吸收式熱泵技術(shù)促煙氣余熱深度回收利用

駱志磊 曹亮

遠大豐臺嘉園吸收式熱泵煙氣余熱深度回收項目是國內(nèi)首例以合同能源管理模式應(yīng)用于供熱中心的嘗試。該項目每年為豐臺供熱所節(jié)省天然氣113萬立方，節(jié)省能源費用300余萬元，減排CO22264噸，投資回收期小于3年，節(jié)能同時有效消除冬季鍋爐白煙對環(huán)境的影響，為北方鍋爐煤改氣提供了一條更加節(jié)能、經(jīng)濟、全新的技術(shù)途徑，值得行業(yè)借鑒和推廣。該案例入選了2017年重點節(jié)能技術(shù)應(yīng)用典型案例。

北京節(jié)能環(huán)保中心高工柳曉雷評價到，遠大吸收式熱泵技術(shù)是利用通過高效煙氣板式換熱器搭配吸收式熱泵回收鍋爐煙氣中水蒸氣的汽化潛熱，將鍋爐100℃煙氣降至30℃以下，再將低溫余熱升溫用于集中供熱，鍋爐效率提高8%以上，節(jié)氣、節(jié)水、節(jié)能率高，環(huán)境友好。

一、項目背景

2013年9月國務(wù)院出臺《大氣污染防治行動計劃》，提出大氣防治十項措施，其中最關(guān)鍵的一條就是實施燃煤鍋爐改造，加快推進集中供熱“煤改氣”“煤改電”工程建設(shè)。同年《北京2013—2017年清潔空氣行動計劃重點任務(wù)分解》發(fā)布，明確到2015年實現(xiàn)城六區(qū)無燃煤鍋爐，消減燃煤120萬噸。為北京市千萬平方米建筑提供供熱服務(wù)的豐臺供暖所為響應(yīng)號召于2015年年底啟動“煤改氣”工程。

二、技術(shù)案例項目情況

大規(guī)?！懊焊臍狻睘槲帐綗岜脽煔庥酂嵘疃然厥绽眉夹g(shù)提供了平臺。大型燃氣鍋爐的排煙溫度約為100℃及以上，煙氣余熱量占燃氣低位熱量的10%—12%（每立方天然氣排煙熱量約為1kW），即使采用常規(guī)煙冷器余熱回收方法也只能回收少部分顯熱（煙氣溫度降至約60℃），大部分熱量以水蒸氣潛熱的形式排至環(huán)境中，并產(chǎn)生“白煙”效應(yīng)。吸收式熱泵煙氣余熱深度回收利用技術(shù)的使用能將煙氣的溫度進一步降低至 30℃以下，回收煙氣中顯熱的同時能把大部分水蒸氣汽化潛熱進行回收用于集中供熱，并消除煙囪“白煙”。

北京豐臺供熱所嘉園小區(qū)鍋爐房將原燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐進行集中供熱。該鍋爐房主要負責(zé)156萬平米建筑采暖供熱，安裝4臺以天然氣為燃料、供熱能力為29MW的燃氣熱水鍋爐，總供熱能力為116MW。根據(jù)以往采暖季情況，初末寒期供熱負荷 25MW，嚴(yán)寒期共熱負荷45MW，若按156萬平米供熱面積，20W/m2指標(biāo)估算，基礎(chǔ)供熱負荷為30MW。改造過程采用遠大一臺型號為BZ300XD-60/45-12/20-600-R1直燃熱泵機組回收燃氣鍋爐和直燃熱泵機組自身的排煙余熱量。

三、系統(tǒng)流程

熱水流程：熱網(wǎng) 45℃回水分成兩部分，一部分進入直燃熱泵升溫，溫度由45℃提高至60℃后與另一部分熱網(wǎng)回水混合再進入燃氣鍋爐；一部分回水進入鍋爐煙道上的一級煙氣板交回收少部分煙氣熱量，煙氣溫度由100℃降至50—60℃。升溫后的熱水再與另一部分熱網(wǎng)回水混合進入燃氣鍋爐加熱至供熱溫度送入熱網(wǎng)，該流程充分體現(xiàn)品位對口、梯級利用的原則。

低溫水流程：12℃低溫水出熱泵后分為兩分支：一部分進入燃氣鍋爐的二級煙氣板交回收燃氣鍋爐大部分低溫?zé)煔鉄崃?，煙氣溫度降溫?0℃以下；另一部分進入熱泵機組直燃煙道的煙氣板交回收煙氣熱量，煙氣溫度直接由160℃降至30℃以下，同時12℃低溫水被加熱至20℃后作為低溫?zé)嵩唇?jīng)循環(huán)泵送回直燃熱泵。

煙氣流程：燃氣鍋爐的煙氣溫度經(jīng)一級煙氣板交后由100℃降至50—60℃，再經(jīng)二級煙氣板交后煙氣溫度降至30℃以下；直燃熱泵機組自身的煙氣溫度經(jīng)煙氣板交后由160℃降至30℃以下。

四、經(jīng)濟效益

燃氣鍋爐總制熱量為30MW，滿負荷時燃氣耗量為3379m3/h（燃氣鍋爐效率92%），煙氣量約為36896Nm3/h；直燃熱泵滿負荷時燃氣耗量516Nm3/h，煙氣量約為9288m3/h。煙氣經(jīng)煙氣板交降溫至30℃時可回收煙氣熱量3489kW，相當(dāng)于每小時可節(jié)約 393Nm3（按8300kcal/m3）天然氣。如按采暖季120天，天然氣價格2.67元/Nm3 計算，年節(jié)省天然氣約113萬立方，節(jié)省運行費用約302萬元。項目改造投資回收期小于3年。

豐臺嘉園燃氣鍋爐煙氣余熱深度回收利用項目的成功應(yīng)用為鍋爐煤改氣提供了一個更節(jié)能、更經(jīng)濟又能消白煙的全新解決方案，為北方燃氣鍋爐供暖提供了新的方向。

（駱志磊，遠大空調(diào)有限公司北部技術(shù)工程部副部長。曹亮，遠大能源利用管理有限公司技術(shù)主管）