傳統(tǒng)燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收再利用技術(shù)研究

王瑞斌

沈陽(yáng)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 遼寧沈陽(yáng) 110000

隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高天然氣利用率逐漸成為了能源工程領(lǐng)域的重要課題。北方地區(qū)的燃?xì)忮仩t是使用天然氣的主要設(shè)備，但傳統(tǒng)鍋爐中排煙余熱能得不到利用，鍋爐中的排煙溫度一般在200℃以上，排出的煙氣余熱得不到利用，損失巨大。另外，煙氣中的水蒸氣大量排入大氣后會(huì)造成冒白煙現(xiàn)象，形成景觀污染，促使PM2．5指數(shù)增加。若能改造鍋爐的換熱結(jié)構(gòu)，促使排放的煙氣溫度降低，回收余熱熱能及煙氣中的冷凝水資源，將對(duì)天然氣的高效利用和節(jié)能減排意義重大[1]。

1 煙氣余熱回收

燃?xì)忮仩t的燃料主要成分是CH4。燃燒后的煙氣中會(huì)含有大量的水蒸汽，當(dāng)采用熱泵將提取煙氣的熱量加熱供熱管網(wǎng)回水后，煙氣溫度會(huì)降低，當(dāng)?shù)陀跓煔獾娘柡蜏囟葧r(shí)，煙氣中的水蒸汽就會(huì)析出，同時(shí)釋放大量的汽化潛熱。煙氣冷凝水的化學(xué)成分，在經(jīng)過(guò)加堿等深度水處理后，冷凝水作為供熱系統(tǒng)的補(bǔ)水使用。該煙氣余熱回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在燃?xì)忮仩t尾部設(shè)置煙氣余熱回收設(shè)備。考慮到煙氣以及煙氣中的冷凝水具有腐蝕性，利用直接式換熱設(shè)備與鍋爐尾部的煙氣進(jìn)行換熱，置換出煙氣的余熱和冷凝水，然后采用熱泵提取余熱水的熱量。伴隨著煙氣中的熱量提取，鍋爐熱效率有經(jīng)歷兩個(gè)變化階段，在煙氣溫度處于露點(diǎn)溫度以上時(shí)，熱效率提高比較平緩，煙氣溫度每降低22．7℃，鍋爐熱效率提高l%；在煙氣露點(diǎn)溫度以下時(shí)，煙氣中的冷凝水析出，同時(shí)冷凝過(guò)程釋放出大量的熱量，鍋爐熱效率顯著提高，平均煙氣溫度每降低2．7℃，鍋爐熱效率提高1%,熱泵提取的煙氣余熱用于加熱供熱管網(wǎng)回水。較傳統(tǒng)的未增設(shè)煙氣余熱回收系統(tǒng)相比，供熱系統(tǒng)的效率提高10%以上。通過(guò)對(duì)熱網(wǎng)管路和煙氣管路進(jìn)行設(shè)計(jì)。供熱管網(wǎng)回水在進(jìn)鍋爐之前，部分管網(wǎng)回水先進(jìn)人熱泵機(jī)組，然后經(jīng)鍋爐尾部省煤器預(yù)熱升溫后進(jìn)入鍋爐，加熱至供水需求溫度后對(duì)外供熱。

2 煙氣余熱回收技術(shù)優(yōu)勢(shì)

基于煙氣余熱回收技術(shù)的優(yōu)勢(shì)為：①回收余熱的同時(shí)減少污染物排放濃度，回收水分，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)水、減排三重功效。②自動(dòng)對(duì)中間循環(huán)水進(jìn)行水處理，有效避免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。③煙氣余熱用于加熱熱網(wǎng)水，增加了鍋爐熱效率，減少了鍋爐燃煤消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。④冷凝水經(jīng)水處理后可以回收利用，減少了排煙中水蒸氣的含量，避免了冒“白煙”現(xiàn)象。⑤可以在原熱網(wǎng)回水管路上安裝流量調(diào)節(jié)閥，將熱網(wǎng)回水引入余熱回收機(jī)組。通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)原始運(yùn)行模式與余熱回收模式之間的自由切換，對(duì)原供熱系統(tǒng)并無(wú)影響[2]。

