爐理論熱效率能達(dá)到107%［5］（相對(duì)于燃?xì)獾臀话l(fā)熱值）。

實(shí)際供暖中回水溫度一般位于45℃～55℃之間，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，采用傳統(tǒng)的換熱式余熱回收裝置，其排煙溫度不可能低于回水溫度。從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，通常排煙溫度高于回水溫度10℃～15℃。綜上可知，采用換熱式余熱回收裝置，鍋爐最終排煙溫度在55℃以上，極少甚至是回收不到煙氣中水蒸氣的冷凝熱。

為更大限度的進(jìn)行余熱回收，減少污染氣體的排放，天津卷煙廠和雙良集團(tuán)合作，采用常溫排煙節(jié)能系統(tǒng)，利用吸收式熱泵逆向傳熱技術(shù)原理，將煙氣中熱量吸收，用于加熱采暖水，實(shí)現(xiàn)鍋爐尾氣的常溫（40℃以下）排放。

吸收式熱泵全稱為第一類溴化鋰吸收式熱泵，是以高品位能源（蒸汽/燃?xì)猓轵?qū)動(dòng)熱源，溴化鋰濃溶液為吸收劑，水為蒸發(fā)劑，利用水在低壓真空狀態(tài)下低沸點(diǎn)沸騰的特性，提取低位余熱源的熱量，通過吸收劑回收熱量并轉(zhuǎn)換制取工藝性或采暖性的熱水，是國家重點(diǎn)推廣的高新技術(shù)之一。

吸收式熱泵的應(yīng)用原理如圖2所示，以天然氣為驅(qū)動(dòng)能源Q1，驅(qū)動(dòng)機(jī)內(nèi)溴化鋰溶劑循環(huán)做功，產(chǎn)生制冷效應(yīng)，回收煙氣中的余熱Q2（通過煙氣取熱器）。消耗的驅(qū)動(dòng)燃?xì)鉄崃縌1與回收的煙氣余熱量Q2共同加入到熱網(wǎng)水中，即：熱網(wǎng)得到的熱量為Q1+Q2。

圖2　吸收式熱泵回收余熱示意圖

2　案例

天津卷煙廠現(xiàn)有3臺(tái)20噸的燃?xì)庹羝仩t，采暖時(shí)間2880h。天津市天然氣成分、價(jià)格以及低位熱值（天津市燃?xì)夤咎峁┤绫?所示。經(jīng)現(xiàn)場測定，鍋爐尾氣中含氧量為3%，計(jì)算得過量系數(shù)為1.19，進(jìn)而得出鍋爐尾氣成分［6］，如表2所示。

表1　燃?xì)馓匦员?/p>

表2　鍋爐尾氣成分表

從表2可見，煙氣中水蒸氣體積含量15.99%，若將煙氣溫度降低至30℃，根據(jù)水和水蒸氣的特性可得出，煙氣中的水蒸氣體積含量將降低至4.2%［7］，約73%的水蒸氣被冷凝析出，釋放大量的汽化潛熱。可見，實(shí)現(xiàn)煙氣的余熱利用具有重大的能源效益。

常溫排煙節(jié)能系統(tǒng)的工藝流程圖如圖3所示。采暖季，風(fēng)機(jī)將鍋爐尾氣引致煙氣取熱器與余熱水進(jìn)行換熱，吸收煙氣余熱后的高溫余熱水進(jìn)入吸收式熱泵加熱采暖水。實(shí)現(xiàn)鍋爐排煙降低至40℃以下。非采暖季，通過余熱水管路上的轉(zhuǎn)化閥，將煙氣余熱用于加熱鍋爐補(bǔ)水，此時(shí)，吸收式熱泵不參與工作，實(shí)現(xiàn)鍋爐排煙溫度降低至70℃左右。

一個(gè)采暖季，通過采用常溫排煙節(jié)能系統(tǒng)將煙氣余熱進(jìn)行回收，節(jié)約燃?xì)饬?.4×105Nm3，采暖季純經(jīng)濟(jì)效益57.4萬元，降低碳排放429t，詳見表3。

圖3　常溫排煙節(jié)能系統(tǒng)工藝流程圖

表3　采暖季熱力和經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算表

3　結(jié)語

為更大限度的實(shí)現(xiàn)余熱回收，減少污染氣體排放，天津卷煙廠和雙良集團(tuán)合作，采用常溫排煙節(jié)能系統(tǒng)，利用吸收式熱泵逆向傳熱技術(shù)原理，將煙氣中熱量吸收，用于加熱采暖水。實(shí)現(xiàn)了鍋爐尾氣的常溫（<30℃）排放，一個(gè)采暖季共節(jié)約天然氣耗量2.4× 105Nm3，創(chuàng)造57.4萬元的經(jīng)濟(jì)效益，降低碳排放429t。充分證實(shí)常溫排煙節(jié)能系統(tǒng)在燃?xì)忮仩t上的有效應(yīng)用。

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