燃?xì)鉄崴仩t煙氣余熱利用研究

傅強(qiáng) 李軍 王重陽 趙旭

摘 要：針對燃?xì)鉄崴仩t的排煙余熱量較大和煙氣視覺污染，本文分析了煙氣余熱回收和“煙氣消白”原理，主要介紹了間壁式換熱器和直接接觸式換熱器兩種回收技術(shù)，為燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)鉄崴仩t;煙氣余熱;換熱器;消白

普通燃?xì)忮仩t的排煙溫度較高，蒸汽鍋爐排煙溫度約為100～150℃（省煤器后），熱水鍋爐排煙溫度約為80～110℃（省煤器后），造成了能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。煙氣中的余熱有很大一部分存在于水蒸氣潛熱之中，因而在降低煙氣溫度，回收顯熱的同時(shí)，將煙氣中的水蒸氣潛熱回收才能做到真正的煙氣全熱回收。燃?xì)忮仩t高溫?zé)煔獾乃魵馓幱谖达柡偷臓顟B(tài)，因而必須通過降溫使水蒸氣冷凝析出。如果要將水蒸氣冷凝，必須將煙氣溫度降低到對應(yīng)的露點(diǎn)溫度以下。因此，這要求煙氣余熱回收裝置必須具備較強(qiáng)的熱交換能力，將高溫?zé)煔饨档偷阶銐虻偷臏囟?，將煙氣中的水蒸氣盡可能多地凝出，釋放盡可能多的潛熱。此部分煙氣的低溫余熱量較大，如何回收低溫余熱成為節(jié)約能源的重要措施。

吳佳蕾等[1]通過對煙氣冷凝余熱低溫技術(shù)的研究得出當(dāng)排煙溫度由160℃降至30～50℃時(shí)，節(jié)能10%～13%;單臺鍋爐（70 MW）回收煙氣冷凝水70～160 t/d，除水率達(dá)27%～60%，減少了霧氣排放量，減排二氧化碳和氮氧化物10%以上。大型燃?xì)忮仩t煙氣冷凝余熱深度回收節(jié)能、節(jié)水、減排和凈化潛力巨大，經(jīng)濟(jì)社會效益十分可觀。

1 燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收

煙氣冷凝熱回收原理是在燃?xì)忮仩t之后設(shè)置煙氣冷凝熱換熱器，利用鍋爐尾部的低溫?zé)煔獾挠酂徇M(jìn)行低溫?fù)Q熱，通過系統(tǒng)中介水，置換出煙氣的低溫余熱，同時(shí)，采用天然氣燃燒驅(qū)動吸收式熱泵技術(shù)吸收中介水的熱量。

燃?xì)忮仩t的燃料是天然氣，主要成分是CH4，因此燃燒后的煙氣中會含有大量的水蒸汽，占煙氣比例的約16-17%（空氣過量系數(shù)1.1-1.25），當(dāng)煙氣溫度降低時(shí)，尾氣中的水蒸氣飽和濕度也隨之降低;當(dāng)溫度降低時(shí)，燃?xì)忮仩t尾氣中的水蒸氣隨之冷凝出，同時(shí)釋放大量的汽化潛熱，約占消耗燃?xì)獾臀话l(fā)熱量的10%左右。這一比例，遠(yuǎn)大于鍋爐散熱損失、燃?xì)獠煌耆紵龘p失在總熱量中的比例。

鍋爐排放煙氣經(jīng)冷凝熱回收后煙氣溫度降低，煙氣中的水份凝結(jié)后回收。本工程對于節(jié)能、節(jié)水、提高系統(tǒng)的綜合利用效率都有重要意義。鍋爐余熱系統(tǒng)原理圖，詳見下圖：