3 燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收再利用技術(shù)的研究

3.1 工程概況及項(xiàng)目設(shè)計(jì)條件

某供熱站現(xiàn)有三臺(tái)額定熱功率10．5MW的燃?xì)鉄崴仩t，供熱面積25．94萬(wàn)m2。鍋爐房現(xiàn)有三臺(tái)鍋爐,運(yùn)行方式為兩用一備，即整個(gè)采暖季，最大負(fù)荷時(shí)，只同時(shí)運(yùn)行兩臺(tái)鍋爐。燃?xì)忮仩t已安裝煙氣節(jié)能器，節(jié)能器出口排煙溫度約為60℃。本項(xiàng)目針對(duì)3臺(tái)燃?xì)忮仩t實(shí)施深度節(jié)能改造，擬在鍋爐房?jī)?nèi)增設(shè)1臺(tái)余熱回收專(zhuān)用機(jī)組，回收鍋爐房3臺(tái)燃?xì)鉄崴仩t的排煙余熱，用于區(qū)域集中供熱[3]。

3.2 工藝方案設(shè)計(jì)

熱力站原供熱系統(tǒng)中僅采用煙氣節(jié)能器對(duì)煙氣顯熱進(jìn)行回收，煙氣中水蒸氣攜帶大量的汽化潛熱未能被回收。因此，煙氣深度余熱回收方案選擇在鍋爐房安裝煙氣余熱回收專(zhuān)用機(jī)組（直燃熱泵）和煙氣直接接觸式換熱器，直燃熱泵制取低溫中介水送入直接接觸式換熱器，低溫中介水將燃?xì)忮仩t及熱泵產(chǎn)生的煙氣降溫至25℃回收熱量升溫后，再經(jīng)循環(huán)泵送入熱泵作為低溫?zé)嵩?，完成不斷的吸?放熱循環(huán)過(guò)程。熱網(wǎng)回水分兩支，一支進(jìn)入熱泵機(jī)組，經(jīng)熱泵升溫后與另外一支混合再一起進(jìn)入鍋爐加熱。考慮到煙氣中存在較多的NOx，溶于水中的NOx使煙氣冷凝水呈酸性，因此增加一套加堿裝置調(diào)節(jié)冷凝水的pH值，避免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕[4]。

3.3 節(jié)能效益

從統(tǒng)計(jì)分析的各項(xiàng)數(shù)據(jù)來(lái)看，熱泵機(jī)組運(yùn)行的30d內(nèi)，平均每天從煙氣中回收62．7GJ熱量，在測(cè)試周期內(nèi)（按照30d計(jì)算），回收熱量將達(dá)到1881GJ，折合成天然氣相當(dāng)于5．3萬(wàn)m3。在測(cè)試期內(nèi)，本工程需增加鍋爐房電耗約1．73萬(wàn)kW·h。按當(dāng)?shù)靥烊粴鈨r(jià)格為1．91元/Nm3，電價(jià)為0．8元/kW·h,則測(cè)試期內(nèi)本項(xiàng)目節(jié)省天然氣費(fèi)用約10．1萬(wàn)元，增加電耗約1．38萬(wàn)元，綜合節(jié)省費(fèi)用約8．72萬(wàn)元?？紤]初末寒期設(shè)備不能滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，全年按90d供暖進(jìn)行計(jì)算，全年節(jié)能收益約為26．16萬(wàn)元[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

余熱回收項(xiàng)目的實(shí)施及采暖季的穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)的科學(xué)性、防腐方式的可行性及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性；同時(shí)余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用也帶來(lái)了巨大節(jié)能、節(jié)水、減排收益，體現(xiàn)余熱回收技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。余熱回收技術(shù)具備較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，希望能推廣使用，造福于民。