煙氣余熱的回收利用

劉　欣　王　健　馬增亮

（荏原冷熱系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司，山東煙臺(tái)265500）

0　引言

某醫(yī)療制品有限公司主要生產(chǎn)醫(yī)用手套，建筑面積達(dá)30 000 m2。原廠區(qū)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)、舒適性空調(diào)系統(tǒng)及煙氣降溫系統(tǒng)均需使用冷水。其中，冷源由螺桿式冷水機(jī)組提供，需消耗大量電能；舒適性空調(diào)系統(tǒng)的采暖熱源為鍋爐，需消耗天然氣。

另外，生產(chǎn)過(guò)程中的廢煙氣（VOC），即揮發(fā)性有機(jī)化合物的排煙溫度較高，過(guò)濾后通過(guò)風(fēng)機(jī)直接排放到大氣中，造成了巨大的熱量浪費(fèi)。

1　節(jié)能改造目標(biāo)與內(nèi)容

1.1　目標(biāo)

節(jié)能環(huán)保是項(xiàng)目改造的重要目標(biāo)之一。通過(guò)節(jié)能改造，降低企業(yè)公用設(shè)施的運(yùn)營(yíng)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，打造舒適、節(jié)能、綠色環(huán)保型企業(yè)。

節(jié)能改造的目標(biāo)：（1）提高制冷、采暖系統(tǒng)的可靠性和安全性；（2）提高制冷、采暖系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行；（3）在保證系統(tǒng)安全、舒適的前提下，回收利用廠區(qū)的余熱，提高能源利用率及設(shè)備利用率，獲取良好的節(jié)能效益。

1.2　內(nèi)容

（1）在室外排煙管道上增設(shè)6臺(tái)煙氣-水換熱器，提取排煙熱量，制取高溫?zé)崴?；?）增設(shè)1套余熱制冷裝置系統(tǒng)，利用回收的高溫廢熱水作為驅(qū)動(dòng)能源，制取空調(diào)及工藝用冷水；（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，酌情考慮舊設(shè)備、管道、閥門(mén)等的再利用。

2　原系統(tǒng)負(fù)荷及煙氣余熱參數(shù)

2.1　冷負(fù)荷

原系統(tǒng)冷負(fù)荷如表1所示。

2.2　熱負(fù)荷

原系統(tǒng)熱負(fù)荷如表2所示。

2.3　原制冷機(jī)組參數(shù)

原制冷機(jī)組參數(shù)如表3所示。

2.4　排煙回收熱量計(jì)算

2.4.1設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）煙氣量：28 000 m3/h（工況：60 ℃，單臺(tái)風(fēng)機(jī)）；

（2）煙氣成分：VOC（30 kg/h），主要成分為空氣，由于VOC物性參數(shù)缺乏且含量很少，所以VOC余熱暫不統(tǒng)計(jì)；

表1　冷負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

表2　熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

表3　制冷機(jī)組參數(shù)表

（3）煙氣-水換熱器的煙氣進(jìn)口溫度：170℃（按最高值計(jì)算）；

（4）煙氣-水換熱器的煙氣出口溫度：90℃；

備用監(jiān)控中心是為在主監(jiān)控中心發(fā)生各種災(zāi)難的情況下準(zhǔn)備的，因此主監(jiān)控中心的所有正常監(jiān)控電網(wǎng)的功能在備用中心里都要有，要求備用中心隨時(shí)可用，保證實(shí)用性；另外，考慮到備用中心只有在主中心災(zāi)難的情況下才投人使用，使用的幾率不高，所以，我們?cè)诮溆帽O(jiān)控中心時(shí)，在保證可用的情況下，要盡可能做到少投人。

（5）生產(chǎn)線數(shù)量：16條；

（6）配套風(fēng)機(jī)：8臺(tái)。

2.4.2煙氣回收熱量

2.4.2.1煙氣標(biāo)態(tài)流量V0

式中V0——標(biāo)態(tài)流量，Nm3/h；

V1——熱態(tài)流量，m3/h；

T0——標(biāo)態(tài)熱力學(xué)溫度，K；

2.4.2.2單臺(tái)換熱器煙氣可回收余熱Q單

式中Q單——單臺(tái)換熱器煙氣可回收余熱，kW；

T1——煙氣進(jìn)口溫度，℃；

T2——煙氣出口溫度，℃；

ρ——煙氣密度，kg/Nm3；

V0——標(biāo)態(tài)流量，Nm3/h；

C——煙氣比熱，kJ/（kg·℃）。

2.4.2.3煙氣可回收總余熱Q總

3　節(jié)能改造方案

在室外排煙管道上，增設(shè)煙-水換熱器，回收煙氣熱量。在降低排煙溫度的同時(shí)，制取高溫?zé)崴?8～98℃），作為驅(qū)動(dòng)能源。利用2套余熱制冷系統(tǒng)代替現(xiàn)有電制冷機(jī)組，制取冷水，供系統(tǒng)使用。這樣在保證環(huán)保達(dá)標(biāo)的同時(shí)，又大幅降低了系統(tǒng)的能耗。

煙氣余熱利用系統(tǒng)流程如圖1所示，冷熱源機(jī)房3D系統(tǒng)如圖2所示。

（1）夏季模式：利用余熱制冷系統(tǒng)制取冷水，供空調(diào)、工藝及煙氣冷卻（預(yù)留）用冷。

（2）過(guò)渡季節(jié)模式：根據(jù)冷負(fù)荷情況，自動(dòng)開(kāi)啟相應(yīng)余熱制冷系統(tǒng)及輔機(jī)，在保證制冷系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，利用多余熱水量為工藝水預(yù)熱升溫及空調(diào)采暖。

（3）冬季模式：利用煙氣換熱后的熱水，作為采暖熱源，代替鍋爐。當(dāng)室外濕球溫度達(dá)到一定值時(shí)，利用冷卻塔“免費(fèi)”制取冷水，用于工藝制冷和煙氣的再冷卻。

4　改造前后比較

節(jié)能改造后的空調(diào)系統(tǒng)于2017年5月正式投入使用，系統(tǒng)運(yùn)行良好，用戶對(duì)使用效果非常滿意。另外，新系統(tǒng)選用高效節(jié)能的環(huán)保型設(shè)備，強(qiáng)化了企業(yè)節(jié)能環(huán)保意識(shí)。

圖1　煙氣余熱利用系統(tǒng)

圖2　冷熱源機(jī)房3D系統(tǒng)

節(jié)能效果：原系統(tǒng)在改造前的年運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)為（主機(jī)+鍋爐）226萬(wàn)元；改造后系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)為（主機(jī)）58萬(wàn)元，具體數(shù)據(jù)如表4所示。

5　結(jié)語(yǔ)

本改造項(xiàng)目利用排煙余熱技術(shù)制冷制熱，在降低排煙溫度的同時(shí)，回收煙氣的余熱，提高了能源利用率及設(shè)備利用率。

此外，降低了工藝生產(chǎn)余熱向環(huán)境中的排放量，節(jié)約了一次能源，有效響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排政策的號(hào)召。

該項(xiàng)目的順利實(shí)施，在取得良好社會(huì)效益的同時(shí)，為企業(yè)帶來(lái)了直接可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

表4　改造前后運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比表