2 直接接觸式換熱器和間壁式換熱器

2.1 間壁式換熱器

間壁式換熱器位于煙道出口，中介水經(jīng)間間壁式換熱器與鍋爐的排煙進(jìn)行換熱，將煙氣溫度降低至30℃以下，中介水經(jīng)換熱器加熱后進(jìn)入吸收式熱泵機(jī)組作為低溫?zé)嵩?，以燃?xì)庾鳛槲帐綗岜脵C(jī)組的高溫?zé)嵩?。熱網(wǎng)回水首先經(jīng)過吸收式熱泵機(jī)組進(jìn)行加熱，以此節(jié)約熱網(wǎng)回水在鍋爐中的吸熱量，之后進(jìn)入鍋爐加熱至所需溫度。

由于間壁式換熱器的端差較大，為了使煙氣溫度降到露點(diǎn)以下，回收煙氣中的潛熱，換熱器的換熱面積需要很大。因此，此種形式換熱器需要一定的占地空間且阻力較大。另外，由于煙氣中析出大量冷凝水，冷凝水PH值呈酸性，因此對換熱器的腐蝕較為嚴(yán)重。如何解決防腐問題對延長換熱器的壽命較為重要。

2.2 直接接觸式換熱器

與間壁式不同的是，直接接觸式換熱器是煙氣和水直接接觸換熱換熱效果較好。若直接接觸式換熱器做成塔式換熱器，則煙囪可落于噴淋塔上方，二者合為一體;若換熱器為一腔體，則可從煙道中抽取一旁路煙道，之后回至原煙囪，此時(shí)換熱器可放置于熱泵機(jī)組頂部，亦可獨(dú)立放置。

2.3 兩種換熱方式的對比

間壁式換熱器屬于利用煙氣系統(tǒng)與水系統(tǒng)經(jīng)過不同的管路進(jìn)行換熱，相當(dāng)于市場上常見的小型板式換熱器。直接接觸式則采用煙氣與水直接接觸的方式。

間壁式換熱系統(tǒng)中產(chǎn)生的酸性凝水直接對換熱器和熱泵機(jī)組產(chǎn)生腐蝕作用，使得設(shè)備的壽命明顯縮短。而接觸式系統(tǒng)通過加堿保證了凝水一直處于弱堿性狀態(tài)，換熱器和熱泵的壽命完全得以保證。

間壁式系統(tǒng)采用大量的換熱管進(jìn)行管內(nèi)外的熱量交換，因?yàn)楣苁鴶?shù)量龐大，使得煙氣的流通阻力增大，正常情況下煙氣壓損高達(dá)3000Pa，必須安裝大功率的風(fēng)機(jī)才可保證排煙。而接觸式換熱則不存這樣的問題，彎頭、拐角、擋液板的壓力損失之和最大也不超過500Pa，基本上原鍋爐系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)的富余壓頭即可保證順利排煙。因?yàn)榇蠊β曙L(fēng)機(jī)的投運(yùn)，也就造成間接式換熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)高于接觸式換熱系統(tǒng)。

2.4 消白系統(tǒng)

由于經(jīng)過余熱利用后，煙氣中的冷凝水大部分已經(jīng)析出?？紤]在余熱回收換熱器后增加換熱器，利用熱網(wǎng)供水加熱煙氣，使最終排出的煙氣溫度高于露點(diǎn)溫度以達(dá)到消白的效果。

3 結(jié)論

（1）通過在燃?xì)鉄崴仩t尾部增加煙氣余熱利用裝置，一方面提高了燃?xì)獾睦眯?，另一方面達(dá)到了“煙氣消白”的效果，減少了視覺污染。

（2）余熱收集的形式一般包括直接接觸式換熱器和間壁式換熱器回收，兩種方式各有利弊，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)綜合考慮項(xiàng)目實(shí)際情況。

（3）利用煙氣余熱回收系統(tǒng)，在外供熱量不變的情況下可以降低天然氣的消耗，降低運(yùn)行能耗。同時(shí)，由于降低煙溫，回收了大量冷凝水，減少了供熱廠的水耗，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]吳佳蕾等.大型燃?xì)忮仩t煙氣冷凝余熱深度回收技術(shù)方案與節(jié)能潛力分析[J].暖通空調(diào)，2016，46（3）。